Effects of benthic algae on release of soluble reactive phosphorus from sediments: a radioisotope tracing study

底棲藻類對沉積物中可溶性活性磷釋放的影響放射性同位素示蹤研究

來源：Water Science and Engineering 2015, 8(2): 127-131

 

摘要內容

這篇論文旨在評估淺水湖泊中底棲藻類對沉積物內可溶性活性磷釋放的影響。研究通過在有藻和無藻的沉積物柱芯中進行SRP釋放實驗，以及底棲藻類對SRP的吸收實驗，并采用放射性同位素（32P）示蹤法。結果表明，底棲藻類能有效減少沉積物中SRP向覆水的釋放。藻類對SRP的直接吸收率在過濾水中較低，并隨SRP濃度增加而升高，但增速持續時間短（約1小時）。此外，底棲藻類通過光合作用提高了沉積物中的溶解氧濃度和含氧層厚度，間接減少了SRP的釋放。研究結論指出，底棲藻類通過直接和間接兩種方式減少SRP釋放，且間接作用可能更為重要。

研究目的

本研究的主要目的是評估底棲藻類對淺水湖泊沉積物中SRP釋放的影響，并區分其直接（藻類吸收）和間接（改變沉積物氧化還原條件）作用機制。

研究思路

研究采用實驗室培養與放射性同位素示蹤相結合的策略：

 

樣品采集與培養：從惠州西湖南湖中心采集沉積物柱芯和湖水，在實驗室中培養底棲藻類（光照組）并設置無藻對照組（黑暗組）。

SRP釋放實驗：向沉積物柱芯注入32P標記的磷酸鹽，監測7天內覆水中32P活性的變化，比較有藻組和無藻組的SRP釋放速率。

SRP吸收實驗：在不同SRP濃度條件下（過濾水、高SRP濃度），測定底棲藻類對32P標記SRP的短期（3小時內）吸收速率。

 

環境參數測量：使用Unisense微電極測量沉積物表層的溶解氧濃度和含氧層厚度。

 

測量數據及研究意義（注明數據來源）

 

32P活性（SRP釋放實驗）：

 

數據內容：有藻組覆水中的32P活性顯著低于無藻對照組。第7天時，有藻組的32P活性僅為對照組的4%。

研究意義：直接證明底棲藻類能有效抑制SRP從沉積物向水體的釋放。

 

數據來源：圖1展示了對照組和釋放實驗組隨時間變化的32P活性。

 

32P活性（SRP吸收實驗）：

 

數據內容：在低SRP濃度（過濾水）下，藻類對SRP的吸收不顯著；在高SRP濃度（0.015 mg/L）下，第1小時32P活性下降14%，但后續小時無顯著變化。

研究意義：表明藻類對SRP的直接吸收受濃度驅動，且吸收過程快速飽和，暗示直接吸收作用可能短暫且有限。

 

數據來源：圖2對比了對照組、吸收實驗組及高SRP濃度組的32P活性變化。

 

溶解氧濃度與含氧層厚度：

 

數據內容：有藻組沉積物表層（1.5 mm深度）的DO濃度（4.08±0.97 mg/L）顯著高于無藻組（1.05±0.47 mg/L）。有藻組含氧層最大厚度約4.0 mm，無藻組約2.0 mm。

研究意義：揭示底棲藻類通過光合作用增氧，間接增強沉積物表層的氧化狀態，從而促進磷與鐵等金屬離子結合沉淀，減少SRP釋放。

 

數據來源：圖3顯示了沉積物上層DO濃度；文本中描述了含氧層厚度。

 

結論

 

底棲藻類能有效減少沉積物中SRP的釋放，7天內可使釋放量降低至無藻條件下的4%。

藻類對SRP的直接吸收在高濃度下短期顯著（1小時內下降14%），但快速飽和，表明直接吸收作用短暫。

藻類通過光合作用提高沉積物氧化層厚度和DO濃度，間接抑制SRP釋放，且這一間接機制在長期調控中可能起主導作用。

 

研究強調在淺水湖泊修復中，維持底棲藻群落有助于通過多種途徑控制內源磷負荷，改善水質。

 

詳細解讀使用丹麥Unisense電極測量數據的的研究意義

本研究中使用丹麥Unisense微電極（型號PA2000）測量的溶解氧數據具有關鍵研究意義：

 

提供高分辨率氧化還原證據：Unisense微電極能以毫米級精度直接測量沉積物表層的DO濃度垂直分布（圖3）。數據顯示有藻組DO濃度顯著高于無藻組，且含氧層更厚，為“藻類增氧間接抑制SRP釋放”的假說提供了原位實證。

量化間接作用的物理基礎：通過精確測定含氧層厚度（有藻組4.0 mm vs. 無藻組2.0 mm），Unisense數據將藻類光合作用與沉積物化學條件動態關聯，表明藻類可擴大沉積物氧化區，增強磷的固定能力。

 

支持機制區分：結合32P活性數據，Unisense測量結果幫助明確間接作用（氧化層增厚）的貢獻可能大于直接吸收（短暫且有限），為淺水湖泊管理提供了理論依據——即通過調控光照和藻類生長可長效控制內源磷釋放。

 

總之，Unisense電極的高分辨率DO數據是連接生物活動（藻類光合）與地球化學過程（磷形態轉化）的關鍵橋梁，其量化結果直接支撐了本研究中關于間接作用主導的結論。