2、結(jié)果與討論

2.1沉積物特征分析

從表1可見，經(jīng)物理改良后沉積物的物理性質(zhì)得到明顯改善。水分含量和孔隙度明顯升高，尤其是經(jīng)過翻耕處理后效果最為明顯。改良措施對沉積物剖面NH4+的垂向分布影響較大，其中覆沙和原位沉積物表現(xiàn)出相同的分布規(guī)律，即在底層（15——20cm）出現(xiàn)最大值，向表層和底層逐漸增大。而對于基底疏松如翻耕和劃耕后的處理，NH4+在剖面上的最大值則出現(xiàn)在亞表層（5——10cm），然后隨深度增加而其含量向表層和底層逐步減少。沉積物中TOC和NO3-的含量具有明顯的垂向分布特征，前者隨剖面深度增加而逐步增加，后者則降低。劃耕和翻耕處理后，TN在剖面的分布呈現(xiàn)出表層高于低層的趨勢。C/N通常被作為識別有機質(zhì)來源和類型的一個重要指標，C/N越高有機質(zhì)就越難降解，比值在5——6時，被認為是新鮮的或易降解的有機質(zhì)組分；當(dāng)比值高于10時，被認為是難降解有機質(zhì)組分。從表1可看出，沉積物中C/N在各處理間變化較大，經(jīng)覆沙、劃耕和翻耕后均有不同程度的下降，其中沉積物翻耕處理后下降最為明顯，而較低的C/N和通氣狀況對有機質(zhì)的礦化分解至關(guān)重要，這可能成為間隙水營養(yǎng)鹽的一個重要來源。

2.2物理改良措施對沉積物~水界面氧分布及剖面沉積物間隙水中營養(yǎng)鹽分布的影響

間隙水營養(yǎng)鹽的垂向分布如圖1所示，在水土界面附近PO43-、NH4+、NO3-、NO2-存在明顯的濃度梯度，除NO3-外，其他離子間隙水中含量高于上覆水。這可能與表層有機質(zhì)較低的C/N和良好的通氣狀況有關(guān)（表1,表2），從而影響到營養(yǎng)鹽的擴散遷移速率。將間隙水4種營養(yǎng)鹽的濃度和剖面深度進行曲線擬合，發(fā)現(xiàn)兩者符合Cx=C0?exp（α?x）的關(guān)系，其中C0和α為常數(shù)，~1＜α＜1,x為剖面深度（cm）。其中PO43-濃度隨剖面深度增加而增加，在距離沉積物~水界面8——10cm時達到最大值，而后略有下降。NO2-、NH4+和PO43-呈現(xiàn)出類似的分布趨勢，但劃耕和翻耕處理后，NH4+在間隙水中含量最大值出現(xiàn)在界面附近的2——3cm左右。

表1不同的改良措施下沉積物的基本性質(zhì)

圖1沉積物間隙水中PO43-、NH4+、NO3-、NO2-的垂向分布

表2氧氣在水土界面附近沉積物中的衰減方程

NO3-在間隙水分布與PO43-、NH4+和NO2-剛好相反，隨深度增加，間隙水中含量急劇下降，在沉積物剖面10cm以下含量波動較小。在水土界面附近沉積物中氧氣濃度隨剖面深度增呈指數(shù)下降，也符合Cx=C0?exp（~k?x）關(guān)系，C0表示理想狀態(tài)下沉積物界面處氧氣的濃度（mg/L）；k為氧氣衰減常數(shù)（mm-1），符合一級指數(shù)方程。對各處理沉積物間隙水中四種營養(yǎng)鹽含量進行統(tǒng)計檢驗發(fā)現(xiàn)，與原位沉積物相比，劃耕處理后PO43-在間隙水中含量顯著下降（P＜0.05），覆沙和翻耕處理間隙水中含量雖略有下降但并不顯著（P＞0.05）。

從圖2各處理溶解氧的分布趨勢看，氧氣由上覆水向沉積物擴散，隨深度增加O2含量急劇下降，氧氣在沉積物1.2——3.0mm時接近0,經(jīng)覆沙，翻耕與劃耕分別處理后，沉積物氧氣的滲透深度分別提高了60%,84%,136%,各個處理之間與原狀沉積物相比，氧氣的半濃度衰減深度在統(tǒng)計上均達到顯著的差異（表2），結(jié)合前面覆沙、劃耕和翻耕后間隙水中PO43-均有不同程度地下降，這說明提高沉積物~水界面氧化層厚度對降低間隙水中PO43-含量是可行的，這一點與范成新等研究一致。覆沙處理間隙水中NH4+含量下降，差異不顯著，劃耕和翻耕處理后間隙水中NH4+含量均增加，僅翻耕處理后差異顯著。

圖2 O2在水土微界面處的垂向分布

3種改良措施均能顯著降低間隙水NO3含量（P＜0.05），其中劃耕的效果最佳，將間隙水NO3-和底泥中交換態(tài)含量進行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)兩者相關(guān)性并不顯著，這說明間隙水中的含量并非主要是由底泥釋放產(chǎn)生，宋金明等認為沉積物中吸附態(tài)NO3--N主要來自上覆水，其NO3--N的分布受上覆水中濃度和分布的影響。本研究中硝態(tài)氮在界面附近隨剖面深度增加而急劇下降這一現(xiàn)象從側(cè)面驗證了這一推論。而劃耕處理后NO3-含量最高從側(cè)面也說明了該處理能顯著改善間隙水中氧化還原電位，因為在氧化還原電位較低時間隙水中NO3-被還原為NO-2或NH4+.而NO2-在覆沙、翻耕和劃耕后含量均有所增加，僅劃耕處理差異顯著（P＜0.05）。

