北黄海沉积物——水界面反硝化速率及影响因素研究

探讨近海氮的循环机制,采用乙炔抑制法和现场静态箱法对北黄海夏季局部海域的反硝化速率进行了研究,该海域反硝化速率在2.5~5.8μmol/m2.h之间,平均4.85μmol/m2.h。影响其反硝化速率的主要因素为溶解氧,其次是温度。北黄海的反硝化速率低于珠江口和长江口海域。     

秋季黄河口附近海域沉积物反硝化速率及影响因素研究

用乙炔抑制法和现场静态箱法对黄河口附近海域秋季的反硝化速率进行了研究,该海域反硝化速率在3.8~19.3μmol/(m2.h)之间,平均10.27μmol/(m2.h)。影响其反硝化速率的主要因素为反硝化细菌的数量。黄河口的反硝化速率低于珠江口和长江口海域。     

渤海和南黄海沉积物中氨氧化微生物对硝化潜势的相对贡献

硝化作用是海洋氮循环的核心过程。作为硝化过程关键步骤的氨氧化过程的主要参与者,氨氧化古菌和氨氧化细菌对硝化作用的相对贡献是海洋氮循环关注的热点问题之一。本文选取渤海和南黄海20个站位的表层沉积物,通过微宇宙培养实验研究了沉积物中氨氧化古菌和氨氧化细菌对硝化潜势的相对贡献。结果表明,渤海和南黄海海域表层沉积物中潜在硝化速率(以氮计,下同)为0.004 6～0.283 1μmol/(g·d),其中氨氧化古菌潜在硝化速率为0.004 3～0.274 3μmol/(g·d),氨氧化细菌潜在硝化速率为0.000 4～0.056 0μmol/(g·d)。氨氧化古菌是硝化潜势的主要贡献者,在渤海海域的贡献率为59.79%～97.95%,在南黄海海域的贡献率为18.47%～94.26%。渤海海域潜在硝化速率显著高于南黄海海域。此外,本研究海域中盐度是影响潜在硝化速率的关键环境因子,对渤海海域的分析则表明越高的NO₃^-浓度可能指示着越高的硝化潜势。在河口及近海沉积物中,氨氧化古菌在硝化过程中起着更加重要的作用;河口和近岸沉积物硝化潜势总体高于远海。本研究为进一...     

黄海北部海域沉积物反硝化细菌数量及反硝化速率的季节变化

用乙炔抑制法和最大或然数(most probable number, MPN)法对黄海北部海域沉积物反硝化速率及反硝化细菌数量的季节变化进行了研究, 结果表明, 该海域反硝化速率在夏季最大, 范围在3.2～7.5μmol/(m²·h)之间, 平均值为4.85μmol/(m²·h); 而在春、秋季其范围分别为0.26～2.65μmol/(m²·h)和1.21～4.12μmol/(m²·h)。该研究海域3 个季节反硝化细菌数量差别较大, 春、夏、秋季分别在1.78×10⁴～8.12×10⁴, 1.18×10⁶～6.18×10⁶ 和0.72×10⁵～4.50×10⁵ 个/g 之间。春、秋两季反硝化速率和反硝化细菌数量之间呈显著性正相关, 相关系数分别为0.759 和0.750(P<0.05)。本结果可为黄海北部海域氮循环机制研究提供重要参考。     

黄海北部海域沉积物反硝化细菌数量及反硝化速率的季节变化

用乙炔抑制法和最大或然数（most probable number,MPN）法对黄海北部海域沉积物反硝化速率及反硝化细菌数量的季节变化进行了研究,结果表明,该海域反硝化速率在夏季最大,范围在3．2～7．5μmol／（m^2·h）之间,平均值为4．85μmol／（m^2·h）;而在春、秋季其范围分别为0．26～2．65μmol／（m^2·h）和1．21～4．12μmol／（m^2·h）。该研究海域3个季节反硝化细菌数量差别较大,春、夏、秋季分别在1．78×10^4～8．12×10^4,1．18×10^6～6．18×10^6和0．72×10^5～4．50×10^5个／g之间。春、秋两季反硝化速率和反硝化细菌数量之间呈显著性正相关,相关系数分别为0．759和0．750（P〈0．05）。本结果可为黄海北部海域氮循环机制研究提供重要参考。     

