賈新苗，李井懿，楊宇，張彤，田勝艷,2,*

1. 天津科技大學(xué)海洋與環(huán)境學(xué)院，天津 3004572. 天津市海洋資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300457

生物擾動(dòng)作用對河口沉積物中熒蒽去除的影響

賈新苗1，李井懿1，楊宇1，張彤1，田勝艷1,2,*

1. 天津科技大學(xué)海洋與環(huán)境學(xué)院，天津 3004572. 天津市海洋資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300457

通過室內(nèi)微宇宙實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了天津厚蟹(Helice tientsinensis)和雙齒圍沙蠶(Perinereis aibuhitensis)生物擾動(dòng)作用下河口沉積物中熒蒽的去除情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，天津厚蟹擾動(dòng)組中熒蒽的去除率顯著高于沙蠶擾動(dòng)組(P = 0.05)和對照組(P = 0.003)，其中對表層(0～2 cm)和中層(3～5 cm)的促進(jìn)效果最為顯著；雖然各實(shí)驗(yàn)組表層沉積物中熒蒽的去除率均超過50%，但擾動(dòng)組的去除更快，在36 d時(shí)就達(dá)最高去除率68%；雙齒圍沙蠶擾動(dòng)組底層沉積物中熒蒽的去除率高于厚蟹擾動(dòng)組和對照組，但差異不顯著。研究表明表層沉積物中的熒蒽易去除，厚蟹生物擾動(dòng)對熒蒽去除有顯著促進(jìn)作用；在距離表層5 cm以下的沉積物中熒蒽的持久性增強(qiáng)，但生物擾動(dòng)作用可促進(jìn)其去除。

多環(huán)芳烴；熒蒽；天津厚蟹；雙齒圍沙蠶；生物擾動(dòng)

Received15 January 2017accepted13 March 2017

Abstract: The degradation of sediment-associated fluoranthene was investigated in microcosms with bioturbation of crab Helice tientsinensis and polychaete Perinereis aibuhitensis. The results indicated that the removal rate of fluoranthene in crab bioturbation microcosms was higher than that in polychaete bioturbation microcosms (P = 0.05) and control microcosms (P = 0.003), and the enhancement was more significant for surface (0-2 cm) and middle (3-5 cm) layer sediment. Though the removal rates were all more than 50% for surface sediment in all treatment microcosms, the fluoranthene was removed rapidly in crab bioturbation microcosms than controls with the most removal rate of 68% at 36 d. The fluoranthene in bottom layer sediment was removed more in polychaete bioturbation microcosms than that in crab bioturbation and control microcosms, but not significantly. It was manifested that the fluoranthene in surface sediment was labile and crab bioturbation could enhance the removal efficiently. Bioturbation could still enhance the removal of fluoranthene in sediment deep than 5 cm where the fluoranthene be more persistent.

Keywords: PAHs; fluoranthene; Helice tientsinensis; Perinereis aibuhitensis; bioturbation

河口與近海生態(tài)系統(tǒng)匯集來自海洋和陸源的各類污染物，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)的河口沉積環(huán)境，往往成為持久性有機(jī)污染物(Persistent Organic Pollutants, POPs)的重要蓄積地。多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)就是一類廣泛分布于河口與近海沉積物中的POPs[1-3]，此類化合物對生物具有致癌、致畸、致突變等毒性效應(yīng)[4]，已被歐盟和美國EPA列入優(yōu)先控制污染物名單。河口與近海生境又是生態(tài)系統(tǒng)中重要并不可或缺的組成，如河口地區(qū)是多種海洋魚類的洄游產(chǎn)卵地，也是候鳥遷徙的重要能量補(bǔ)給站。因此，河口沉積環(huán)境的治理與修復(fù)工作對于維持生態(tài)系統(tǒng)平衡、保護(hù)生物多樣性等至關(guān)重要。

