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2結(jié)果及討論
2.1沉積物耗氧動力學(xué)
扦插繁殖效果的評價指標(biāo)主要包括生根率、移栽成活率和苗期質(zhì)量。針葉樹種進(jìn)行扦插時，其繁殖速度、質(zhì)量是多種因素綜合作用的結(jié)果，既有扦插的來源和性狀、扦插的時間等內(nèi)部因素，也有激素的處理方法、采取何種扦插方式等外部因素。另外，樹的種類不同對各種影響因素的反應(yīng)也存在差異，影響因素的主次之分也不同，因此在對不同樹種進(jìn)行扦插繁殖時，要采取綜合性的措施。早期有研究發(fā)現(xiàn)對青海云杉、油松、園柏、龍柏、爬地柏進(jìn)行扦插繁殖研究，成活率分別達(dá)24.5%～31.7%、21.6%、91.6%、77.5%、93%。
各區(qū)域沉積物耗氧衰減情況見圖2，動力學(xué)參數(shù)見表1.由圖可知，空白組中溶解氧變化可忽略，說明自制設(shè)備可靠.各實驗組在初期溶解氧均顯著下降，尤其是在FDR實驗組中.FDR、UDR、PDR實驗組溶解氧初期下降速率分別為47.84%/min、4.27%/min、0.95%/min，半衰期分別為1.45 min、16.2 min、72.9 min.FDR組到第13 min時已經(jīng)無法檢測到溶解氧.而UDR和PDR實驗組在13 min后下降速率均明顯降低.這些結(jié)果顯示，F(xiàn)DR沉積物短期耗氧能力高出UDR一個數(shù)量級，而PDR沉積物短期耗氧能力低于UDR一個數(shù)量級.
圖2不同區(qū)域沉積物耗氧曲線
表1不同區(qū)域沉積物一級耗氧動力學(xué)(前13 min)
沉積物對氧氣的消耗包含3個方面:有機物的需氧分解；生物的好氧呼吸作用；還原性物質(zhì)的氧化，例如NH4＋，Mn2＋，F(xiàn)e2＋，H2S，F(xiàn)eS和FeS2.由于前兩方面跨越的時間尺度較大，因此本實驗中氧氣的消耗主要是還原性物質(zhì)氧化耗氧.
湖泊深層沉積物常年處于還原性環(huán)境，含有大量的還原性物質(zhì).湖泊沉積物深處含有的FeS2和FeS一般高于表層含量；較深層的沉積物中儲存有相對較高含量的氨氮。表2顯示了實驗結(jié)束后不同區(qū)域沉積物-水懸濁液pH及Eh變化.實驗結(jié)束后，懸濁液pH和Eh與原水相比均有不同程度的下降.在UDR、PDR、FDR中Eh分別下降23.8%，27.4%，75.7%；pH分別下降6.7%，10%，9.6%.東錢湖沉積物pH值較水體低，而且沉積物一般含有大量還原性物質(zhì)，因此實驗結(jié)束后懸濁液pH值和Eh均下降.在FDR中，Eh下降更為劇烈，這充分說明在FDR表層沉積物中含有大量的還原性物質(zhì).分析沉積物中氨氮含量表明，F(xiàn)DR沉積物中含有氨氮0.1 mg/g，明顯高出UDR和PDR區(qū)域(圖3)。經(jīng)過計算，如果將FDR實驗組中所有氨氮氧化為硝氮，一共需要消耗掉體系中47.6%的氧氣.沉積物中還原性硫化物在氧化的過程中會釋放出大量的H＋。而FDR實驗組pH下降相對于另兩組實驗并不大，這說明FDR組中還存在大量的還原性物質(zhì)未被氧化.這說明FDR沉積物的耗氧能力很強。綜上所述，疏浚去除了表層沉積物暴露出深層沉積物，因此在新生表層沉積物中含有大量的還原性物質(zhì)，F(xiàn)DR沉積物耗氧能力明顯高出UDR.
然而暴露出的還原性物質(zhì)會逐步被氧化.疏浚移除了表層沉積物中含有的大量好氧物質(zhì)和聚居的生物.因此在疏浚結(jié)束很久后，表層沉積物中的還原性物質(zhì)含量會較低，而且其再生能力因為表層沉積物的去除也較弱.因此，PDR沉積物的耗氧能力低于UDR.
