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近年来，随着水体富营养化日益加重，我国黄海海域绿潮暴发的频率逐年增大，藻类的大量暴发与衰亡分解已成为水环境的重要营养负荷。荣成天鹅湖是位于山东半岛的天然泻湖，丝状硬毛藻（Chaetomorpha sp.）常年在湖内大量暴发，导致水环境日益恶化、内源负荷加重。本文通过野外调查和室内模拟相结合，研究了天鹅湖沉积物中各形态铁和磷的空间分布规律以及有效态铁（DGT-Fe）和有效态磷（DGT-P）的剖面含量，分析了水土界面铁和磷扩散通量的季节变化，明确了硬毛藻分解对沉积物铁和磷释放的影响，揭示了沉积物中铁和磷的释放潜力以及两者间的相关关系，初步阐明绿潮藻类消亡过程中沉积物铁和磷的耦合机制。主要研究结论如下：
（1）天鹅湖沉积物中铁形态的空间分布特征
在天鹅湖，各样点沉积物中不同形态铁含量均表现为：残渣态铁（Res-Fe）＞易还原铁氧化物（Ox1-Fe）＞可还原铁氧化物（Ox2-Fe）＞可吸附性铁（Abs-Fe）、磁铁矿（Mag-Fe）、碳酸盐铁（Carb-Fe），Res-Fe为表层沉积物铁主要的赋存形态。6个代表性样点表层沉积物（0~10cm）中各形态铁剖面含量波动较大，垂向变化复杂，而10~30cm各形态铁的剖面含量差异较小。从整个湖区来看，表层沉积物中西北部总铁（TFe）含量高于东南部且差异性较大。高活性铁包括Carb-Fe、Ox1-Fe、Ox2-Fe，其中以Ox1-Fe为主，主要分布在沉积物为泥质的湖北部。
（2）沉积物铁和磷赋存形态的季节变化及界面扩散通量
季节性调查发现，总磷（TP）和TFe含量均在春季最高。除Res-Fe外，Carb-Fe、Ox1-Fe、Ox2-Fe三种高活性铁的季节变化为冬季＞秋季＞春季＞夏季。钙结合态磷（HCl-P）在全年含量最高，为天鹅湖沉积物无机磷的主要形态，TP与HCl-P在各季节均呈正相关。水土界面铁扩散通量大小为秋季＞春季＞夏季＞冬季，季节差异较大；而磷扩散通量在春季较高，表现为春季＞夏季＞冬季＞秋季。4个季节铁磷的扩散通量间均呈正相关关系，其中夏季和冬季达显著水平（P<0.05），春季为极显著（P<0.01），说明铁的迁移方向与磷相一致。总体来看，铁与磷的扩散通量均在西北部最高，释放潜力最大，而在湖南部释放潜力较低。
（3）沉积物DGT-Fe和DGT-P含量的剖面分布
利用原位、高分辨的薄膜扩散梯度技术（DGT），同步获得有效态铁（DGT-Fe）和有效态磷（DGT-P）的剖面含量。DGT-Fe含量在各样点随深度增加呈波动变化，大小表现为湖北部（S2）＞西部（S3）＞中心（S4）＞西北部（S1）＞南部（S6）＞东南部（S5）。DGT-P含量在6个样点总体表现为随深度增加而增加的趋势，各样点顺序为S2＞S4＞S1＞S3＞S5＞S6。DGT-Fe和DGT-P均在S2处含量最高。对DGT-Fe和DGT-P进行相关性分析，除S2外，其他各点均呈正相关关系，其中S3、S4、S6达极显著水平（P<0.01），证实沉积物中DGT-Fe和DGT-P存在同步释放现象。
（4）藻密度对沉积物中铁和磷释放的影响
室内模拟研究发现，试验前期（0~5d）水体可溶性磷（SRP）和亚铁离子（Fe2+）含量均较高，之后随时间呈下降趋势，后期各处理间差异减小。多重比较表明，残藻密度对上覆水中SRP、Fe2+含量均具有极显著影响（P<0.01）；各处理含量表现为：沉积物+50g藻+水＞沉积物+30g藻+水＞30g藻+水＞沉积物+10g藻+水＞沉积物+水。藻分解过程中，上覆水Fe2+、SRP含量间呈显著正相关关系。残藻密度越高，水体理化性质的变幅则越大。硬毛藻体内的铁和磷可在分解初期大量向水体释放，且高密度残藻的堆积分解可明显降低水土界面的氧化还原电位，从而促进沉积物中铁和磷的释放，导致水体Fe2+和SRP含量急剧增加。
（5）藻分解对不同湖区沉积物中铁和磷释放的影响
