2.2水體中溶解氧隨時間的變化

研究表明，當(dāng)水體中骨條藻密度>5×103cells/mL時即可形成赤潮，故實(shí)驗(yàn)選取了高于該值的三個初始藻密度進(jìn)行了48 h內(nèi)溶解氧的定時測定。其中，0～12、24～36 h為光照時段，其他為黑暗時段。以藻體單獨(dú)存在的中藻密度體系為例，由圖3可發(fā)現(xiàn)DO含量具有在光照時段上升，黑暗時段下降的明顯趨勢，這與我們的預(yù)測是一致的：藻類在光照條件下發(fā)生光合作用產(chǎn)生的O2使體系中DO上升，而黑暗條件下藻類則會通過呼吸作用消耗氧氣導(dǎo)致DO下降。低、中、高藻密度藻體與沉積物共存體系下的DO的測定結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)初期各實(shí)驗(yàn)體系溶解氧波動明顯，規(guī)律不一，原因是沉積物存在導(dǎo)致了對水體中磷的競爭性吸附，而沉積物上的磷的吸附解吸動態(tài)過程又直接影響著藻的對營養(yǎng)鹽的攝入。

當(dāng)體系中藻密度比較低(如本文的低藻密度體系)時，該影響并不明顯，隨著時間的增長，仍會呈現(xiàn)在光照時段DO上升，黑暗時段DO下降的趨勢，光合作用產(chǎn)O2和呼吸作用耗氧過程較為穩(wěn)定。中藻密度體系在實(shí)驗(yàn)過程中的DO含量變化也不大。但隨藻密度增至1.0×105cell/mL，過量的藻體通過對營養(yǎng)鹽的攝取大量生長繁殖，并在0～12 h光照時段通過光合作用釋放大量O2而使水體中DO含量激增；同時隨著體系中磷的減少，藻類又因新陳代謝、死亡分解后消耗大量氧氣，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)后期DO含量又有明顯下降。

且已有研究發(fā)現(xiàn)，含藻水體中76.9%的溶解氧源于藻類的光合作用，其中的57.5%又被藻類自身呼吸作用所利用消耗，期間還伴隨著藻類消亡過程中的耗氧，大氣壓強(qiáng)作用下水-氣界面的空氣擴(kuò)散等，以致使得以上整個過程DO隨時間變化發(fā)生著一定的波動。

圖3水體中溶解氧隨時間的變化

2.3體系耗磷速率與溶解氧含量的相關(guān)性分析

體系對磷的消耗速率可認(rèn)為是某時刻下單位時間內(nèi)P的濃度減少量(μmol·L-1·s-1或μmol·L-1·min-1、μmol·L-1·h-1)。利用各實(shí)驗(yàn)體系對P的消耗隨時間的變化曲線，在特定時刻下將磷的濃度對時間t求導(dǎo)，以獲得該時刻下體系消耗P的速率，如表2所示。

表2體系不同時刻的耗磷速率及其與溶解氧含量的相關(guān)性分析結(jié)果

注：表中“-”號表示負(fù)相關(guān)；“*”表示顯著相關(guān)(p<0.05)；

各實(shí)驗(yàn)體系對磷的消耗速率幾乎均隨時間變化而逐漸降低，甚至有出現(xiàn)負(fù)值情況，可能有藻體死亡導(dǎo)致了磷的釋放發(fā)生。對不同體系各取樣點(diǎn)消耗P的速率(rP)和該時刻下的溶解氧濃度(CDO)進(jìn)行相關(guān)性分析表明，兩者通常并無明顯相關(guān)性，僅在高藻密度藻與沉積物共存體系中，耗磷速率與溶解氧含量呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)，可能是由于高藻密度的藻體當(dāng)與沉積物共存時，藻體對磷的吸收因沉積物吸附磷的競爭影響顯得更為顯著，新陳代謝較為緩慢，但此時因光合作用仍較強(qiáng)，所產(chǎn)生的氧使水體中DO明顯上升而導(dǎo)致該現(xiàn)象。

