發(fā)布時(shí)間：2020-09-19 13:51

　　 近岸海域氮污染是全球面臨的重大而急迫的環(huán)境問題,有關(guān)氮的生物地球化學(xué)過程研究已成為當(dāng)前河口及其毗鄰海域研究領(lǐng)域內(nèi)的前沿和熱點(diǎn)科學(xué)問題,也是IGBP/LOICZ、IMBER、Future Earth等國(guó)際重大研究計(jì)劃所關(guān)注的核心主題。沉積物反硝化與厭氧氨氧化在控制河口及鄰近海域硝態(tài)氮(NO_3~ )的動(dòng)態(tài)變化及其歸宿起到重要的作用。本文采用15N穩(wěn)定同位素示蹤法研究了長(zhǎng)江口鄰近海域沉積物脫氮過程及其影響因素�；�2014-2016年冬夏季長(zhǎng)江口鄰近海域429個(gè)站點(diǎn)表層沉積物,采用泥漿實(shí)驗(yàn)法結(jié)合15N穩(wěn)定同位素示蹤法研究了沉積物脫氮過程的時(shí)空分布特征、影響機(jī)理及生態(tài)環(huán)境意義。本研究取得的主要研究成果與認(rèn)識(shí)包括:(1)長(zhǎng)江口鄰近海域內(nèi)沉積物反硝化和厭氧氨氧化速率分別介于0 36.11μmol N kg~-11 h~(-1)和0 6.46μmol N kg~(-1) h~(-1)之間;而N_2O釋放速率介于0 138.94 pmol N g~(-1) h~(-1)之間;各脫氮速率季節(jié)上均表現(xiàn)為夏季顯著高于冬季,而空間上大體呈現(xiàn)出閩浙沿岸淤泥區(qū)(ZMCM)長(zhǎng)江口淤泥區(qū)(YEM)沙質(zhì)區(qū)(SAN)的分布特征。(2)長(zhǎng)江口鄰近海域表層沉積物nirS、nosZ和Anammox 16S-rRNA基因豐度變化范圍分別為1.86×10~5 3.92×10~6 copies g~(-1)、8.90×10~4 2.52×10~6 copies g~(-1)和1.76×10~4 1.02×10~6 copies g~(-1)。各功能菌豐度均存在明顯空間異質(zhì)性,季節(jié)上除nirS外,其他均存在顯著差異性。(3)統(tǒng)計(jì)分析表明,有機(jī)碳和NO_3~ 含量為控制沉積物各脫氮速率、N_2O:N_2和厭氧氨氧化脫氮貢獻(xiàn)比例(%Anammox)的關(guān)鍵影響因子。同時(shí),各脫氮速率與相關(guān)功能菌豐度之間關(guān)系密切,且有機(jī)碳含量為影響脫氮功能基因豐度的關(guān)鍵影響因子。(4)有機(jī)碳(小球藻)添加能有效的提升各脫氮速率及功能基因的豐度,尤其是反硝化,而僅添加氮對(duì)各脫氮活性和基因豐度的影響不顯著;夏季長(zhǎng)江口鄰近海域沉積物反硝化、N_2O產(chǎn)生速率及nirS基因豐度與海源有機(jī)碳的關(guān)系要比陸源有機(jī)碳更為密切;以上結(jié)論暗示夏季長(zhǎng)江口鄰近海域由水體富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致的海洋初級(jí)生產(chǎn)力的增加是促進(jìn)沉積物脫氮過程的發(fā)生與N_2O的產(chǎn)生的直接因素。(5)優(yōu)先降解的水溶性氨基酸相比有機(jī)碳和總氮含量能更好的表征脫氮活性的強(qiáng)弱程度,而色素在一定程度上比氨基酸更能夠表征脫氮活性強(qiáng)弱程度,且夏季以不穩(wěn)定性色素為主。(6)研究區(qū)范圍內(nèi)沉積物反硝化與厭氧氨氧化的脫氮通量分別為2.2×10~6 t N yr~(-1)和4.6×10~5 t N yr~(-1),對(duì)維持鄰近海域生態(tài)環(huán)境健康具有重大意義。而脫氮過程中伴隨著約8×10~3 t N yr~( 1) N_2O的釋放,約占全球近岸海域釋放通量的1.27%,該未知排放量對(duì)估算全球N_2O排放清單起到重要的貢獻(xiàn)作用,應(yīng)引起更多的關(guān)注與重視。(7)秉承地理學(xué)的系統(tǒng)性、整體性和綜合性,同時(shí)厘清了長(zhǎng)江口鄰近海域沉積物硝化、礦化和氨同化等其他關(guān)鍵氮循環(huán)過程通量,并系統(tǒng)的研究NO_3~ 和氨態(tài)氮(NH_4~+)產(chǎn)生與去除的微生物途徑,構(gòu)建沉積物微生物NO_3~ 和NH_4~+遷移轉(zhuǎn)化簡(jiǎn)易模式;經(jīng)估算NO_3~ 和NH_4~+微生物去除與產(chǎn)生通量,暗示長(zhǎng)江口鄰近海域沉積物具有很強(qiáng)的NO_3~ 去除能力,對(duì)維護(hù)海洋生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境健康意義重大。(8)本研究運(yùn)用薄膜進(jìn)樣質(zhì)譜儀(MIMS)測(cè)定礦化、氨同化和固氮過程,一定程度上豐富了MIMS在氮循環(huán)研究中的運(yùn)用。
【學(xué)位單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X52
【部分圖文】：

