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珠江口水体和沉积物中硝化作用及其影响因素的研究
王岩
学位类型硕士
导师洪义国
2017-07-02
学位专业环境工程
关键词珠江口 硝化作用 氨氧化速率 亚硝酸盐氧化速率 Boltzmann拟合 影响因素
摘要传统上认为,硝化作用是一个独立的两步反应,其中铵(NH4+)被氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)氧化成亚硝酸盐(NO2- ),亚硝酸盐进一步被亚硝酸盐氧化细菌(NOB)氧化为硝酸盐(NO3-)。在氮素的生物地球化学循环过程中,硝化作用可以有效地将矿化与反硝化过程相连接,是微生物氮汇过程的必要中间环节。本文以珠江口为研究对象,通过生物地球化学与分子生物学相结合的方法,对珠江口区域的硝化过程进行了研究。 (1)建立一种同时测定氨氧化速率(Va)与亚硝酸盐氧化速率(Vn)的方法模型。依据的基本原理是:单位时间内体系中表观[NO2-+NO3]值的变化为Va,单位时间内体系中表观[NO3-]值的变化为Vn。在不加入任何抑制剂的条件下,对水体样品或者沉积物样品进行原位条件下的避光培养,建立培养体系。连续测定培养体系水体中DIN(NH4+、NO2-与NO3-)的浓度,得到DIN浓度值变化的时间序列;采用Boltzmann模型对于水体DIN时间序列进行拟合,得到拟合数学方程;在此基础上,运用MATLAB对拟合的数学方程进行一阶微分,通过微分方程可以得到瞬时速率趋势图;同时,基于这个模型还计算得到了平均反应速率。这一方法克服了依赖抑制剂的干扰,在一个体系中同时得到了Va和Vn的瞬时反应速率和平均反应速率,准确呈现出了环境中微生物硝化作用的动力学过程,为本领域的研究提供了一种操作方便且准确测定的方法。 (2)基于新建立的数学模型硝化速率测定方法,系统的分析了不同温度、盐度、pH与底物浓度的条件下对硝化过程的影响。结果表明,对珠江口这一典型的河口地区,Va与底物浓度呈极显著相关性(r=0.998**,p<0.01),与温度之间呈显著相关性(r=0.900*,p<0.05),与盐度(r=-0.912*,p<0.05);Vn与底物浓度呈极显著相关性(r=0.999**,p<0.01),与温度成显著相关性(r=0.902*,p<0.05)。 (3)对珠江口上游至下游水体及沉积物冬夏两个季节的硝化速率进行了测定。结果表明,珠江口的硝化速率呈现出明显的时空变化特征,在时间上夏季明显高于冬季。在空间上,上游水体表现出较高的硝化活性,但是由于下游受到盐度的影响,严重抑制了水体中的硝化微生物的活性发挥。而沉积物中, 虽然从上游到下游硝化速率逐渐降低,但是仍然表现出较高的硝化活性,因此珠江口的硝化过程主要发生在水体与上游沉积物中。对amoA基因的定量PCR检测表明,珠江口水体及沉积物中AOA与AOB的丰度从上游至下游呈现略有降低的趋势,水体amoA基因丰度处于104~107范围内,而沉积物处于106~108范围内。但是对比珠江口的硝化速率测定结果表明,氨氧化速率更大程度上依赖于环境因素的变化。 总之,硝化过程是珠江口氮素循环过程中的重要代谢途径。梯度的河口环境条件,使得硝化活性在水体和沉积物中形成不同的时空分布特征。由于受到盐度的抑制,中下游水体中微生物的硝化活性急剧降低;而表层沉积物中,由于微生物的长期适应性进化,表现出较高的硝化活性,是硝化过程的主要场所。
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.scsio.ac.cn/handle/344004/17441
专题学位论文(硕士)
推荐引用方式
GB/T 7714
王岩. 珠江口水体和沉积物中硝化作用及其影响因素的研究[D],2017.
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