高原湖泊沉积物中微生物群落对磷形态转化的贡献量化：基于磷酸盐氧同位素分馏与16S rRNA基因测序的证据

本研究针对高原湖泊富营养化治理中微生物介导的磷（P）循环机制不清的问题，通过整合16S rRNA基因测序和磷酸盐氧同位素（δ18 O(PO4) ）技术，揭示了滇池沉积物中关键微生物类群（如Proteobacteria、Acidobacteria）对P形态转化的定量贡献。研究发现，畜牧业（46.3%）和磷矿开采（30.1%）是主要外源P输入，而微生物通过矿化有机磷（Po）和溶解HCl-Pi驱动NaHCO3 -Pi与NaOH-Pi转化，环境因子（TN、COD、DO）通过调控微生物代谢间接影响P循环。该研究为富营养化湖泊的生态修复提供了理论依据。

　　

高原湖泊富营养化是全球水环境治理的难题，而磷（P）的过量输入是引发藻类水华的关键因素。尽管外源P控制措施已广泛实施，沉积物中微生物介导的内源P释放仍可能导致湖泊“二次富营养化”。滇池作为中国典型的高原富营养化湖泊，其沉积物P释放量预计将增加25%，但微生物如何驱动P形态转化尚缺乏定量证据。针对这一科学问题，中国科学院地理科学与资源研究所的研究团队创新性地结合磷酸盐氧同位素（δ¹⁸
O_(PO4)
）分馏技术与16S rRNA基因测序，首次量化了微生物群落对P循环的贡献，相关成果发表于《Environmental Technology》。

研究采用多学科交叉方法：1）基于改进的Hedley连续提取法分离沉积物中H₂
O-Pi、NaHCO₃
-Pi等P形态；2）通过镁共沉淀法（MAGIC）和AMP-MAP法纯化Ag₃
PO₄
，利用质谱测定δ¹⁸
O_(PO4)
值；3）采用MixSIAR模型溯源外源P输入；4）结合随机森林分析和结构方程模型（SEM）解析微生物与环境因子的交互作用。

微生物群落结构与P形态的关联
16S rRNA测序显示，沉积物优势菌门为Proteobacteria（47.85%）和Chloroflexi（16.45%）。网络分析鉴定出Proteobacteria和Chloroflexi为关键模块枢纽，其与NaHCO₃
-Pi的显著相关性（ρ>0.7）表明二者主导P的活化过程。值得注意的是，Bacteroidetes通过降解有机物间接促进NaOH-Pi释放，而Acidobacteria通过分泌有机酸溶解HCl-Pi，验证了微生物功能的分化。

磷酸盐氧同位素揭示P转化路径
δ¹⁸
O_(PO4)
分析显示，H₂
O-Pi和NaHCO₃
-Pi的δ¹⁸
O值显著低于理论平衡值（Δδ¹⁸
O_(PO4)
=-3.2‰），表明微生物优先利用轻同位素。随机森林模型证实微生物对Δδ¹⁸
O_NaHCO3-Pi
的解释度达75.8%，其中Proteobacteria（21.1%）和Actinobacteria（23.2%）通过矿化Po驱动弱吸附态P转化。

环境因子与微生物的协同调控
SEM量化显示，TN和DO通过调节微生物代谢间接影响P循环（路径系数0.15）。例如，TN在NaHCO₃
-P转化中的贡献（14%）显著高于NaOH-P（1%），表明富营养化条件更易激活Labile P的释放。

该研究创新性地构建了“外源输入-微生物转化-环境调控”的P循环模型，为富营养化治理提供了两方面的科学依据：1）优先控制畜牧业和磷矿废水排放；2）定向调控Proteobacteria和Acidobacteria的群落结构以阻断内源P释放。这一成果不仅深化了对高原湖泊P生物地球化学循环的认识，也为全球类似水体的生态修复提供了技术范式。