河口與近海沉積環(huán)境是多種底棲生物的棲息地，其群落組成與行為受沉積物的理化性質(zhì)、污染程度等影響。而底棲動(dòng)物在爬行、攝食、排泄、棲所建造與維護(hù)等活動(dòng)中又改變了沉積物的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和生物特征，進(jìn)而影響沉積層中的生物地球化學(xué)過程以及沉積層與水界面的物質(zhì)交換[5-7]。底棲動(dòng)物生命活動(dòng)對沉積物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的改變被稱為生物擾動(dòng)作用[5]。生物擾動(dòng)作用可促進(jìn)沉積層中有機(jī)物的降解與礦化[5, 8]，而且某些沉積食性的底棲動(dòng)物可代謝轉(zhuǎn)化沉積物中的石油[9]以及PAHs類污染物[10-17]，因此生物擾動(dòng)作用可望應(yīng)用于沉積環(huán)境有機(jī)污染的修復(fù)與治理。

天津北塘河口是薊運(yùn)河、永定新河和潮白新河3條河流匯聚入海處，比鄰天津港，沉積層為典型淤泥質(zhì)。天津厚蟹(Helice tientsinensis)和雙齒圍沙蠶(Perinereis aibuhitensis)是北塘河口潮間帶的優(yōu)勢底棲動(dòng)物，并廣泛分布于我國沿海地區(qū)，屬于不同的生態(tài)功能類群。雖然關(guān)于這2種底棲動(dòng)物的生物、生態(tài)特性已有大量研究[18-20]，但關(guān)于它們的生物擾動(dòng)作用對沉積物中有機(jī)污染物降解的影響尚未見報(bào)道。本研究通過室內(nèi)微宇宙實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，選擇近海環(huán)境中普遍存在的PAHs類污染物熒蒽為目標(biāo)物，對天津厚蟹和雙齒圍沙蠶生物擾動(dòng)作用下沉積物中熒蒽的去除過程進(jìn)行監(jiān)測，探討生物擾動(dòng)作用對沉積物中PAHs去除的影響，以評價(jià)這2種底棲動(dòng)物生物擾動(dòng)作用對河口沉積物中PAHs污染修復(fù)的可能性。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)所用試劑熒蒽、回收率指示物氘代菲、內(nèi)標(biāo)物氘代芘，均為標(biāo)準(zhǔn)品試劑，購自百靈威科技有限公司；樣品前處理使用的試劑正己烷、二氯甲烷為色譜純，由美國Biologic Reagent公司生產(chǎn)。樣品檢測用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC 7890A-MS 5975 C，美國安捷倫公司)進(jìn)行。

1.2 沉積物采集與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物馴養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)用沉積物采自天津北塘河口潮間帶。選擇落潮時(shí)間，用不銹鋼鏟挖取潮間帶表層20 cm的沉積物，挑揀去除其中的碎石碎屑和底棲生物，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室置于玻璃缸中避光保存。該沉積物類型為黏土質(zhì)粉砂，有機(jī)碳含量為1.5% ± 0.14%。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物天津厚蟹采自同一地區(qū)。天津北塘河口潮間帶天津厚蟹生物密度高，容易進(jìn)行人工采集，采集的天津厚蟹在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用人工海水(鹽度為15，與北塘河口鹽度相同)進(jìn)行馴養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)用另一種底棲動(dòng)物雙齒圍沙蠶購自花鳥魚蟲市場。雖然北塘河口潮間帶同樣生存著大量雙齒圍沙蠶，但是其棲息處的沉積物非常泥濘，不便于人工采集。市場購買的雙齒圍沙蠶為人工養(yǎng)殖，同樣在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用人工海水進(jìn)行馴養(yǎng)。馴養(yǎng)期間只喂食沉積物，其中的有機(jī)質(zhì)以及小型和微型底棲動(dòng)物可以滿足實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生活需要。

