銅綠微囊藻衰亡過程中產(chǎn)甲烷動態(tài)及關(guān)鍵影響因子

劉藝，許浩廉，毛羽豐，李宏，艾海男，何強(qiáng)

(重慶大學(xué) 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室，重慶 400045)

湖泊生態(tài)系統(tǒng)是內(nèi)陸水域中CH4產(chǎn)生的源頭之一，其CH4釋放量占到自然源CH4釋放總量的16%～24%[1-3]。尤其在初級生產(chǎn)力較高的富營養(yǎng)化湖泊中，CH4和CO2的釋放量會顯著增加[4-5]，可見，水華藻類衰亡對湖泊碳素釋放的貢獻(xiàn)不可忽視。

目前，對于水華藻類衰亡的研究主要集中在藻類衰亡對水環(huán)境的影響[6-8]，以及由此帶來的對沉積物物質(zhì)釋放[9]和水生植物生理生態(tài)[10-11]的影響。實際上，藻類衰亡在改變水環(huán)境條件的同時，勢必會影響其中的碳代謝過程。West等[12]對比了黑暗密閉條件下斜生柵藻和楓葉對溫帶湖泊產(chǎn)CH4的影響，得出藻源有機(jī)質(zhì)(AOM)比陸源有機(jī)質(zhì)對水生系統(tǒng)產(chǎn)CH4的促進(jìn)作用更為顯著。Grasset等[13]研究了黑暗密閉條件下藍(lán)綠藻和3種植物葉片對淡水沉積物產(chǎn)CH4和CO2的影響，發(fā)現(xiàn)藍(lán)綠藻對產(chǎn)CH4和CO2的促進(jìn)作用最強(qiáng)。以上研究均在黑暗密閉的條件下進(jìn)行，為了更客觀地反映藻類自然衰亡過程，Lenhart等[14]通過室內(nèi)試驗?zāi)M了自然光照下赫氏顆石藻的衰亡，得到赫氏顆石藻碳素對CH4產(chǎn)生有貢獻(xiàn)作用。Liang等[15]通過室內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)，在自然條件下絲狀藻衰亡能顯著促進(jìn)CH4的釋放。以上研究雖然模擬了藻類的自然衰亡，但較多地注重碳素釋放的結(jié)果，對于水華藻類衰亡各階段碳素釋放的特點，藻華堆積區(qū)藻快速衰亡和自然衰亡過程下CH4產(chǎn)生量的差異，以及環(huán)境因子和AOM各組分對產(chǎn)CH4的貢獻(xiàn)還鮮有報道。

以銅綠微囊藻為研究對象，通過室內(nèi)模擬試驗，研究高密度銅綠微囊藻自然衰亡和快速衰亡過程中產(chǎn)CH4過程，以及影響CH4和CO2釋放的主導(dǎo)環(huán)境因子，以期進(jìn)一步認(rèn)識銅綠微囊藻水華對湖泊碳行為的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

試驗原水采集于重慶大學(xué)民主湖(29°34′00″N，106°27′57″E)，經(jīng)0.22 μm濾膜減壓過濾，以去除原水中自帶的藻類。在原水采集點采集深度小于10 cm的表層沉積物，混合均勻。

試驗所用銅綠微囊藻(FACHB-905)購于中國科學(xué)院武漢水生生物研究所。用BG-11培養(yǎng)基對藻種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，培養(yǎng)至穩(wěn)定生長期的藻離心后用15 mg/L的NaHCO3溶液洗滌，加入濾后原水配成藻類干密度為0.70 g/L的新鮮藻液[6]。采用細(xì)胞破碎儀(JY92-IID，新芝)對新鮮藻液進(jìn)行超聲破碎處理，以模擬藻華堆積區(qū)藻的快速衰亡過程，超聲在冰浴中進(jìn)行，避免超聲使蛋白等物質(zhì)變性[16]。

