磷(P)是水體富營(yíng)養(yǎng)化最為常見(jiàn)的限制性營(yíng)養(yǎng)鹽，水體中較高的磷含量會(huì)直接導(dǎo)致藻華的爆發(fā)。沉積物是水環(huán)境中磷循環(huán)的載體與重要的儲(chǔ)存庫(kù)，其組成和其表面的理化性質(zhì)影響著磷在沉積物—水界面上的遷移行為，同時(shí)共存的生物藻類以及溶解氧(DO)等環(huán)境因素也在很大程度上影響著沉積物對(duì)P的吸附或釋放作用，進(jìn)而影響著水體的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

已有的研究表明，藻類對(duì)沉積物磷的遷移有著直接或間接的影響：藻類對(duì)P的吸收使上覆水中的P濃度下降，致使沉積物間隙水與上覆水之間存在P濃度梯度，進(jìn)而促使沉積物中的P向上覆水中擴(kuò)散，而由沉積物釋出的P進(jìn)一步為藻類的生長(zhǎng)繁殖提供營(yíng)養(yǎng)源，因此沉積物釋磷行為與藻類生長(zhǎng)往往是互相促進(jìn)的。Tuominen等研究發(fā)現(xiàn)，硅藻屬細(xì)胞分解后釋放出的硅還可通過(guò)與P搶占鐵、鋁氧化物表面的吸附位點(diǎn)而致使沉積物上P吸附量下降。同時(shí)，由于藻類可通過(guò)光合作用產(chǎn)生O2，而呼吸作用及死亡后的藻體經(jīng)微生物分解則會(huì)消耗DO，從而導(dǎo)致藻類對(duì)水體中DO水平有著重要影響，而作為影響沉積物中磷的遷移行為的環(huán)境因素之一，DO則可通過(guò)影響鐵錳氧化物和硫的氧化還原以及微生物新陳代謝等過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積物-水界面上磷遷移行為的影響：富氧環(huán)境下，O2作為有機(jī)質(zhì)降解過(guò)程中的主要電子接受體為其有氧呼吸供能；貧氧條件下，MnO2和FeOOH等就會(huì)作為理想的電子受體而被有機(jī)質(zhì)的降解所利用，此時(shí)容易發(fā)生Fe3+-Fe2+的還原反應(yīng)，使原本與鐵、錳氧化物結(jié)合的那部分磷溶解釋放至上覆水中，且鐵結(jié)合態(tài)磷(Fe-P)是沉積物向水體釋放P的主要形態(tài)。

在微電極技術(shù)發(fā)展以前，傳統(tǒng)定量水體中的溶解氧濃度多采用化學(xué)滴定方法或是借助其它儀器分析手段，存在耗時(shí)較長(zhǎng)且難以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)的缺點(diǎn)。微電極優(yōu)勢(shì)在于能實(shí)現(xiàn)較高的空間分辨率并能在短時(shí)間內(nèi)獲得大量的數(shù)據(jù)。金汞伏安微電極最初是由George W.Luther III的研究團(tuán)隊(duì)研制所得，制成的Au/Hg微電極應(yīng)用于沉積物中DO、S2-、Mn2+和Fe2+等氧化還原成分的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。Xu等利用微電極體系對(duì)Fe、Mn等金屬離子的測(cè)量，揭示了海洋環(huán)境中微生物影響金屬腐蝕的一般機(jī)制；并將該微電極技術(shù)應(yīng)用于廈門西港沉積物中氧化還原成分濃度梯度的測(cè)量中。

本文采用金汞伏安微電極技術(shù)，通過(guò)對(duì)藻-沉積物共存體系中溶解氧含量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)合體系中磷的消耗情況及沉積物中磷的形態(tài)分布等，探討藻類生長(zhǎng)活動(dòng)對(duì)沉積物-水界面上磷的遷移轉(zhuǎn)化的影響。

1材料與方法

1.1沉積物樣品及藻的培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)所用沉積物樣品于2018年3月采自長(zhǎng)江口，采集后在-20℃下冷凍保存。使用前室溫解凍，自然風(fēng)干，研磨后過(guò)尼龍篩，取120～200目(120～75μm)組分備用。

實(shí)驗(yàn)選取的中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)是我國(guó)海域尤其是長(zhǎng)江口水域優(yōu)勢(shì)的赤潮藻種，藻種由中國(guó)科學(xué)院海洋研究所提供。取一定量指數(shù)生長(zhǎng)期的藻細(xì)胞接入盛有100 mL f/2培養(yǎng)基的250 mL的三角瓶中，然后將其置于溫度為(25±0.5)℃，光照為3 000 lx，光暗比(L/D)為12 h∶12 h的培養(yǎng)箱中進(jìn)行藻種的培養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)所用玻璃器皿全部在10%HCl溶液中浸泡24 h，用高純水沖洗3遍后121℃高壓濕熱滅菌30 min。培養(yǎng)液選用f/2營(yíng)養(yǎng)鹽配方。培養(yǎng)用海水為陳化一月以上的天然滅菌海水：pH為7.9±0.1，鹽度為30±1，經(jīng)孔徑為0.45μm的醋酸纖維濾膜過(guò)濾后121℃高壓濕熱滅菌30 min冷卻后備用。

1.2藻類/沉積物對(duì)磷的吸收/吸附實(shí)驗(yàn)

取一定量對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)藻種，3 000 r/min離心4 min，傾去上清液，用滅菌海水洗滌3次后接入500 mL滅菌海水中，置于與培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)條件相同的培養(yǎng)箱中饑餓24 h，待其中的營(yíng)養(yǎng)鹽消耗殆盡，取適量藻樣固定后采用平板計(jì)數(shù)法于顯微鏡下進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)，計(jì)算實(shí)驗(yàn)初始藻密度。研究表明，當(dāng)水體中骨條藻密度>5×103cells/mL時(shí)即形成赤潮，為使實(shí)驗(yàn)水體在動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)48 h內(nèi)保證為藻華發(fā)生階段，故實(shí)驗(yàn)設(shè)定了三種不同初始藻密度：1.0×104、5.0×104和1.0×105cells/mL。

采用批量法測(cè)定藻-沉積物共存體系中磷的消耗速率。稱取或量取一系列沉積物((0.500 0±0.000 1)g)或藻種樣品于100 mL錐形瓶中，然后加入40 mL 32μmol·L-1的磷溶液(由KH2PO4和滅菌海水配制)，并按照f(shuō)/2培養(yǎng)基的配比添加其他營(yíng)養(yǎng)鹽，處理組編號(hào)信息見(jiàn)表1。樣品置于(25±1)℃恒溫水浴振蕩器中，50 r·min-1條件下振蕩，振蕩器上方加光照，光照強(qiáng)度約(2 200±100)lx，定時(shí)取樣，離心分離。懸浮的藻液經(jīng)0.45μm的醋酸纖維濾膜過(guò)濾分離，用磷鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定上清液中磷的濃度，據(jù)初始磷濃度和上清液磷濃度之差求得磷在t時(shí)間段內(nèi)的消耗量，以時(shí)間t為橫坐標(biāo)，繪制動(dòng)力學(xué)曲線；沉積物殘?jiān)D(zhuǎn)移至50 mL離心管中，烘干待做磷形態(tài)分析。其中，每個(gè)樣品設(shè)置2個(gè)平行樣，實(shí)驗(yàn)處理組設(shè)計(jì)如表1所示。

表1藻-沉積物共存體系設(shè)計(jì)及編號(hào)

注：S代表沉積物；L-SC代表低藻密度；M-SC代表中藻密度；H-SC代表高藻密度。