1.3 沉積物染毒

野外采集沉積物中16種優(yōu)先控制PAHs總含量為154 ng·g-1干重，其中熒蒽含量相對較高，為(35±15) ng·g-1干重，整體而言，該沉積物PAHs污染不嚴(yán)重，因此對野外采集的沉積物進(jìn)行染毒以增加污染物含量。采用濕法染毒：先將一定量的熒蒽丙酮溶液添加到少量凍干磨碎的沉積物中，待丙酮揮發(fā)后，將添加了熒蒽的干沉積物加入大量濕沉積物(含水量為55%)中，電動(dòng)攪拌10 d，以保證污染目標(biāo)物熒蒽在沉積物中混合均勻，然后避光低溫保存。放置1個(gè)月后，從染毒沉積物不同位置分別取10個(gè)分樣測定熒蒽含量，標(biāo)準(zhǔn)偏差<5%，表明沉積物中的熒蒽分布均勻。染毒沉積物中熒蒽的含量為(430±19.3) ng·g-1干重。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與微宇宙實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建立

設(shè)置3種實(shí)驗(yàn)組：天津厚蟹擾動(dòng)組、雙齒圍沙蠶擾動(dòng)組和對照組(不加入底棲生物)，實(shí)驗(yàn)在圓柱形玻璃缸(內(nèi)徑為7 cm，高15 cm)內(nèi)進(jìn)行，加入10 cm厚度的熒蒽染毒的濕沉積物(含水量為55%)，靜置24 h后，加入底棲動(dòng)物，擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)組設(shè)置5個(gè)平行，每個(gè)裝置中加入1只動(dòng)物，平行裝置內(nèi)加入動(dòng)物的個(gè)體大小和重量相近，對照組設(shè)置2個(gè)平行。實(shí)驗(yàn)用天津厚蟹的濕重為(3.24±0.33) g(5只的平均值)，雙齒圍沙蠶的濕重為(3.11±0.23) g(5只的平均值)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)不加上覆水，為保證沉積物的濕度，定期向系統(tǒng)中加入一定量人工海水(鹽度為15)。實(shí)驗(yàn)持續(xù)62 d，期間不喂食。

在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的第11、36和62天(放入動(dòng)物的時(shí)間計(jì)時(shí)為第1天)，用內(nèi)徑為1.5 cm的PVC管對實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)的沉積物進(jìn)行插管采樣，取柱狀沉積物，根據(jù)距離沉積物表面的距離分為表層(0～2 cm)、中層(3～5 cm)和底層(6～8 cm)沉積物樣品，測定其中的熒蒽含量。因?yàn)樘旖蚝裥范囱ㄝ^大(內(nèi)徑約1.5 cm)，掘穴過程基本改變了沉積物原來的表面，采樣時(shí)避開其洞穴位置進(jìn)行插管。

1.5 沉積物中熒蒽的測定

沉積物樣品經(jīng)冷凍干燥后研磨粉碎，稱取一定量研磨后的沉積物，加入少量銅粉，以1∶1(V∶V)的正己烷/二氯甲烷溶液為萃取劑進(jìn)行超聲萃取，以氘代菲為回收率指示物，萃取液經(jīng)濃縮、凈化處理后，氮吹濃縮裝入樣品瓶定容至1 mL，加入內(nèi)標(biāo)物氘代芘，用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS)進(jìn)行定量檢測。GC/MS的檢測條件為：DB-5 MS柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；選擇離子掃描模式(SIM)；內(nèi)標(biāo)法定量。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果為5個(gè)平行實(shí)驗(yàn)的平均值(對照組為2個(gè)平行)，用SPSS 17.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)。

2 結(jié)果(Results)