1.2 實驗裝置及處理

藻類衰亡試驗在500 mL血清瓶中進(jìn)行，如圖1所示。每瓶由200 mL沉積物、300 mL藻液或濾后原水、125 mL頂空組成。試驗設(shè)置3組處理：新鮮藻組，模擬藻華的自然衰亡(含300 mL新鮮藻液)；破碎藻組，模擬藻華的快速衰亡(含300 mL破碎藻液)、對照組(含300 mL濾后原水)，各處理設(shè)置3個重復(fù)。

血清瓶瓶口用無菌培養(yǎng)透氣膜密封，沉積物四周用黑色遮光紙覆蓋，避免光照的影響[17]，放置在恒溫光照培養(yǎng)箱中，保持溫度(25±1.5)℃，最高光照度4 000 lx，光暗比12 h∶12 h。體系穩(wěn)定1 d后開始試驗。

試驗持續(xù)41 d，每隔3～5 d測定上覆水pH、氧化還原電位(ORP)、溶解氧(DO)、葉綠素a(Chl-a)，同時測定當(dāng)天CH4和CO2的釋放通量。在第1、7、21、41 d測定DOC和溶解性有機(jī)質(zhì)的三維熒光光譜(EEM)。

1.3 指標(biāo)及測試方法

1.3.1 水環(huán)境指標(biāo)的測定 pH值用pH計(SevenCompact，METTLER)測定，ORP用ORP復(fù)合電極(LE501，METTLER)測定，DO用便攜式溶解氧儀(HQ40d，HACH)測定。Chl-a采用丙酮提取法[18]測定。水樣經(jīng)濾膜過濾，用總有機(jī)碳分析儀(LiquiTOC-II，ELEMENTAR)測定DOC含量。EEM采用熒光分光光度計(F-7000，HITACHI)測定，用熒光區(qū)域積分法(FIR)[19]進(jìn)行定量分析。

1.3.2 CH4和CO2的采集和測定 CH4和CO2氣體的采集和測定參考浮箱法[20]，用裝有三通閥的瓶蓋密封瓶口，用注射器通過三通閥抽取30 mL氣體儲存于采樣袋中，間隔1 h后再次采氣，CH4和CO2氣體的濃度用氣相色譜儀(GC1690，杭州捷島)進(jìn)行分析。氣體釋放通量F(μmolC/(m2·h)按式(1)計算。

(1)

式中：C0為初次采樣的氣體濃度，μmolC/L；Ct為t時刻采樣的氣體濃度，μmolC/L；V為血清瓶頂空體積，L；Vs為氣體采樣體積，L；T為采樣的時間間隔h；A為水-氣界面的表面積，m2。

1.4 數(shù)據(jù)分析

水環(huán)境指標(biāo)和氣體指標(biāo)之間的相關(guān)性用皮爾遜(Pearson)相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行分析，各處理組指標(biāo)的顯著性差異用單因素方差分析(one-way ANOVA)檢驗。Chl-a衰減常數(shù)采用一階指數(shù)衰減模型[21]進(jìn)行擬合。

2 結(jié)果與討論

2.1 銅綠微囊藻衰亡中水環(huán)境參數(shù)的變化

2.1.1 Chl-a的變化 Chl-a濃度是藻類生長和衰亡的標(biāo)志[9]。如圖2所示，加入藻液后，新鮮藻組和破碎藻組的Chl-a濃度分別達(dá)到了8.59 mg/L和7.88 mg/L，遠(yuǎn)高于藍(lán)藻水華暴發(fā)的閾值濃度[22]，模擬了高濃度銅綠微囊藻水華暴發(fā)的情況。反應(yīng)前4 d，加藻組的Chl-a降低速率最大，表明藻類在前4 d衰亡速度最快。反應(yīng)13 d后，加藻組的Chl-a濃度與對照組一樣維持在較低值，此時藻類基本完全衰亡。

