水體溶解氧含量是水環境質量的重要參數.本研究將室內模擬實驗和疏浚工程相結合，探討了疏浚對沉積物-水界面耗氧能力、微剖面溶解氧分布的環境效應.研究結果顯示，疏浚具有降低溶解氧消耗能力的潛在長期效應，但是由于還原性物質的暴露，疏浚后新生表層沉積物短期耗氧能力很強；疏浚沒有改變到氧氣在沉積物-水界面中的傳質深度.結果暗示疏?？赡茱@著提高重度富營養化湖泊夏季溶解氧含量。


水體溶解氧的含量是衡量水環境質量的重要參數，也可以指示人類活動對沉積物及水體的影響。沉積物-水界面是湖泊生態系統的重要界面，眾多物質的遷移轉化過程發生在該界面.該界面上的溶解氧會強烈地影響到湖泊中的地化循環過程.溶解氧可以介入鐵、磷的耦合循環控制沉積物中磷的釋放；溶解氧含量較高時水體中的氨氮較低；湖泊反硝化進程會受到界面溶解氧的抑制。


沉積物疏浚是一項重要的湖泊內源治理技術.沉積物疏浚對溶解氧的影響是疏浚的其他生態環境效應產生的基礎.沉積物是湖泊溶解氧消耗的重要場所，其耗氧速率是評判湖泊耗氧能力的重要參數。湖泊沉積物是水體中物質的源和匯，也是微生物、底棲動物等生物的聚居地.湖泊疏浚去除了含有大量好氧污染物和生物的表層沉積物，但是也暴露出了含有大量還原物質的深層沉積物.這些還原物質可能消耗大量湖泊中的溶解氧.疏浚后新生表層沉積物耗氧能力有待開展實驗進行研究.


沉積物中的微生物、孔隙率等環境條件都可能影響到溶解氧在沉積物－水界面的傳質.由于疏浚強烈的改變了這些環境條件，溶解氧在沉積物－水界面的垂向分布也可能產生變化.研究疏浚對溶解氧在沉積物-水界面的垂向微觀分布，有助于研究疏浚所產生環境效應的微觀機理.但是普通的監測方法，破壞了沉積物-水界面，并且無法獲得溶解氧在微觀尺度的準確含量.微電極技術解決了這一問題.微電極可以測量環境參數在微尺度(微米級)空間上的數值，具有測量空間精度高、數據精度高、測定點無損等優點.


本研究將室內模擬實驗和疏浚工程相結合，利用微電極技術和自制好氧動力學設備研究:1)疏浚對湖泊沉積物耗氧能力的影響及影響的時間尺度；2)疏浚對溶解氧在沉積物－水界面微空間尺度的垂向分布的影響.并依據實驗結果，以溶解氧的變化為導向，探討了疏浚工程實施中應該注意的問題.


1材料和方法


1.1室內實驗樣品采集


東錢湖位于位于浙江省寧波市鄞州區東南部(E 120°42′，N 29°49′).為了減輕內源污染，減緩富營養化進程，2009年7月至2013年1月對東錢湖實施了生態疏浚.疏浚范圍涉及332萬m2，疏?？偭繛?88.2萬m3，疏浚深度30-80cm.


同期于東錢湖UDR采集10 L湖水，由便攜式冰箱帶回實驗室.實驗前在25℃對湖水曝氣至溶解氧100%飽和。


1.2沉積物耗氧動力學研究


為研究疏浚后表層沉積物好氧潛力，表層沉積物再懸浮、疏浚淤泥泄露等情況對湖泊水體溶解氧的環境效應.采用自制的耗氧能力測定裝置(圖1)測定上述三個區域表層沉積物的耗氧能力.


測定中將反應瓶裝滿曝氣后的湖水，按10 g/L(干重/體積)加入新鮮沉積物，開始攪拌并測定開始實驗后70 min內溶解氧飽和度衰減情況.測定過程中前5 min每0.5 min讀取一次溶解氧含量，5～10 min每1 min讀取一次溶解氧含量，10～20 min每2.5 min讀取一次溶解氧含量，20～30 min每5 min讀取一次溶解氧含量，30～70 min每10 min讀取一次溶解氧含量.測定溫度為25℃.磁力攪拌器采用相同的功率.實驗測定不加沉積物的空白實驗.測定實驗初始原水和實驗結束時懸濁液中Eh和pH值。


由于FDR組在第13 min時溶解氧已經消耗完全，因此選用各組前13 min溶解氧量變化進行一級動力學模型擬合.并計算各組溶解氧半衰期(t1/2)和初始氧耗速率(r0)。實驗重復2次，結果取平均值。

圖1耗氧能力測定裝置示意圖


1.3沉積物—水界面溶解氧微剖面分布特征


為了研究疏浚對沉積物-水界面剖面分布特征及氧氣傳質深度的影響，探討其可能原因.利用微電極分析儀(丹麥Unisense)，研究沉積物—水界面溶解氧微剖面分布特征.


利用UDR和PDR新鮮沉積物和湖水，構建兩個區域的微生物抑制和不抑制微宇宙系統.共構建沉積物-水界面燒杯微宇宙系統共4組，各組兩個平行.于25℃培養10 d后利用微電極系統分析沉積物—水界面溶解氧的垂直剖面的分布.設定微電極系統電極穿刺步距為500μm，主機響應時間為3 s。


微電極測定系統應用于湖泊沉積物疏浚耗氧動力學研究（一）

微電極測定系統應用于湖泊沉積物疏浚耗氧動力學研究（二）