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《华东师范大学》 2011年
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典型河口区氮循环过程和影响机制研究

林啸  
【摘要】:河口区受到海陆交互作用影响,是各种生物地球化学过程相互作用最为活跃的地带,对人类活动和社会发展有着十分重要的意义。氮是组成生物有机体的主要元素。目前由于大量人为输入的氮素在许多河口海岸带已经产生了诸如赤潮爆发、底层水溶氧锐减以及温室气体排放等重大环境问题。本研究选择在全球河口海岸研究中占据重要地位的密西西比河口和长江河口区作为研究对象,通过野外实测和实验室模拟相结合的研究手段,定量研究了典型河口沉积物-水界面、上覆水柱以及沉积物-气界面氮素的生物地球化学过程,试图阐明河口区不同介质界面氮循环的主要过程和影响因素,探讨氮氧耦合动力学在河口缺氧带形成机理中所扮演的角色。主要取得了以下主要研究成果: 以经典的同位素稀释法为理论基础,结合连续流培养模拟和HPLC检测技术,拓展出一种新的沉积物-水界面NH4+-N总循环通量的研究方法,并引入了可描述沉积物氮限制程度的SAD这一概念,丰富了沉积物-水界面NH4+-N循环通量研究。 密西西比河口区缺氧站位的NH4+-N总再生通量(REG)与潜在吸收通量(Upot)均高于常氧站位和中间溶氧水平站位,且夏季高于冬季;缺氧季缺氧站点的沉积物潜在NH4+-N需求量(SAD)显著高于常氧站点。各站点缺氧季SAD略高于冬季常氧季对应数据(70μmol m-2 h-1)。SAD值反映了沉积物-水界面N限制现象非常显著;常氧站点的NH4+消耗过程可能以硝化过程为主,而缺氧站点的NH4+消耗过程以厌氧过程为主。NO3-的消耗过程以反硝化作用(非耦合)为主而非DNRA。脱N2过程均以非耦合反硝化过程(DDNF)为主(70%),耦合反硝化过程(CDNF)和厌氧氨氧化过程(PANA)的作用十分微弱。缺氧站点的DDNF(?)生脱N2过程中所占的比重更高一些,总反硝化(脱氮)过程(PDNF)和DDNF没有表现出明显的常、缺氧季差异,均主要以DDNF为主要反硝化过程。总体而言,各站点的CDNF和PANA过程均较弱,且没有明显的季节差异和空间差异。缺氧站点固氮能力较弱,缺氧季时几乎没有新氮产生而以脱氮为主要过程。 相关分析表明NH4+-N实际吸收通量(Uact)与Upot(?)存在一定的互相依存关系。REG、Uact、Upot、SAD都与底层水溶解氧呈显著线性负相关关系,表明再矿化作用是REG的主要来源而非DNRA,厌氧同化过程是Uact和SAD的主要去向。未观测到各NH4+-N循环通量与叶绿素a有明显的线性相关。NH4+-N和o-PO43-浓度与所有NH4+-N循环通量呈显著正相关,显示了共同的反应底物基础。REG和Uact与NO3--N浓度存在高斯函数相关。沉积物-水界面N2循环通量中只有CDNF与底层水溶解氧呈显著线性负相关关系表明密西西比河口沉积物-水界面N2循环通量影响因素十分独特和复杂,尚需进一步分析。氮氧动力学耦合分析表明沉积物-水界面的主要耗氧过程可能是各种氮循环微生物的呼吸作用。飓风活动强烈的物理扰动削弱了几乎所有的氮循环通量。 密西西比河口水柱NH4+-N循环速率具有明显的深度分异规律,存在表层底层中层的分布规律和距密西西比河口距离成反比的空间分异规律。缺氧季底层水的低溶氧环境对底层水N循环的影响十分明显。所有站点的Upt均高于Reg,体现了水柱中有一定的氮限制可能性。季节性差异较明显,所有站点Upt和Reg均表现出了明显的冬、夏(常、缺氧季)季节差异,且表层水的季节变异大于中、底层水体。NH4+-N再生和吸收周期也存在底层中层表层的深度分异规律,表层水柱的氮同化周期非常短暂,而再矿化周期普遍高于同化周期的现象也暗示了水柱中可能存在氮限制现象。缺氧站点同化和再矿化周期表现为夏季低于冬季,缺氧站点的循环周期高于常氧站点。夏季水柱体现出了DON再生周期长于NH4+-N的循环周期的“氮饥饿”现象。 相关分析表明Upt和Reg循环速率都受河口陆源淡水控制,Upt明显受到温度的控制。表层水的NH4+-N的Upt和Reg速率都与盐度呈显著负相关。