新鮮藻組的Chl-a衰減常數(shù)為0.36 d-1，破碎藻組為0.83 d-1，表明經(jīng)過超聲處理后，快速衰亡的速率提高為自然衰亡的2倍以上。

圖2 銅綠微囊藻衰亡過程中Chl-a的變化Fig.2 Variations in Chl-a during the decay of

2.1.2 ORP的變化 如圖3(a)所示，對照組的ORP在整個試驗中變化不大，維持在(134±34)mV。試驗第1 d，新鮮藻組和破碎藻組的ORP迅速下降到5 mV和-280 mV。第4～10 d，加藻組的ORP呈下降趨勢，在第10 d分別達(dá)到極低值-183 mV和-190 mV。第10～21 d，ORP開始回升，并在第31 d后回升到與對照組相當(dāng)?shù)乃健?/p>

破碎藻組在第1 d的ORP顯著低于新鮮藻組，藻快速衰亡釋放出還原態(tài)物質(zhì)可能是破碎藻組初始ORP極低的原因[10]。試驗前21 d，新鮮藻組的ORP始終高于破碎藻組，可能是新鮮藻組在緩慢衰亡過程中，存活的藻細(xì)胞光合作用釋放出O2，部分補償了DO消耗導(dǎo)致的ORP下降。

2.1.3 DO的變化 如圖3(b)所示，對照組的DO在整個試驗中維持在(6.57±1.03)mg/L的好氧狀態(tài)。試驗第4～21 d，加藻組的DO均維持在1 mg/L以下的缺氧狀態(tài)，顯著低于對照組。尚麗霞等[8]在研究藍(lán)藻分解中發(fā)現(xiàn)，高濃度藻液在12 h內(nèi)就能由好氧轉(zhuǎn)化為厭氧(DO<0.5 mg/L)狀態(tài)。吳婷婷等[10]在藍(lán)藻堆積衰亡中也觀察到1 d內(nèi)DO快速降低到缺氧狀態(tài)的現(xiàn)象。表明高濃度銅綠微囊藻衰亡會快速消耗水中DO，致使水體由好氧轉(zhuǎn)變?yōu)槿毖鯛顟B(tài)。第21 d后，由于AOM的消耗，DO開始回升，并在31 d后上升到與對照組相當(dāng)?shù)乃健?/p>

與破碎藻組相比，新鮮藻組的DO在第1 d達(dá)到16.93 mg/L的超飽和狀態(tài)，與羅宜富等[23]在調(diào)研阿哈水庫藻類大量繁殖期水相DO濃度相似。試驗4～13 d，加藻組的DO均較低(DO<0.52 mg/L)且相差不大。

2.1.4 pH的變化 如圖3(c)所示，試驗中對照組的pH維持在7.78±0.34的中性值附近。加藻后第 1 d，新鮮藻組的pH上升至10.16，破碎藻組pH略微升高為8.13。破碎藻組引起pH升高是由于銅綠微囊藻分解的AOM是弱堿性物質(zhì)[24]，而新鮮藻組初始pH顯著高于破碎藻組則是大量新鮮銅綠微囊藻光合作用吸收CO2釋放O2導(dǎo)致的[23]。第4 d后，微生物分解AOM產(chǎn)生了大量有機(jī)酸[10]，加藻組的pH均逐漸降低。13 d后由于AOM的減少和CO2的擴(kuò)散消耗，pH逐漸回升，并在31 d后上升到與對照組相當(dāng)?shù)乃健?/p>

圖3 銅綠微囊藻衰亡過程中ORP、DO和pH的變化Fig.3 Variations in ORP, DO and pH during the decay

在銅綠微囊藻衰亡過程中，ORP、DO、pH的變化趨勢表現(xiàn)出了時間上的一致性，結(jié)合Chl-a的變化，可將衰亡劃定為4個時期：第1～4 d是鮮藻組和破碎藻組各指標(biāo)差異最大的時期，為快速衰亡期；第4～13 d是加藻組與對照組各指標(biāo)差異最大的時期，且3種水環(huán)境指標(biāo)均隨時間降低，為緩慢衰亡期；第13～31 d加藻組與對照組差異仍然顯著，但3種指標(biāo)隨時間而逐漸回升，為完全衰亡前期；第31～41 d加藻組的3種指標(biāo)恢復(fù)到與對照組相當(dāng)?shù)乃剑瑸橥耆ネ龊笃凇?/p>

