Water Research：太湖底栖动物扰动及其密度变化对沉积物磷释放和水体磷水平的影响研究取得进展
太湖是一个大型浅水富营养湖泊，蓝藻水华频繁暴发。大量研究表明，沉积物磷的释放是导致水体磷水平较高和蓝藻水华频发的重要原因。底栖动物是湖泊生态系统的重要类群，它们的扰动行为可直接影响沉积物中磷的生物有效性。
然而，大型富营养化湖泊底栖动物的扰动及其密度变化是否影响沉积物磷的释放和水体中磷的水平尚不清楚。本研究基于本文和中科院南京地湖所课题组已有的研究，探究了太湖底栖动物密度变化对沉积物磷释放以及水体磷水平的影响。
基于2007-2020年太湖底栖动物的优势种及其密度变化，选择太湖底栖动物中的优势种—钩虾亚目的太湖大螯蜚（下文俗称钩虾）作为研究对象，采用荧光示踪技术以及智感环境多项高分辨监测技术：平面光极技术(PO)、薄膜扩散梯度技术(DGT)以及高分辨孔隙水采样技术(HR-Peeper)研究了钩虾扰动对水流量、沉积物混合、沉积物中氧气动态和沉积物磷释放的影响（图1）。
图1 太湖大型底栖动物采样点（a），生物扰动的沉积物（bcde），荧光示踪技术和平面光极成像示意图（f），HR-Peeper和DGT采样示意图（g）。
历史数据研究发现，从2007至2020年太湖底栖动物的总密度下降了93%，其中优势种霍甫水丝蚓、摇蚊幼虫以及钩虾的密度下降明显，而其他优势种河蚬和铜锈环棱螺的密度呈现波动变化（图2）。
图2 2007-2020年太湖底栖动物密度变化。
通过平面光极获取的高时空分辨率氧气二维变化可知，太湖钩虾通过生物灌溉增加了沉积物中氧气的可利用性和渗透深度，同时钩虾的间歇性通风活动导致洞穴及其周围沉积物中产生高度的氧化还原震荡（图3）。
图3 钩虾扰动对沉积物中氧气分布和动态的影响。
沉积物中氧气的可利用性将改变沉积物中铁的氧化还原状态，进而影响磷的生物有效性。研究发现，钩虾洞穴中的氧气扩散到周围的沉积物中并形成氧化层；还原性铁从厌氧沉积物中扩散至洞穴附近并被氧化；沉积物中释放的可溶性磷被氧化铁吸附并以铁结合态磷的形式滞留在氧化层中，从而减少沉积物中磷的释放（图4）。
已有的研究结果表明，霍甫水丝蚓和摇蚊幼虫扰动也可通过增加沉积物中氧气的可利用性减少磷的释放(Chen et al. 2015, 2016a)，而河岘和铜锈环棱螺则会通过消耗表层沉积物中的氧气增加磷的释放(Chen et al. 2016b；Yang et al.2020)。因此，推测钩虾、霍甫水丝蚓和摇蚊幼虫密度降低是加剧太湖沉积物磷释放和match维match持太湖水体磷水平的重要因素之一。
未来，进一步研究和量化底栖动物密度和优势种的变化对沉积物磷释放的影响，可以更好地认识内源磷循环规律，对于控制湖泊富营养化具有重要意义。
Cai Li, Shiming Ding, Yongjiu Cai, et., 2022. Decrease in macrofauna density increases the sediment phosphorus release and maintains the high phosphorus level of water column in Lake Taihu: A case study on Grandidierella taihuensis, Water Research, Volume 225, 2022, 119193, ISSN 0043-1354, https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.119193.
文章链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135422011381?via%3Dihub
注：本文仅用于学术分享，版权属于论文原作者
|
|