表2耗氧動力學(xué)研究前后沉積物-水懸濁液pH及Eh
圖3各區(qū)域沉積物中氨氮含量
2.2沉積物—水界面溶解氧微剖面分布特征
PDR和UDR沉積物-水界面溶解氧微剖面分布見圖4.由圖可知，在PDR上覆水中的溶解氧含量明顯高于UDR.溶解氧在沉積物中的傳質(zhì)深度并不深，僅7.5 mm左右，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果是類似的[1，15].表層沉積物中的微生物是消耗溶解氧的重要主體.在抑制微生物活性的沉積物-水系統(tǒng)中，其上覆水中溶解氧含量以及在沉積物中傳質(zhì)的深度均高于同區(qū)域沉積物-水系統(tǒng).溶解氧在PDR和UDR微生物抑制和未抑制的系統(tǒng)中傳質(zhì)深度均無明顯差異.
圖4疏浚區(qū)和非疏浚區(qū)沉積物-水界面溶解氧微剖面分布
某種物質(zhì)在相界面的傳質(zhì)過程除了受物質(zhì)本身性質(zhì)作用，還受界面性質(zhì)的影響.部分微生物的代謝活動會消耗溶解氧，因此溶解氧在沉積物中傳質(zhì)過程必然受微生物作用影響；還會受到沉積物孔隙率的影響，根據(jù)Fick定律，較高的孔隙率將有利于溶解氧在沉積物中的擴散；溶解氧傳質(zhì)深度也會受到上覆水中溶解氧濃度的影響，上覆水中溶解氧濃度越高越有利于溶解氧擴散進(jìn)入沉積物.與許多其他研究類似，PDR沉積物孔隙率73%左右，顯著低于UDR沉積物孔隙率92%(p＜0.05)，因此溶解氧在PDR沉積物中不容易擴散.但是由于表層污染物和微生物的去除，使得PDR上覆水中溶解氧含量相對UDR較高，且PDR沉積物的耗氧能力也較低.所以綜合上述分析，本研究中疏浚不會導(dǎo)致溶解氧在沉積物中的傳質(zhì)深度明顯的改變.但是Yu等的研究結(jié)果研究結(jié)果顯示疏浚后沉積物傳質(zhì)深度下降.這說明疏浚對沉積物-水界面氧氣的傳質(zhì)作用是其改變界面環(huán)境條件綜合作用的結(jié)果，不能一概而論.
2.3對疏浚工程的指導(dǎo)意義
湖泊溶解氧含量受著多種因素的影響.如果耗氧能力激增，那么水體溶解氧含量必然下降.因此在疏浚時，沉積物的擾動使得大量還原性物質(zhì)進(jìn)入水體并導(dǎo)致溶解氧短期內(nèi)下降.疏浚導(dǎo)致水體溶解氧下降在很多工程實踐中被觀測到。而如果水體耗氧能力下降，水體本身溶解氧水平較高，那么此時水體溶解氧水平也不會有明顯增高或降低.東錢湖疏浚對水體溶解氧長期效應(yīng)屬于這種情況.東錢湖并不存在嚴(yán)重的富營養(yǎng)化問題，所以東錢湖中的疏浚不會進(jìn)一步顯著提高水體中的溶解氧含量.本研究結(jié)果與Morgan研究類似。
在一些重度富營養(yǎng)化湖泊中，在夏季總是存在嚴(yán)重的氧虧損問題.如果在此類湖泊中進(jìn)行沉積物疏浚，長期看來可顯著降低沉積物耗氧能力，并且可能顯著提高夏季水體的溶解氧.但是在短期內(nèi)疏浚會導(dǎo)致還原物質(zhì)的釋放，耗氧能力激增，因此疏浚應(yīng)該避開夏季高溫季節(jié)或者分區(qū)域施工，以免加重該類湖泊缺氧.
3小結(jié)
1)由于暴露出了深層沉積物中的還原性物質(zhì)，疏浚后表層沉積物短期耗氧能力激增并可能造成水體溶解氧含量下降；
2)疏浚結(jié)束多年后的表層沉積物耗氧能力很弱，疏浚具有降低溶解氧消耗能力的潛在長期效應(yīng).但是在本研究中，疏浚沒有影響到氧氣在沉積物-水界面中的傳質(zhì)深度。
