滇池水华优势蓝藻的磷吸收存储及水华消亡时残体的磷矿化机制

Phosphorus (P) absorption and release of cyanobacterial bloom is a part of the lake biogeochemical cycle of P, and will play an important role in the next round of water bloom. Until now, the P storage site, utilization mechanism of organic P and P mineralization mechanism of cyanobacteria are lake of necessary research. Colonial Microcysis aeruginosa, Aphanizomenon flosaquae and Anabaena flosaquae are the target organisms of this project, which usually are the dominated blue - green algae species of cyanobacterial bloom in Dianchi lake, and the mechanisms of P absorption, storage site and mineralization mechanism of these three cyanobacterial species will be studied. P competition mechanism will be explored through examing of phosphorus storage site and its absorption kinetics (especially for organic P) of these three blue-green algae. The contribution of P release of cyanobacterial bloom to the next round of water bloom will be evaluated by the determination of P mineralization mechanism of cyanobacterial bloom and the effect of environmental factors on the cyanobacterial bloom P mineralization. These results can not only help to fill some gap of present research, but also to deepen the understanding of the function of P absorption and mineralization of blue-green algae bloom in the biogeochemical cycle of P in eutrophic lake. Further more, it can provide the theoretical knowledge and practical basis for further lake eutrophication management.

蓝藻对磷的吸收和其死亡后的矿化释放是富营养化湖泊磷物质循环不可忽视的一个组成部分，可能在新一轮水华的形成中发挥重要作用。目前，水华蓝藻的储磷部位、有机磷利用方式以及磷矿化释放规律还缺少必要的研究。本项目以我国滇池水华优势蓝藻（群体微囊藻和水华束丝藻）为研究对象，通过研究这两种典型水华蓝藻对磷的存储位点、吸收储存机制（尤其是有机磷源）和磷储存动力学，进一步探讨基于磷储存的水华藻类之间的磷竞争机制；通过室内纯培养实验考察不同环境因素对于水华蓝藻死亡时的磷矿化释放的影响，并应用人工室内控制和原位围格实验的方法，研究滇池水华蓝藻死亡时残体的磷矿化释放规律及其对水体可用磷浓度的影响，评估藻类水华残体磷矿化释放对二次水华的贡献。研究成果不仅可以有助于加深了解水华藻类磷吸收和磷矿化在富营养化湖泊磷循环中的作用，弥补当前研究中的不足，而且可以为进一步富营养化治理提供理论基础。

蓝藻对磷的吸收和其死亡后的矿化释放是富营养化湖泊磷物质循环不可忽视的一个组成部分，可能在新一轮水华的形成中发挥重要作用。本项目研究了典型水华蓝藻对磷的存储位点、吸收储存机制（尤其是有机磷源）和磷储存动力学，并应用人工室内控制和原位围格实验的方法，研究滇池水华蓝藻死亡时残体的磷矿化释放规律及其对水体可用磷浓度的影响，评估藻类水华残体磷矿化释放对二次水华的贡献。研究结果显示磷源丰富时藻体主要是正磷酸盐，且主要储存于细胞膜外的黏液层中。蓝藻利用聚磷酸盐为先降解再利用，而对有机磷不同，水华束丝丝藻需先在胞外降解再吸收，而群体微囊藻还可以直接吸收利用。复合磷源培养比单一磷源更能促进藻类生长和繁殖，有利于水华的形成。水华蓝藻消亡过程中主要释放正磷酸盐到水体中，光照、温度和pH对磷释放有较大影响，磷释放速率与固定性胞外多糖含量成负相关，与可溶性胞外多糖成正相关，与氧化还原电位成正相关。藻细胞消亡过程中总磷的释放速率与藻细胞内的正磷酸盐释放速率大致相同。室内原水人工模拟和野外围隔原位试验结果表明处于衰亡期的藻体内的磷主要是以正磷酸盐和有机磷的形式储存在藻细胞内。在藻类衰亡过程中，主要是以正磷酸盐的形式释放到水体中，磷释放过程属于一级反应动力学反应。藻类衰亡过程是藻细胞外胶鞘先被分解破坏，然后藻体内的磷才大量释放到水体中。藻类衰亡磷释放主要受到氧化还原电位的影响。通过实地采样、遥感影像分析及参考相关论文数据等方法，估测出2016年滇池草海蓝藻水华消亡释放了24.12吨总磷，对水体总磷和无机磷贡献为0.9584mg L-1 and 0.6468 mg L-1。2011年和2014年滇池草海蓝藻水华分别释放了303.30吨 and 20.57吨磷。滇池草海冬季蓝藻水华消亡所释放的磷不容忽视，能为蓝藻水华状态的维持提供充分的营养保障。研究成果不仅可以有助于加深了解水华藻类磷吸收和磷矿化在富营养化湖泊磷循环中的作用， 弥补当前研究中的不足，而且可以为进一步富营养化治理提供理论基础。