铵锌镉还原法测试硝酸盐氮、氧同位素方法研究

本研究利用铵锌镉还原法将海水、湖水和自来水水体中硝酸盐转化为N₂O气体测试氮、氧同位素, 结果表明当反应体系的pH值在6～8之间, NO₃^-还原为NO₂^-的转化率大于95%, NO₂^-还原为N₂O的转化率大于99%。配置5种丰度的硝酸盐氮、氧同位素标样, 将实验结果与理论值绘制校准曲线, 氮同位素校准曲线斜率为0.48, 相关性良好(R²=0.999 8), 5种丰度δ¹⁵N_N2O标准偏差在0.18‰～0.43‰之间(n=5);氧同位素校准曲线斜率为0.70, 相关性良好(R²=0.999 6), 5种丰度δ¹⁸O_N2O标准偏差在0.27‰～0.46‰之间(n=5)。铵锌镉还原法与镉柱还原法测定硝酸盐氮、氧同位素结果的精密度和准确度一致, 同时海水、湖水和自来水3种不同类型水样的硝酸盐氮、氧同位素测试数据满足实验要求, 而且在实验流程的简洁性和高效性方面更具优势。     

光谱法测定海水中溶解态无机氮的研究进展

溶解态无机氮（dissolved inorganic nitrogen, DIN）主要由亚硝酸盐-氮（NO^-₂-N）、硝酸盐-氮（NO^-₃-N）和铵氮（NH⁺₄-N）组成,它们在海洋的生物地球化学循环过程中起重要作用。但人类活动向海洋输入了大量无机氮,导致一系列环境问题。为了更好地开展海洋氮循环研究和环境污染管理,需对海水中的DIN进行测定。在众多分析方法中,光谱法因其通用性好、适用范围广、所需设备简单,成为测定海水DIN的首选。本文总结了近10年来基于光谱法测定海水DIN的研究进展,包括紫外分光光度法测定NO^-₃-N、萘乙二胺分光光度法测定NO^-₂-N和NO^-₃-N、次溴酸盐氧化-分光光度法测定NH⁺₄-N、靛酚蓝分光光度法测定NH⁺₄-N、酸碱指示剂-分光光度法测定NH⁺₄-N、荧光法和化学发光法测定DIN等,比较了各分析方法的特点,并展望了光谱法测定海水DIN的发展趋势。总的来说,在分析方法上,新试剂的使用以及一些新合成材料的出现,丰富了DIN的分析手段;在分析仪器上,以流动分析技术为基础的分析仪器在DIN的实验室及现场分析中得到了广泛应用。DIN的分析方法均朝着简单便捷、全自动化、分析速度快、精确度高、可适用范围广的方向发展。     

清洗频率对固定床生物滤器水处理性能的影响

本实验基于一种新型的具有自洁功能的固定床生物滤器, 研究了不同的清洗频率: 0.5次/d (S1)、1次/d(S2)和2次/d(S3)对生物滤器的硝化性能、截污能力和硝酸盐氮积累的影响。研究表明: 清洗频率对生物滤器去除氨氮(NH₄⁺-N)没有显著影响(P > 0.05); 在第6~9 d对生物滤器内亚硝酸盐氮(NO₂^–-N)的浓度有显著影响(P < 0.05), 第11 d后均无显著影响(P > 0.05); 在整个实验过程中, S3处理组与S1、S2处理组相比总固体悬浮物(TSS)去除分别提高53.52%和19.01%, 化学需氧量(COD_Mn)去除分别提高57.94%和27.01%, 差异性显著(P < 0.05); 在硝酸盐氮(NO₃^–-N)积累方面, S3处理组积累最少, 在整个实验过程期间与S1、S2处理组相比分别降低16.04%和23.01%, 差异性显著(P < 0.05)。总体来说, 高清洗频率对生物滤器的硝化性能无显著影响, 但能使生物滤器截留的TSS快速排出系统, 从而减少系统内的水处理负荷和硝酸盐氮积累, 有利于系统的长期稳定运行。     