只有底层水的NH4+-N循环速率与水体溶解氧呈极显著负相关关系,显示了缺氧季底层水的极端低溶氧对底层水中的微生物和浮游生物产生了明显的胁迫。光照模拟实验表明表层水对NH4+-N的利用方式以光合作用为主导的自养同化为主,缺氧站位的表层海水NH4+-N的吸收过程相对于常氧站位有更多的异养微生物以及更多的硝化作用微生物参与。夏季中、底层水Reg的变化趋势和氨肽酶消耗率(AMP)的变化趋势比较一致,表明水柱NH4+-N的再生过程与微生物对ON的水解能力密切相关。“底层锁”效应致使水柱NH4+-N循环速率远低于沉积物-水界面的NH4+-N循环速率,沉积物-水界面NH4+-N循环过程对缺氧带形成影响大于水柱NH4+-N循环过程,常氧环境水柱硝化过程依然对缺氧现象起到一定的促进作用。 长江口滨岸潮滩沉积物-气界面N2O排放具有明显的时空变化差异,除BLG和LC表现为微量的吸收外,其他站点N2O排放的平均值均为正值,且淡水控制区域高于咸水控制区域。夏季长江口南岸潮滩的LHK和WSK站点N2O排放的季节变异远高于其他站点。夏季N2O排放远高于其他季节,除夏季表现出从淡水控制区域向咸水控制区域减少的趋势外,其他季节没有体现出明显的沿程分布模式。总体上,长江口潮滩是N2O的排放源。夏季长江口南岸N20排放显著高于杭州湾北岸潮滩,这是由于沉积物反硝化作用或耦合硝化过程的反硝化作用可能是长江口沉积物产生N2O的主要过程。 温度、沉积物沙粒含量、沉积物WFPS、夏季沉积物可交换态NH4+-N含量以及沉积物-水界面NH4+-N通量和N2O排放呈显著的正相关关系,较高的温度、较高的沉积物水分含量、较低的沉积物氧化还原电位以及沉积物NH4+-N含量是促进长江口滨岸沉积物-气界面N2O排放的环境因子;有机质对长江口滨岸沉积物-气界面N2O排放还不甚清晰;根据大部分环境因子影响分析我们推测控制长江口滨岸沉积物-气界面N2O排放的主要氮循环过程可能以反硝化作用或DNRA为主,硝化作用的贡献不显著。 建立基于主成分分析的N2O排放通量半经验模型,经验证模型的计算值与实测值之间达到了极显著的线性正相关(R=0.63,P=0.0004),说明该模型具有一定的合理性和应用价值。根据该模型估算长江口潮滩湿地沉积物在采样季内的年排放N2O量约为76.6 Mg a-1,对比其他学者的总排放数据表明长江口滨岸潮滩沉积物-气界面N2O排放水平较低,但是由于未将涨潮时沉积物-水界面的排放考虑在内,可能远远低估了长江口滨岸潮滩N2O排放总体水平。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P734

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【引证文献】
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1 刘丽丽;长江口海域不同形态氮的稳定同位素分布特征及其意义研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2013年
2 徐泽新;太湖流域营养物质与砷汞的生物地球化学循环特征[D];华中农业大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈振楼,许世远,柳林,余佳,俞立中;上海滨岸潮滩沉积物重金属元素的空间分布与累积[J];地理学报;2000年06期
2 刘敏,侯立军,许世远,欧冬妮,张斌亮,刘巧梅,杨毅;长江河口潮滩表层沉积物对磷酸盐的吸附特征[J];地理学报;2002年04期
3 刘敏,侯立军,许世远,欧冬妮,蒋海燕,余婕,Gardner WayneS;长江口潮滩有机质来源的C、N稳定同位素示踪[J];地理学报;2004年06期
4 吴丰昌,万国江,蔡玉蓉;沉积物-水界面的生物地球化学作用[J];地球科学进展;1996年02期
5 高月香;张永春;;水文气象因子对藻华爆发的影响[J];水科学与工程技术;2006年02期
6 高杨;宋志文;;硝化细菌对铜绿微囊藻生长的影响[J];河北渔业;2011年01期
7 吕晓霞,翟世奎,牛丽凤;长江口柱状沉积物中有机质C/N比的研究[J];环境化学;2005年03期
