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水体—沉积物界面氮迁移转化的生物化学过程

延霜  
【摘要】: 目前,水体富营养化已成为当前最重要的水环境问题之一,水体中过量的营养元素是引起富营养化的根本原因。随着湖泊、水库等水源的外源污染得到有效控制,内源污染成为影响水源水质的主要因素。水库水体的富营养化很大程度上是由沉积物向水体释放氮、磷等营养元素所致。沉积物-水界面氮、磷等营养盐的交换受到上覆水特征、微生物等多重因素的影响,其机理和过程较为复杂,因此对沉积物内源污染的问题仍然需要进一步研究。 本研究采集西安市汤峪水库中不同点位的沉积物样品进行了氮、磷赋存形态分析。氮分级测定结果表明,可转化态氮平均含量占总氮平均含量的41%,SOEF-N是可转化态氮的主要形态,平均含量占可转化态平均含量的69%。在可转化态氮三种无机提取态即IEF-N、WAEF-N和SAEF-N中,都以NH4+-N为主要存在形式。对磷分级测定结果表明,水库表层沉积物中总磷含量较高,无机磷是沉积物中磷的主要成分,占总磷的70%左右。 此外,本研究以西安市黑河金盆水库沉积物为研究对象,采用室内静态模拟沉积物-水界面环境的方法,通过未灭菌和灭菌系列对比,研究了微生物在氮释放过程中的作用。 (1)低温条件下自然密封达到厌氧状态过程中,氮之间的相互转化除了微生物的作用外,还存在物理化学作用,但氮在向上覆水释放过程中,起关键作用的是微生物。厌氧条件下微生物的存在,会使界面发生反硝化作用,氮转化为气态释放出来。 (2)对上覆水中有机物分析结果表明,溶解性有机质都是经过了先增多后减少的变化。实验前期,不断有溶解性有机质释放进入间隙水,之后扩散进入上覆水,尤其是微生物分解产生的中间产物含量大幅度增多,随着实验的进行,释放进入水体的有机物进一步被微生物分解成更小的有机物分子。在实验末期,上覆水中的有机物荧光信号有一定程度的减弱,UV类腐殖质和微生物中间分解产物的荧光峰消失,这都与微生物的活动有关。 (3)灭菌系列和未灭菌系列沉积物中总氮、有机质在实验始末都有一定程度下降。未灭菌系列中总氮释放强度为41μg/g,有机质减少了0.53%;而灭菌系列总氮释放强度为20μg/g,有机质减少了0.24%,充分说明了微生物在促进氮释放和有机质分解过程中的作用。 对水源水库沉积物氮释放影响因素的研究结果表明,加碳源的反应器沉积物总氮的释放量最大,说明提高水体环境的C/N比之后,对沉积物-水界面的反硝化有促进作用,同时加硝氮的反应器中,对界面处的反硝化也有一定促进作用,但其作用要小于碳源。


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