在整个试验过程中，有藻组水体Fe2+和SRP含量远高于无藻组，西北部沉积物（S1）有藻组处理的Fe2+、SRP含量分别是无藻组的20倍和35倍。藻分解对湖北部和南部水体铁和磷含量影响较大。有藻组处理水体Fe2+、SRP含量间均呈正相关，其中S1+藻+水达显著正相关，S6+藻+水为极显著正相关。水体Fe2+、SRP含量均与pH、DO、Eh呈极显著负相关关系，说明藻分解过程中大量耗氧，厌氧条件下沉积物中铁和磷可同步向水体大量释放。模拟试验表明，硬毛藻分解过程中水体Fe2+、SRP含量间、界面DGT-Fe和DGT-P间均呈正相关关系，表明铁磷间耦合关系的存在，在天鹅湖中铁的氧化还原控制着沉积物中磷的释放。
（1）天鹅湖沉积物中铁形态的空间分布特征
在天鹅湖，各样点沉积物中不同形态铁含量均表现为：残渣态铁（Res-Fe）＞易还原铁氧化物（Ox1-Fe）＞可还原铁氧化物（Ox2-Fe）＞可吸附性铁（Abs-Fe）、磁铁矿（Mag-Fe）、碳酸盐铁（Carb-Fe），Res-Fe为表层沉积物铁主要的赋存形态。6个代表性样点表层沉积物（0~10cm）中各形态铁剖面含量波动较大，垂向变化复杂，而10~30cm各形态铁的剖面含量差异较小。从整个湖区来看，表层沉积物中西北部总铁（TFe）含量高于东南部且差异性较大。高活性铁包括Carb-Fe、Ox1-Fe、Ox2-Fe，其中以Ox1-Fe为主，主要分布在沉积物为泥质的湖北部。
（2）沉积物铁和磷赋存形态的季节变化及界面扩散通量
季节性调查发现，总磷（TP）和TFe含量均在春季最高。除Res-Fe外，Carb-Fe、Ox1-Fe、Ox2-Fe三种高活性铁的季节变化为冬季＞秋季＞春季＞夏季。钙结合态磷（HCl-P）在全年含量最高，为天鹅湖沉积物无机磷的主要形态，TP与HCl-P在各季节均呈正相关。水土界面铁扩散通量大小为秋季＞春季＞夏季＞冬季，季节差异较大；而磷扩散通量在春季较高，表现为春季＞夏季＞冬季＞秋季。4个季节铁磷的扩散通量间均呈正相关关系，其中夏季和冬季达显著水平（P<0.05），春季为极显著（P<0.01），说明铁的迁移方向与磷相一致。总体来看，铁与磷的扩散通量均在西北部最高，释放潜力最大，而在湖南部释放潜力较低。
（3）沉积物DGT-Fe和DGT-P含量的剖面分布
利用原位、高分辨的薄膜扩散梯度技术（DGT），同步获得有效态铁（DGT-Fe）和有效态磷（DGT-P）的剖面含量。DGT-Fe含量在各样点随深度增加呈波动变化，大小表现为湖北部（S2）＞西部（S3）＞中心（S4）＞西北部（S1）＞南部（S6）＞东南部（S5）。DGT-P含量在6个样点总体表现为随深度增加而增加的趋势，各样点顺序为S2＞S4＞S1＞S3＞S5＞S6。DGT-Fe和DGT-P均在S2处含量最高。对DGT-Fe和DGT-P进行相关性分析，除S2外，其他各点均呈正相关关系，其中S3、S4、S6达极显著水平（P<0.01），证实沉积物中DGT-Fe和DGT-P存在同步释放现象。
（4）藻密度对沉积物中铁和磷释放的影响
室内模拟研究发现，试验前期（0~5d）水体可溶性磷（SRP）和亚铁离子（Fe2+）含量均较高，之后随时间呈下降趋势，后期各处理间差异减小。多重比较表明，残藻密度对上覆水中SRP、Fe2+含量均具有极显著影响（P<0.01）；各处理含量表现为：沉积物+50g藻+水＞沉积物+30g藻+水＞30g藻+水＞沉积物+10g藻+水＞沉积物+水。藻分解过程中，上覆水Fe2+、SRP含量间呈显著正相关关系。残藻密度越高，水体理化性质的变幅则越大。硬毛藻体内的铁和磷可在分解初期大量向水体释放，且高密度残藻的堆积分解可明显降低水土界面的氧化还原电位，从而促进沉积物中铁和磷的释放，导致水体Fe2+和SRP含量急剧增加。
（5）藻分解对不同湖区沉积物中铁和磷释放的影响
在整个试验过程中，有藻组水体Fe2+和SRP含量远高于无藻组，西北部沉积物（S1）有藻组处理的Fe2+、SRP含量分别是无藻组的20倍和35倍。藻分解对湖北部和南部水体铁和磷含量影响较大。有藻组处理水体Fe2+、SRP含量间均呈正相关，其中S1+藻+水达显著正相关，S6+藻+水为极显著正相关。水体Fe2+、SRP含量均与pH、DO、Eh呈极显著负相关关系，说明藻分解过程中大量耗氧，厌氧条件下沉积物中铁和磷可同步向水体大量释放。模拟试验表明，硬毛藻分解过程中水体Fe2+、SRP含量间、界面DGT-Fe和DGT-P间均呈正相关关系，表明铁磷间耦合关系的存在，在天鹅湖中铁的氧化还原控制着沉积物中磷的释放。