NO2-含量增加可能與間隙水中NO3-含量相應(yīng)增加有關(guān)，因為NO2-主要來源于NO3-反硝化過程。在沉積物界面以下溶解氧耗盡時，有機質(zhì)產(chǎn)生大量NH4+,NO3-在缺氧條件下進行反硝化作用，這也導(dǎo)致隨深度增加NO3-含量迅速銳減少而NH4+迅速增加。另外Iqbal等研究認為由于PO43-比NO3-有較強的化學(xué)吸附能，沉積物表面的礦化吸附點位一般被PO43-飽和，導(dǎo)致NO3-在沉積物顆粒上的吸附不充分，NO3-主要在沉積物的空隙水中積累。隨剖面沉積物深度增加，沉積物孔隙度和含水量降低（表1），較低的滲透性會進一步限制NO3-的遷移，這也是NO3-沿剖面下降的原因之一。

2.3物理改良措施對磷賦存狀態(tài)的影響

對沉積物樣品采樣連續(xù)提取方法得到不同的磷組分（圖3），NH4Cl-P（弱結(jié)合態(tài)磷）在沉積物剖面上沒有明顯的分布規(guī)律，一般表層含量總體上高于下層，占總磷的0.29%——0.80%,最大值出現(xiàn)在覆沙處理10——15cm處。經(jīng)覆沙、劃耕及翻耕后，NH4Cl-P含量均有所增加，與原位沉積物含量相比覆沙和劃耕差異顯著（P＜0.05）。BD-P（鐵磷）和NaOH-P（鋁磷）提取態(tài)磷數(shù)量在總磷中所占的比例大體相當(dāng)，是具有釋放潛力的一部分磷，其含量基本可以反映出沉積磷的潛在釋放量。鐵存在著氧化還原平衡，隨深度增加，沉積物還原能力大大增強，當(dāng)Fe3+被還原為Fe2+時，結(jié)合的磷隨著二價鐵的溶出而被釋放到間隙水，這也可能成為間隙水磷的一個重要來源。

圖3各處理在不同深度的沉積物中不同磷形態(tài)占總磷百分含量

翻耕和劃耕后表層沉積物氧化層厚度均顯著增加，改良后鐵磷在總磷中所占的比例均有所上升，覆沙和翻耕的處理鐵磷雖有所增加但效果并不顯著，劃耕效果最佳，差異顯著（P＜0.05）。其中0——5cm表層沉積物中鐵磷比例增加比較明顯。表層氧化電位提高促使Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+導(dǎo)致鐵磷的形成。相反在厭氧條件下，鐵磷、鋁磷有向鈣磷、閉蓄態(tài)磷轉(zhuǎn)化的趨勢。覆沙、翻耕和劃耕對HCl-P及Res-P在總磷中所占比例影響不顯著。HCl-P（鈣磷及部分有機磷）是沉積物磷的主要形式，占總磷的43%——66%,隨深度增加其在總磷中比例略有降低，這表明鈣磷及部分有機磷有向表層積聚的現(xiàn)象，可能與表層較高的鈣含量和有機質(zhì)有關(guān)。而Res-P的剖面分布與NH4Cl-P類似，表層含量略高于下層，其含量在總磷中比例次于HCl-P,兩者占總磷的66%——83%.而朱光偉等調(diào)查長江中下游湖泊發(fā)現(xiàn)后兩者在總磷中的比重達到90%以上，高于南四湖。Lopez等認為Res-P主要是一些惰性有機磷和不易被轉(zhuǎn)化的無機磷組成。一般認為，NaOH-P,HCl-P和殘渣態(tài)磷不參與養(yǎng)分循環(huán)，相比之下，PO43-,NH4Cl-P,BD-P和易分解有機磷可作為有機體的有效養(yǎng)分參與地球化學(xué)過程。

3、結(jié)論

3.1物理改良措施能明顯改善濕地沉積物的物理性質(zhì)如容重、空隙度、C/N、氧氣滲透深度等，采用底質(zhì)疏松的方法與覆沙處理達到了較為一致的效果。

3.2剖面沉積物間隙水中PO43-、NH4+、NO3-和NO2-含量在水土界面附近的沉積物中呈指數(shù)分布，其中劃耕和翻耕措施改變了沉積物間隙水中銨氮的分布狀況，表現(xiàn)出與原位沉積物中相反的分布趨勢。3種改良措施均可增加沉積物~水界面沉積物氧化層厚度，從而有效減少間隙水中可溶性PO43-,劃耕效果最佳差異顯著。

3.3改良措施能有效提高NH4Cl-P及BD-P（鐵磷）的比例，尤其是表層沉積物中的含量。間隙水中PO43-主要受制于沉積物中弱結(jié)合態(tài)含量及鐵磷含量，而間隙水中硝態(tài)氮分布受上覆水中的濃度和分布影響。