2.4溶解氧對沉積物中各形態(tài)磷分布的影響

研究表明，海洋沉積物對磷的吸附會對其中磷的形態(tài)分布產(chǎn)生不同程度的影響，為進(jìn)一步驗(yàn)證藻類存在時，DO的改變對沉積物中各形態(tài)磷遷移轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律，選取了吸附平衡的48 h進(jìn)行沉積物中磷形態(tài)的測定分析。由于吸附到沉積物中的磷最終主要以可交換態(tài)磷(Ex-P)和鐵結(jié)合態(tài)磷(Fe-P)的形式呈現(xiàn)，并考慮藻體吸收對有機(jī)磷可能產(chǎn)生的影響，本實(shí)驗(yàn)僅討論各體系下沉積物中的有機(jī)磷(OP)，Ex-P和Fe-P。

圖4 48 h時刻各沉積物樣品中磷的形態(tài)分布

由表3可見，藻的加入會顯著影響沉積物吸附磷后的形態(tài)分布情況。相較沉積物原樣，各形態(tài)磷均有不同程度的減少。吸附48 h后，低藻密度共存體系中沉積物樣品的Fe-P含量略有增加，表明少量的藻體對P的吸收作用未表現(xiàn)出很強(qiáng)的競爭性。在高密度藻量的情況下，藻類在光照時間段光合作用產(chǎn)O2與黑暗時間段呼吸作用耗O2使水體中DO波動較為明顯，藻類因生長和繁殖所需而對P的吸收作用增強(qiáng)，使共存體系沉積物中的Ex-P，OP和Fe-P均呈現(xiàn)下降趨勢，且OP和Fe-P的減少最為顯著。

研究表明，Ex-P通過物理結(jié)合吸附于沉積物表面，當(dāng)環(huán)境中磷酸鹽的含量不足以提供藻體生長繁殖時，Ex-P是比較容易能從沉積物中釋放的磷形態(tài)，而OP和Fe-P是藻類存在時優(yōu)先釋放的形態(tài)，具有很好的生物可利用性。其中，F(xiàn)e-P含量的降低主要包括兩方面：中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)屬硅藻屬細(xì)胞，其分解后釋放出的Si可與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，體系中藻密度越高該情況越顯著；體系中DO含量在中藻密度0～48 h與高藻密度12～48 h期間降低明顯,與Fe-P降低的趨勢一致。不同的氧濃度使金屬元素以不同的價態(tài)存在于沉積物中，繼而改變與磷的吸附緊密程度：厭氧條件促使沉積物中Fe-P的釋放，而好氧條件則大多會抑制Fe-P的釋放。

這是由于厭氧狀態(tài)下容易發(fā)生Fe3+-Fe2+的還原反應(yīng)，從而致使Fe-P表面的氫氧化鐵保護(hù)層轉(zhuǎn)變?yōu)闅溲趸瘉嗚F，然后溶解釋放至上覆水中，導(dǎo)致沉積物中Fe-P含量的減少。

表3溶解氧濃度與沉積物樣品中的Ex-P，OP和Fe-P含量

3結(jié)論

(1)中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)的存在顯著影響了沉積物對水體中磷的吸附作用甚至促進(jìn)了其向水體中的釋磷行為，初始藻密度越大該現(xiàn)象越明顯。

(2)采用Au/Hg微電極可實(shí)現(xiàn)藻類生長過程中溶解氧的實(shí)時監(jiān)測，高藻密度藻與沉積物共存體系的耗磷速率與體系DO含量呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)。

(3)水體中的DO含量一定程度上影響著沉積物對Fe-P的釋放行為：DO濃度降低后促進(jìn)沉積物中Fe-P向水體中釋放，使得沉積物中Fe-P含量降低；Ex-P、OP和Fe-P是藻類存在時沉積物向水體中較易釋放的形態(tài)。