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珠江是仅次于长江的中国第二大河,其径流量位居世界河流的第13位,同时也是世界上最复杂的河口系统之一.本文调查了冬季(2005年1月)、夏季(2005年8月)、春季(2006年3月底)三个季节中珠江水体中溶解无机氮(Dissloved Inorganic Nitrogen)、硝化速率、硝化菌和其它相关参数,旨在研究珠江口水体中硝化速率、DIN的分布、DIN中各种形式(N02-、NO2-、NH4+)之间的转化及其季节变化,探讨珠江口水体中硝化作用及其与环境因子相互关系,分析水体中硝化反应的动力学过程及硝化作用过程对虎门上游区域高二氧化碳分压(pCO2)、低溶解氧(DO)的贡献。
本论文研究区域主要涵盖了珠江的二大出海口:伶仃洋、黄茅海。以伶仃洋上游即虎门上游为重点,黄茅海上游即崖门为对照,在季节尺度上研究珠江口不同区域DO与DIN的系统分布和影响因素及缺氧区的时空分布格局。
在伶仃洋区域,淡水端的DIN浓度随季节变化明显,冬季最高,NH4+浓度最高达800 μmol L-1左右,NO3-浓度最高达300 μmol L-1左右;夏季最低,NH4+和NO3浓度最高分别为342 μmol L-1、110 μml L-1。在所有季节中,伶仃洋河口上游地带,NH4+是DIN的主要形式。在低盐度区域(S=0-5),冬、春、夏三个季节的DIN随盐度的变化均有如下分布特征:NH4+快速降低,NO3-升高,NO2-基本保持不变。在盐度>5的区域,DIN基本呈现出保守混合特征,随盐度升高,NO3-所占的比例逐渐升高,在盐度为10左右时其值接近于NH4+的浓度。
在崖门区域,DIN随盐度的变化基本上呈现出保守混合特征,这种保守特征各个季节均存在,但淡水端的NH4+与NO2-浓度随季节变化明显,从2005年1月份的小于50μmol L-1变化到2005年8月份的几个μmol L-1左右,但NO3-的浓度随季节变化不明显。在所有季节中,崖门上游地带,NO3-是DIN的主要形式。
2005年8月份、2005年1月份、2006年3月份航次中虎门上游NH4+的月平均通量分别为6.00×108、5.70×108、2.30×108(mol-N month-1)。由于硝化作用而导致的NH4+去除的通量分别为6.30×108、3.00×107、2.99×107(mol-N month-1),分别占NH4+总去除量的31.28%、2.57%、10.20%左右。
在伶仃洋区域,2005年1月份的氨氧化速率(Va)与亚硝氮氧化速率(Vn)变化范围分别为0~5.43μmol N L-1d-1、0~5.24 μmol N L-1d-1;2006年3月份Va与Vn变化范围为0.06~14.81μmol N L-1d-1、0.21~5.22 μmol N L-1d-1;而2005年8月份Va与Vn变化范围是1.52~33.10 μnol N L-1 d-1、0.59~32.03 μmol N L-1 d-1。最高的硝化速率位于上游的东江北支出口附近,往下游方向其速率逐渐降低。Va与Vn呈现出相同的分布趋势。大部分站位Va要比Vn高。在崖门区域,硝化速率较低。本研究还采用MPN(Most Probable Number)-Griess法测定了三个季节水体中硝化茵的丰度。在伶仃洋区域,硝化菌的丰度在2005年1月份、2005年8月份和2006年3月份分别为2~2500 cells mL-1、2~1150 cells mL-1和3~3000 cells mL-1。硝化菌丰度最高出现在春季,最低出现在夏季,而冬季处于两者之间。所有季节中,广州上游一带硝化菌丰度较高,并且集中在离广州0~60公里的缺氧区。
珠江口水体中硝化反应基本都按表观零级反应过程进行。硝化作用对珠江口DIN的形式分布与通量产生重要的影响,NH4+的氧化是NO3-产生的一个重要过程。硝化速率的季节性变化,温度是一个重要的调控因子,速率随温度的增加而增加,长洲站的Q10值为1.60。珠江口水体中硝化作用的过程受DO、pH、温度、硝化菌丰度、Tss(Total Suspended Solid)、水体的滞留时间等因素影响显著,除DO外基本呈正相关关系,但DIN浓度对硝化速率的影响不是很大。
本文的研究结果证实了珠江上游区域除了有机物的呼吸作用外,硝化作用也是导致珠江上游区域高pCO2、低DO现象的主导因素之一,其中硝化作用的耗氧占水体中总耗氧量的20~30%左右。