基于渦度相關(guān)法SWI的N2O通量及其水動(dòng)力影響研究.pdf

1、河流中的氮負(fù)荷因?yàn)閺U水和農(nóng)業(yè)徑流的輸入日益增加，沉積物和水體中的微生物利用氮源，產(chǎn)生各種副產(chǎn)物，包括氣體氧化亞氮（N2O），而N2O以其巨大的增溫潛能越來越受到社會(huì)關(guān)注。此外，沉積物-水界面（SWI）作為水體與沉積物之間物質(zhì)與能量交換的重要通道，對(duì)N2O通量的貢獻(xiàn)不容忽視。影響SWI的N2O通量的因素有很多，本文主要利用渦度相關(guān)技術(shù)，探索水動(dòng)力條件對(duì)SWI的N2O通量的影響，研究流速與N2O垂直渦動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)之間的關(guān)系。同時(shí)，結(jié)合底泥中氮

2、元素主要包括總氮（TN）、氨氮（AN）、硝態(tài)氮（NO3--N）和亞硝態(tài)氮（NO2--N）之間的遷移轉(zhuǎn)化和底泥中細(xì)菌多樣性，進(jìn)一步探究N2O的產(chǎn)生和釋放機(jī)制。
　　研究得出的主要結(jié)論如下：
　　1.靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)（0±0.01m/s）SWI的N2O通量（絕對(duì)值）的范圍為5.15~495.93 umol.m-2.h-1，平均值為118.86 umol.m-2.h-1；流速為0.03±0.02m/s時(shí)，N2O通量范圍為7.08~198

3、2.75umol.m-2.h-1，平均值為700.38 umol.m-2.h-1；流速為0.07±0.02m/s時(shí)，N2O通量范圍為8.04~3385.75umol.m-2.h-1，平均值為1485.45umol.m-2.h-1；流速為0.12±0.02m/s時(shí)， N2O通量范圍為8.27~5359.34 umol.m-2.h-1，平均值為2302.85umol.m-2.h-1；流速為0.20±0.02m/s時(shí)， N2O通量范圍為67.

4、48~24736.00 umol.m-2.h-1，平均值為10953.82umol.m-2.h-1；流速為0.30±0.02m/s時(shí)，N2O通量范圍為76.64~35879.54 umol.m-2.h-1，平均值為17848.96umol.m-2.h-1；流速為0.35±0.02m/s時(shí)，平均通量30151.88 umol.m-2.h-1。
　　2.不同程度的水動(dòng)力條件對(duì)SWI的N2O通量的影響是非常顯著的?？傮w上，隨著平均流速的

5、增加，SWI的N2O通量增大。靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的N2O通量最?。划?dāng)速度在0.03~0.12m/s之間時(shí)，底泥尚未懸浮，通量隨著流速的增加而緩慢增加；當(dāng)平均速度達(dá)到0.20m/s時(shí)，底泥開始大量懸浮，流速在0.20~0.35m/s這個(gè)階段內(nèi)的N2O通量增加迅速。
　　3.平均周期為30min的 N2O的垂直渦動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)為2.56~5.86×10-10m2.s-1；平均速度介于0.03~0.12m/s之間，底泥尚未懸浮時(shí)為1.0

6、4~1.81×10-7m2.s-1；當(dāng)水體平均擾動(dòng)速度在0.20~0.35m/s之間時(shí)，為1.04~2.52×10-6m2.s-1。整體上隨著流速的增加，水體紊動(dòng)程度增加，垂直渦動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)也增加，流速和垂直渦動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)之間呈顯著的正相關(guān)。當(dāng)流速介于0.01~0.14m/s之間（底泥尚未懸?。r(shí)，流速和垂直渦動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)存在較好的線性相關(guān)關(guān)系，其關(guān)系可用y=39.980x+0.970，R2=0.969來描述。當(dāng)流速在0.18~0.37m/s

7、之間時(shí)，底泥大量懸浮，流速和擴(kuò)散系數(shù)之間沒有顯著的線性關(guān)系。
　　4.實(shí)驗(yàn)前后底泥中TN和NO3--N含量都在減少，各組實(shí)驗(yàn)前后TN的減少量不等，減少范圍為40.673~337.463mg/kg，NO3--N的減少范圍為1.021~5.343 mg/kg。NO2--N含量實(shí)驗(yàn)后比實(shí)驗(yàn)前相對(duì)增多，NH4+-N含量實(shí)驗(yàn)前后有增有減。
　　5.底泥中的細(xì)菌多樣性較為豐富，細(xì)菌中占主導(dǎo)地位的門主要有變形菌門Proteobacteri

8、a，擬桿菌門Bacteroidetes和綠彎菌門Chloroflexi等。此外，主要有還檢測(cè)到了硝化螺菌門Nitrospira和浮霉菌門Planctomycetes。硝化螺旋菌門Nitrospira是主要的亞硝酸鹽氧化菌，浮霉菌門Planctomycetes中的很多細(xì)菌屬于厭氧氨氧化菌。在可能產(chǎn)生N2O的細(xì)菌中，主要檢測(cè)到了氨氧化菌（137條基因序列）、亞硝酸鹽氧化菌（111條基因序列）、反硝化菌（43條基因序列）、厭氧氨氧化菌（7條基