2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生活狀況及對沉積物的擾動(dòng)情況

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物天津厚蟹和雙齒圍沙蠶在微宇宙實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中生存良好，實(shí)驗(yàn)期間(62 d)未出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。毒性預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)用熒蒽濃度(430 ng·g-1干重)不影響實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的正常生活。這2種底棲動(dòng)物的掘穴行為迥異，因而對沉積物的擾動(dòng)情況也截然不同。天津厚蟹進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1 d后開始掘穴，其方式是不斷將底層的沉積物推出洞外，堆積于洞口周圍，有的個(gè)體是將推出的沉積物堆放在洞口處，以至于洞口被掩蔽在推出的沉積物下面而不易被發(fā)現(xiàn)。因此在厚蟹掘穴過程中，沉積顆粒物發(fā)生大尺度位置遷移，即底層的沉積物被不斷推至表面，而原本位于表層的沉積物則不斷被掩埋。厚蟹進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2 d后，原本平坦的沉積物表面就呈起伏狀，到實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到第10天的時(shí)候，沉積物表面已經(jīng)變?yōu)槟喽褷?如圖1A、C所示)。厚蟹的穴道可至10 cm深，穴道直徑約為1 cm，在穴道底部形成比穴道更寬大的洞穴(直徑近2 cm)，厚蟹藏身其中，時(shí)而在穴道內(nèi)爬行，也會(huì)爬至洞口處，但白天基本都在洞穴內(nèi)活動(dòng)。洞穴內(nèi)及穴道壁的沉積物含水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非洞穴處沉積物的含水率。經(jīng)過一段時(shí)間(10 d或15 d不等)，厚蟹會(huì)廢棄原有洞穴而挖掘新洞穴，新洞穴有時(shí)會(huì)在原來穴道內(nèi)挖掘，如在原來穴道中間的位置挖掘一個(gè)新洞穴；有時(shí)也會(huì)在近表層的地方重新挖掘；廢棄的洞穴則會(huì)坍塌。整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，厚蟹就是在不停地進(jìn)行挖掘洞穴、廢棄洞穴、再挖掘洞穴的活動(dòng)。與之不同，雙齒圍沙蠶在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)約6 h后逐漸鉆入沉積物中，形成U或Y型的棲管(圖1B)，棲管直徑略寬于其身體寬度(約0.5 cm)，雙齒圍沙蠶在棲管內(nèi)頭部向下不斷吞食沉積物，尾部向上，糞便排至棲管口的沉積物表面。沙蠶進(jìn)入系統(tǒng)第5天時(shí)，其棲管即可深達(dá)沉積物底層，此時(shí)沉積物表面可見糞便顆粒(圖1D)，至第10天沉積物表面棲管口處已經(jīng)遍布糞便顆粒。從實(shí)驗(yàn)裝置側(cè)面觀察，沙蠶的棲管清晰可見，棲管周圍的沉積物(約2 mm)呈褐色(圖1B)，說明呈氧化環(huán)境，而表層以下(約5 mm)無棲管處的沉積物基本為黑色，表明處于還原環(huán)境。

2.2 沉積物中熒蒽含量的變化

實(shí)驗(yàn)期間，各實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)表層(0～2 cm)、中層(3～5 cm)和底層(6～8 cm)沉積物中熒蒽的含量見表1。所有實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)沉積物中熒蒽的含量均低于初始值(430 ng·g-1干重)，其中表層沉積物熒蒽的含量顯著低于中層和底層沉積物中熒蒽的含量(P<0.001)，而中層和底層沉積物中熒蒽含量無顯著差異(P = 0.119)。不同實(shí)驗(yàn)組中熒蒽的含量亦有差異，厚蟹擾動(dòng)組中熒蒽的含量最低，并與沙蠶擾動(dòng)組(P = 0.05)和對照組(P = 0.003)存在統(tǒng)計(jì)性差異；沙蠶擾動(dòng)組中熒蒽的含量也低于對照組，但無統(tǒng)計(jì)性差異(P = 0.228)。

