Phoslock®锁磷剂工程应用二十周年特辑——文献解读（12）

Phoslock^®锁磷剂自2000s首次参与工程应用以来，一直受到国内外广大科研工作者及水环境工作者的关注，并在国内外学术期刊发表了逾百篇学术论文。目前学者们对该技术产品的研究已经涉及除磷效果、沉积物修复、影响因素、生态安全、深度开发等多个领域。

2022年，在该技术产品全球应用20周年之际，PET中国团队将针对热点关注话题，甄选文献加以解读分享，以便于广大科研工作者和水环境工作者深入了解Phoslock^®锁磷剂的学术背景及差异化特性。

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本期，针对“Phoslock^®锁磷剂与沉水植物联合应用”的话题，跟大家分享文献如下：

文章题目：镧改性膨润土（Phoslock^®锁磷剂）与沉水植物联合应用于缓解底栖鱼类存在导致的水质恶化

发表期刊：Journal of Environmental Management

2021年影响因子/JCR分区：6.789/Q1

文献链接：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.115036(或点击底部“阅读原文”)

研究亮点：

1.阐明了有鱼类存在下，Phoslock^®锁磷剂与沉水植物对水质保持的互作效应。

2.Phoslock^®锁磷剂-沉水植物互作效应显著降低了水体中叶绿素a和净养分通量。

3.探讨了Phoslock^®锁磷剂-沉水植物互作效应缓解水质恶化的可能机制。

4.提出将Phoslock^®锁磷剂与沉水植物联合应用在富营养化水体生态修复中具有很大的潜力。

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研究背景：

沉水植物在水生态修复项目中占有重要地位，沉水植物群落的稳定性是＊终实现并保持清水型水生生态系统的关键。但由底栖杂食性鱼类引起的生物扰动通常会引起沉积物的再悬浮和营养物质的释放，从而促进浮游植物的生长，并可能导致清水稳态到浊水稳态的转变。一般来讲，清除大型底栖杂食性鱼类并种植沉水植物是湖泊生态修复的主要措施，但（亚）热带浅水湖泊小型底栖杂食性鱼类的快速繁殖和活动会对沉积物产生不可避免的生物扰动。近年来，一些生态修复项目中采用了镧改性膨润土（Phoslock^®锁磷剂）和种植沉水植物相结合的方法，可以协同改善水体水质，实现了清水稳态长期保持的综合效应。但在小型底栖杂食性鱼类存在的情况下，这种综合效应是如何起作用的还未有过研究，考虑到（亚）热带湖泊中小型底栖杂食性鱼类存在是极其普遍的现象，开展Phoslock^®锁磷剂和沉水植物互作效应的研究很有必要。

研究方法：

本研究以Phoslock^®锁磷剂和苦草（Vallisnerianatans）设计双因素正交试验，在含有10 cm厚沉积物和400L湖水的试验系统中设置以下处理：（1）对照组——不含Phoslock^®锁磷剂和苦草；（2）Phoslock^®锁磷剂处理组——含Phoslock^®锁磷剂，不含苦草；（3）苦草处理组——含苦草，不含Phoslock^®锁磷剂；（4）Phoslock^®锁磷剂+苦草处理组——同时含有Phoslock^®锁磷剂和苦草。每组处理设置4个重复且都放入2条经过预培养的大小一致的鲫鱼（Carassius），尽可能模拟太湖五里湾现场条件，试验设计示意图如图1所示。试验于2019年8-9月在太湖湖滨现场开展，研究所用沉积物、湖水、鲫鱼、苦草等材料均采集自太湖。

图1 试验设计示意图

在试验过程中，测量上覆水中浮游植物（蓝藻、绿藻、硅藻和隐藻）的叶绿素a（Chl a）浓度、水体浊度，试验前后总氮（TN）和总磷（TP）浓度，以及底栖藻类的叶绿素a等水质和水生态指标。

主要结果：

1.水体浊度

数据结果显示，Phoslock^®锁磷剂处理组和Phoslock^®锁磷剂+苦草联合处理组的浊度显著低于对照组和苦草处理组，苦草单独处理对浊度无显著影响。试验结束时对照组的浊度比单一Phoslock^®锁磷剂处理的浊度高42.6%，而单一苦草处理的浊度比Phoslock^®锁磷剂+苦草联合处理的浊度高43.5%。即有Phoslock^®锁磷剂处理的试验系统浊度更低，透明度更高，各处理组浊度变化趋势如图2所示。

图2 试验过程各处理组水体浊度变化情况

2.养分通量动态变化

养分通量数据结果显示，Phoslock^®锁磷剂和苦草均显著降低了氮、磷净通量，对照组养分通量＊高，苦草处理组次之，Phoslock^®锁磷剂+苦草联合处理组养分通量＊低（分别为0.91 mg N/m²·d和0.19 mg P/m²·d)。Phoslock^®锁磷剂显著增加了氮磷比（TN:TP），苦草对氮磷比无影响。各处理组氮磷养分通量如图3所示。

