【摘要】：氮污染是影響水體生態(tài)環(huán)境的主要因素之一。近年來,大量工業(yè)污水和生活廢水通過河流輸入到河口環(huán)境。導致河口生態(tài)系統(tǒng)活性氮的含量增加了近120%,并引發(fā)了一系列的生態(tài)環(huán)境問題,如藍藻赤潮的爆發(fā)頻率增多、生物多樣性減少、種群發(fā)生變化等。因此,河口近岸區(qū)域氮的循環(huán)過程已經成為當今國際上的熱點研究內容。開展河口地區(qū)氮循環(huán)的研究及其關鍵環(huán)境影響因素具有重要意義,研究結果不僅可以深化氮循環(huán)的理論認識,而且可為河口潮灘濕地氮污染控制提供科學依據。固氮過程指的是固氮微生物將大氣中的分子態(tài)氮還原成氨的過程。目前,關于微生物固氮的相關研究結果顯示,在熱帶亞熱帶海域存在大量藍藻固氮細菌(束毛藻屬、胞內植生藻)等海洋微生物固氮,而在海洋溫度相對較低(20℃)的海域抑制大量藍藻細菌的生長,并形成高溶解度的無機氮,從而抑制固氮速率。然而,最近的研究表明,海洋固氮作用,可能是由單細胞的藍藻細菌和異養(yǎng)細菌介導的,即使在相對較冷(10℃)的大西洋海岸和波羅的海河口也發(fā)現了這些固氮微生物。對日本本州島東部溫暖淺海固氮及其影響因子的研究結果表明,溫度、nifH豐度和種類直接影響了微生物固氮速率。研究結果說明在固氮酶影響下,固氮速率受到環(huán)境中鐵元素的影響。濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物固氮研究表明溫度是影響固氮微生物分布的最顯著因子。此外,溶解性無機氮對河口固氮過程具有有抑制作用,但是低水平的氮磷比和鐵等微量元素對固氮作用卻有促進。目前,關于河口潮灘濕地的固氮過程及其影響因素的研究較少,且相關微生物的作用機理尚不明確。因此,本文以長江口崇明東灘濕地作為研究區(qū),采用泥漿培養(yǎng)實驗結合同位素示蹤技術和分子生物技術,開展崇明東灘潮灘不同水文梯度下土壤固氮速率與固氮功能基因的研究,并分析土壤理化因子對固氮過程的影響。本研究包括兩部分,野外采樣結合室內泥漿培養(yǎng)實驗和針對關鍵環(huán)境因子對土壤固氮速率的模擬研究的室內控制實驗,取得的主要研究成果如下:(1)土壤固氮速率(BNF)總體上隨著水淹頻率的增加波動降低,在夏季波動幅度更加明顯。即由高潮灘向低潮灘表現出顯著的差異(P0.05)。土壤BNF表現為夏季大于冬季,植被覆蓋的表層土壤高于裸灘的表層土壤。夏季植被和裸灘土壤BNF分別為0.61-17.90μmol N kg~(-1) h~(-1)和1.41-12.10μmol N kg~(-1) h~(-1),冬季分別為0.64-3.54μmol N kg~(-1) h~(-1)和0.47-2.60μmol N kg~(-1) h~(-1)。(2)土壤中固氮nifH豐度沿水文梯度的分布特征與BNF分布特征相似,植被和裸灘土壤nif H豐度分別為1.28×10~7-4.61×10~7 copies g~(-1)和2.56×10~7-12.3×10~8copies g~(-1)。且固氮功能基因nifH豐度與固氮速率分布呈極顯著正相關,說明土壤nifH豐度的數量在很大程度上決定了BNF的分布情況,而BNF的變化也可以反應nifH豐度數量的變化。且植被表層土壤BNF和nifH豐度均大部分高于裸灘,說明植被根系可以有效促進土壤微生物的循環(huán)。(3)土壤理化性質對BNF和土壤固氮基因nifH含量均有一定程度的影響。其中NO_3~-與冬季裸灘和夏季植被表層BNF均呈極顯著負相關,與冬季植被表層BNF呈顯著正相關,硫酸鹽和TOC與夏季植被BNF呈極顯著或顯著正相關,Fe~(3+)與夏季裸灘BNF呈極顯著正相關,Fe~(2+)與冬季植被BNF呈顯著正相關。(4)長江口潮灘土壤環(huán)境因子中,鹽度是影響土壤固氮作用的關鍵因子之一。不同鹽度上覆水下,表層土壤固氮速率隨鹽度的增加而降低;且隨著培養(yǎng)時間的增長,表層土壤固氮速率呈現出先增加再降低的趨勢。垂直方向上,受上覆水影響最大的表層土壤(0-5 cm)中固氮速率隨上覆水中NO_3~-濃度的增加,整體上呈下降趨勢;水平方向上,隨著培養(yǎng)時間的增長,表層土壤的固氮速率呈現出一定程度的增加后再降低的變化趨勢。在時間尺度上,不同鐵氧化物(Fe~(3+))濃度土壤固氮速率的變化情況與土壤鹽度梯度和土壤NO_3~-梯度變化趨勢一致;垂直方向上,不同鐵氧化物濃度土壤固氮速率也呈現出相同的變化規(guī)律。
【圖文】：

2.2 研究方法2.2.1 樣品采集對崇明東灘潮灘濕地地形、植被、土壤全面考察后，于 2016 年 1 月和 6 月在崇明東灘的中部位置(圖 2.2)，沿水文梯度（從低到高，樣點潮灘位置越低，水淹頻率越高）選取一條采樣帶，設置 8 個樣點(每個樣點之間相距約為 300-500m)，，每個樣點取 3 個平行樣，分別對裸灘和植被點進行土壤采樣，隨機取點，樣品充分混勻。采集土壤樣品采用不銹鋼質土鉆，采樣深度約為 60 cm，裝入滅菌的離心管中，4℃避光保存。在采集后的 2 小時內將這些土壤樣品運回實驗室，選取柱樣內部的中間部分，在無氧環(huán)境下將其均質化，并將被均質化后的新鮮土壤樣品合理分成三部分保存。一部分樣品保存在 4℃環(huán)境下，用于土壤固氮速率的測定，一部分經冷凍干燥后研磨過 100 目篩，裝于密封袋中，后期用于理化性

華東師范大學 2018 屆碩士學位論文 第三章 崇明東灘土壤固氮速率沿水淹梯度分布本文研究中，TOC 含量與夏季植被 BNF 均呈顯著正相關（r=0.45，樣點 A6 表層土壤的 TOC 含量整體上高于其他潮灘位置，使得其表氮速率和固氮基因豐度也在整個潮灘梯度中最高。進一步證實了 TO生物量的影響。雖然長江河口潮灘濕地的土壤 N 濃度比其他土壤有高(Zhang et al., 2015; 林峰, 2014; Liu et al., 2007; Wang et al., 2010; H1977)，但是土壤中的 N 濃度很大程度上受生長的植被影響，也許可口潮灘濕地土壤中 N:P 的比例對于植物生長也是一個重要的因素。此度、pH、鹽度、TOC 等理化因子之外，潮灘土壤中 NH4+的濃度也會氮速率。Welsh et al(1997)對鹽沼沉積物固氮速率的研究中發(fā)現，鹽沼孔隙水 NH4+濃度達 50-100 μmol L-1可以嚴重抑制沉積物中的固氮活
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X17;X52

【參考文獻】

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本文編號：2691597