【摘要】：河岸帶被認(rèn)為是去除進(jìn)入水體(河流、湖泊)N03-的有效“匯”,是截留轉(zhuǎn)化陸源污染物,防止其進(jìn)入水體的重要屏障。河岸帶去除氮(N)素的機(jī)制主要有植物吸收、反硝化、微生物固定等方式,其中反硝化作用能將大部分N素永久性去除,被認(rèn)為是阻止外界N03-進(jìn)入河流水體的最有效途徑。城市河岸帶由于受到人類活動(dòng)的強(qiáng)烈影響和改造,區(qū)別于農(nóng)村、郊區(qū)河岸帶,土壤的反硝化過程有著其自身的特點(diǎn)。 在環(huán)境保護(hù)部“國(guó)家重大水專項(xiàng)”課題、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“沿海城市河岸帶氮素截留效率和轉(zhuǎn)化機(jī)制研究”和上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)學(xué)科帶頭人項(xiàng)目“城市河岸帶對(duì)面源營(yíng)養(yǎng)鹽的生態(tài)阻控機(jī)理研究”等的支持下,本研究以上海市城市河岸帶為主要研究對(duì)象,運(yùn)用多學(xué)科(自然地理學(xué)、環(huán)境地球化學(xué)、生物地球化學(xué)、環(huán)境科學(xué)與工程)等綜合研究手段,具體采用野外觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)室分析和室內(nèi)模擬相結(jié)合的方法,系統(tǒng)研究了上海市河岸帶土壤的反硝化速率的時(shí)空變化和垂直分布特征,并探討環(huán)境因子對(duì)反硝化速率的影響；研究了不同植被類型下土壤反硝化速率的特征差異；通過室內(nèi)因子模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步分析了河岸帶土壤反硝化的主要影響因子；初步估算出上海市河岸帶土壤由于反硝化作用的N素年平均去除速率。主要結(jié)論包括以下幾個(gè)方面： (1)上海城市河岸帶土壤的反硝化速率變化范圍是0.07～33.23ngN2O-N·g-1·h-1,由于反硝化作用而產(chǎn)生的年平均N素去除速率為27.51mgN2O-N·kg-1·y-1。從時(shí)間角度來說,夏季8月份的平均反硝化速率最高,為6.63ngN2O-N·g-1·h-1;春季4月份和冬季12月份都較低,分別為0.74ngN2O-N·g-1·h-1和0.75ngN2O-N·g-1·h-1。從空間點(diǎn)位來說,農(nóng)田背景下(PD、JD)的河岸帶土壤反硝化速率要高于灌叢(JS、CM)、草地(QP、MH、PT)等植被類型,JD采樣點(diǎn)平均反硝化速率最高,為5.10ngN2O-Ng·g-1·h-1, QP采樣點(diǎn)平均反硝化速率最低,為0.87ng N2O-N·g-1·h-1。 (2)從垂直分布特征來看,所采集的2-5cm、12～15cm、22～25cm、32～35cm深度的土壤中,表層2-5cm土壤往往具有最大的反硝化速率,且反硝化速率隨著土壤深度的增加而逐漸降低。綜觀上海全年各采樣點(diǎn)不同深度平均反硝化速率,表層至底層分別為4.18ngN2O-N·g-1·h-1、2.26ngN2O-N·g-1·h-1、2.19ngN2O-N·g-1·h-1和1.61ngN2O-N·g-1·h-1。表層2-5cm脫N能力占到了整體的41%,其它三個(gè)層次脫N能力分別占到22%、21%和16%。 (3)不同植被類型土壤的反硝化速率存在明顯差異性。高灌叢、低矮灌叢、草地三種的土壤反硝化速率平均值分別為0.76ngN2O-N·g-1·h-1、0.93ngN2O-N·g-1·h-1、0.54ngN2O-N·g-1·h-1,矮灌叢的平均脫N能力最高,草地則最低,這與上海整體范圍內(nèi)不同植被類型河岸帶調(diào)查結(jié)果一致,均是草地河岸帶土壤反硝化速率水平最低。 (4)相關(guān)性分析表明,上海城市河岸帶土壤反硝化速率與溫度、提取態(tài)氨氮(NH4+)、提取態(tài)硝氮(N03*)含量均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系(p0.01),與含水率呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系(p0.01)。而與pH值、土壤有機(jī)碳(SOC)、土壤總氮(STN)、C：N無相關(guān)關(guān)系。 (5)上海市河岸帶土壤培養(yǎng)溫度變化于8～30℃,冬春低,夏秋高；土壤pH值在6.70～8.39之間,總體處于中性偏堿水平；土壤含水率在11.58%～60.38%的范圍內(nèi)變化,冬春高、夏秋低；SOC、STN變化范圍介于0.22%～2.23%和0.03%-0.18%之間；土壤C：N比的范圍是5.69～27.11,平均值為9.84；河岸帶土壤提取態(tài)NH4+、NO3-含量分別變化于0.03mgN·kg-1～3.98mgN·kg-1和ND～7.03mgN·kg-1,其中QP、MH采樣點(diǎn)提取態(tài)N03-十分低,甚至超出檢測(cè)下限。 (6)上海市河岸帶采樣點(diǎn)PD、JS、JD平均N03-濃度分別為0.68mgN·kg-1、1.31mgN·kg-1、1.33mgN·kg-1,相對(duì)來說N濃度較高；而QP、MH、CM平均N03-濃度為0.12mgN·kg-1、0.21mgN·kg-1、0.21mgN·kg-1，N濃度水平相對(duì)較低。對(duì)于N濃度水平相對(duì)較高的城市河岸帶(PD和JS),反硝化速率和N03-濃度呈現(xiàn)出顯著線性相關(guān)關(guān)系；對(duì)于N濃度水平相對(duì)較低的河岸帶系統(tǒng),土壤反硝化速率明顯低于其它河岸帶,N03--N含量成為制約土壤反硝化速率的主要限制性因子。 (7)對(duì)NO3-限制性河岸帶系統(tǒng)(QP、MH、CM)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行不同入水N03--N濃度的影響模擬表明,原位土壤在自然狀態(tài)下,沒有N03--N輸入時(shí),河岸帶土壤反硝化過程均處于很微弱的狀態(tài)；有外源N03--N輸入情況下,反硝化速率明顯升高,并且溫度越高反硝化速率增高幅度越大,模擬實(shí)驗(yàn)過程中QP、MH和CM三個(gè)點(diǎn)位均在8月份出現(xiàn)了最大反硝化速率,進(jìn)一步表明溫度和N03--N含量是制約河岸帶土壤反硝化速率的兩大主要因素,兩者缺一不可。 (8)可控因子的實(shí)驗(yàn)室影響模擬表明：上海市河岸帶土壤反硝化過程發(fā)生的最佳溫度范圍為25～35℃,在溫度達(dá)到40℃以上時(shí),反硝化過程就發(fā)生抑制；河岸帶土壤反硝化潛力需要一個(gè)最佳含水狀況,當(dāng)土壤含水率為25%左右時(shí),反硝化速率出現(xiàn)峰值,含水率過高或過低均能夠抑制反硝化過程；NO3--N添加能夠明顯提升土壤反硝化潛力,但當(dāng)NO3--N濃度過高時(shí)則會(huì)對(duì)反硝化過程產(chǎn)生抑制；NO3--N添加之后,各時(shí)間序列中24h時(shí)刻出現(xiàn)了最大反硝化潛力；不同碳(C)源類型對(duì)上海河岸帶土壤反硝化潛力的影響模擬表明葡萄糖對(duì)反硝化潛力提升最為有效,但其被微生物利用發(fā)揮作用歷時(shí)較乙醇和乙酸鈉長(zhǎng)。甲醇作為只有一個(gè)C原子的C源類型,其對(duì)反硝化的短期促進(jìn)作用十分有限；乙醇和乙酸鈉這兩種C源對(duì)河岸帶土壤的促進(jìn)作用則介于葡萄糖和甲醇之間。 (9)上海城市河岸帶土壤反硝化潛力巨大,若河岸帶的脫N潛力被充分發(fā)掘之后,將能在很大程度上緩解城市面源污染中的N素負(fù)荷。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：S153;X144

【參考文獻(xiàn)】

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4 王慶成;于紅麗;姚琴;韓壯行;喬樹亮;;河岸帶對(duì)陸地水體氮素輸入的截流轉(zhuǎn)化作用[J];應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào);2007年11期

5 馬娟;彭永臻;王麗;王淑瑩;;溫度對(duì)反硝化過程的影響以及pH值變化規(guī)律[J];中國(guó)環(huán)境科學(xué);2008年11期

6 徐亞同;pH值、溫度對(duì)反硝化的影響[J];中國(guó)環(huán)境科學(xué);1994年04期

7 李秀芬;朱金兆;顧曉君;朱建軍;;農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀與防治進(jìn)展[J];中國(guó)人口·資源與環(huán)境;2010年04期

8 丁程程;劉健;;中國(guó)城市面源污染現(xiàn)狀及其影響因素[J];中國(guó)人口.資源與環(huán)境;2011年S1期

9 鄒國(guó)元,張福鎖,李新慧;下層土壤反硝化作用的研究[J];植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào);2001年04期

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本文編號(hào)：2679718