圖1 生物擾動(dòng)后微宇宙實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中沉積物的外貌注：A 天津厚蟹擾動(dòng)系統(tǒng)；B 雙齒圍沙蠶擾動(dòng)系統(tǒng)；C天津厚蟹 擾動(dòng)系統(tǒng)表面；D 雙齒圍沙蠶擾動(dòng)系統(tǒng)位于表面的洞口及糞便顆粒。Fig. 1 The appearance of the sediments in the microcosms after bioturbationNote: A, Crab bioturbation microcosm; B, Polychaete bioturbation microcosm; C, The surface of crab bioturbation microcosm; D, The entrance and faecal pellet on the surface of polychaete bioturbaion microcosm.

圖2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不同深度沉積物中熒蒽的去除率Fig. 2 The removal rate of fluoranthene in sediments located at different depth in the microcosms

表1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不同深度沉積物中熒蒽的含量(ng·g-1干重)Table 1 The fluoranthene concentrations in sediments located at different depth in the microcosms (ng·g-1 dry wt)

注：數(shù)據(jù)為“均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”；厚蟹和沙蠶擾動(dòng)組為5個(gè)平行，對照組為2個(gè)平行。

Note: Data are shown as average ± STDEV; 5 parallels for crab and polychaete bioturbation treatments, 2 parallels for control treatment.

根據(jù)實(shí)驗(yàn)期間熒蒽含量的變化計(jì)算去除率，各實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)熒蒽的去除率如圖2所示。由圖可見，不同深度沉積物中熒蒽的去除及其與時(shí)間的關(guān)系在不同實(shí)驗(yàn)組間差異很大。各實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中表層沉積物熒蒽的去除率均超過50%，其中厚蟹擾動(dòng)組中熒蒽的去除率最大，顯著高于沙蠶擾動(dòng)組(P = 0.05)和對照組(P = 0.021)；沙蠶擾動(dòng)組中熒蒽的去除率與對照組無顯著差異(P = 0.365)，至實(shí)驗(yàn)終止時(shí)對照組中熒蒽的去除率甚至略高于沙蠶擾動(dòng)組。厚蟹擾動(dòng)組和沙蠶擾動(dòng)組中表層沉積物熒蒽的去除主要發(fā)生在36 d之前，在此之后去除率基本無變化，而對照組中熒蒽的去除率與時(shí)間正相關(guān)。中層沉積物中熒蒽的去除率顯著低于表層沉積物，其中依然是厚蟹擾動(dòng)組中的去除率最高，顯著高于沙蠶擾動(dòng)組(P = 0.04)和對照組(P = 0.005)，沙蠶擾動(dòng)組中的去除率也顯著高于對照組(P = 0.04)；厚蟹擾動(dòng)組中的去除率還是在36 d時(shí)就達(dá)到最高值。厚蟹和沙蠶擾動(dòng)組中的底層沉積物的去除率與中層沉積物的去除率相近，但對照組中底層的去除率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于中層的去除率。由此可知，熒蒽在表層沉積物中易發(fā)生降解轉(zhuǎn)化，而厚蟹的生物擾動(dòng)作用顯著促進(jìn)了熒蒽的降解；在距離表層5 cm以下的沉積物中，熒蒽的持久性增強(qiáng)，但底棲動(dòng)物的生物擾動(dòng)作用能有效促進(jìn)其降解。

3 討論(Discussion)