2.2 銅綠微囊藻衰亡中有機(jī)質(zhì)的變化

破碎藻組DOC初始和峰值濃度均顯著高于新鮮藻組，表明藻類快速衰亡促使AOM更快地釋放到水中[26]。第41 d，新鮮藻組的DOC最終降解量(47.29 mg/L)與破碎藻組(47.77 mg/L)相當(dāng)。

圖4 銅綠微囊藻衰亡過程中上覆水DOC濃度的變化Fig.4 Variations in DOC concentration of overlying water during the decay of Microcystis

用特定區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)化的百分熒光響應(yīng)(Pi,n)衡量DOC成分的相對變化，如圖5所示。對照組的初始DOC成分以類富里酸(區(qū)域Ⅲ)和類腐殖酸(區(qū)域Ⅴ)為主，表明天然水體的腐殖化程度較高。與對照組相比，加藻組的初始芳香蛋白類物質(zhì)(區(qū)域Ⅰ、Ⅱ)和溶解性微生物代謝產(chǎn)物(區(qū)域Ⅳ)占比明顯較高，表明銅綠微囊藻衰亡釋放到水體中的AOM主要是芳香蛋白類物質(zhì)，包括酶、藻青蛋白、氨基酸等[27]。隨著AOM的溶出，加藻組的芳香蛋白類物質(zhì)和溶解性微生物代謝產(chǎn)物的占比不斷增加，在第7 d達(dá)到最大值。第7 d后，對照組和加藻組的芳香蛋白類物質(zhì)、溶解性微生物代謝產(chǎn)物的占比逐漸減少，類富里酸和類腐殖酸的占比逐漸增大，表明銅綠微囊藻衰亡釋放的不穩(wěn)定性蛋白類物質(zhì)逐漸被分解轉(zhuǎn)化為富里酸和腐殖酸等強(qiáng)穩(wěn)定性有機(jī)物[24, 28-29]。

圖5 銅綠微囊藻衰亡過程中DOC特定區(qū)域百分熒光響應(yīng)(Pi,n)的變化Fig.5 Variations in the percent fluorescence response (Pi,n) in a specific region of DOC during the decay of

2.3 銅綠微囊藻衰亡中CH4和CO2氣體的變化

2.3.1 CH4釋放通量和累積釋放量 如圖6(a)所示，試驗中對照組CH4釋放通量較低(0.211±0.313)μmolC/(dm2·d)。第1～4 d，加藻組的CH4釋放通量相比對照組有少量增加，但差異不明顯。從第7 d開始，新鮮藻組和破碎藻組的CH4釋放通量快速增加，并在第13 d達(dá)到最大，分別為13.699 μmolC/(dm2·d)和43.626 μmolC/(dm2·d)。第13 d后，加藻組的CH4釋放通量逐漸降低，并在第31 d降低到與對照組相當(dāng)?shù)乃健?/p>

從圖6(b)的CH4累積釋放量來看，新鮮藻組和破碎藻組的CH4累積釋放量分別為對照組的22.80倍37.72倍，表明高密度銅綠微囊藻衰亡顯著促進(jìn)了系統(tǒng)CH4的釋放。

2.3.2 CO2釋放通量和累積釋放量 與CH4釋放通量不同，對照組在試驗過程中存在明顯的CO2釋放量(5.229±4.983)μmolC/(dm2·d)。第1～4 d，2個處理組的CO2釋放通量均較低且無顯著差異。從第7 d開始，CO2釋放通量均迅速增加，對照組在第13 d達(dá)到最大釋放通量16.295 μmolC/(dm2·d)。新鮮藻組和破碎藻組分別在第10 d和第13 d達(dá)到最大釋放通量，分別為98.686 μmolC/(dm2·d)和60.184 μmolC/(dm2·d)，顯著高于對照組。第13 d后，3個處理組的CO2釋放通量迅速降低，并在第31 d后降低到各自的最低值附近。

