沉積物~水界面的pH值呈現(xiàn)以上變化主要有兩個(gè)原因：一方面是隨著霍甫水絲蚓適應(yīng)環(huán)境后不斷地進(jìn)行造穴活動(dòng)，在已形成的和遺棄的洞穴中必然會(huì)被引灌入上覆水，導(dǎo)致洞穴中的pH值明顯高于周邊沉積物的pH值，隨著洞穴數(shù)量的不斷增加，沉積物~水界面處就形成了1 cm的pH值緩沖區(qū)域；另一方面是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以觀察到相對(duì)均勻尺寸的顆粒逐漸在上覆水底部形成，這可能是由于霍甫水絲蚓的排泄物和搬運(yùn)作用產(chǎn)生沉積物顆粒，這樣的混合作用可以使得上覆水與沉積物的pH值趨向均一。本研究發(fā)現(xiàn)水絲蚓洞穴能在沉積物表層引起約0.6個(gè)pH值單位的降低，并形成約1 cm深的pH值過(guò)渡區(qū)域。Lewandowski等認(rèn)為水絲蚓可將底層沉積物運(yùn)送至表層，增加了上覆水與底層沉積物的接觸，這也會(huì)使水絲蚓改造后的沉積物在表層出現(xiàn)一個(gè)pH值緩沖區(qū)域。Zhu等研究了沙蠶對(duì)海水沉積物~水界面二維pH值的改變，表明沙蠶通過(guò)掘穴行為將上覆海水引入到洞穴中，使得沉積物~水界面面積變大，并使表層沉積物在2.5 mm深度內(nèi)的pH值產(chǎn)生了約0.4個(gè)pH單位的升高。

霍甫水絲蚓擾動(dòng)會(huì)對(duì)沉積物~水界面pH值產(chǎn)生顯著影響（圖4）。未加霍甫水絲蚓時(shí)，沉積物~水界面pH值具有強(qiáng)烈的梯度變化，界面上2.5 mm水體中pH值呈堿性，較穩(wěn)定，約為8.4，界面下2.5 mm深度內(nèi)降低至7.5.加入霍甫水絲蚓后，上覆水pH值逐漸下降，至第7 d時(shí)穩(wěn)定在約8.1，界面下2.5 mm內(nèi)沉積物的pH值由未加霍甫水絲蚓時(shí)的7.5上升至霍甫水絲蚓擾動(dòng)6 d后的7.8.經(jīng)過(guò)水絲蚓擾動(dòng)6 d后，在沉積物~水界面處5 mm深度（界面上、下各2.5 mm）內(nèi)，pH值的變化梯度得到顯著緩和。這很有可能是由于霍甫水絲蚓擾動(dòng)增大表層沉積物的含水率，即部分上覆水進(jìn)入到表層沉積物中，使表層沉積物中的氫離子與上覆水中的氫離子發(fā)生交換，從而緩和上覆水與表層沉積物的pH值變化梯度。生物擾動(dòng)帶來(lái)的沉積物交換還可能導(dǎo)致沉積物中腐植酸等成分發(fā)生上下移動(dòng)，這也會(huì)影響沉積物中的pH值分布。Rao等用微電極研究了沙蠶擾動(dòng)前后沉積物~水界面處的pH值變化特征，發(fā)現(xiàn)沙蠶擾動(dòng)后，沉積物~水界面下1——5 mm深度處pH值變化梯度由每1 mm降低0.4個(gè)pH單位減緩至每1 mm降低0.25個(gè)pH值單位。

圖4霍甫水絲蚓擾動(dòng)作用對(duì)沉積物~水界面處pH值的影響（由圖3A黑色豎線(xiàn)位置平面光電極數(shù)據(jù)每25個(gè)數(shù)值取1個(gè)平均值繪成）

3.2霍甫水絲蚓洞穴周邊微環(huán)境pH值變化

霍甫水絲蚓掘穴行為可以在微觀尺度上改變沉積物的pH值（圖5），有水絲蚓洞穴的位置，pH值比洞穴周邊未被擾動(dòng)的沉積物高出0.2——0.6個(gè)pH單位，這說(shuō)明霍甫水絲蚓洞穴對(duì)沉積物pH值的分布有重大影響?；舾λz蚓在進(jìn)行掘穴活動(dòng)時(shí)能將蚓體周?chē)谋韺映练e物附帶輸送至沉積物底層，而表層沉積物的pH值明顯高于底層沉積物，再考慮到上覆水被引灌入洞穴中，這兩個(gè)因素都導(dǎo)致洞穴內(nèi)壁的pH值明顯高于周邊的底層沉積物。生物擾動(dòng)可使各層沉積物發(fā)生交換，進(jìn)而改變其物理化學(xué)性質(zhì)，其對(duì)沉積物擾動(dòng)能力的大小可能與生物體積有關(guān)。沈萬(wàn)斌等采用平面光電極方法研究發(fā)現(xiàn)顫蚓擾動(dòng)對(duì)沉積物的pH值改變并不明顯，可能是由于圖像采集技術(shù)分辨率不高導(dǎo)致的。本實(shí)驗(yàn)采用的熒光強(qiáng)度比率值成像技術(shù)擁有較高的分辨率（21.5μm×21.5μm），霍甫水絲蚓掘穴之后，遺棄的洞穴內(nèi)pH值明顯高于周邊沉積物的pH值。

相比于傳統(tǒng)方法而言，本研究采用的基于RGB熒光比率值法測(cè)定沉積物~水界面二維pH值的方法擁有高分辨率、良好的均勻性、更快的響應(yīng)時(shí)間、合理的造價(jià)、簡(jiǎn)單方便的儀器操作等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使本方法能滿(mǎn)足微尺度二維pH值檢測(cè)要求，例如植物根際、底棲生物擾動(dòng)、微生物群落等實(shí)驗(yàn)環(huán)境。本方法在生物地球化學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖5霍甫水絲蚓洞穴周邊二維pH值分布

4結(jié)論

1）霍甫水絲蚓擾動(dòng)對(duì)沉積物~水界面的二維pH值產(chǎn)生了明顯的變化，主要表現(xiàn)在緩和了垂直方向上pH值的變化梯度，在沉積物~水界面處產(chǎn)生了pH值變化的緩沖區(qū)域。未擾動(dòng)時(shí)，沉積物~水界面的pH值在2.5 mm深度內(nèi)由8.4下降至7.0，霍甫水絲蚓擾動(dòng)6 d后，在沉積物~水界面處1 cm深度范圍內(nèi)pH值由8.2變?yōu)?.6。

2）霍甫水絲蚓產(chǎn)生的洞穴可將上覆水引灌入洞穴中，使得pH值較高（8.4）的上覆水與界面下的低pH值（6.8）的沉積物直接接觸，擴(kuò)大了沉積物~水界面面積，沉積物內(nèi)部的pH值分布特征也隨著洞穴的產(chǎn)生而改變，洞穴邊緣pH值可在1 mm范圍內(nèi)由7.4降至6.9。

霍甫水絲蚓擾動(dòng)沉積物~水界面處pH值梯度、分布變化（一）

霍甫水絲蚓擾動(dòng)沉積物~水界面處pH值梯度、分布變化（二）

霍甫水絲蚓擾動(dòng)沉積物~水界面處pH值梯度、分布變化（三）