浙江近岸海域表层沉积物中氮的存在形态及其含量的分布特征

运用分相浸取法分析了浙江近岸海域60个站位的表层沉积物(0～2 cm)中各形态氮的含量和分布.研究结果表明,表层沉积物中总氮(TN)含量为214.66～861.44 mg/kg,均值为580.52mg/kg,位于浅水区的长江口、杭州湾和浙江沿岸的TN含量低于东部远岸海域;可转化态氮(TTN)含量只占总氮的3.06%～37.24%,有机态和硫化物结合态氮(OSF-N)是沉积物中可转化态氮的主要赋存形态,非转化态氮(NTN)是浙江近岸海域表层沉积物中的优势形态.各站位沉积物中氮在不同提取相中的含量差异较大,与沉积物的陆源输入、沉积物重金属含量、粒径分布及沉积海域的水动力条件等因素有关.     

大亚湾海域沉积物中的硝化与反硝化作用

2004年1、4、8、10月在大亚湾海域的4个站点采用自行设计和制作的无扰动沉积物采样器采集沉积物样品,通过使用AIT技术(乙炔同时抑制硝化与反硝化作用),进行实验室同步恒温受控模拟培养实验,并同时测定沉积物上覆水的温度、盐度、DO和pH值,沉积物的Eh值和有机质含量,间隙水的NO3-、NO2-和NH4 浓度,研究沉积物中的硝化与反硝化速率及其影响因素。结果显示大亚湾沉积物的硝化速率范围为[(0.00—4.68)±0.87]μmol/(m2·h);反硝化速率范围[(0.00—2.88)±0.41]μmol/(m2·h);硝化与反硝化作用之间存在耦合,比例范围为0%—100%。沉积物的硝化、反硝化速率和耦合比例与上覆水的温度、DO含量,及沉积物中的有机质含量和Eh值密切相关,人类活动对沉积物的硝化与反硝化作用有明显的影响。     

自组装膜进样质谱系统及其在砂质沉积物异化硝酸盐还原研究中的应用

沉积物中的异化硝酸盐还原过程对于海洋氮循环起着至关重要的作用。基于15N标记的培养技术是目前测定沉积物异化硝酸盐还原的主要手段。准确快速测定15N标记的产物(29N2、 30N2)是量化异化硝酸盐还原各个过程速率的关键。本研究自行组装膜进样质谱系统用于29N2和30N2的测定,对其测量条件进行了优化。结果表明,进样蠕动泵进样流速0.80 mL/min,进样时间3~3.5 min,恒温槽温度20~25℃,同时铜还原炉温度在300~600℃的条件下,^29N2/^28N2和^30N2/^28N2的测试精密度分别可以控制在0.1%和1%以内,比较适合29N2和30N2的测定。利用自组装的膜进样质谱系统结合15N标记的培养技术研究了青岛石老人沙滩沉积物中的异化硝酸盐还原过程。石老人沙滩沉积物不存在将硝酸盐完全还原为氮气好氧的反硝化。厌氧铵氧化、厌氧反硝化和异化硝酸盐还原为铵(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium,DNRA)的潜在速率(以湿沉积物N计)分别为(0.05±0.01) nmol/(cm^3·h),(2.32±0.21) nmol/(cm^3·h)和(1.02±0.15) nmol/(cm^3·h)。厌氧反硝化是硝酸盐异化还原主要的贡献者,其比例接近70%,其次是DNRA,比例可达30%,而厌氧铵氧化的贡献最低,仅为1%。在N2产生过程中,主要贡献者是反硝化,厌氧铵氧化的贡献仅为2%。     

