季節(jié)性缺氧是深水湖庫的典型特征。在亞熱帶水庫，夏季出現(xiàn)熱分層并伴隨湖下層水體有機質持續(xù)分解易導致季節(jié)性缺氧現(xiàn)象。盡管水庫的缺氧和富營養(yǎng)化的關系已比較清楚，但缺氧條件下沉積物中磷（P）的生物地球化學過程與釋放通量的研究不多。本研究于2017年春（富氧）、夏（缺氧）季節(jié)對福建閩江水口水庫湖泊區(qū)沉積物開展觀測研究（圖1）。結合采用連續(xù)提取法（SEDEX）和薄膜擴散梯度技術（DGT），對沉積物剖面磷組分及活性磷濃度進行精細測量，并估算了沉積物-水界面（SWI）磷的表觀釋放通量。此外，在2018年夏季采集沉積物及上覆水開展室內培養(yǎng)實驗，考察水中溶氧（DO）濃度變化及其對磷釋放的影響。研究目的包括：（1）識別水庫沉積物剖面磷組分的垂直分布特征；（2）探明控制沉積物中磷循環(huán)的主要因子；（3）闡明季節(jié)性缺氧對沉積物磷釋放的影響。

Unisense微電極研究系統(tǒng)的應用

使用微電極研究系統(tǒng)（Unisense，Denmark）表征了基板(CW填充)周圍微環(huán)境中的DO含量和ORP。

圖1福建閩江水口水庫采樣站位

沉積物磷形態(tài)

基于連續(xù)提取法（SEDEX）的結果表明，沉積物中磷組分和磷濃度在不同沉積物深度和不同季節(jié)存在差異（圖2）?？偭自诖杭竞拖募镜臐舛确秶謩e為0.30-1.33和0.26-1.38 g kg-1，其中鐵結合態(tài)磷（Fe-P）是主要的磷形態(tài)，在春、夏季的占比分別高達76%和80%；其次是鈣結合態(tài)磷（Ca-P）和碎屑磷（detrital P），在春季的濃度范圍分別為0.02-0.12和0.05-0.10 g kg-1，均略高于夏季；可交換態(tài)磷（exchangeable P）的濃度最低（0-0.01 g kg-1）。流域廣泛分布紅壤（富含F(xiàn)e2O3/MnO2）是水口水庫沉積物中Fe-P占比高的主要原因。

圖2 2017年春季（a）和夏季（b）不同深度沉積物磷組分分布特征

活性磷分布

薄膜擴散梯度技術（DGT）獲取的沉積物剖面（0-12 cm）活性磷（PO43-）濃度的分布存在季節(jié)性差異（圖3）。夏季PO43-濃度最大值（17.73μmol L-1）出現(xiàn)在1 cm左右；春季濃度最大值（8.30μmol L-1）出現(xiàn)在4 cm左右。在夏季的0-1 cm和春季的0-4 cm沉積物深度，DGT-PO43-濃度與DGT-Fe2+和DGT-S2-濃度顯著正相關（p<0.05）（圖4）。這種活性磷含量分布的季節(jié)性差異主要與沉積物Fe-P的還原性溶解及“P-Fe-S”耦合循環(huán)過程有關。

圖3 2017年春季和夏季沉積物-水界面PO43-、Fe2+和S2-濃度分布

圖4沉積物中DGT-PO43-與DGT-Fe2+（a1、b1）和DGT-S2-的（a2、b2）關系

沉積物-水界面磷釋放

基于上覆水和沉積物中DGT-PO43-濃度計算沉積物-水界面磷釋放通量。結果表明，在溫度較高、DO濃度較低的夏季，磷表現(xiàn)為從沉積物向上覆水釋放，釋放通量為1.30 mg m-2 d-1，而溫度較低、DO較高的春季則表現(xiàn)為從上覆水向沉積物下滲，下滲通量為0.03 mg m-2 d-1。

基于DO濃度梯度變化（1、2、3、4、5、6 mg L-1）的室內模擬實驗結果表明，隨著培養(yǎng)體系中DO濃度的降低，上覆水中PO43-濃度呈現(xiàn)明顯增加的趨勢。上述結果表明季節(jié)性缺氧是影響沉積物磷循環(huán)和磷釋放的關鍵因素（圖5）。

圖5季節(jié)性缺氧調控水庫沉積物-水界面磷循環(huán)概念模型

本研究探討了亞熱帶水庫季節(jié)性缺氧在調節(jié)沉積物-水界面磷循環(huán)、釋放及其對維持水庫及下游水生態(tài)系統(tǒng)健康的潛在作用。