如圖6(d)所示，新鮮藻組和破碎藻組的CO2累積釋放量分別為對照組的5.36倍和4.03倍，表明高密度銅綠微囊藻衰亡在促進(jìn)CH4釋放的同時，也促進(jìn)了CO2的生成和釋放。

風(fēng)影是充滿內(nèi)疚的，他不能給她床笫之歡，對一個女人來說，私處沒有被磨擦刺激，得不到滿足總是致命的傷。他的話語又不多，而她總是喋喋不休，沒有人聽她說話，沒有可以傾訴的對象，她就自言自語。應(yīng)當(dāng)說，她是一個充滿了生命激情的女子，身體里面仿佛有永遠(yuǎn)也用不完的力量，像一棵枝繁葉茂的生機(jī)勃勃的花樹，而他呢，一陣風(fēng)就會將他飄走，宛若一片落葉。有時候，他弱不禁風(fēng)，有時候，他虛無縹緲，亦真亦幻，甚至她還懷疑他這種人的存在，是不是一種真實。

產(chǎn)氣和水環(huán)境因子的變化遵循著相似的時間模式，根據(jù)CH4和CO2釋放通量的變化，可將產(chǎn)氣劃分為4個時期：第1～4 d幾乎沒有氣體產(chǎn)生為產(chǎn)氣適應(yīng)期；第4～13 d為產(chǎn)氣上升期；第13～31 d為產(chǎn)氣下降期；第31～41 d氣體產(chǎn)生強(qiáng)度降低到較低的狀態(tài)，為產(chǎn)氣末期。

2.3.3 自然和快速衰亡中氣體釋放的差異 如圖6(f)所示，加藻組的總C釋放量顯著高于對照組，但兩加藻組之間差異不大，與兩組第41 d的DOC降解量相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果一致，表明藻華堆積區(qū)藻的快速衰亡對碳素的總礦化效應(yīng)幾乎沒有影響。

雖然加藻組在總C累積釋放量上差異不大，但在氣體釋放的相對比例上存在顯著差異。破碎藻組釋放的氣體中CH4的占比明顯高于新鮮藻組，總C中27.49%是以CH4的形式釋放的，而新鮮藻組釋放的總C中CH4僅占14.74%。表明高密度銅綠微囊藻衰亡的不同過程可導(dǎo)致碳素歸趨的差異。

圖6 銅綠微囊藻衰亡過程中CH4和CO2釋放通量和累積釋放量的變化Fig.6 Variations in release fluxes and cumulative release of CH4 and CO2 during the decay of Microcystis

作為生態(tài)系統(tǒng)呼吸作用的兩種產(chǎn)物，CH4和CO2之間的關(guān)系表現(xiàn)為，一方面CO2是還原CO2產(chǎn)甲烷途徑的底物，也是乙酸途徑和嚴(yán)格甲基營養(yǎng)型途徑產(chǎn)甲烷過程中的副產(chǎn)物[30]；另一方面，甲烷氧化菌可以利用CH4作為碳源，將CH4氧化為CO2。DO通常被認(rèn)為是調(diào)控CH4在生態(tài)系統(tǒng)總呼吸作用中占比的主要因素[31]。但在第13 d，即破碎藻組的CH4釋放通量與新鮮藻組差異最大時，DO不存在顯著性差異(p=0.148)，原因可能是在缺氧或厭氧環(huán)境下，DO儀往往無法發(fā)揮其作用[32]。與之相反，ORP在此時的差異顯著(p=0.005)，說明在高密度銅綠微囊藻衰亡過程中，ORP在調(diào)節(jié)CH4和CO2的分配上可能起到重要作用。