梨形环棱螺生命活动对池塘沉积物中氮转化的影响

本实验研究了不同放养密度梨形环棱螺(Bellamya purificata)扰动作用对沉积物中氮转化的影响。实验设置3个梨形环棱螺放养密度处理组和1个空白对照组,放养密度分别为15个/缸、30个/缸和60个/缸和0个/缸,分别编号为C1、C2、C3和C4,每组设4个重复。通过液体培养法、分相浸取法和酶活试剂盒,分别测定沉积物中的硝化反硝化强度、氮赋存形态的含量和酶活。研究表明:(1)C2组硝化强度显著高于对照组,反硝化强度在实验中期随放养密度增大而显著增大;(2)离子交换态氮(IEF-N)、弱酸可浸取态氮(WAEF-N)含量随放养密度的增加而显著增加,强碱可浸取态氮(SAEF-N)则相反,强氧化剂可浸取态氮(SOEF-N)含量变化不显著。(3)S-NR活性C3C1C2且组间差异显著;S-NiR活性C2,C3组差异不显著但显著大于C1组;HR活性随放养密度的增加显著增加。结果表明:随着梨形环棱螺放养密度的增加,沉积物—水界面的氧化还原电位,溶解氧含量和pH显著降低,硝化强度显著下降,C2C1C3;反硝化强度整体上表现为C3C2C1;促进了沉积物中IEF-N的释放和SAEF-N向WAEF-N的转化,提高了硝酸还原酶(S-NR)活性、亚硝酸还原酶(S-NiR)和羟胺还原酶(HR)活性,降低了沉积物作为氮素的源向水体释放造成富营养化的风险。     

基于次溴酸钠氧化-氨基磺酸还原测定沉积物15N加富培养样品中的15NH+4的方法探索

沉积物中的异化硝酸盐还原过程是海洋中活性氮转化的关键过程之一.不同于反硝化和厌氧铵氧化,异化硝酸盐还原为铵(DNRA)是将硝酸盐直接还原为铵,而不是以氮气的形态移除,这有可能会加重水体富营养化和缺氧.目前测定沉积物中异化硝酸盐还原过程的主要手段是15N标记培养技术.为了准确评估DNRA的潜在速率,首先要准确测定加富样品...     

Seasonal changes in the distribution and exchange of inorganic nitrogen between sediment and water in the Northern Baltic (Gulf of Bothnia)

The concentration profiles of nitrate plus nitrite, ammonium, and redox potential in sediment and water column were determined in late winter and summer at a sampling site off Norrbyn, northern Sweden, in the Gulf of Bothnia. The sediment had an oxidized surface layer during winter and spring, and nitrification occurred. Nitrate but not ammonium was present in the water column at this time. During summer a layer of planktonic detritus was deposited onto the sediment and led to its deoxygenation and reduction. Ammonium was then the predominant form of inorganic nitrogen in the water column.Laboratory experiments confirmed that nitrification in the surface layer of sediment prevented ammonium export during winter. Enhanced temperature or organic detritus deoxygenated the surface sediment and inhibited nitrification, and export of ammonium from the sediment increased. Although nitrification was important in determining the flow of nitrogen in the sediment it accounted for at most only 5% of the total oxygen uptake by the sediment.     

Seasonal variability of denitrification efficiency in northern salt marshes: an example from the St. Lawrence Estuary

