科研动态

水生所揭示无机氮对沉积物磷释放的影响及其机制

  目前世界范围内生物活性氮的增加已经严重超出了其安全操作空间,导致各类水体氮负荷急剧增加。氮过量输入可能会对水生态系统产生系列负面效应,包括水体酸化、生物多样性锐减、水生生物生长受到胁迫等。此外,过量氮输入还会影响沉积物磷释放,磷释放是当今湖泊富营养化治理面临的重要瓶颈之一,尤其是浅水湖泊。 

  近日,中国科学院水生生物研究所王洪铸研究员团队在环境领域期刊Water Research上先后发表2篇论文,分别揭示了氨氮(NH4+)和硝氮(NO3-)对沉积物磷释放的影响及其机制。研究通过监测水体总磷(TP)、泥-水界面可移动磷(Labile P)和环境生物参数的变化,发现NH4+≤4 mg/L对沉积物磷释放无明显作用,NH4+≥8 mg/L可通过刺激藻类生长进而增加碱性磷酸酶活性(APA)促进磷释放(图1)。NO3-≤5 mg/L对磷释放无明显作用,NO3-≥7 mg/L对磷释放有双效应:既能通过刺激藻类生长对磷释放起促进作用,又能通过增加沉积物氧化性对磷释放起抑制作用,两者相互抵消的结果是NO3-对磷释放无明显作用(图2)。 

1. 薄膜扩散梯度技术监测氨氮添加前后上覆水(0~20 mm)和沉积物(-20~0 mm)中可移动磷(labile P)的一维分布情况 

  通过对比NH4+NO3-影响沉积物磷释放的途径(图3),发现两者均存在通过刺激藻类生长促进磷释放的作用机制,只是NH4+不存在类似NO3-的抑制作用。相关成果可为浅水湖泊氮管控目标的制定提供定量化科学依据。

3. 氨氮和硝氮影响沉积物磷释放的阈值与机制 

  本研究获国家重点研发计划(2018YFD0900805)、水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX07302-002)、淡水生态与生物技术国家重点实验室(2019FBZ01)和中国科学院青年创新促进会优秀会员(2018年)资助。水生所为该论文的第一完成单位和通讯单位。马硕楠博士(现就职于宁波大学)为论文的第一作者,王海军教授(现就职于云南大学)和王洪铸研究员为通讯作者。 

    

  论文链接 

  https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.08.043 

  https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.116894