8 徐彬;刘敏;侯立军;陆敏;闫慧敏;许世远;;光照对长江口潮滩沉积物-水界面可溶性硅和无机氮通量的影响[J];环境科学研究;2009年03期
9 沈焕庭,朱建荣;论我国海岸带陆海相互作用研究[J];海洋通报;1999年06期
10 毕春娟,陈振楼,许世远;上海滨岸潮滩根际重金属含量季节变化及形态分布[J];海洋与湖沼;2003年02期
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1 李佳霖;典型河口区沉积物的硝化和反硝化过程[D];中国海洋大学;2009年
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1 李明;近几十年长江口—杭州湾北岸滩涂演变分析[D];华东师范大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王艳;黄玉明;;我国水环境中重金属污染行为和相关效应的研究进展[J];癌变.畸变.突变;2007年03期
2 李荣华;Bjorn Martin;;CO_2浓度对番茄光合特性的影响[J];安徽农学通报;2007年14期
3 徐家钰;吴菲;吴越华;徐渊;;人粪有机肥配无机肥对菜心产量、土壤化学性质及微生物的影响[J];安徽农学通报(上半月刊);2011年01期
4 胡祖武;刘玲;;广东省典型城市湖泊沉积物氨氮吸附特性初步研究[J];安徽农学通报(上半月刊);2011年07期
5 曹云英;稻田甲烷排放的研究进展[J];安徽农业科学;2002年06期
6 赵伟;涂艳丽;王飞;;土壤微生物活菌数与生物量的关系研究[J];安徽农业科学;2005年12期
7 王彦丽;;环境保护中示踪原子和辐射技术应用研究进展[J];安徽农业科学;2006年11期
8 苏畅;沈志良;曹海荣;姚云;;2004和2005年长江口及其邻近海域富营养化程度比较[J];安徽农业科学;2009年06期
9 杨飞;支崇远;;喀斯特高原地区人工湖泊富营养化治理初探——以红枫湖、百花湖为例[J];安徽农业科学;2009年09期
10 吴琳;景晓辉;黄俊生;;产纤维素酶菌株的分离·筛选及酶活性测定[J];安徽农业科学;2009年17期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨龙元;张健;林琳;吴敬碌;;大气氮磷沉降对太湖水体叶绿素a浓度影响特征研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
2 段雪梅;蔡焕兴;;不同城市化区域水体表层沉积物重金属污染特征[A];2009重金属污染监测、风险评价及修复技术高级研讨会论文集[C];2009年
3 ;The impacts of '05.6' extreme flood event on riverine carbon fluxes in Xijiang River[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第四卷)[C];2008年
4 黎小正;;广西合浦廉州湾增养殖区水域营养水平分析与评价[A];中国海洋学会2005年学术年会论文汇编[C];2005年
5 张志红;赵兰凤;韦翔华;聂盛仙;张丽娟;缑武龙;席荣宾;李华兴;;生物肥料在盆栽香蕉上的应用效果研究[A];第四次全国土壤生物和生物化学学术研讨会论文集[C];2007年
6 韦翔华;李华兴;张志红;冯宏;赵兰凤;张丽娟;;生物复混肥后茬土壤的生物效应研究[A];第四次全国土壤生物和生物化学学术研讨会论文集[C];2007年
7 刘广平;杨红;;河口生态系统服务功能价值评估——以上海长江口为例[A];第五届中国青年生态学工作者学术研讨会论文集[C];2008年
8 黎小正;庞燕飞;曾辉;吴祥庆;马宁;梁雪松;;广西桂平东塔河段产卵场水质综合评价[A];广西水产研究所论文集(2001—2005)[C];2006年
9 李丽娜;张亚雷;陈振楼;李建华;;长江口滨岸带泥螺铬污染的毒理试验研究[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第二卷)[C];2009年