In coastal ecosystems, denitrification is a key process in removing excess dissolved nitrogen oxides and participating in the control of eutrophication process. Little is known about the role of salt marshes on nitrogen budgets in cold weather coastal areas. Although coastal salt marshes are important sites for organic matter degradation and nutrient regeneration, bacterial-mediated nitrogen cycling processes, such as denitrification, remain unknown in northern and sub-arctic regions, especially under winter conditions. Using labelled nitrogen (15N), denitrification rates were measured in an eastern Canadian salt marsh in August, October and December 2005. Freshly sampled undisturbed sediment cores were incubated over 8h and maintained at their sampling temperatures to evaluate the influence of low temperatures on the denitrification rate. From 2 to 12 degrees C, average denitrification rate and dissolved oxygen consumption increased from 9.6 to 25.5 micromol N2 m-2 h-1 and from 1.3 to 1.8 mmol O2 m-2 h-1, respectively, with no statistical dependence of temperature (p>0.05). Nitrification has been identified as the major nitrate source for denitrification, supplying more than 80% of the nitrate demand. Because no more than 31% of the nitrate removed by sediment is estimated to be denitrified, the presence of a major nitrate sink in sediment is suspected. Among possible nitrate consumption mechanisms, dissimilatory reduction of nitrate to ammonium, metal and organic matter oxidation processes are discussed. Providing the first measurements of denitrification rate in a St. Lawrence Estuary salt marsh, this study evidences the necessity of preserving and restoring marshes. They constitute an efficient geochemical filter against an excess of nitrate dispersion to coastal waters even under cold northern conditions.     

长江口内外表层沉积物中营养元素的分布特征研究

通过对长江口内外9个表层沉积物中不同形态碳、氮、磷含量的测定,得到了长江口内外表层沉积物中营养元素的分布特征,探讨了影响其分布的主要因素。长江口内外表层沉积物中的营养元素在河流段的分布波动较大,在口门附近海域分布较平缓。在三种营养元素中,IC、ON和IP分别为C、N、P的优势形态。在影响表层沉积物中营养元素分布的因素中,沉积物的粒度和上覆水体的盐度在其中起着重要的作用,同时还受到近岸排污和海洋生物生产的影响。     

台湾以东黑潮沉积物中的生源要素对近千年来气候环境变化的响应

基于台湾以东黑潮主流系沉积物中碳、氮、磷等生源要素指标的变化，在沉积物年代学的基础上，探讨了近千年来气候环境变化在黑潮沉积物中的历史记录。结果表明，近千年来台湾以东、琉球岛弧南侧斜坡的黑潮主流区平均沉积速率可达34.2 cm/ka，据其变化可大致分成的3个沉积阶段，与中世纪暖期、小冰期和现代暖期的划分基本一致。沉积物中碳以无机碳为主，总无机碳（TIC）的含量从1850年开始逐渐增大并伴随剧烈波动，恰好与大气CO₂水平的快速升高相对应；总有机碳（TOC）含量的变化则与东亚夏季风强度的变化关系密切，在夏季风较弱的小冰期其含量明显高于夏季风较强的中世纪暖期和现代暖期，这是由于较弱的夏季风有利于亚洲大陆风尘的产生和向海输送，从而促进了研究海域的初级生产力。1850年以来，沉积物中的C∶N∶P逐渐从低于转变为高于Redfield比，反映了上层水体营养盐结构从氮缺乏到氮充足的转变，这与近现代以来急剧增加的全球氮排放密切相关。总体来说，黑潮主流系沉积物中的生源要素指标，明确记录和响应了近千年来的气候环境变化，尤其是近150多年以来不断加剧的人类活动所造成的气候环境剧变。     

乳山湾外低氧海域沉积物中有机碳、氮、磷及其形态特征分析

根据2009年8月在乳山湾及其毗邻海域的综合调查,分析了该海域表层沉积物中有机碳、氮、磷含量及其组成形态的变化,初步探讨了影响底质理化参数变化的原因及对乳山湾外近岸底层低氧形成的影响.结果表明,乳山湾外近海为粉砂质岸滩,以细颗粒为主;底质中有机碳含量介于0.49％ ～0.93％,平均值为0.69％;总氮含量介于382～1020 mg/kg,平均值为671 mg/kg;可溶性总氮含量介于23.0 ～ 60.0 mg/kg,平均值为44.0mg/kg,其中可溶性有机氮和氨氮分别占可溶性总氮的58.8％和38.8％;总磷含量介于138～769 mg/kg,平均值为356 mg/kg,有机磷是占有绝对优势的磷形态(62.5％).研究区域沉积物中总氮和湾内相当,有机碳、总磷含量普遍低于乳山湾内,但均明显高于南黄海区域,且呈还原性状态.调查区域内沉积物中相对较高的有机碳、氮、磷可能是在潮流作用下乳山湾与外海的物质交换所致,其耗氧过程是导致底层溶解氧亏损的重要原因,值得进一步关注.     