自然衰亡和快速衰亡下，CH4和CO2氣體占比不同還可能是前期塑造的細(xì)菌群落差異造成的。Shi等[6]研究了水華藍(lán)藻長期作用下水相細(xì)菌群落的動力學(xué)，發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻衰亡的不同階段細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)有明顯差異，在功能層面表現(xiàn)為與甲烷代謝有關(guān)的菌種在衰亡中逐漸增加。Schwarz等[33]基于加藻后沉積物的16s rRNA的研究發(fā)現(xiàn)，加入藻源碳的處理組在培養(yǎng)6 d后細(xì)菌群落就出現(xiàn)了顯著變化，其中，乙酸利用型產(chǎn)甲烷菌在加藻6 d后就有了增長，說明微生物群落對AOM可產(chǎn)生快速響應(yīng)。由此推測，藻華堆積區(qū)藻的快速衰亡使大量AOM在試驗第1 d就釋放出來，導(dǎo)致加藻組在快速衰亡期水環(huán)境因子出現(xiàn)顯著差異，前期的環(huán)境差異使破碎藻組可能積累了較多的產(chǎn)甲烷菌，從而在產(chǎn)氣時期釋放出更多的CH4。

2.4 影響碳素釋放的主導(dǎo)環(huán)境因子

環(huán)境因子和氣體釋放通量的Pearson相關(guān)性如表1所示，除Chl-a與氣體釋放沒有顯著的相關(guān)性外，ORP、DO、pH、DOC均是顯著影響CH4和CO2釋放通量的關(guān)鍵環(huán)境因子。

表1 環(huán)境因子和氣體釋放通量的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis of environmental factors and gas release fluxes

注：*代表相關(guān)性在0.05水平上顯著；**代表相關(guān)性在0.01水平上顯著。

Chl-a與CH4和CO2的釋放通量沒有顯著相關(guān)性，原因是氣體釋放的峰值強(qiáng)度往往出現(xiàn)在藻類衰亡釋放出AOM之后[15]，而此時Chl-a已經(jīng)降到低值。

O2是還原產(chǎn)能最高的末端電子受體[31]，因此，DO與CH4釋放通量的相關(guān)性比ORP更大。產(chǎn)甲烷代謝中的輔酶因子和酶具有氧敏感性[36]，O2的存在會對該類酶產(chǎn)生抑制作用，從而抑制CH4的產(chǎn)生。Borrel等[36]指出，O2濃度超過10 ppm甲烷產(chǎn)生會被完全抑制，而唐千等[2]研究表明，一般情況下O2濃度高于0.7 mg/L產(chǎn)甲烷菌活性就會被完全抑制，這與試驗中新鮮藻組在第26 d時DO突然升高對應(yīng)其CH4釋放通量突然降低是一致的。此外，DO還會促進(jìn)好氧甲烷氧化過程，使生成的CH4被氧化為H2O和CO2。在富營養(yǎng)化嚴(yán)重的河流中，高濃度藻類衰亡在短時間內(nèi)就能將水體由好氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化為缺氧狀態(tài)[8, 10]，從而促進(jìn)CH4的產(chǎn)生。

pH對CO2釋放通量的相關(guān)系數(shù)大于CH4。一方面，在產(chǎn)氣上升期，水體處于厭氧狀態(tài)，AOM被微生物厭氧分解為小分子有機(jī)酸[10]，致使pH降低的同時為CH4和CO2的產(chǎn)生提供了底物。另一方面，當(dāng)溫度一定時，pH與水體二氧化碳分壓(pCO2)存在指數(shù)函數(shù)關(guān)系[37]，而水相pCO2又與水氣界面CO2通量存在函數(shù)關(guān)系(F=k(Csur-Ceq))[38]，因此，pH在一定程度上直接反映了CO2釋放通量的大小。