無論海洋還是淡水生態(tài)系統(tǒng)，沉積生境中常常棲息著數(shù)量豐富的底棲動(dòng)物，這些動(dòng)物的爬行、攝食、排泄、掘穴和棲所建造等活動(dòng)造成沉積顆粒物遷移、混合，以及伴隨這些活動(dòng)而發(fā)生的上覆水不斷涌入和排出穴道/棲管而產(chǎn)生的沖洗作用(即生物沖洗)，造成沉積結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和生物特征改變，這就是生物擾動(dòng)[5-7]。生物擾動(dòng)對沉積物的生物地球化學(xué)過程有重要影響，擾動(dòng)生物被譽(yù)為“生態(tài)系統(tǒng)工程師”[5, 21]。底棲動(dòng)物所掘的洞穴和建筑的棲管不是沉積物表面簡單的延伸，而是有著特異理化性質(zhì)的新界面，其中的微生物群落組成與周圍沉積物中的菌群結(jié)構(gòu)不同[21-22]。洞穴及穴道/棲管中經(jīng)常變化的環(huán)境，如溶質(zhì)交換、氧化還原條件周期性波動(dòng)等，為微生物群落活力提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[21]。此外，沉積食性的底棲動(dòng)物要吞食大量沉積物，其消化液中含有促進(jìn)大分子有機(jī)化合物溶解的物質(zhì)，可提高有機(jī)物質(zhì)的生物有效性[23]。研究發(fā)現(xiàn)生物擾動(dòng)作用能夠促進(jìn)沉積物中的污染物向水層釋放[24]，也可能將表層污染物遷移至深層從而增加污染物的持久性[9, 25]，同時(shí)也能夠促進(jìn)石油和PAHs等有機(jī)污染物的降解[15, 26-27]，其影響與沉積物性質(zhì)、污染物性質(zhì)、底棲動(dòng)物種類及其擾動(dòng)方式有關(guān)，其中動(dòng)物種類與擾動(dòng)方式是關(guān)鍵因素[28]。

根據(jù)底棲動(dòng)物的擾動(dòng)方式，可分為4類功能類群：生物擴(kuò)散者(biodiffusers)、上行輸送者(upward conveyors)、下行輸送者(downward conveyors)和沉積物再造者(regenerators)[5]。本研究中的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物天津厚蟹屬于沉積物再造者，此類群主要包括穴居的物種，在掘穴和洞穴維護(hù)過程中時(shí)不斷將穴內(nèi)深層沉積物推出洞外，在沉積物-水界面形成較大的開口，在水流作用下洞穴內(nèi)又被填入表層沉積物，或者由于洞穴坍塌導(dǎo)致上層沉積物遷移到下層，與本文實(shí)驗(yàn)中觀察到的天津厚蟹的擾動(dòng)行為一致；雙齒圍沙蠶則屬于上行輸送者，該類群的主要特點(diǎn)是動(dòng)物頭向下筑管，在棲管底部吞食沉積物，在沉積物-水界面處排泄，這也與實(shí)驗(yàn)中觀察到雙齒圍沙蠶的擾動(dòng)方式一致。天津厚蟹和雙齒圍沙蠶都是我國河口地區(qū)廣泛分布的常見底棲動(dòng)物，天津厚蟹主要棲息于高、中潮灘，更喜草灘，以有機(jī)碎屑、底棲藻類和軟泥等為食，屬沉積食性[20]；雙齒圍沙蠶是潮間帶高潮區(qū)的優(yōu)勢種，生活在細(xì)顆粒泥砂質(zhì)黏土沉積物中的U形棲管中，深度可達(dá)15 cm，成體沙蠶要吞食大量沉積物攝取其中的有機(jī)物[18-19]。從這2種動(dòng)物的生活習(xí)性分析，其生物擾動(dòng)作用都可能影響河口沉積物中有機(jī)污染物的歸趨，包括PAHs的降解，但目前尚未見相關(guān)研究報(bào)道。本研究的結(jié)果表明天津厚蟹對表層(≤5 cm)沉積物中熒蒽的去除具有顯著促進(jìn)作用。氧化降解通常是沉積物中烴類化合物的有效去除方式，需要氧或其他的電子受體，氧化環(huán)境有利于氧化降解反應(yīng)發(fā)生。厚蟹掘穴和洞穴維護(hù)過程促使表層沉積物發(fā)生劇烈混合，就有利于表層沉積物保持較好的氧化條件[29]。Qin等[30]的野外調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)天津厚蟹洞穴內(nèi)沉積物中PAHs含量低于非洞穴沉積物中的含量，認(rèn)為厚蟹生物擾動(dòng)作用促進(jìn)了PAHs的降解。而雙齒圍沙蠶是管棲動(dòng)物，只有棲管周圍的沉積物呈氧化狀態(tài)，系統(tǒng)中多數(shù)沉積物處于還原條件，因此沙蠶擾動(dòng)組中熒蒽的去除率并沒有顯著高于對照組。但是對深層沉積物而言，雙齒圍沙蠶生物擾動(dòng)作用對熒蒽的去除取得了與厚蟹相似的促進(jìn)效果(圖2 C)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中沉積物的深度未及雙齒圍沙蠶的最大擾動(dòng)深度，很有可能雙齒圍沙蠶生物擾動(dòng)作用對更深的沉積物會(huì)產(chǎn)生比厚蟹更強(qiáng)的促進(jìn)效果。此外，本研究沒有對洞穴或棲管內(nèi)的沉積物專門采樣，而且取樣時(shí)特意避開當(dāng)時(shí)有效的洞穴和棲管，因此研究結(jié)果低估了生物擾動(dòng)作用的影響。