波浪作用下沉积物中氮、磷释放速率的试验研究

湖泊或海湾中的沉积物吸附氮(N)、磷(P)等元素所形成的沉积层成为水体富营养化的內源。在波浪作用下,尤其是强浪作用下,沉积物中的N、P会通过内源释放作用大量进入水体中。本文在自制的U型水槽中开展实验,采用不同水头差来模拟波浪的循环荷载作用,研究了沉积层中的N、P在静置固结状态(Ⅰ)、加波未液化状态(Ⅱ)、加波液化状态(Ⅲ)下的释放规律,并给出该试验条件下的沉积物释放速率的拟合方程。试验结果表明:沉积物中总氮(TN)和溶解性总氮(TDN)的释放速率会随着水动力作用的增强而增加;总磷(TP)、溶解性总磷(TDP)和活性磷酸盐(SRP)的释放速率也随着水动力作用增强而增加,但水体中悬浮物(SS)含量过高会限制其释放速率。     

渤海表层沉积物中化学浸取不同形态氮的释放潜力

为了探究可转化态氮(transformable total nitrogen, TTN)的影响因素及其释放潜力, 本文采用分级浸取的方法将渤海表层沉积物中的氮分为离子交换态氮(ion exchange nitrogen, IEF-N)、弱酸可浸取态氮(weak acid extractable nitrogen, WAEF-N)、强碱可浸取态氮(strong alkali extractable nitrogen, SAEF-N)、强氧化剂可浸取态氮(strong oxidizer extractable nitrogen, SOEF-N)和非转化态氮(non-transformable nitrogen, NTN), 研究了沉积物粒径和有机质等对释放氮量的影响, 探讨了沉积物中TTN的释放对上覆水中溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen, DIN)和叶绿素a (Chl a)的影响。结果表明, 各TTN的含量顺序为SOEF-N>SAEF-N>IEF-N>WAEF-N, 释放量为IEF-N>SAEF-N>SOEF-N>WAEF-N, 释放比例为IEF-N>WAEF-N>SAEF-N>SOEF-N, 分别有69.83%的IEF-N、64.93%的WAEF-N、56.27%的SAEF-N、29.56%的SOEF-N将再次释放。Pearson相关性分析结果显示, 沉积物中SOEF-N的释放量与粉砂含量呈负相关, 而与砂含量呈正相关; SOEF-N的释放量与上覆水中的 Chl a和溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen, DIN)均呈负相关, 说明SOEF-N的释放对上覆水中Chl a和DIN的影响较小, 而表层和底层水的Chl a和DIN分别具有极强的正相关关系(r=0.803, P<0.01; r=0.831, P<0.01), 这可能意味着研究区域内的水柱没有出现明显的分层。     

