二氧化钛纳米颗粒对纳帕海沼泽湿地土壤氮转化的影响

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近年来,随着纳米技术的快速发展,二氧化钛纳米颗粒(TiO2NPs)的生产和应用越来越多,会导致其在环境中的释放和积累。由于湿地处于相对低汇水环境,TiO2NPs的广泛应用使其环境释放量不断增加,可能通过多种途径进入湿地生态系统,一旦进入湿地生态系统,会对土壤微生物和酶活性产生影响,从而会改变土壤氮转化过程,进而影响湿地生态系统的环境和初级生产力。然而,目前关于TiO2NPs对湖滨沼泽土壤氮转化的影响机制尚不明确。因此,选取纳帕海沼泽湿地土壤为研究对象,采用室内模拟实验研究TiO2NPs输入(0 mg·kg-1(CK)、10mg·kg-1(A10)、100 mg·kg-1(A100)、250 mg·kg-1(A250)、1000 mg·kg-1(A1000))对土壤理化性质、酶活性和氮转化过程的影响,探讨TiO2NPs输入对沼泽土壤氮转化过程的影响及内在机理。结果表明:随着培养时间的延长,TiO2NPs输入显著影响沼泽土壤理化性质。TiO2NPs输入会显著降低土壤p H(p<0.05),降低土壤总有机碳(TOC)、亚硝态氮(NO2--N)含量、微生物生物量氮(MBN)含量。随着培养时间的延长,TiO2NPs输入对土壤酶活性作用逐渐减弱,TiO2NPs输入促进脲酶活性。培养7d,高浓度处理显著抑制脱氢酶活性(p<0.05),前35d,高浓度处理抑制过氧化氢酶活性,培养49d,TiO2NPs处理促进过氧化氢酶活性,土壤过氧化氢酶活性对TiO2NPs输入具有适应性。TiO2NPs输入均抑制硝酸盐还原酶活性。TiO2NPs输入促进亚硝酸盐还原酶活性,抑制亚硝酸盐还原酶活性。TiO2NPs输入显著促进一氧化氮还原酶活性和氧化亚氮还原酶活性。TiO2NPs输入对氨化速率没有显著影响。高浓度处理先显著抑制土壤硝化速率和矿化速率(p<0.05),而后显著促进硝化速率和矿化速率(p<0.05),TiO2NPs输入降低潜在硝化势(PNR),土壤矿化作用对TiO2NPs处理具有适应性。矿化速率与总磷(TP)和硝态氮(NO3--N)含量呈显著正相关,与NO2--N含量、PNR、过氧化氢酶和脲酶活性呈显著负相关,NO3--N是影响氮矿化的主要因子,硝化作用是氮矿化的主要过程。TiO2NPs输入表现为抑制反硝化速率,TiO2NPs输入均在不同程度促进了N2O排放。反硝化速率与TN含量呈显著正相关,与p H、NO3--N和MBN、一氧化氮还原酶活性呈显著负相关。N2O排放与一氧化氮还原酶和氧化亚氮还原酶活性呈显著正相关,与TN含量呈显著负相关。TiO2NPs输入通过影响土壤理化性质改变土壤反硝化过程,同时通过促进一氧化氮还原酶活性,提高N2O排放。综上,TiO2NPs输入会通过影响土壤环境因子,改变湿地土壤氮转化过程,影响湿地土壤初级生产力和温室气体排放。
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