摘要：利用高分辨率的薄膜擴(kuò)散梯度技術(shù)(DiffusiveGradientsinThinFilms，DGT)和微電極技術(shù)，從微界面的角度研究了搖蚊擾動(dòng)對(duì)沉積物中溶解氧(DO)、活性磷(LabileP)、活性鐵(LabileFe)及LabileP擴(kuò)散通量的影響。研究發(fā)現(xiàn)搖蚊幼蟲擾動(dòng)增加了沉積物中溶解氧的滲透深度，降低了LabileP和LabileFe的濃度，同時(shí)抑制了LabileP向上覆水中的釋放。由于LahileP與LahileFe顯著相關(guān)(對(duì)照組R=0．672，P<O．001；搖蚊組R=0．810，P<0．001)，可知LabileP的變化受DO和LabileFe控制，即LabileFe被氧化生成三價(jià)Fe(O0H)，同時(shí)吸附LabileP，使得LabileP和LabileFe同時(shí)降低。

在淡水系統(tǒng)中，磷是構(gòu)成初級(jí)生產(chǎn)力和食物鏈最重要的生源要素，同時(shí)也是水體富營養(yǎng)化的主要限制因子?。一直以來，外源磷的大量輸入，造成了湖}自富營養(yǎng)化等嚴(yán)重的環(huán)境問題。近年來，隨著外源磷污染治理力度的不斷加大，外源磷污染已得到初步控制，而內(nèi)源磷污染強(qiáng)度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)并在湖泊污染中的貢獻(xiàn)比例逐漸增大。因此，研究?jī)?nèi)源磷的釋放機(jī)制對(duì)控制湖泊富營養(yǎng)化問題、維持湖泊健康具有重要意義。目前，關(guān)于內(nèi)源磷污染的形成，普遍認(rèn)為沉積物中的鐵在控制內(nèi)源磷釋放中起到關(guān)鍵作用，在缺氧或厭氧條件下，氧化鐵被還原，使得鐵結(jié)合態(tài)磷向沉積物間隙水中釋放和向上遷移，從而造成二次污染。這種鐵結(jié)合態(tài)磷被認(rèn)為是沉積物中重要的可移動(dòng)性磷，其遷移轉(zhuǎn)化受氧氣、pH、氧化還原電位(Eh)、微生物活性等環(huán)境因素的影響。此外，生物擾動(dòng)作為在沉積物中經(jīng)常發(fā)生的生物過程，其對(duì)磷從沉積物向上覆水中的釋放也有重要影響。

湖泊沉積物中的底棲動(dòng)物通過挖穴、攝食、通風(fēng)、排泄等活動(dòng)影響沉積物一水界面磷等化學(xué)組分的物質(zhì)交換，同時(shí)加強(qiáng)間隙水與上覆水的交換作用。搖蚊作為富營養(yǎng)化湖泊中底棲動(dòng)物的典型代表，其幼蟲在沉積物中構(gòu)筑U形廊道，通過將上覆水引灌進(jìn)洞穴向沉積物中輸入溶解氧同時(shí)實(shí)現(xiàn)間隙水中磷等營養(yǎng)鹽向上覆水中的擴(kuò)散。然而在搖蚊擾動(dòng)對(duì)磷向上覆水中釋放的研究中仍存在分歧，例如：Gallepp和Fukuhara等的研究指出搖蚊擾動(dòng)促進(jìn)了沉積物中磷的釋放；Lewandowski等和Reitzel等及Zhang等卻發(fā)現(xiàn)搖蚊擾動(dòng)會(huì)抑制沉積物中磷的釋放；也有少量的研究者認(rèn)為搖蚊擾動(dòng)對(duì)磷的釋放沒有影響。存在分歧的原因可能是由于搖蚊的個(gè)體比較小，在毫米級(jí)，對(duì)其在生物擾動(dòng)過程中的采樣技術(shù)往往要求高分辨率，傳統(tǒng)的壓榨法、離心法和透析法破壞了沉積物原有的結(jié)構(gòu)，Peeper(9minx9ram)和Rhizon技術(shù)雖保證了原位性分辨率卻不夠高。為此，為了能準(zhǔn)確地研究搖蚊擾動(dòng)對(duì)沉積物中磷釋放的影響，迫切需要一種高分辨率的間隙水原位采樣技術(shù)。

本文使用高分辨率(可達(dá)毫米級(jí))的DGT技術(shù)進(jìn)行原位采樣分析。利用DGT技術(shù)測(cè)定搖蚊幼蟲廊道周圍LabileFe和LabileP的濃度并輔以溶解氧微電極測(cè)定微界面附近DO的含量，分析其變化規(guī)律，意在為準(zhǔn)確揭示搖蚊擾動(dòng)對(duì)沉積物中磷釋放的影響這一科學(xué)命題提供更多依據(jù)。