图3 各处理组氮磷养分通量

3.不同浮游植物的叶绿素a变化情况

对不同种类浮游植物的叶绿素a检测发现，Phoslock^®锁磷剂和苦草显著降低了蓝藻类叶绿素a浓度。试验结束时，对照组的蓝藻类叶绿素a浓度为103 μg/L，分别是Phoslock^®锁磷剂、苦草和Phoslock^®锁磷剂+苦草各处理组的1.3、3.0和5.3倍。Phoslock^®锁磷剂也能显著降低绿藻类叶绿素a浓度，而苦草对绿藻类叶绿素a无显著影响。试验结束时，对照组的绿藻类叶绿素a浓度比单一Phoslock^®锁磷剂处理组高1.7倍。试验结束时，苦草处理组的绿藻类叶绿素a浓度比Phoslock^®锁磷剂+苦草联合处理组高出79.6%。数据显示Phoslock^®锁磷剂和苦草对硅藻的叶绿素a均无影响。此外，Phoslock^®锁磷剂+苦草联合处理组的隐藻类叶绿素a显著低于其他处理组。各处理组浮游植物的叶绿素a浓度如图4所示。

图4 各处理组浮游植物叶绿素a浓度变化趋势

4.底栖藻类叶绿素a变化情况

对底栖藻类的检测结果显示，Phoslock^®锁磷剂也能显著降低底栖藻类的叶绿素a，而苦草对底栖藻类叶绿素a无显著影响。试验结束时，在没有d苦草的处理组中，对照组底栖藻类的叶绿素a比Phoslock^®锁磷剂处理组高16.3%。在有苦草处理组中，苦草处理组的底栖藻类叶绿素a比Phoslock^®锁磷剂+苦草联合处理组高19.0%。各处理组底栖藻类的叶绿素a浓度如图5所示。

图5 各处理组底栖藻类叶绿素a浓度差异性

研究结论：

1）基于本研究结果而言，在小型底栖杂食性鱼类存在的情况下，Phoslock^®锁磷剂和沉水植物的互作效应对沉积物养分释放和浮游植物生长的控制效果＊好。Phoslock^®锁磷剂能显著降低水体浊度，是因为它具有稳定沉积物的能力，提高了沉积物对扰动的抵抗力。

2）Phoslock^®锁磷剂可显著降低养分通量，Phoslock^®锁磷剂不仅可以固定磷酸盐，也可以显著降低由扰动引起的沉积物再悬浮带来的影响；此外苦草根系释放氧气可有效改善沉积物环境，促进铁结合态磷的形成，并增强耦合硝化-反硝化过程。Phoslock^®锁磷剂和苦草形成的协同效应使沉积物中氮磷养分通量达到＊低。

3）鱼类扰动引起的沉积物中营养物向上覆水体的释放促进了浮游植物的生长，特别是蓝藻的生长。本研究中苦草显著降低了蓝藻生物量，略微降低了绿藻类生物量。Phoslock^®锁磷剂显著降低沉积物中活性磷含量，抑制了蓝藻生长，使浮游植物群落中蓝藻的优势度降低。Phoslock^®锁磷剂+苦草对蓝藻有明显的协同抑制作用。

4）由于Phoslock^®锁磷剂使沉积物表面生物有效磷的有效性降低，使得底栖藻类的生长也受到一定抑制。

5）在以往的全湖修复应用中，Phoslock^®锁磷剂应用后，大型沉水植物的数量、覆盖率和＊大定植深度均有所增加。研究发现在有鱼类存在的情况下，当Phoslock^®锁磷剂应用后对沉水植物的生长有促进作用，这也加强了沉水植物和Phoslock^®锁磷剂对养分去除和抑制藻类生长的联合作用，随着时间的延长这种效应越发明显。

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编外语：

1、近年来，Phoslock^®锁磷剂与沉水植物协同应用于国内水生态修复项目中越来越多，效果也得到有力验证，包括武汉东湖、武汉金银湖、贵阳白鹭湖、成都锦城湖等水体，Phoslock^®锁磷剂在底泥改良、内源污染控制、与沉水植物协同作用以及后期水质保持方面都可起到积极的应用效果。

2、因本研究规模限于中宇宙尺度，在自然水体中存在更复杂的工况，清水稳态的长效保持比构建难度更大，内源污染释放、大型底栖鱼类、风浪扰动、水动力等都会给清水稳态的长效保持带来挑战性，因此有不少水体出现了“清水返浊”的现象，基于此，我们相信Phoslock^®锁磷剂与沉水植物联合方法在清水稳态构建与长效保持的工程应用中能发挥更大的作用。