底栖动物扰动对湖泊沉积物反硝化过程影响研究

沉积物反硝化脱氮是湖泊重要的氮转化过程，对于减轻湖泊氮污染具有重要作用。底栖扰动是富营养化浅水湖泊的特征之一，对营养盐形态转化和迁移有重要影响。本研究针对底栖动物扰动层与反硝化层空间联系紧密，水－土界面反硝化环境复杂的特点，采用微电极技术（溶解氧和硝酸盐），精确刻画底栖动物扰动下反硝化层迁移、底泥硝酸盐垂向分布规律；运用原位箱法和室内流动培养法，研究底栖扰动对形态氮的迁移的影响；结合同位素示踪、反硝化产物测定及同位素配对理论，对底栖扰动改造下的沉积物反硝化过程进行深入研究，区分不同反硝化底物来源的耦合和非耦合反硝化过程，建立底栖扰动强化下的沉积物耗氧量与经典反硝化速率关系模型，揭示底栖扰动改造下反硝化过程对上覆水硝酸盐负荷变化的响应过程，阐明底栖扰动对湖泊沉积物反硝化速率和过程的影响。

以受底栖生物扰动影响的太湖梅梁湾沉积物为研究对象，针对摇蚊幼虫、水丝蚓和河蚬三种典型功能组底栖生物的不同扰动方式和扰动机制，从沉积物界面侵蚀深度和方式、氧气传输特性及溶解性物质界面交换的变化入手，结合同位素示踪及配对技术，研究生物扰动作用对沉积物反硝化过程的影响。.采用保守性物质-溴离子作为扰动示踪剂发现，摇蚊幼虫扰动促进了上覆水中溴离子向沉积物中的迁移，增加沉积物中溴离子迁移深度，但水丝蚓扰动后沉积物孔隙水中溴离子迁移深度及浓度并无显著变化。高精度溶解氧微电极测定的沉积物溶解氧剖面显示，摇蚊幼虫扰动对沉积物溶解氧侵入深度的增加最为明显（从6mm增加到约10mm）并造成氧气在沉积物内不均匀分布，而水丝蚓和河蚬扰动对溶氧侵蚀深度并无显著影响。由于生物扰动导致溶解氧和硝酸盐侵入深度的变化，反硝化层深度及其分布同样发生了显著改变。底栖生物扰动促进了反硝化层向更深层的沉积物迁移。.与潮滩及海洋等沉积物不同，由于较高的有机质含量、沉积物呼吸速率以及反硝化潜力，无论是否存在生物扰动，太湖沉积物均为硝酸盐的汇，且三种底栖生物的扰动均显著增强了沉积物对硝酸盐的吸收速率，同时，底栖生物的扰动也增加了沉积物氨氮的释放能力，其改变程度均与底栖生物量有关。.三种底栖生物扰动均增强了沉积物总反硝化速率。底栖生物扰动增强了水体硝酸盐向沉积物的迁移，同时提高了沉积物的氧气侵入深度，并藉此提高了硝化过程。因此，底栖生物扰动对反硝化的耦合过程和非耦合过程均有促进作用。但是，由于较低的耦合反硝化所依赖的沉积物硝化速率制约了该过程的发生，使得底栖生物扰动对耦合硝化反硝化的促进要低于非耦合反硝化。在三种不同功能组底栖生物的扰动效果中，每克底栖生物对反硝化速率的促进以小型的摇蚊最强（6.8倍），水丝蚓次之（1.5倍），而河蚬较弱（1.02倍）。