苦草根际微区铁-磷的偶联特征与机制

The growth of submerged plants can improve water quality of lake, and Iron plaque formation around the root surface and radial oxygen loss from submerged plant controlling phosphorus mobilization is the important reason. Vallisneria natans will be the object of this project, the characteristic and mechanism of iron-coupled phosphorus in rhizosphere sediments will be studied systematically. Planar optode (PO), diffusive gradient in thin films (DGT) and High-resolution dialysis (HR-Peeper) techniques will be used to measure DO、Fe and Mn at a millimeter/su-bmillimeter resolution in Vallisneria natans rhizosphere sediments to study the formation of root plaque. The high spatial resolution distribution and gradient variation of P concentration from sediments will be analyzed, combining the diffusion kinetics of P from sediments and the adsorption kinetics of P by iron plaque to reveal control process of P mobilization from sediments by root plaque. The mechanism of iron-coupled phosphorus in rhizosphere sediments of Vallisneria natans will be explained, using high resolution information of iron plaque dissolution and P release combined with the influence of organic acids and iron-reducing bacteria. The research will be beneficial to the theory of P cycle in lake, and provide evidence for controlling and remediation of water eutrophication of lake.

沉水植物的生长能显著改善湖泊水质，其中植物根系泌氧形成的根表氧化膜（铁膜）对沉积物磷的控制作用是重要原因。本项目以苦草为研究对象，开展两者在根际微区偶联作用与机制的系统研究。依托平面光极（PO）、薄膜扩散梯度（DGT）、间隙水扩散平衡（HR-Peeper）等毫米-亚毫米级获取技术，考察根际溶解氧的动态变化与Fe、Mn等金属元素在根表的沉积特征，分析磷在铁膜周围的高分辨分布和浓度梯度变化，结合沉积物磷的扩散和离体铁膜对磷的吸附动力学，揭示铁膜对沉积物磷迁移的控制作用。获取根表铁膜溶解与磷释放的精细信息，通过分析根系分泌有机酸与根际铁还原菌对铁膜的溶解作用，阐明根表铁膜上吸附态磷释放的主要机制。研究结果可丰富湖泊磷循环理论，为富营养化水体的治理与修复提供科学依据。

沉水植物的生长能显著改善湖泊水质，其中植物根系泌氧形成的根表氧化膜（铁膜）对沉积物磷的控制作用是重要原因。本项目以苦草为研究对象，开展两者在根际微区偶联作用与机制的系统研究。首先，建立沉积物根际溶解氧二维高分辨率（微米级）的平面光极（PO）采样方法，结合DGT和HR-Peeper技术，可精细化同步获取根际微区沉积物溶解氧、磷、铁和锰浓度的分布信息。基于所建立的方法体系，研究苦草根际效应对沉积物磷迁移的影响，揭示了苦草在不同生长时期对根际沉积物磷迁移的影响特征与机制。同时，使用所建立的方法，原位同步获取太湖沉积物磷、铁和锰的浓度变化信息，发现是铁而不是锰的氧化还原控制沉积物磷的迁移转化，为铁-磷偶联机制提供直接证据。此外，研究蓝藻暴发沉积物磷的迁移，发现蓝藻暴发沉积物磷的释放主要受铁-磷耦合机制的控制，基于此建立了蓝藻暴发驱动沉积物内源磷释放的新模式。