DOC與CH4和CO2釋放通量均有較顯著的相關(guān)性(p<0.05)。Liang等[15]在絲狀藻衰亡產(chǎn)氣試驗中也發(fā)現(xiàn)DOC與CH4釋放通量之間有很強(qiáng)的相關(guān)性(r2=0.70,p<0.000 1)。Stanley等[31]在綜合全球河流的數(shù)據(jù)后，也得到DOC與CH4濃度有顯著線性相關(guān)性(r2=0.19,p<0.001)的結(jié)論。AOM為水生生態(tài)系統(tǒng)中微生物的呼吸和代謝提供了足夠的底物，促進(jìn)了CH4和CO2的釋放。盡管加入的AOM可能對沉積物中有機(jī)質(zhì)的礦化產(chǎn)生正向激發(fā)作用，但Grasset等[13]通過δ13C同位素分析表明，比起AOM作為底物對CH4的貢獻(xiàn)，沉積物的正向激發(fā)可以忽略不計。此外，CH4和CO2的釋放通量與區(qū)域I、II和IV的占比成正相關(guān)，表明在AOM組分中，芳香蛋白類物質(zhì)和溶解性微生物代謝產(chǎn)物易被微生物分解，對氣體的產(chǎn)生具有促進(jìn)作用。其中，溶解性微生物代謝產(chǎn)物對兩種氣體釋放的促進(jìn)作用最大。相反，CO2和CH4的釋放通量與區(qū)域III和V的占比成負(fù)相關(guān)，一方面因為類富里酸和類腐殖酸成分通常被認(rèn)為是頑固性組分，較難被微生物利用[24]；另一方面部分腐殖酸還會對CH4的產(chǎn)生有抑制作用[39]。

銅綠微囊藻衰亡中，DOC與CH4和CO2釋放通量的相關(guān)性最大，結(jié)合藻類衰亡過程中環(huán)境因子的變化，可以推測出銅綠微囊藻衰亡促進(jìn)碳素釋放的機(jī)理：高密度銅綠微囊藻在衰亡中釋放出大量新鮮有機(jī)物，這些有機(jī)物中的不穩(wěn)定組分為微生物提供了底物，促進(jìn)其分解代謝釋放出CH4和CO2。尤其對于CH4的產(chǎn)生而言，釋放出的有機(jī)物不僅提供了分解底物，還通過增加水中還原物質(zhì)含量和促進(jìn)需氧型微生物代謝的途徑降低ORP和DO，為CH4的產(chǎn)生創(chuàng)造了合適的厭氧環(huán)境。

3 結(jié)論

1)高密度銅綠微囊藻自然衰亡和快速衰亡中Chl-a、水環(huán)境因子和產(chǎn)氣的變化遵循著相似的時間模式。藻的衰亡可劃分為：快速衰亡期(1～4 d)、緩慢衰亡期(4～13 d)、完全衰亡前期(13～31 d)、完全衰亡后期(31～41 d)，產(chǎn)氣階段與之對應(yīng)。

2)AOM的輸入可增加試驗體系的CH4產(chǎn)量。銅綠微囊藻自然衰亡和快速衰亡下CH4累積釋放量分別為對照組的22.80、37.72倍，CO2的累積釋放量分別為對照組的5.36、4.03倍。

3)銅綠微囊藻自然衰亡和快速衰亡過程中總C釋放量無明顯差異，但快速衰亡下AOM的迅速釋放顯著改變了藻源碳素的歸趨。表現(xiàn)為快速衰亡下釋放的氣體組分中CH4的占比是自然衰亡下的1.86倍，且總C中27.49%是以CH4的形式釋放的，而自然衰亡釋放的總C中CH4僅占14.74%。

4)銅綠微囊藻的衰亡顯著增加了水體中的藻源碳素，提升了微生物產(chǎn)CH4和CO2代謝的底物，并為產(chǎn)CH4微生物創(chuàng)造了合適的厭氧環(huán)境，使得DOC成為影響CH4和CO2釋放的主導(dǎo)環(huán)境因子。在DOC組分中，芳香蛋白類物質(zhì)和溶解性微生物代謝產(chǎn)物是CH4和CO2產(chǎn)生的主要底物來源。