3试验数据及分析


3.1疏浚前后表层沉积物pH、Eh及DO值比较


图2中深度为0 mm表示沉积物-水分离界面，深度为负数表示在水土分离界面以下。由图2(a)可见，疏浚前后表层沉积物中pH值变化不大，范围均在7.3～8.3之间，疏浚柱子中深度在-13 mm以下pH值趋于稳定，为7.4，未疏浚柱子中pH值在深度-8 mm以下稳定至7.3。疏浚柱子的pH值略小于未疏浚柱子的pH值，均呈弱碱性。未疏浚柱子pH值相对较小的原因可能是其中沉积物中含有较多的有机质沉积物，其生物化学作用产生的二氧化碳或有机酸等使pH值降低。对比王旭东等运用微电极研究阶段的变化趋势，再结合本文图2(c)中DO数据，也可得出与本试验一致结果。

图2疏浚前后表层沉积物pH、Eh和DO值比较


Eh反映氧化还原反应强度。沉积物中有许多氧化还原体系，如氧体系、铁体系、锰体系、氮体系、硫体系及有机体系等。Eh值越高，氧化的强度越大;反之，则还原性越强。Eh值的大小影响沉积物中物质的转化和养分的有效性。由图2(b)可见，本试验疏浚的Eh在0～-8 mm深度处一直缓慢增大，最大处可达291 mV，深度-8～-16 mm段缓慢变小，但都处在氧化环境，深度在-16 mm处突然减小，深度-17 mm处Eh值变为零，进入还原环境，之后缓慢变小，深度至-22 mm处Eh稳定在-65 mV;未疏浚柱子的Eh在深度0～-5 mm段缓慢变大，在-5～-9 mm段急剧变小至-300 mV，之后的基本处于稳定。对比疏浚和未疏浚数据，突变的原因可以从图2(c)中看出，O2浓度在这一沉积物层面变为0μmol/L，也就是为含氧层和厌氧层的分界面。疏浚和未疏浚柱子Eh值变为稳定的深度相差较大，由于Eh是多个氧化物质与还原物质发生氧化还原的综合结果，对于水体或沉积物柱子来说，往往存在多个氧化还原电对，是一个相当复杂的体系。沉积物剖面的低氧化还原状态分布的不同，也反映了不同沉积深度存在着有机质的多少以及微生物活动的强弱。


由图2(c)可见，疏浚后的DO值约为未疏浚DO的2倍，可能是由于未疏浚沉积物表层中相对于疏浚新生沉积物表层含有较多的有机质和微生物，其分解有机质会消耗大量的O2，产生一些CO2、CH3COOH等酸性物质使pH降低，这在图2(a)中可以得到证实，此时pH值处在变小的过程。另外，从图2(b)中的Eh值疏浚后大于未疏浚，这一点也可看出DO最大值的不同，是由于表层有机质分解作用强弱不同。DO最大值均出现在沉积物-水界面处，原因可能为水土分离界面藻类等微生物在光照条件下可生产出O2。图2(c)和许昆明等运用微电极技术所测DO变化趋势相似，这也与微电极技术运用在海域的DO研究结果是一致的。未疏浚的含氧层和无氧层的分界面深度约为-8 mm，由于在其上部还有较多的微生物和含氮硫化合物，所以其耗氧会较快、较多，疏浚柱子DO浓度值变为零的深度为-13 mm，未疏浚柱子DO浓度值变为零的深度与Eh值变为负值的深度大致在同一水平面，而疏浚过后的柱子Eh值变为负值的深度大致在-17 mm，这与DO浓度值变为零的深度为-13 mm相差较大，导致这种现象的原因可能是由于疏浚后微生物群落的不同和生源物质的减少使得耗氧过程推迟。