正常河口生態(tài)系統(tǒng)的潮間帶沉積物會(huì)周期性的被潮汐海水覆蓋。生物擾動(dòng)作用除了促進(jìn)沉積物中污染物的降解，還可能促進(jìn)其釋放。如李俐俐等[31]通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)沙蠶(Nereis diversicolor)的生物擾動(dòng)作用促進(jìn)了天津大沽排污河河口沉積物中菲向水體的釋放，其中溶解態(tài)菲占釋放總量的80%以上，以溶解態(tài)釋放的菲是對照組的9.55～17.4倍。本研究的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中沒有加入上覆水，這也低估了生物擾動(dòng)作用對沉積物中熒蒽去除的影響。另外，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中沒有上覆水也是對照組中表層沉積物熒蒽去除率達(dá)51%的主要原因，沒有上覆水就增加了表層沉積物氧化層厚度，良好的氧化條件有利于氧化降解發(fā)生。而對于深層沉積物，對照組的去除率就遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于生物擾動(dòng)組，可以解釋為氧化降解受限制。

綜上所述，生物擾動(dòng)作用可促進(jìn)沉積物中熒蒽的去除，其促進(jìn)效果與動(dòng)物種類，尤其是擾動(dòng)方式有關(guān)，如天津厚蟹等沉積物再造者對表層沉積物中污染物去除影響顯著，而對于深層沉積物，如雙齒圍沙蠶這樣的棲管較深的向上輸送者促進(jìn)效果更好。底棲動(dòng)物生物擾動(dòng)作用促進(jìn)污染物去除過程中所引起的污染物釋放及生物有效性增加等可能引起二次污染的問題需要進(jìn)一步研究。

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◆

ImpactofBioturbationontheRemovalofFluorantheneinMuddyEstuarineSediment

Jia Xinmiao1, Li Jingyi1, Yang Yu1, Zhang Tong1, Tian Shengyan1,2,*

1. College of Marine and Environmental Sciences,Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China2. Tianjin Key Laboratory of Marine Resources and Chemistry, Tianjin 300457, China

10.7524/AJE.1673-5897.20170115009

2017-01-15錄用日期2017-3-13

1673-5897(2017)3-629-07

X171.5

A

田勝艷(1974-)，女，博士，高級工程師，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)榻－h(huán)境污染與修復(fù)。

國家自然科學(xué)基金(No. 21307045, 41303070)；天津科技大學(xué)大學(xué)生實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新基金(No. 1505A211)；中國博士后科學(xué)基金第六批特別資助(No. 2013T60256)

賈新苗(1991-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境污染物修復(fù)，E-mail: 993444219@qq.com;

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: tiansy@tust.edu.cn

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