魚菜共生系統(tǒng)中氮素遷移轉化及N2O釋放初步研究.pdf

1、中國是水產養(yǎng)殖大國，水產養(yǎng)殖產量居世界第一位，并且依然保持較高的增長速率。水產養(yǎng)殖業(yè)是一個高投入高污染的產業(yè)，為追求其高效收益，高蛋白水產飼料的投入量不斷增加，然而飼料中所含的氮素只有小部分被魚同化，剩余氮元素則轉入魚類排泄物中隨廢水排入周圍環(huán)境，從而造成富營養(yǎng)污染。魚菜共生系統(tǒng)作為新型的循環(huán)水養(yǎng)殖模式，生態(tài)環(huán)保優(yōu)勢明顯，通過產出魚、菜兩種作物提高氮素回收率，并且可以通過自身凈化水體減少廢水排放，節(jié)約用水?，F如今對魚菜共生系統(tǒng)中氮素的研

2、究較少，關于氮素在系統(tǒng)中的沿程轉化研究尚存在不足之處。
　　本項目通過構建實驗室規(guī)模的魚菜共生系統(tǒng)，研究了系統(tǒng)運行過程中氮素的遷移轉化規(guī)律及氮素利用效率，以及關鍵工況參數（溫度、pH、溶解氧濃度）變化對其的影響，并且通過測定系統(tǒng)中溫室氣體氧化亞氮(N2O)的釋放，明確了N2O的產生途徑及各工況條件下的釋放規(guī)律，進而提出了增加系統(tǒng)經濟效益的優(yōu)化方法及減少N2O排放的優(yōu)化措施，并取得如下主要結論:
　　(1)魚菜共生系統(tǒng)水體中的

3、氮元素主要以無機氮形式存在，正常條件下氨氮(TAN)、亞硝氮（NO2--N）濃度均維持在較低水平(TAN＜2.0mg/L，NO2--N＜1.0mg/L)，硝氮(NO3--N)作為硝化作用的終產物隨著魚飼料的投入濃度逐漸增加。植物吸收及反硝化作用均消耗系統(tǒng)水體中NO3--N，植物吸收NO3--N將其轉化成自身生物量;反硝化作用通過還原NO3--N生成N2O和N2氣體將氮素轉移釋放至空氣中。正常情況下氮元素利用效率（魚、菜積累量）為40％左

4、右。
　　(2)溫度、pH、溶解氧(DO)濃度等基本工況條件的改變對魚菜共生系統(tǒng)的氮素遷移轉化及氮素利用效率有重要的影響。溫度影響系統(tǒng)中TAN濃度，TAN濃度在秋季高于夏季;同時通過影響植物生長影響系統(tǒng)產量及NO3--N濃度，氮素利用效率未受顯著性影響，分別為夏季43.8％，秋季44.6％。pH對系統(tǒng)中TAN濃度及氮素利用效率影響較大，pH6.0下喂食量增加導致TAN濃度無法及時轉化，氮素利用效率隨著pH的上升而降低:pH6.0，

5、50.9％;pH7.5，47.3％;pH9.0，44.7％;減弱曝氣通過影響DO濃度影響NO3--N濃度，且間歇曝氣會降低系統(tǒng)氮素利用效率15.5％，半曝氣無此影響。
　　(3)通過15N同位素示蹤技術發(fā)現，系統(tǒng)中有75.2-78.5％的溫室氣體N2O來自于反硝化過程，且菜池為N2O的主要釋放源(90％);qPCR結果顯示，不合適的反硝化作用條件將導致N2O釋放量增加，NO3--N濃度會顯著影響N2O的釋放量。溫度、pH、DO濃度

6、等基本工況因素對魚菜共生系統(tǒng)中N2O的釋放均有影響:溫度影響N2O的絕對釋放量值，但不顯著影響系統(tǒng)中N2O釋放轉化率，夏季1.55％，秋季1.33％;N2O的釋放量及轉化率均隨著pH的上升而降低，pH9.0條件下N2O釋放量不受NO3--N濃度影響;減弱曝氣可明顯降低N2O的釋放量，間歇曝氣和半曝氣可以分別減排48.7％及32.4％的N2O。
　　(4)利用已知結論，采取合理的系統(tǒng)優(yōu)化措施，通過影響系統(tǒng)中氮素遷移轉化提高了系統(tǒng)氮素

7、利用效率及實現了N2O釋放減量。添加市售硝化細菌以增加硝化細菌數量，及采用填料級配分層提高基質富氧能力以增加硝化細菌活性均可以提高系統(tǒng)中NO3--N的生成速率，進而促進植物生長，兩種方法分別提高氮素利用率8.8％及16.0％;通過菜池增加曝氣抑制反硝化作用，及添加可生物降解材料聚乳酸(PLA)優(yōu)化反硝化條件均通過降低系統(tǒng)內NO3--N濃度，從而減少了N2O釋放，基質曝氣降低了17.5％的反硝化作用對N2O釋放的貢獻量，PLA添加增加了1