3.2疏浚前后间隙水的pH、Eh值比较


对微电极试验中用过的柱子进行分层，离心分层得到表层沉积物中间隙水，运用传统方法测量间隙水的pH和Eh值，结果见图3，分析剖面数值和变化规律，可以看出疏浚后的pH和Eh值总体大于未疏浚数值，这与运用微电极技术测量疏浚前后得到的变化规律基本一致，并且pH和Eh两者数值在不同层的变化幅度较大，连续性差。钟继承等用传统方法对柱子分层所得到的Eh值与笔者运用微电极测量结果趋势一致，但传统测量方法相对于微电极技术存在两点不足之处:①离心间隙水的方法其分层尺度仅为厘米尺度，而微电极技术可以达到微米尺度;②分层测量的方法使样品的pH和Eh值发生一些不可逆的变化，造成测量结果的不准确。

图3疏浚前后表层沉积物间隙水的pH、Eh值比较


3.3疏浚前后氮磷指标值比较


由表2可见，疏浚对富营养化控制具有很好的效果，TP、SRP(溶解性正磷酸盐)、DTP(可溶性总磷酸盐)和TN、NH+4-N、NO-3-N浓度在上覆水和间隙水中都有不同程度的降低，主要可能是由于上层含有丰富有机物、约30 cm厚的沉积物被疏浚。分析TN、NH4+-N、NO3--N等3者浓度值可以发现:NH4+-N和NO-3-N分别在疏浚前后所占TN比例较大，结合微电极测得剖面pH、DO及Eh值与李志霞等研究结果分析，原因可能是由于此时pH是NH+4-N转化的主要影响因素。

表2疏浚前后上覆水和间隙水中氮磷质量浓度mg/L


由表3可见，表层沉积物中LP(可交换态磷)很活泼，尽管它只占TP很小的比例，但常被看作为沉积物柱相互作用重要过程的较为实用的指示物。NAIP(非磷灰结合态磷)与OP(有机磷)为潜在可释放态磷，在厌氧状况下可以释放供浮游植物生长利用，它经常被用来估计沉积物短期与长期的有效态磷，而有机磷则是代表与有机质结合的磷，它也是潜在可释放的磷形态，本试验中NAIP与OP在垂直剖面上含量降低较为明显，模拟疏浚能够有效减少沉积物中NAIP与OP的含量，从而减少沉积物中这两种形态磷的释放风险。因此从表2、表3数据分析可以看出，底泥疏浚对富营养化控制有一定积极作用。

表3表层沉积物中氮磷质量比mg/kg


4结论


a.相关研究表明，沉积物-水界面pH为弱碱性、Eh和DO为较大值，均可在一定程度上抑制沉积物氮磷的内源释放。运用微电极技术分析可知:盐城大纵湖疏浚前后pH值变化范围都在7.3～8.3，且疏浚比未疏浚的pH值较大，疏浚后的Eh和DO值都较未疏浚的大。由pH、Eh和DO值的变化趋势，可以得出底泥疏浚有助于控制富营养化的结论。


b.未疏浚柱子的pH值变为稳定的沉积物深度、Eh值为零的沉积物深度和DO浓度值变为零的深度一致;疏浚柱子的pH变为稳定的沉积物深度与DO浓度值变为零的深度一致，但Eh值变为零的深度比DO浓度值为零的深度和pH趋于稳定的深度约深4 mm，这可能是由于疏浚后新生表层沉积物中生源物质含量较少，并且这时的微生物群落发生变化，沉积物进入还原环境及微生物作用较弱的原因。


c.在研究沉积物的相关试验中，DO较少列出，由于技术的限制，很难测出沉积物的含氧厚度。本次试验疏浚和未疏浚的含氧层厚度分别为13 mm和8 mm，疏浚后沉积柱好氧层厚度比疏浚前的要大。


d.从微电极技术和传统方法的比较中可以看出，不同尺度下两者测得的pH和Eh值差别很大，由于微电极技术可以进行多次无扰动的测量，同时也可观察微小范围内的变化梯度，更能测得原位的、接近真实的数据，因此采用微电极技术测得的数据在微尺度研究层面上更具有真实意义。