圖 1.1 近岸海域沉積物微生物驅(qū)動(dòng)下的氮循環(huán)過程示意圖(Arrigo, 2005; Francis et al., 200Figure 1.1 Microbial nitrogen cycling in coastal marine sediments（1）反硝化作用反硝化被認(rèn)為是海洋生態(tài)系統(tǒng)中至關(guān)重要的氮循環(huán)過程之一，將海洋生態(tài)統(tǒng)中的活性氮轉(zhuǎn)化為 N2歸還到大氣中，常被視為活性氮永久性脫離生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵途徑之一，對(duì)降低水體氮負(fù)荷、修復(fù)氮污染具有十分重要的生態(tài)環(huán)境意(Deng et al., 2015)。大多數(shù)反硝化細(xì)菌屬異養(yǎng)型，即以含碳化合物作為電子供和碳源，將 NO3 逐步還原為亞硝態(tài)氮（NO2 ）、一氧化氮（NO）、N2O 和 （圖 1.1 和表 1.1），該過程中大部分的 NO3 被還原 N2，還有少部分以 N2O 形式存在(姜星宇等,2016)。迄今為止，能夠完成異養(yǎng)反硝化過程的生物體包括泛多樣的細(xì)菌（特別是變形菌門）(Devol, 2015)、古菌(Zumft, 1997)以及有孔蟲

圖 1.2 海洋生態(tài)系統(tǒng)中 N2O 在氮循環(huán)過程中產(chǎn)生與消耗示意圖(Gruber, 2008)Figure 1.2 N2O production and consumption in N cycle自然環(huán)境中影響 N2O 產(chǎn)生與積累的因素主要包括鹽度、溫度、O2、N物、pH 和硫化物等。有研究表明河口區(qū)沉積物 N2O 產(chǎn)生與積累相關(guān)的落對(duì)鹽度的響應(yīng)表現(xiàn)為在低鹽度區(qū)的敏感程度要大于高鹽度區(qū)，故而在的河口上游區(qū)，N2O 的產(chǎn)生隨著鹽度的增加而顯著增加，而河口下游區(qū)變化(Teixeira et al.,2013)。有不少研究表明富營(yíng)養(yǎng)化環(huán)境中高濃度的可NO3 能夠促進(jìn) N2O 的產(chǎn)生，并伴隨著較高的反硝化活性(Seitzinger and N5; Middelburg et al., 1995; Kenny et al., 2005)。有研究表明有機(jī)物較為豐沉積物向水體釋放的 N2O 通常較高，高濃度的 NO3 和低溶解氧均能夠沉積物 N2O 的產(chǎn)生，同時(shí)生物擾動(dòng)作用通過促進(jìn)硝化-反硝化過程的定程度上也能促進(jìn) NO 的產(chǎn)生(Ziebis et al., 2014)。也有研究表明硫化

直至兩相中的氣體達(dá)到平衡，對(duì)一定體積的頂空氣體進(jìn)行了測(cè)定(Butleins, 1991)。該方法操作簡(jiǎn)單，且樣品需求量少，適合水體中溶解態(tài) N2O究，同時(shí)也有學(xué)者將其運(yùn)用于水環(huán)境中沉積物 N2O 的釋放通量研nshaw and Dahlgren, 2013; Hou et al., 2014)。 技術(shù)路線與擬解決科學(xué)問題.1 技術(shù)路線本研究將同位素技術(shù)、分子生物學(xué)技術(shù)及地統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析路線主要分為：（1）文獻(xiàn)閱讀、基礎(chǔ)資料搜集與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；（2）野外觀采集、樣品的實(shí)驗(yàn)室分析及室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)的開展；（3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析（圖 1.3）。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 姜星宇;姚曉龍;徐會(huì)顯;張路;;長(zhǎng)江中下游典型濕地沉積物-水界面硝酸鹽異養(yǎng)還原過程[J];湖泊科學(xué);2016年06期

2 楊博逍;呂鋒;;頂空平衡法研究現(xiàn)狀綜述[J];化學(xué)工程與裝備;2016年07期

3 李棟;姚鵬;趙彬;王金鵬;潘慧慧;;長(zhǎng)江口-浙閩沿岸沉積色素的分布特征及其指示意義[J];環(huán)境科學(xué);2015年08期

4 魏海峰;周集體;喬森;劉遠(yuǎn);;海洋厭氧氨氧化研究進(jìn)展[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2014年09期

5 龔駿;宋延靜;張曉黎;;海岸帶沉積物中氮循環(huán)功能微生物多樣性[J];生物多樣性;2013年04期

6 龔駿;張曉黎;;微生物在近海氮循環(huán)過程的貢獻(xiàn)與驅(qū)動(dòng)機(jī)制[J];微生物學(xué)通報(bào);2013年01期

7 張璇;石曉勇;張傳松;韓秀榮;;長(zhǎng)江口及鄰近海域赤潮藻種演替過程中營(yíng)養(yǎng)鹽特征[J];海洋環(huán)境科學(xué);2012年06期

8 呂艷美;葛晨東;高抒;吳丹丹;楊e

本文編號(hào)：2822584