淺水湖泊沉積物磷釋放的生物學(xué)機(jī)制研究.pdf

1、我國(guó)淺水湖泊面臨嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化，而沉積物-水界面磷的行為研究是揭示湖泊富營(yíng)養(yǎng)化機(jī)理的重要一環(huán)，為我國(guó)富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊的治理與管理提供指導(dǎo)和理論依據(jù)。由于淺水湖泊水深較淺，與沉積物界面間的物質(zhì)交換頻繁、過(guò)程復(fù)雜，因此淺水湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的形成機(jī)制較為復(fù)雜。由于生物過(guò)程對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在水-沉積物界面的遷移、源匯轉(zhuǎn)換、形態(tài)變化與活化、鈍化、固化規(guī)律起重要作用，人們?cè)谠械乃?沉積物界面兩相模式的基礎(chǔ)上，提出湖泊水-沉積物界面的三相結(jié)構(gòu)模式，上覆水、沉

2、積物、生物相所構(gòu)成的體系成為了目前研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。本文依托973國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2002CB412304)“湖泊富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程與藍(lán)藻水華暴發(fā)機(jī)理研究”，采用原位觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)模擬研究相結(jié)合的方法，從生物化學(xué)角度開(kāi)展磷的釋放和轉(zhuǎn)化機(jī)理研究，將生物學(xué)領(lǐng)域的酶學(xué)方法應(yīng)用于水-沉積物界面磷的循環(huán)代謝研究。探討了不同環(huán)境條件下，在沒(méi)有外來(lái)污染源的條件下，生物相對(duì)沉積物中磷的遷移、形態(tài)轉(zhuǎn)化及其生物可利用性的影響，并取得了以下研究成果

3、： (1)采用EDTA螯合劑法和不同的生物可利用磷的化學(xué)提取法，研究了太湖3個(gè)不同營(yíng)養(yǎng)水平湖區(qū)中8個(gè)點(diǎn)位表層沉積物總磷、各組分磷及生物可利用磷的含量分布，探討了太湖不同營(yíng)養(yǎng)水平湖區(qū)表層沉積物的釋磷潛力和生物可利用磷的來(lái)源。結(jié)果表明，太湖不同營(yíng)養(yǎng)水平湖區(qū)表層沉積物總磷、無(wú)機(jī)磷和生物可利用磷含量分布差異較大，且與各湖區(qū)的營(yíng)養(yǎng)水平相一致。有機(jī)磷含量與有機(jī)質(zhì)和含水率顯著相關(guān)；沉積物中鐵磷和鈣磷對(duì)生物可利用磷的貢獻(xiàn)較大，這部分磷具有較大的

4、潛在釋放風(fēng)險(xiǎn)。 (2)藻類(lèi)的存在與否以及種類(lèi)的不同對(duì)沉積物-水界面磷交換過(guò)程產(chǎn)生的影響，一定程度上決定了上覆水體中可利用磷的多少，進(jìn)而會(huì)影響其自身的生長(zhǎng)繁殖。在沉積物和上覆水滅活條件下，銅綠微囊藻仍可強(qiáng)烈促使沉積物磷的釋放，使上覆水體磷酸鹽濃度顯著增加，從而為其生長(zhǎng)繁殖提供了必要的營(yíng)養(yǎng)條件；而沒(méi)有微生物對(duì)沉積物和水體中磷進(jìn)行分解釋放，月芽藻不僅不能引起上覆水體磷酸鹽濃度增加，而且還使上覆水體中P的濃度低于對(duì)照組，其存在也不能引起

5、沉積物中磷的明顯釋放，導(dǎo)致試驗(yàn)過(guò)程中月芽藻數(shù)量由于營(yíng)養(yǎng)鹽限制而逐步減少。因此，藻類(lèi)利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力，可能是其在營(yíng)養(yǎng)限制條件下能否生存并成為優(yōu)勢(shì)種的重要因素。藻類(lèi)的生長(zhǎng)使沉積物中的鐵磷(除月芽藻組)和堿可提取有機(jī)磷下降明顯，鈣磷和酸可提取有機(jī)磷則大幅度的增加，各形態(tài)磷之間存在明顯轉(zhuǎn)化。 (3)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬研究了浮游藻類(lèi)在不同光照和通氣條件下，對(duì)沉積物磷釋放及水質(zhì)變化的影響。研究結(jié)果表明，有光條件下銅綠微囊藻在通氮?dú)?、空氣條件下均

6、可以生長(zhǎng)繁殖，進(jìn)而促使水體pH和Eh的升高。上覆水磷濃度變化趨勢(shì)為無(wú)光環(huán)境＞有光環(huán)境，通氮?dú)猸h(huán)境＞通氧氣環(huán)境，這種變化都與藻類(lèi)的存在有關(guān)。光照條件下藻類(lèi)和微生物的生物活性增強(qiáng)，對(duì)生物可利用磷的分解作用加強(qiáng)，促使沉積物中生物可利用磷的釋放，因而有光通氧氣環(huán)境下沉積物釋磷量大于通氮?dú)猸h(huán)境，區(qū)別于以往厭氧條件下磷釋放量大的結(jié)論。此外，研究還發(fā)現(xiàn)在水體呈弱還原狀態(tài)且在浮游生物死亡或休眠后的一段時(shí)間內(nèi)，磷酸酶活性并不能作為水體缺磷的指標(biāo)。

7、 (4)室內(nèi)模擬研究夏季不同光強(qiáng)共同作用下，水-沉積物界面磷的交換過(guò)程，及常見(jiàn)藻種間的生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)。沉積物向水體釋放氮磷，為藻類(lèi)生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)鹽，而藻類(lèi)的生長(zhǎng)又反過(guò)來(lái)促進(jìn)沉積物磷的釋放。各形態(tài)磷之間存在的轉(zhuǎn)化都與藻類(lèi)的存在及其生長(zhǎng)密度有關(guān)。光強(qiáng)大小對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)情況影響明顯，在光強(qiáng)＜500Lx時(shí)，銅綠微囊藻和四尾柵藻的生長(zhǎng)受到低光照的抑制；但是于4500～6500Lx光強(qiáng)范圍中，銅綠微囊藻的最大生物量和內(nèi)稟增長(zhǎng)率都高于四尾柵藻，其較四尾柵藻表現(xiàn)出