Phoslock®锁磷剂工程应用二十周年特辑——文献解读（6）

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，我们针对有害藻华防控的话题，跟大家分享文献如下：

文章题目：运用Phoslock^®锁磷剂水体降磷及底泥钝化技术抑制有害藻华

发表期刊：International Journal of Environmental Research and Public Health

2021年影响因子/JCR分区：3.390/Q2

文献链接：https://www.mdpi.com/1660-4601/18/24/13360

研究亮点：

一、通过现场围隔实验的方式，在较长时间尺度内研究了蓝藻水华爆发情景下Phoslock^®锁磷剂对上覆水和间隙水的作用和影响。

二、通过现场围隔实验的方式，研究了两种时间尺度内，蓝藻水华爆发情景下Phoslock^®锁磷剂对沉积物内源释放通量的作用和影响。

三、对比了Phoslock^®锁磷剂应用与否水体中浮游植物生物量和优势种群的变化和响应。

四、对有害藻类水华的防治办法提供了丰富的参考意见。

研究背景：

有害藻类水华对生态系统和人类健康造成负面影响。近年来，由于富营养化、气候变化及人类活动的共同作用，有害藻类水华在水生态系统中的爆发频率和范围持续增加。因此，有害藻类水华的防治得到了越来越多的重视。

虽然有很多科学文献报道了Phoslock^®锁磷剂用于自然水体降磷防藻的成功案例，但在水华爆发期间应用Phoslock^®锁磷剂进行治理，并同时关注多种环境变量及其响应的研究较少。

本文旨在为防控有害藻类水华提供一个可持续的解决方案，在考虑氮、磷内部循环，氮磷化学计量特征及浮游植物生物量和优势种群影响机制的情况下，评估了生态系统对应用Phoslock^®锁磷剂后的长期响应。

研究对象：

Higgins Mill湖位于美国马里兰州切萨皮克湾Transquaking河上游区域，水域面积0.61km²，平均水深1.5m。湖泊周边是农田和养殖场，面临持续的点源和面源污染汇入，水体富营养化导致蓝藻水华反复爆发。

本研究在Higgins Mill湖设置了两组现场围隔实验，以探明Phoslock^®锁磷剂对抑制有害藻类水华的作用，及其对上覆水、间隙水和沉积物中磷的作用。第一组为底部封闭的围隔实验，主要评估在蓝藻水华爆发的情景下，Phoslock^®锁磷剂对上覆水的作用和影响。第二组为底部敞开的围隔实验，主要评估Phoslock^®锁磷剂在沉积物钝化方面的作用和环境响应。

图1 实验方案设计

主要结果：

1、Phoslock^®锁磷剂对上覆水体的作用

在第一组底部封闭的围隔实验中，Phoslock^®锁磷剂实验组上覆水体的SRP、Chl a和pH值均得到了明显改善。在没有外源污染输入的情况下，SRP、Chl a在长时间尺度内保持较低水平，pH值保持在7.4上下。

投加Phoslock^®锁磷剂后一天，实验组上覆水SRP浓度由5.4 μmol/L（0.167 mg/L）下降至1.26 μmol/L（0.039 mg/L），相对于空白对照组及外部湖体分别下降了62.3%、92%。投加后的几日内，实验组上覆水Chl a浓度相对于空白对照组及外部湖体分别下降了26-53%、90-92%。实验组pH值从9.5下降至7.4，而同时段内空白组pH值从8.9上升至9.9，外部湖体pH值从9.42上升至9.97。

图2 上覆水体SRP、Chl a、pH的变化

2、Phoslock^®锁磷剂对间隙水的作用

Higgins Mill湖沉积物间隙水的SRP浓度峰值超过150 μmol/L（4.65mg/L），且在沉积物表层2cm内的浓度梯度＊大。投加Phoslock^®锁磷剂一天后，Phoslock^®锁磷剂对表层沉积物的钝化作用非常显著，近表层的间隙水SRP浓度降低到接近检测限（0.002μmol/L，即0.062μg/L）。Phoslock^®锁磷剂钝化层覆盖下0~3cm的表层沉积物中间隙水的SRP浓度在长时间尺度下表现出＊小的浓度梯度，这说明SRP在Phoslock^®锁磷剂的作用下向惰性磷转变。28天后，沉积物3cm深处的间隙水SRP浓度为72μmol/L（2.23mg/L），仅为空白组的一半。

图3 投加Phoslock®锁磷剂后间隙水SRP随深度的变化

3、Phoslock^®锁磷剂对沉积物内源释放通量的作用

短期：Phoslock^®锁磷剂显著改变了沉积物氮磷的释放过程，在投加一天后，沉积物SRP释放过程由“源”转变为“汇”。由于好氧厌氧界面的上移（几毫米），Phoslock^®锁磷剂钝化层在短期内微弱地抑制了硝化作用。

长期：28天后，实验组沉积物的SRP释放通量相对于对照组削减了45%。反硝化速率相对于空白对照组增加了44.5%，反硝化速率是投加一天后的1.5倍。

图4 Phoslock^®锁磷剂对沉积物内源释放通量的作用

4、Phoslock^®锁磷剂对浮游植物生物量和优势种群的作用

Phoslock^®锁磷剂的应用显著降低了生物可利用磷（SRP），这驱使蓝藻丰度和浮游植物优势种群发生了明显变化。在实验开展的50天后，实验组藻类总细胞数从初始的6.1×10⁶个/ml降低至1.3×10⁵个/ml。在此期间，固氮蓝藻（主要是假鱼腥藻属、鞘丝藻属和绿球藻属）的丰度从220×10⁶个/ml下降至6.6×10⁴个/ml，非固氮蓝藻的优势种为微囊藻，丰度为2.8×10³个/ml，分别是空白对照组的23.5%和6.2%。

  图5 Phoslock®锁磷剂对浮游植物生物量和优势种群的作用

研究结论：

1、 Phoslock^®锁磷剂显著降低上覆水及间隙水中的SRP，Phoslock^®锁磷剂形成的钝化层显著减缓沉积物向上覆水的磷释放通量，从而有效抑制有害藻华。

2、 Phoslock^®锁磷剂的投加有助于改善水体pH值和有机物沉淀，所形成的正反馈回路有利于减少沉积物内源污染释放，并通过增强硝化与反硝化作用来促进脱氮。

3、 Phoslock^®锁磷剂是有效预防有害藻华的措施之一，应用效益的＊佳边界条件是消除外源污染。笔者对有害藻华防治的措施提供了丰富的参考：https://hcb-1.itrcweb.org/management-and-control-strategies-for-hcbs/

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1、 虽然本研究是在水华爆发的情景下进行的，并取得了积极的成果，但在工程应用领域，我们依旧建议将Phoslock^®锁磷剂作为水华的预防措施。

2、 无论您秉承的富营养化治理理念是“控磷”还是“氮磷同控”，磷都是必须控制的限制性营养元素，Phoslock^®锁磷剂拥有众多优势，能够为水体富营养化治理做出贡献。

更多内容后续我们会一一分享，敬请期待。