黄海西北部海域无机氮赋存形态及与反硝化速率的关系研究

摘要

随着经济社会的发展，人类高强度的活动使得河口、近海地区氮素输入逐年提高，水体富营养化成为当今世界面临的一个越来越严重的问题，赤潮现象频频发生，对海洋生态环境造成严重威胁。因此，研究海洋生态环境中氮素的生物地球化学行为成为当前海洋学研究领域中的重点之一，研究海洋沉积物中氮的形态及海水一沉积物界面的反硝化作用，对深入研究海洋氮循环具有重要作用。 本文研究得到了国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2006CB400602)、近海海洋综合调查908专项(908-01-STO2)、山东省环保重点基金(2004040-1)的支持。应用分级浸取方法对黄海西北部海域沉积物中无机氮的形态进行了研究，获得了海域沉积物中无机氮形态分布的地球化学特征；利用改进的乙炔抑制法(AIT)对该海域海水一沉积物界面三个季节的反硝化作用进行了研究，同时测定了沉积物中的反硝化细菌数量，并对其相互关系进行了分析。 研究结果表明，黄海西北部海域表层沉积物中可提取无机氮的含量及形态分布特征为：夏季IEF-N、CF-N和IMOF-N在可提取无机氮中的含量百分比分别为92.25％、1.90％和5.84％；春季相应比例为86.62％、2.09％和11.37％；秋季相应比例为91.12％、2.04％和6.85％；在夏春秋三个季节中，IEF-N均为可提取无机氮的绝对优势态，百分含量都在85％以上，其次为IMOF-N，其含量高出CF-N几倍，而明显低于IEF-N的含量，含量最低的是CF-N，在可提取无机氮中的百分含量均仅为2％左右。采用乙炔抑制法对黄海西北部海域海水-沉积物界面夏春秋三季的反硝化速率进行了测定，结果表明，夏春秋三个季节的反硝化速率分别在3.2～7.5、0.26～2.65和1.21～4.12μmol/m2·h之间，呈现出明显的季节变化，夏季是反硝化作用的最强季节，秋季次之，春季最低；采用MPN法测定了研究海域沉积物中不同季节的反硝化细菌数量，结果表明，反硝化细菌数量的季节差别比较大，夏季在1.18～6.18×106ind/g之间，春季在0.72～4.50×106ind/g之间，秋季在1.78～8.12×105ind/g之间。 对反硝化速率、反硝化细菌数量与不同形态可提取无机氮之间的相互关系研究结果表明，夏春两季的反硝化速率与IEF-NO3-具有显著正相关性，相关系数分别为0.947(P<0.01)和0.888(P<0.05)，春季反硝化速率与CF-NH4呈显著正相关性，相关系数为0.887(P<0.05)，与其余形态无机氮无明显相关性；春季反硝化细菌数量与IEF-NO3-显著正相关(r=0.893，P<0.05)，与其余形态无机氮无明显相关性；反硝化速率与反硝化细菌之间的相互关系，春、秋两季为0.759和0.750(P<0.05)，夏季无明显相关性。本研究丰富了我国近海地区氮素的生物地球化学循环理论体系。

目录

文摘

英文文摘

声明

0前言

1文献综述

1.1环境中的氮循环

1.1.1氮的生物地球化学循环及环境意义

1.1.2海洋氮素循环及影响因素

1.1.3海洋沉积物中氮的研究现状

1.2海洋沉积物中氮赋存形态的研究

1.2.1氮赋存形态的生态意义及研究现状

1.2.2氮赋存形态的主要研究方法

1.2.3无机氮赋存形态的主要影响因素

1.3反硝化作用及研究现状

1.3.1反硝化作用及定义

1.3.2反硝化作用过程

1.3.3不同环境中的反硝化作用

1.3.4反硝化速率的研究方法

1.3.5反硝化作用的环境效应及研究现状

1.4本研究的创新点、内容、目的与意义

1.4.1创新点

1.4.2研究内容

1.4.3研究目的与意义

2黄海西北部海域无机氮赋存形态及其影响因素

2.1研究海域特征

2.2材料与方法

2.2.1样品采集

2.2.2样品测定

2.3结果与分析

2.3.1夏季不同无机氮赋存形态水平分布特征

2.3.2春季不同无机氮赋存形态水平分布特征

2.3.3秋季不同无机氮赋存形态水平分布特征

2.3.4不同无机氮赋存形态季节变化

2.4讨论

2.5小结

3黄海西北部反硝化细菌与反硝化速率时空分布特征

3.1材料与方法

3.1.1样品采集

3.1.2现场培养

3.1.3样品测定与计算

3.2结果与分析

3.2.1反硝化细菌的分布

3.2.2黄海西北部不同季节反硝化速率的分布特征

3.2.3反硝化速率与反硝化细菌数量的关系

3.3讨论

3.3.1反硝化速率的季节变化

3.3.2反硝化速率的空间变化

3.4与其它海域的比较

3.5小结

4不同形态无机氮及与反硝化细菌和反硝化速率之间的关系

4.1反硝化速率与不同赋存形态氮的关系

4.1.1反硝化速率与离子交换态(IEF)氮的关系

4.1.2碳酸盐结合态(CF)氮与反硝化速率的关系

4.1.3铁锰氧化物态(IMOF)氮与反硝化速率的关系

4.2反硝化细菌与不同形态无机氮的关系

4.3小结

5总结

5.1全文结论

5.2存在的问题及展望

参考文献

致谢