崇明潮滩厌氧氨氧化过程及影响机理初步探究

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随着社会的发展,大量的N元素被输入河口地区引起水体富营养化现象(赤潮)尤为严重,进而造成河口湿地出现周期性或永久性的低氧、缺氧现象,导致湿地功能逐渐退化、生态系统结构破坏。关于氮的循环及影响机理的研究已成为社会关注的热点话题,深刻认识无机氮在生态系统中的循环对于水体富营养化过程的演变及防治措施具有重要的意义。厌氧氨氧化过程在自然环境中是广泛存在的,自上世纪末荷兰学者首次发现了厌氧氨氧化过程,加拿大学者又证实了自然环境中厌氧氨氧化的存在,而后人类陆续的在海洋、湖泊、湿地等生态系统中发现了厌氧氨氧化过程。这对于氮的生物地球化学循环过程是一个极为重要的补充,也改变了人类以往对生物脱氮的认识。近十几年来,厌氧氨氧化过程也逐步成为研究的热点。崇明潮滩地处长江入海口,是一个发育较为完整的湿地生态系统,其独特的地理位置和生态环境意义对研究河口区域具有重要的意义。本论文分析了不同盐度梯度下厌氧氨氧化速率的时空分布特征,并探究了不同植被类型下厌氧氨氧化速率的变化规律以及各种环境因子对厌氧氨氧化速率的影响,为深入研究崇明潮滩N循环过程提供了一定的基础数据和科学依据。崇明潮滩表层沉积物厌氧氨氧化速率具有显著的时空分布特征:季节性变化规律为夏季>秋季>春季>冬季;不同植被类型下,海三菱藨草根际表层厌氧氨氧化速率的年均值最高,互花米草次之,芦苇根际表层最低;从潮滩地貌单元的分布特征来看,厌氧氨氧化速率的变化趋势为:中潮滩>低潮滩>高潮滩;从上覆水盐度差异来看,厌氧氨氧化速率也表现出明显的差异性,其中淡水区域的速率最高,混合过渡区次之,而咸水区最低。崇明潮滩盐沼植被根际剖而厌氧氨氧化速率同样存在显著的时空差异性:不同植被类型下,互花米草根际厌氧氨氧化速率年均值最大,海三菱蔗草次之,芦苇根际速率最低;从潮滩地貌单元的分布特征来看,中潮滩厌氧氨氧化速率年均值最大,这可能与中潮滩仄氧氨氧化细菌多样性与丰度有关,高潮滩暴露时间相对较长,沉积物溶氧限制了厌氧氨氧化过程,速率相对偏低。对于崇明潮滩根际沉积物中厌氧氨氧化速率的影响因子分析显示,时空差异主要受控于温度、盐度及沉积物中Fe2+、N03-等。在温度梯度模拟实验中发现崇明潮滩厌氧氨氧化的最适温度约为37℃。沉积物中N03-、Fe2+对于厌氧氨氧化过程具有一定的抑制作用。通过不同植被类型根际厌氧氨氧化速率与环境因子的多元线性回归分析显示:影响芦苇根际厌氧氨氧化速率的主要环境因子为水溶性盐分和氨氮;影响互花米草根际厌氧氨氧化速率的相关因子为Fe3+、硫化物、水溶性盐分;影响海三菱蔗草根际厌氧氨氧化速率的相关因子为易还原性锰和有机碳;中潮滩无植被光滩地带厌氧氨氧化速率的相关因子为NH4+、NO3及易还原性锰;低潮滩无植被光滩地带厌氧氨氧化速率的相关因子为Fe3+;三价铁含量与厌氧氨氧化速率呈现正相关关系,有利于厌氧氨氧化的进行。崇明潮滩沉积物中厌氧氨氧化脱氮贡献率变化范围为0.46%~14.3%,脱氮总量为219.2~4323.1N nmol·g-1·yr-1。表明厌氧氨氧化过程是氮循环的重要途径,生态环境效应特别显著。本次研究还发现崇明东滩湿地厌氧氨氧化脱氮贡献率介于0.46%~14.3%,表明在湿地生态系统中,厌氧氨氧化过程对于氮的去除起着不可忽视的作用。
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