亚深水湖泊悬浮颗粒物沉降过程中的氮磷释放机制

Hongfeng Lake, a typical sub-deep lake located Guizhou province, is selected for a comprehensive investigation on the degradation of suspended particulate matter (SPM) collected with a profile-continuous sediment trap in the water column. The work is focused on the degradation of SPM and the release of nitrogen (N) and phosphorus (P) from SPM in different layers and different interfaces within the water column, to clarify the release behavior of nutrients from SPM and its response to environmental factors. Based on these, the release intensity and release mechanism of nutrients from SPM within the water column, as well as the related ecological environment effects are assessed. In addition, the contribution of N/Prelease via the SPM degradation in the water column on the nutrients load and eutrophication is also quantitatively evaluated. Furthermore, possible differences of N/P release from SPM during the sedimentation in the sub-deep lake are compared with those in the deep sea and typical shallow lake. The obtained results can help us get a better understanding on the endogenous source of N/P and these biogeochemical cycles in sub-deep lake, and provide important scientific basis on the development of control strategies of endogenous nutrients and lake eutrophication.

选取贵州红枫湖这一典型的亚深水型湖泊作为研究对象，利用剖面连续沉积物捕获器收集悬浮颗粒物(suspended particulate matter, SPM)，针对SPM在水柱中的沉降过程，对SPM在不同水层、不同界面的矿化降解及其营养盐释放进行系统的研究，阐明湖泊SPM在沉降过程中氮磷的释放行为及其对环境因子的响应。在此基础上，揭示SPM在沉降过程中营养盐的释放强度、释放机制及其相关的生态环境效应，定量评估SPM降解释放的氮磷对水体氮磷负荷和富营养化的贡献，研究识别亚深水湖泊SPM沉降过程中氮磷释放行为与海洋深水体系和典型的浅水型湖泊存在的差异，深入揭示亚深水型湖泊水体内源氮磷来源及其生物地球化学循环过程，为制定科学的湖泊内源营养盐控制措施和富营养化防控策略提供重要依据。

前人研究反映出湖库悬浮颗粒物（SPM）沉降过程中营养盐的释放可能是水体活性营养盐的重要来源，对维持淡水环境初级生产力具有重要的意义，但目前对于 SPM 沉降过程中营养盐的释放量及其对水体富营养化的贡献并不清楚，仍缺乏定量研究；并且，对于 SPM 沉降过程中营养盐的释放机制与控制因素仍然认识不清，尤其是云贵高原广泛分布的亚深水湖库。. 本研究选取有机质来源和溶解氧浓度水平存在显著差异的亚深水湖库（百花湖和普定水库）为研究对象，分别于夏季和冬季放置颗粒物捕获器按月分层收集水体SPM，并同时对水质参数和水体营养盐进行监测；对SPM的沉降通量和颗粒有机质（POM）、颗粒态总磷（TP）、颗粒态总氮（TN）、颗粒有机氮（PON）、颗粒有机磷（POP）、颗粒无机磷（PIP）、碱性磷酸酶活性、以及主量元素和微量元素进行了分析，并利用三维荧光光谱对SPM中溶解有机碳（DOC）的组分和来源进行了分析。研究结果表明：SPM沉降过程中颗粒态有机磷和颗粒态无机磷均发生活化释放，且有机磷的矿化降解作用在温跃层最强烈；普定水库夏季和冬季SPM中PTP的释放潜力分别高达0.176 t/d和0.064 t/d，POP释放潜力分别高达0.079 t/d和0.042 t/d；百花湖水库夏季和冬季PTP的释放潜力分别高达0.1 t/d和0.02 t/d，POP的释放潜力分别高达0.07 t/d和0.02 t/d；普定水库和百花湖水库SPM中POP释放潜力占PTP释放潜力的比例分别高达45.41-64.59%和68.78-70.22%，底部水体季节性缺氧的湖库POP贡献较大；颗粒有机氮和颗粒无机氮含量均表现出不同程度的活化释放，且好氧条件有利于有机氮的矿化和无机氮的迁移转化，厌氧环境有利于PON和PIN的保存。. 该项目强调了颗粒物沉降过程中氮磷的活化释放是水体中氮磷的重要来源，且底部水体季节性缺氧的湖库有机磷活化释放的程度较富氧水体高。