《Carbon Research》文章:蓝藻生长和衰亡对沉积物-水界面溶解性有机质和内源营养盐释放的影响

理解藻华过程中溶解性有机质(DOM)与营养盐行为的相互作用对水管理具有重要的启示。该研究通过构建蓝藻生长与衰亡的沉积物-水界面(SWI)微宇宙模拟系统,分析氮磷交换通量和DOM的变化,阐明了蓝藻生长与衰亡对DOM组分和内源氮磷释放的影响。三维荧光光谱分析显示,SWI系统DOM主要荧光组分为微生物源类腐殖酸C1、陆源类腐殖酸C2、类酪氨酸C3和类色氨酸C4。蓝藻生长初期到爆发阶段,上覆水类蛋白组分(C3+C4)增加源于藻体胞外有机质的合成与释放;整个蓝藻生消阶段,因藻体的生长和衰亡沉降,沉积物中DOM类蛋白组分持续增加。蓝藻爆发阶段,SWI磷交换通量快速增大,指示蓝藻生长通过有机磷矿化和铁铝磷转化的途径促进了沉积物内源磷的释放。蓝藻生长初期,高铵氮交换通量指示沉积物通过有机氮矿化向上覆水释放氮营养盐。冗余分析显示,沉积物DOM变化主要与烧矢量(有机质)关联,蓝藻爆发促进了沉积物DOM向水的释放。该研究结果从新视角提供了对蓝藻生消阶段DOM与营养盐行为关联的认识,对湖泊内源污染管理具有重要的启示。

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图1模拟蓝藻生长和衰亡过程的示意图
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图2 蓝藻生长和衰亡过程中沉积物与上覆水中溶解有机碳(DOC)、氮和磷的变化:(a)上覆水叶绿素a(Chl-a);(b)上覆水DOC;(c)沉积物DOC;(d)沉积物总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)及铁铝结合态磷(Fe/Al-P);(e)上覆水TP;(f)上覆水溶解性总磷(DTP);(g)上覆水总氮(TN);(h)上覆水溶解性总氮(DTN) 
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图3蓝藻生长与衰亡阶段沉积物-水界面磷(a)与氮(b、c)交换通量的显著变化
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图4蓝藻生长和衰亡过程中沉积物及上覆水中DOM的SUVAzsq和SR的变化:上覆水中的SR(a);沉积物中的SR(b);上覆水中的SUVAzsq(c);沉积物中的SUVAzsq(d)
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图5 模拟实验中沉积物与上覆水中DOM的荧光组分(a);模拟实验中蓝藻生长和衰亡阶段各组分荧光强度及相对丰度的变化(b)
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图6 模拟实验中上覆水(a)和沉积物(b)中DOM组分、营养盐通量及理化指标的冗余分析
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图7 模拟实验中上覆水(a)和沉积物(b)中 DOM 组分、营养盐及理化指标的相关性分析

结论

1、蓝藻生长与衰亡过程显著影响了沉积物-水界面系统DOM的结构和组分。

2、蓝藻爆发通过有机磷矿化和铁铝磷转化途径促进了沉积物磷的释放,进而支撑藻体生长和藻源有机质的释放。

3、蓝藻生长初期沉积物通过有机氮矿化向上覆水释放大量铵态氮。

4、蓝藻生长与衰亡过程上覆水DOM组分与氮磷迁移转化存在复杂的相互作用。

来源:Carbon Research

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