10 严平川;汪庆华;朱耀祖;;涢水白云湖水库“水华”成因分析与控制措施探讨[A];河湖水生态水环境专题论坛论文集[C];2011年
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2 刘学海;南黄海及养殖功能海域生态动力学模型研究[D];中国海洋大学;2009年
3 赵苑;黄海和东海微微型浮游生物分布研究[D];中国海洋大学;2010年
4 余云军;胶州湾流域与海岸带综合管理研究[D];中国海洋大学;2010年
5 安传光;长江口潮间带大型底栖动物群落的生态学研究[D];华东师范大学;2011年
6 李鸣;鄱阳湖重金属污染特征研究及环境容量估算[D];南昌大学;2010年
7 钱轶超;浅水湖泊沉积物磷素迁移转化特征与生物作用影响机制研究[D];浙江大学;2011年
8 胡安辉;高效短程硝化/厌氧氨氧化富集培养物的研究[D];浙江大学;2010年
9 李祥安;长江口富营养化水域营养盐输送通量与低氧区形成特征研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2010年
10 孟昭翠;黄海夏季微型底栖生物群落结构与生态特点[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2011年
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1 高宝峰;汉江中下游铜锈环棱螺重金属分布及生物指示作用[D];华中农业大学;2010年
2 郝艳;油茶林土壤微生物、酶活性研究及高效解磷菌的筛选[D];中南林业科技大学;2009年
3 焦伟;湖泊湖滨带沉积物重金属污染研究[D];山东农业大学;2010年
4 唐龙翔;二氧化氯和有机肥对黄瓜枯萎病的防治研究[D];山东农业大学;2010年
5 陈君;树皮堆肥施用方式对番茄根结线虫的防效[D];山东农业大学;2010年
6 薛杨;辽河沉积物对磷的吸附特性研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
7 张鹏;黄河三角洲南部潮间带营养盐的收支特征[D];中国海洋大学;2010年
8 李佩佩;黄河口及黄、渤海溶存甲烷和氧化亚氮的分布与释放通量[D];中国海洋大学;2010年
9 杨斌;中国东海、黄海和南海北部海水中挥发性卤代烃的分布与通量研究[D];中国海洋大学;2010年
10 李玲玲;黄河口湿地沉积物中营养盐分布及交换通量的研究[D];中国海洋大学;2010年
【同被引文献】
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1 王艳;黄玉明;;我国水环境中重金属污染行为和相关效应的研究进展[J];癌变.畸变.突变;2007年03期
2 贾振邦,梁涛,林健枝,吕凤伟;香港河流重金属污染及潜在生态危害研究[J];北京大学学报(自然科学版);1997年04期
3 黄慧慧;李祥;杜春兰;;我国湖泊富营养化研究情况概述[J];中国城市经济;2011年18期
4 滕彦国,倪师军,庹先国,张成江,徐争启;攀枝花地区河流沉积物的重金属污染研究[J];长江流域资源与环境;2003年06期
5 靳晓莉;高俊峰;赵广举;;太湖流域近20年社会经济发展对水环境影响及发展趋势[J];长江流域资源与环境;2006年03期
6 姚书春;薛滨;李世杰;刘吉峰;夏威岚;;长江中下游湖泊沉积速率的测定及环境意义——以洪湖、巢湖、太湖为例[J];长江流域资源与环境;2006年05期
7 朱广伟;;太湖水质的时空分异特征及其与水华的关系[J];长江流域资源与环境;2009年05期
8 刘聚涛;杨永生;高俊峰;姜加虎;;太湖蓝藻水华分级及其时空变化[J];长江流域资源与环境;2011年02期
9 张落成;刘存丽;;太湖流域土地利用变化特征与机制分析[J];长江流域资源与环境;2011年10期
10 虞孝感,许刚,王合生,杨大强;无锡市跨世纪经济发展的制约因素及对策建议[J];长江流域资源与环境;1998年04期