珠江口表层沉积物中氮、磷的形态分布特征及污染评价

珠江口是生态敏感的典型河口区,也是富营养化和赤潮多发区。为了搞清楚该区域沉积物中营养物质的含量及平面分布特征,进一步研究营养盐在沉积物-水体间的循环机制,同时也为珠江口污染防治和生态环境保护提供科学依据,对珠江口16个站位的表层沉积物中氮、磷的形态、含量及分布特征进行了研究。其中总氮用凯氏定氮法测定,无机氮提取后直接测定各形态含量,各种形态的磷采用化学分步提取法进行。提取液中硝酸盐氮用锌-镉还原法,亚硝酸盐氮用重氮-偶氮比色法,氨氮用靛酚蓝法,无机磷酸盐用磷钼蓝法测定。沉积物中TOC的测定用重铬酸钾氧化-还原滴定法。在测定结果的基础上采用单项指标标准指数法对沉积物中氮和磷的污染程度进行了评价。研究结果表明:沉积物中总氮的含量较高,平均值高达1649mg/kg;有机氮所占的比例很高,平均达83.17%,平均含量为1374mg/kg;氨氮是无机氮的主要形式,平均占无机氮的98%,平均含量为209.64mg/kg;硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在沉积物无机氮中比例很低,平均值为54.87mg/kg。表层沉积物中总磷的含量平均值为455.94mg/kg;有机磷占总磷含量的39.41%,平均含量为179.69mg/kg;铁结合磷和铝结合磷平均含量为94.97mg/kg。在平面分布上,各站间不同形态氮、磷的含量差异与陆源输入、沉积物粒径及水动力条件等因素有关。单项指标标准指数法对沉积物中氮和磷的污染评价结果表明:珠江口沉积物中总磷含量较低,标准指数都小于1;而总氮的含量较高,其标准指数变化范围为1.96—3.86,说明珠江口沉积物环境质量受氮的污染相对严重。     

渤海沉积物氮的生物地球化学功能

20世纪90年代,科学家们对海洋沉积物中氮的行为等进行了较深入的研究(宋金明,1997; Hammond et al.,1996;Jordan et al.,1998)。如氮的早期成岩过程、氮的去营养化作用、氮在沉积物-海水界面的转移过程及交换通量。近年来实施的全球性重大合作计划,如 JGOFS、GLOBEC、SOLAS等进一步加强了对海洋中的氮循环的研究(Collier,1991;Smith et al.,1996)。随着研究的深入,沉积物中氮循环的控制机制、氮循环与其他生源要素循环的关系及其生物地球化学功能等方面的研究已经成为目前研究的焦点。以往的研究工作大多集中于从沉积物间隙水这一角度研究沉积物中的氮循环,而对沉积物本身研究较少,主要是由于研究手段、方法的缺乏(甄别沉积物中氮的各种赋存形态极为困难)。而通过对沉积物初步的研究已证明(马红波等,2001),沉积物固体颗粒本身的特征,如颗粒大小及氮在其中的赋存形态对较长时间尺度上的氮循环过程具有重要影响。本文作者在研究沉积物氮形态基础上,对渤海沉积物氮的生物地球化学功能进行了探讨,以期对深入研究生源要素的循环过程提供基础依据。     

大型海藻龙须菜凋落物分解对水质的影响

大型海藻龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)规模栽培具有重要的经济和环境效益, 但藻体的凋落分解会对栽培区和邻近海域水环境造成一定影响。为探讨龙须菜凋落对水环境的影响, 本文通过45d的室内受控实验, 评估了龙须菜凋落分解过程中水体溶解氧和氮、磷的含量变化。结果发现, 干龙须菜实验组在实验期内水体溶解氧浓度显著降低(较对照组降低了82.81%); 水体氮、磷浓度显著提高, 总氮、总磷浓度较对照组分别上升了161.78%和759.93%。鲜龙须菜+海水+沉积物组在实验前中期(第0~21天)水体溶解氧浓度持续降低(较对照组降低了53.92%), 但在21d后又逐渐恢复至对照组水平; 其水体氮、磷浓度在实验中末期亦显著提高, 分解过程总氮、总磷浓度分别较对照组上升了36.65%和177.80%, 水体氮、磷变化曲线较干龙须菜组平缓且迟滞。鲜龙须菜凋落分解过程中的营养盐释放率低于干龙须菜, 沉积物对鲜龙须菜的分解及氮、磷和碳释放有促进作用, 但对干龙须菜的分解及氮、磷和碳释放有一定程度的减缓作用。龙须菜失重率、分解速率及营养盐释放率均呈现如下规律: 干龙须菜+海水组>干龙须菜+海水+沉积物组>鲜龙须菜+海水+沉积物组>鲜龙须菜+海水组。依据上述结果, 建议在龙须菜规模栽培和收获过程中应及时打捞脱落或衰老藻体, 尤其对已收获的大型海藻应妥善处理, 避免大型海藻腐烂而导致水体污染。