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珠江广州河段作为具有感潮特性的亚热带地区城市河段,几十年来接纳了两岸大量的含氮生活污水和工业废水。在潮流特性、污染特点和气候环境等要素的长期作用下,珠江广州河段的水底沉积物(即底泥),具有其应对氮污染的独特生物特性和潜在能力。本文旨在探讨珠江广州河段底泥的潜在硝氮还原能力和主要硝氮还原途径,以及与之相关的微生物特性。
本论文自行设计了层状底泥的连续流动培养实验装置,经调试后用于对采自珠江广州河段2个地点3种深度的6个底泥层的连续流动培养实验:设置预培养实验和9种硝氮浓度梯度系列培养实验,检测培养出水的硝氮和氨氮浓度以及反硝化细菌数量,通过公式R=(Cin-Cout)Q/V计算培养实验达到稳定状态时硝氮还原速率和氨氮生成速率,并运用Michaelis-Menten方程R=Rmax·C/Km+C计算珠江底泥的潜在硝氮还原速率和氨氮生成速率,分析珠江底泥进行硝氮还原的主要途径和生物特性,并且论证本培养实验方法运用于底泥硝氮还原反应动力特性研究的合理性。本文的主要研究结论如下:
(1)经200mM高浓度硝氮激发和去离子水培养两部分预实验,6个不同底泥层所具有一致、潜在的生物地球化学特性被激发,统一培养状态后可以综合反映珠江广州河段底泥的整体生物及反应特性。
(2)不同硝氮培养浓度(0.2mM~60 mM NO3--N)与相应硝氮还原速率或氨氮生成速率的拟合曲线符合Michaelis-Menten方程特性,得出珠江广州河段整体的潜在硝氮还原速率为1410 nmol/(h·ml),硝氮还原动力参数为5.0mmol/L;潜在氨氮生成速率为0.665 nmol/(h·ml),氨氮生成动力参数为0.137 mmol/L。
对比分析硝氮异化还原作用、反硝化作用和厌氧氨氧化作用等底泥中微生物反应的硝氮还原速率和氨氮生成速率理论比值,表明珠江底泥中硝氮还原的主要途径是厌氧氨氧化作用和硝氮异化还原作用,与一般河流海洋沉积物相比具有独特性。
(3)培养后期测得6种不同底泥的反硝化细菌数据在同一数量级内变动,有效地证明本实验设计合理:珠江广州河段底泥具有相同的潜在微生物特性,经预实验激发后,满足Michaelis-Menten方程等相关理论的前提要求,可用于珠江底泥微生物反应速率和特性的研究。
本文设计连续流动培养实验对珠江广州河段底泥的潜在硝氮还原能力、主要硝氮还原途径和相关微生物特性进行了较为系统的研究,一方面对连续流动培养实验方法在底泥微生物反应动力特性研究中的进一步运用进行了合理可行的实验探索,另一方面为深入研究珠江底泥的氮循环转化过程、机理及生物特性提供新的研究思路。