研究簡介:本論文主要探討自然死藻沉積對富營養化湖泊沉積物中磷循環的長期影響機制。藻華現象在富營養化水體中頻發，死藻沉積后會影響沉積物微環境，但以往研究多關注藻類生長和短期衰亡過程，缺乏對自然死藻長期沉積下內源磷釋放的系統分析。本研究通過模擬實驗，重點揭示了死藻沉積如何通過改變微生物代謝和群落結構驅動磷釋放的過程。研究人員在太湖梅梁灣采集藻類、水和沉積物樣品，構建水-沉積物微宇宙系統，進行80天的培養實驗。設置了四個處理組，對照組（無添加）以及低、中、高濃度的死藻添加組（Chl-a濃度分別為12、48和150 μg/L），模擬不同營養狀態。通過監測上覆水體的溶解性活性磷（SRP）濃度、沉積物磷形態變化以及微生物酶活性和群落結構，評估死藻沉積的長期效應。結果表明，死藻沉積顯著改變了沉積物微環境。如圖1所示，沉積物-水界面（SWI）的溶解氧（DO）和氧化還原電位（Eh）隨死藻濃度增加而降低，pH值也從堿性轉向酸性，這種變化為厭氧微生物活動創造了條件。SRP釋放動態顯示，高濃度組（Amend12）的磷釋放峰值出現在第40天（0.14 ± 0.017 mg/L），且在初期（0-3天）SRP交換能力最高達6.09 ± 1.63 mg/(cm2·d)，表明死藻沉積短期內促進了磷的快速釋放，長期內則維持較高水平。這可能主要歸因于死藻沉積引入了大量有機質（如有機碳和有機磷），從而改變了沉積物微環境，通過增加碳源代謝、減少細胞內氨抑制和創造更適宜的厭氧條件，提高了磷循環微生物（如聚磷菌）的活性本研究提高了我們對富營養化淺水湖泊控制內源磷釋放管理策略的理解，表明通過在水華高峰期收割藻類可以減輕新鮮沉積藻類的啟動效應。

Unisense微電極系統的應用

丹麥Unisense微電極研究系統用來精確測量沉積物剖面的關鍵物理化學參數，包括溶解氧（DO）、氧化還原電位（Eh）和pH值。使用Unisense微電極系統對太湖的沉積物進行了垂直剖面測量，微電極系統檢測了沉積物-水界面（SWI）及其以下剖面的DO、Eh和pH值，測量精度達到微米級，微電極以垂直方向插入沉積物，從界面開始逐層掃描（如2 cm間隔），獲取了不同深度下的實時數據。unisense微電極系統能夠以非破壞性方式獲取沉積物剖面的DO、Eh和pH值，揭示了死藻沉積導致的微環境變化，而微電極測量的低DO和Eh值與微生物代謝增強（如糖酵解酶活性上升）密切相關，表明設備捕獲的微環境變化直接影響了聚磷菌（PAOs）的活性。通過獲得的微電極數據，論證了死藻沉積如何通過改變微環境（如創造厭氧條件）驅動內源磷釋放。具體而言，DO和Eh的下降增加了磷的遷移能力，這與微生物群落結構變化（如Gallionellaceae的富集）相互印證，強化了“死藻-微環境-微生物-磷釋放”的因果鏈。

實驗結論

長期死藻沉積引入了大量有機質（如有機碳和有機磷），導致沉積物微環境發生根本性變化。具體表現為沉積物-水界面（SWI）的溶解氧（DO）和氧化還原電位（Eh）降低，pH值從堿性轉向酸性。這種變化創造了厭氧條件，促進了不穩定磷（如鐵鋁結合磷NaOH-P）的釋放。死藻沉積導致上覆水體溶解性活性磷（SRP）濃度出現階段性波動，沉積物磷形態分析表明，死藻主要增加了表層（0-2 cm）的有機磷（OP）、無機磷（IP）和總磷（TP），其中OP是長期SRP增加的主要來源。相關性分析顯示，OP與SRP釋放呈顯著正相關。死藻沉積通過“微環境改變-微生物激活-磷形態轉化”鏈條驅動內源磷釋放。Mantel分析顯示，沉積物OP與酶活性（如堿性磷酸酶ALP）顯著相關，突顯了生物因素的主導作用。