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1 周俊丽;长江口湿地生态系统中有机质的生物地球化学过程研究[D];华东师范大学;2005年
2 张敏;长江中下游浅水湖泊富营养化机制与重金属污染研究[D];中国科学院研究生院(水生生物研究所);2005年
3 柴超;长江口水域富营养化现状与特征研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2006年
4 刘秀娟;长江口海域氮的同位素特征及其环境意义[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2009年
5 李佳霖;典型河口区沉积物的硝化和反硝化过程[D];中国海洋大学;2009年
6 陆开宏;蓝藻水华与2种藻食性水生动物的相互作用[D];中国海洋大学;2009年
7 金海燕;近百年来长江口浮游植物群落变化的沉积记录研究[D];浙江大学;2009年
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1 李勇;长江口潮滩环境下厌氧氨氧化(Anammox)过程及形成机制研究[D];华东师范大学;2011年
2 王钦;玉渊潭及太湖沉积物氮磷及金属年际变化及其影响研究[D];吉林大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 华锦彪,宗志祥;洋河水库“水华”发生的实验研究[J];北京大学学报(自然科学版);1994年04期
2 石明岩,吕锡武,稻森悠平;N_2O的环境效应及其防逸技术的发展趋势[J];城市环境与城市生态;2002年05期
3 李国标,庄雅平,王珏华;面向对象的GIS数据模型——地理数据库[J];测绘通报;2001年06期
4 陈沈良,谷国传,虞志英;长江口南汇东滩淤涨演变分析[J];长江流域资源与环境;2002年03期
5 李九发,万新宁,陈小华,徐海根;上海滩涂后备土地资源及其可持续开发途径[J];长江流域资源与环境;2003年01期
6 宁修仁,刘子琳,蔡昱明;我国海洋初级生产力研究二十年[J];东海海洋;2000年03期
7 史君贤,陈忠元,胡锡钢;浙江省海岛沿岸水域微生物生态分布[J];东海海洋;1996年02期
8 潘玉球,,黄树生;长江冲淡水输运和扩散途径的分析[J];东海海洋;1997年02期
9 许炯心;人类活动对公元1194年以来黄河河口延伸速率的影响[J];地理科学进展;2001年01期
10 段水旺,章申;中国主要河流控制站氮、磷含量变化规律初探[J];地理科学;1999年05期
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1 张二凤;长江中下游人类活动对河流泥沙来源及入海泥沙的影响研究[D];华东师范大学;2004年
2 刘学端;海底及污染环境中微生物群落分子多样性研究[D];湖南农业大学;2003年
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4 戴仕宝;中国流域自然作用和人类活动对(河流)入海泥沙的影响[D];华东师范大学;2006年
5 杜景龙;基于GIS的大河口冲淤复杂性研究[D];华东师范大学;2006年
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1 刘红涛;铜绿微囊藻生长与环境因子的关系及其铜胁迫下的毒理学效应[D];华中师范大学;2003年
2 郜昂;滦河三角洲土地利用/覆被变化的遥感研究:结合GIS与环境模型[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2004年
3 李鹏;三峡工程蓄水前后长江口门区水下三角洲冲淤变化分析[D];华东师范大学;2006年
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1 林啸;典型河口区氮循环过程和影响机制研究[D];华东师范大学;2011年
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