1材料與方法

1．1 DGT的準(zhǔn)備

本試驗(yàn)DGT固定膜采用Xu等發(fā)明的同時(shí)固定LabileP和LabileFe的ZrO．Chelex膜。組裝時(shí)，將ZrO．Chelex膜、濾膜(whatman，0．45 m孔徑)依次放在DGT裝置底板上，蓋上蓋板，用魚線(jus~on，0．33mm直徑)穿孔將其綁緊。將組裝好的DGT裝置放人0．03mol／L的NaNO溶液中沖氮去氧至少16h并密封保存留著備用。

1．2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采樣點(diǎn)選在富營養(yǎng)化程度較高的太湖藻型湖區(qū)梅梁灣(31。3031”N，120。1030”E)。利用大口徑重力采樣器(直徑Ⅱ0mmX500ram)在該采樣點(diǎn)采集沉積物柱樣，沉積物深度不少于20cm，同時(shí)在該處取幾桶湖水用于室內(nèi)模擬培養(yǎng)試驗(yàn)。另用彼得森采樣器采集少量沉積物，過2mm篩后從中挑選4齡期搖蚊幼蟲，將收集到的搖蚊幼蟲在有3cm厚沉積物的玻璃缸中好氧5℃暫養(yǎng)。所有樣品采集后立即運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。

培養(yǎng)試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。將采集的沉積物按2em分層，同層沉積物收集在一起，過篩(60目)后依次填充到10根有機(jī)玻璃管(長(zhǎng)40cm，直徑Ⅱem)中，用虹吸法小心注入采集的湖水，制成沉積物高15em，上覆水高5em的沉積物柱樣。將10根沉積物柱樣每5根放人一個(gè)聚乙烯塑料桶(深45cm)中，往桶中緩慢加入湖水淹沒培養(yǎng)，并用微孔曝氣頭曝氣，水溫控制在25℃，預(yù)培養(yǎng)16d以使沉積物達(dá)到穩(wěn)定。穩(wěn)定16d后挑選采集的4齡期搖蚊幼蟲195條均分引入到一個(gè)桶的5根柱樣中設(shè)置為搖蚊組(每根柱子39條，生物量為38．5Og／m，采樣點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)生物量為4．34s／m)，另外一個(gè)桶中的5根柱子不加任何東西設(shè)置為對(duì)照組。

整個(gè)試驗(yàn)過程中控制每天光照培養(yǎng)12h，黑暗培養(yǎng)12h。

1．3樣品采集

試驗(yàn)引入搖蚊幼蟲后分4個(gè)時(shí)段(7d、46d、Ⅱ6d、140d)進(jìn)行樣品采集：從搖蚊組和對(duì)照組各取一根柱樣，用溶解氧微電極(OX一100，Unisense，Denmark)測(cè)其沉積物一水界面處的DO濃度，搖蚊試驗(yàn)組微電極針要對(duì)著搖蚊洞穴孔插入。DO測(cè)定結(jié)束后取2個(gè)DGT裝置，將其垂直緩慢分別插入2根柱樣的沉積物中，保留3～5cm在上覆水中，穩(wěn)定24h后拔出DGT裝置，沖洗干凈后沿著DGT蓋板邊緣劃開，取出ZrO—Chelex膜。用切片刀將ZrO．Chelex膜切成長(zhǎng)條狀，逐一挑入離心管中。然后依次加入1mol／L的HNO和1mol／L的NaOH提取液分別提取被固定的LabileFe和LabileP各24h，將得到的提取液冷藏待分析。

1．4樣品分析

LabileP的測(cè)定采用鉬銻抗比色法；LabileFe的測(cè)定采用改進(jìn)的菲羅啉比色方法。

1．5數(shù)據(jù)處理

根據(jù)式(1)計(jì)算與DGT接觸的外界間隙水中LabileP和LabileFe的濃度：

式中：——固定膜上待測(cè)離子累積量，Ixg；△g——擴(kuò)散層厚度，cm；D——離子的擴(kuò)散速率，cm／s(可通過表格查得)；A——DGT-L．j#b界接觸面積，em；f——擴(kuò)散時(shí)間，s；CDGT——時(shí)間t內(nèi)待測(cè)離子的平均質(zhì)量濃度，mg／L。

由DGT測(cè)得的一維LabileP的垂向濃度可計(jì)算其從沉積物向上覆水的擴(kuò)散通量。根據(jù)Fick定律由式(2)計(jì)算：

式中：．，——離子從沉積物向上覆水的擴(kuò)散通量，．g／(cm?！)(正值表示離子從沉積物向上覆水中擴(kuò)散，負(fù)值反之)；咖——表層5mm沉積物的含水率(取0．9)；D——離子在沉積物中的擴(kuò)散系數(shù)(可由離子在水中的擴(kuò)散系數(shù)和。(i>0．7)算得)。