植物残体腐解驱动下水-沉积物界面有机磷形态转化途径及其生物有效性

沉积物中有机磷形态转化过程与界面物理化学性质关系密切，其形态转化过程又影响着磷的生物可利用性。植物残体腐解引起的水-沉积物界面性质的变化对沉积物有机磷形态转化途径的影响尚不清楚。针对沉积物中有机磷形态转化途径及其形态/生物有效性关联问题，综合利用32-P同位素示踪和核磁共振（31-P NMR）技术，确定水-沉积物界面有机磷及其形态（有机磷酸酯、有机多聚磷、以及膦酸酯）转化过程和途径，建立水-沉积物微界面有机磷形态转化模式和动力学模型；结合氧化铁／醋酸纤维素复合膜(FeO／CAM)方法，评估有机磷形态转化导致生物有效性差异，建立有机磷赋存形态和生物有效性的关联关系，初步摸清沉积物中有机磷转化途径及其效应。

植物残体的腐解不仅会向水体和沉积物释放大量的有机磷，而且会导致水体理化环境的改变，进而影响水-沉积物界面的有机磷形态转化及其生物有效性变化。本研究选取我国南方水域广泛分布的空心莲子草（Alternanthera philoxeroides）为代表植物，通过构建室内模拟实验观测了植物残体腐解对上覆水理化性质以及对上覆水和沉积物磷形态组成和释放通量的影响，并通过构建沉积物有机磷液相31P核磁共振（NMR）分析方法，探讨了植物残体腐解驱动的水-沉积物界面有机磷形态转化过程。结果表明：浸提剂选择0.25 M NaOH + 50 mM EDTA；以1:10的沉积物浸提剂比置于振荡器室温提取16小时取得较为理想的有机磷提取效率；植物残体腐解会导致上覆水溶解氧（DO）和pH下降，进而引起氧化还原电位（ORP）的波动；植物残体腐解引起上覆水TP、DTP、SRP浓度增加10倍以上，导致大量Fe离子向上覆水释放，进而引起磷的赋存形态的变化；植物残体腐解会向上覆水和沉积物释放包括磷酸单酯和磷酸二酯（DNA和磷脂）在内的大量有机磷，引起沉积物有机磷百分含量升高。水环境的改变导致由于植物组织分解释放的有机磷中磷酸二酯首先矿化，转化成为磷酸单酯和正磷酸盐，这一过程同时发生在上覆水和沉积物中。随着植物腐解过程的结束，更多的有机磷以较为稳定的磷酸单酯形式赋存于沉积物中。本研究通过构建液相31P-NMR分析方法和模拟实验，经过系统的研究和分析，初步揭示了植物残体腐解驱动的水-沉积物有机磷转化过程和生物有效性的变化，为系统研究我国富营养水体磷素的转化及其影响因素和制定科学合理富营养化水体治理措施提供重要科学依据和参考。