沉水植物根际效应对沉积物磷稳定性的调控机制

Sedimentary phosphorus is an important component of the eutrophic waterbody phosphorus cycle. Rhizosphere is the great important interface of plants, soil and microbial. It formed the special oxidation-reduction heterogeneous micro-environment and took dramatic substance cycle such as exchange, degradation, transformation, and the sedimentary substances. Rhizosphere is the most active area that submerged macrophytes has an influence on phosphorus (P) removing and forms in sediment. The research on submerged macrophytes rhizosphere must be carried out if you reveal the influence that submerged macrophytes to phosphorus cycle of sediment from the mechanism. This project analysized the forming process and mechanism of rhizosphere environment by monitoring submerged macrophytes roots secrete environment characteristics, such as DO, pH, Eh. By simulating submerged macrophytes root growth process, the change of the index were monitored such as pH, Eh DO in root rhizosphere sediment. By collecting rhizosphere sediment samples, determining the content of various forms of phosphorus, and analysing of phosphorus form conversion process, the project clarified the rhizosphere environment factor and the relationship between sediment phosphorus cycle, and revealed the submerged macrophytes rhizosphere process for phosphorus cycle control process and the mechanism of impact factor. The results can provide basic data for scientific and reasonable utilization of submerged macrophytes to control the phosphorus pollution, and slow down the eutrophication of lakes.

沉积物磷是富营养化水体磷循环的重要组成，沉水植物根际存在的氧化-还原微界面环境是沉积物不同形态磷间迁移转化过程的重要影响因子。利用高分辨率微电极技术，微量采样分析技术，测定不同种类沉水植物生长发育、衰亡阶段根际微界面结构组成、根际微环境溶解氧（DO）、pH、Eh以及沉积物中总磷、有机磷、无机磷、钙磷、铁铝磷等指标的时空变化过程，分析探讨不同程度的富营养化水体中沉水植物根际微界面环境中DO、pH、Eh的时空变化规律及影响因子，揭示不同生长阶段、不同种类沉水植物根际微界面的结构特征。探讨沉水植物根际微界面结构及DO等的时空变化对有机磷、无机磷、钙磷及铁铝磷间转化过程的影响，揭示沉水植物根际微界面磷循环主要过程的时空分布格局及调控机制，从而为富营养化水体磷污染治理及生态修复提供科学支撑。

本项目利用微电极测定了苦草、菹草和马来眼子菜根际氧含量的空间变化，分析了不同沉水植物根系泌氧特征。通过室内实验，以苦草和菹草作为研究对象，跟踪监测沉水植物生长发育过程中根际沉积物主要环境因子pH和Eh的动态变化，及沉积物中各形态磷含量的变化。主要结论如下：.（1）不同沉水植物的根系泌氧能力存在差异。苦草的根系泌氧能力最强，马来眼子菜其次，菹草最弱。在泌氧能力最强的根长1/4至1/2处，苦草根表溶解氧浓度分别是马来眼子菜和菹草的1.25倍和1.7倍。.（2）在苦草根系集中分布区，沉积物Eh明显升高，pH明显降低，有机质含量降低。苦草组沉积物Eh呈先降低后增加的趋势，到80天时，最高升高了141.5mV，对照组沉积物Eh持续降低。沉积物pH值逐渐降低，分别下降了5.52%和4.78%. 苦草组4~6cm沉积物有机质含量下降幅度最大， 80天时降幅达到19.3%..在苦草根系影响下，沉积物中总磷（TP），铁铝磷（Fe/Al-P）和有机磷（OP）含量内明显降低。Fe/Al-P易受pH值和Eh变化的影响，苦草根系生长创造了低pH值、高Eh的根际环境，使得沉积物Fe/Al-P被植物吸收或释放到上覆水中；OP中活性有机磷在低pH值、高Eh的根际环境下发生了迁移转化。.（3）种植菹草的低、中、高营养沉积物中TP，Fe/Al-P，OP含量均有不同程度的下降。TP平均降幅分别为：13.44mg/kg、110.49mg/kg、125.59mg/kg. 中营养和高营养沉积物TP下降幅度差异不显著（p>0.05）。在垂直方向上，下降幅度最大的为中、高营养盐沉积物3~4cm处，分别下降了162.62mg/kg和158.11mg/kg. 中营养和高营养沉积物Fe/Al-P下降幅度差异不显著（p>0.05）。垂直方向上，低、中、高三种沉积物Fe/Al-P含量降幅最大的区域为根系密集分布的2~8cm。中营养沉积物中OP含量降幅最大，平均降幅36.83mg/kg. 在垂直方向上，降幅最大的层位为1~8cm，最大降幅为54.31mg/kg. 中、高营养沉积物中OP含量降幅间无显著差异（p>0.05）。.沉水植物的根际效应提高了沉积物Eh、降低了pH值、增加了沉积物氧含量，导致Fe/Al-P和OP含量的降低，减弱了沉积物磷的释放，增强了沉积物稳定性。