基于渦度相關法SWI的N2O通量及其水動力影響研究.pdf

1、河流中的氮負荷因為廢水和農(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關注。此外，沉積物-水界面（SWI）作為水體與沉積物之間物質與能量交換的重要通道，對N2O通量的貢獻不容忽視。影響SWI的N2O通量的因素有很多，本文主要利用渦度相關技術，探索水動力條件對SWI的N2O通量的影響，研究流速與N2O垂直渦動擴散系數(shù)之間的關系。同時，結合底泥中氮

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）之間的遷移轉化和底泥中細菌多樣性，進一步探究N2O的產(chǎn)生和釋放機制。
　　研究得出的主要結論如下：
　　1.靜止狀態(tài)時（0±0.01m/s）SWI的N2O通量（絕對值）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，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，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， 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， 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，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，平均通量30151.88 umol.m-2.h-1。
　　2.不同程度的水動力條件對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。靜止狀態(tài)時的N2O通量最?。划斔俣仍?.03~0.12m/s之間時，底泥尚未懸浮，通量隨著流速的增加而緩慢增加；當平均速度達到0.20m/s時，底泥開始大量懸浮，流速在0.20~0.35m/s這個階段內(nèi)的N2O通量增加迅速。
　　3.平均周期為30min的 N2O的垂直渦動擴散系數(shù)在靜止狀態(tài)時為2.56~5.86×10-10m2.s-1；平均速度介于0.03~0.12m/s之間，底泥尚未懸浮時為1.0

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

7、之間時，底泥大量懸浮，流速和擴散系數(shù)之間沒有顯著的線性關系。
　　4.實驗前后底泥中TN和NO3--N含量都在減少，各組實驗前后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含量實驗后比實驗前相對增多，NH4+-N含量實驗前后有增有減。
　　5.底泥中的細菌多樣性較為豐富，細菌中占主導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中的很多細菌屬于厭氧氨氧化菌。在可能產(chǎn)生N2O的細菌中，主要檢測到了氨氧化菌（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