文章信息

文章标题：Synergy of algal particle deposition and bioturbation amplifies the internal phosphorus loading

第一作者：张峰瑞

通讯作者：刘成

第一/通讯单位：中国科学院南京地理与湖泊研究所，湖泊与流域水安全全国重点实验室

期刊：Water Research

出版日期：2025年

亮点

• 生物扰动加剧了藻颗粒沉积后的厌氧状况；

• 藻颗粒沉积促进了内源磷的释放；

• 藻颗粒沉积和生物扰动的协同作用加剧了内源磷的释放；

• 厌氧条件下Fe-P的释放仍然是主要的过程；

• 藻颗粒沉积和生物扰动的协同作用加速了Org-P的富集和矿化。

图片摘要

成果简介

近日，中国科学院南京地理与湖泊研究所刘成副研究员等人在Water Research期刊发表了题为“Synergy of algal particle deposition and bioturbation amplifies the internal phosphorus loading”的研究论文。该研究以富营养化湖泊聚藻区沉积物为研究对象，分析了藻颗粒沉积以及底栖生物的扰动过程协同作用对内源磷释放的影响及其机制。

引言

湖泊富营养化和有害藻华仍然是全球湖泊面临的一个重大环境问题。藻类水华发展过程中，藻类的聚集、沉积、分解会导致沉积物-水界面附近形成厌氧环境，进而使底栖耐污种如霍甫水丝蚓成为优势物种。近年来的研究发现，生物扰动或藻类颗粒沉积都会显著影响沉积物内源磷的释放。然而，生物扰动以及二者共同影响磷释放的机制仍然不清楚，仍需要进一步研究。因此，本研究选择巢湖聚藻湖湾沉积物，通过室内模拟实验，分析了藻颗粒聚积及底栖扰动作用下水、沉积物中磷的赋存含量、形态及通量等特征，进而对藻类聚积和生物扰动协同影响下沉积物-水界面磷循环进行了深入研究。

图文导读

1. 藻颗粒沉积和底栖生物扰动协同作用加剧了沉积物-水界面氧的消耗

使用微电极对对照组（Control）、生物扰动组（BS）、藻颗粒沉积组（AS）和生物扰动-藻颗粒沉积组（B-AS）进行了监测，发现7-8月，BS和B-AS处理的氧穿透深度（OPD）呈先上升后下降趋势，而AS处理的OPD在整个实验过程中呈持续下降趋势（图1）。虽然8月后所有处理的OPD都有所增加，但AS和B-AS处理的OPD值保持在非常低的水平(< 2 mm)。在整个实验期间，由于氧急剧下降，导致BS、AS和B-AS处理的耗氧速率（OUR）为零或负值。

图1. 不同处理下沉积物-水界面（SWI）的氧穿透深度（OPD）和耗氧速率（OUR）

2. 藻颗粒沉积和底栖生物扰动协同加剧了Fe-P的缺氧释放

通过对各处理组水和沉积物中磷的变化分析发现，Fe-P在AS组7月初和8月底出现峰值（327和321 mg kg^-1），B-AS组同时期Fe-P浓度分别降低45.6%和21.2%。与之相对应地，AS和B-AS组上覆水中各形态磷的浓度明显高于对照组和BS组，尤其是在8月末，AS和B-AS组水柱中的可移动活性磷（SRP）浓度分别是对照组的2.3倍和4.5倍。进一步分析了沉积物间隙水中SRP和Fe(II)的浓度，AS和B-AS组0-4 cm的Fe(II)平均浓度分别为2.83和2.01 mg L^-1（图2），AS和B-AS组0-4 cm的SRP平均浓度分别为1.21和1.24 mg L^-1（图3）。

图2. 沉积物-水界面（SWI）附近Fe（II）浓度的变化

图3. 沉积物-水界面（SWI）附近SRP浓度的变化

3. 底栖生物扰动和藻颗粒沉积进一步促进了Org-P矿化和释放

进一步分析了Org-P的垂直分布特征，发现藻颗粒沉积增加了表层沉积物中Org-P浓度，而底栖生物的搬运作用则导致Org-P浓度随深度增加的特征（图4）。通过对各处理组中SRP和Fe(II)通量的差异及其相关性的分析，发现藻颗粒沉积和底栖扰动作用下Fe(II)通量呈下降趋势，而SRP通量呈上升趋势。表明除了Fe-P之外，还有其他形式的P有助于P的释放，当上覆水中的SRP和表层沉积物中的活性磷耗尽时，因生物扰动导致埋藏的Org-P矿化，最终导致10月底B-AS处理中观察到较高的SRP通量（图5）。

图4. 实验期间不同深度（0-10 cm）沉积物中有机磷（Org-P）分布的变化

图5. 可溶性活性磷（SRP）和Fe(II)通量在沉积物-水界面（SWI）上的变化（a，b）。SRP通量与Fe(II)通量的相关分析（c）

小结

对藻类聚积区底栖生物扰动会显著影响内源磷释放过程。霍甫水丝蚓扰动下形成的藻颗粒-生物扰动混合层比单纯藻颗粒层具有更高释磷潜力，其中Fe-P仍是磷释放的主要驱动因素。研究还发现生物扰动会进一步加速沉积物中Org-P的富集和矿化。这些结果表明，浅水富营养化湖泊磷管理过程中需更加关注聚藻起底栖生物扰动作用的影响。

作者简介

张峰瑞，硕士研究生，主要研究方向为湖泊环境地球化学。

刘成，中国科学院南京地理与湖泊研究所副研究员。现任中国环境科学学会沉积物环境专业委员会副秘书长、中国水利学会疏浚与泥处理利用专业委员会委员、中国土壤学会青年工作委员会委员。入选江苏省科协青年科技人才托举工程（2020）。主要从事湖泊环境修复方向的基础理论研究与技术研发工作，包括底泥内源污染物释放机理研究及控制、湖滨带聚藻区缺氧水体生源要素迁移转化机制、湖滨带退化基底改良及湿地恢复等。主持国家自然科学基金2项、江苏省自然科学基金2项，国家重点研发子课题1项；主持了十多项河流、湖泊生态修复及保护支撑项目。发表学术论文70余篇，授权专利10余项，参编专著4部。

Email：chliu@niglas.ac.cn

资讯来源：微信公众号”水生态环境科学“推文《中国科学院南京地理与湖泊研究所Water Research：藻颗粒沉积和生物扰动的协同作用加剧了内源磷释放》

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