球形棕囊藻同化吸收硝酸盐的氮氧稳定同位素分馏研究

球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)赤潮是一种全球范围的生态灾害,而硝酸盐稳定同位素技术是研究海洋富营养化与赤潮暴发机制的前沿技术。为将该技术应用于球形棕囊藻赤潮暴发机制方面的研究,首先需了解其同化吸收硝酸盐的稳定同位素分馏特征。为此开展了球形棕囊藻室内培养实验,获取培养过程中氮、磷、硅等营养盐的浓度及硝酸盐氮、氧稳定同位素(δ¹⁵N-NO₃^-、δ¹⁸O-NO₃^-)等参数的变化特征,计算球形棕囊藻同化吸收硝酸盐的稳定同位素分馏系数。结果显示,NO₃^-和PO₄^3-浓度随培养时间均呈现先明显下降后稳定的特征,同时伴随直径2~3mm的囊体出现并生长至2~3cm。NH₄⁺浓度先后两次出现升高,推测可能是受到有机氮矿化过程的补充所致。随NO₃^-浓度降低,δ¹⁵N和δ¹⁸O的值分别在第13天和第7天达到相对峰值。经计算,球形棕囊藻同化吸收硝酸盐过程δ¹⁵N和δ¹⁸O分馏系数分别为3.32‰±0.38‰和3.12‰±0.59‰,而前者的分馏系数呈逐渐降低的特点,原因可能是随球形棕囊藻生长,发生酶还原的NO₃^-较参与跨膜运输的NO₃^-比例逐渐升高。研究首次给出了球形棕囊藻同化吸收硝酸盐过程的氮、氧稳定同位素分馏系数及其变化特征,补充了海洋微藻同位素分馏数据库,为稳定同位素技术研究球形棕囊藻赤潮暴发的营养机制提供了重要的基础数据。     

三价钛还原法分析硝酸根氮氧同位素的方法研究

本研究利用三价钛还原法将标准样品、海水、湖水和雨水中硝酸根转化为N₂O测试其氮氧同位素值,并优化实验条件（NO^-₃浓度、试剂量、反应时间和温度等）。结果表明：4 cm³硝酸根水样（浓度约为20 μmol/dm³）,加入100 mm³TiCl₃溶液（浓度为150 g/dm³）,25 ℃反应24 h,NO^-₃还原为N₂O的平均转化率为86.3%（n=5）。5种丰度硝酸根氮氧同位素标样校准曲线斜率分别为0.947和0.617,相关系数R²分别为0.999和0.994;方法检出限的NO^-3浓度为2.5 μmol/dm³,其δ¹⁵N的标准偏差小于0.7‰(n=5),δ¹⁸O_VSMOW值的标准偏差小于2.5‰(n=5);20 μmol/dm³硝酸根样品δ¹⁵N的标准偏差小于0.5‰（n=5),δ¹⁸O_VSMOW值的标准偏差小于1.0‰（n=5）。该方法测定3种不同类型水样δ¹⁵N的标准偏差分别为0.3‰、0.6‰和0.5‰;δ¹⁸O_VSMOW的标准偏差分别为2.1‰、2.0‰和1.6‰。三价钛还原法分析水体中硝酸根氮氧同位素操作步骤简单,测试效率高,但氧同位素结果需要系统校正。     

小长山岛3种大型海藻组织碳、氮含量和δ15N值的环境指示意义

大型海藻组织碳、氮含量及δ¹⁵N值的变化对于指示营养盐来源及营养盐评价研究具有重要的意义。为探究大型海藻组织碳、氮含量及δ¹⁵N值的变化特征,于2020年7月至2021年6月逐月分析了小长山岛潮间带孔石莼（Ulva pertusa）、角叉菜（Chondrus ocellatus）、鼠尾藻（Sargassum thunbergii）3种大型海藻组织的碳、氮含量和δ¹⁵N值的变化,并对其生长环境中海水的理化因子进行了测定。结果发现：孔石莼组织的氮含量与海水中的NO₃-N和DIN含量之间存在显著的相关性,角叉菜组织的氮含量与海水中的NH₃-N含量之间也存在显著的相关性。然而,大型海藻组织的碳含量和C/N比值与海水中的碳、氮营养盐之间并无显著的相关性。孔石莼组织的δ¹⁵N值与海水中的NO₃-N和DIN含量之间也存在显著的相关性。因此,孔石莼适于用作NO₃-N和DIN来源的指示藻种。结果指示小长山岛潮间带海水中具有供大型海藻生长利用的充足的营养盐,其主要受到生活污水和养殖排放的影响。     

北海湾近10 年来溶解无机氮含量变化及其与环境因子的关系

根据北海湾1995～2004 年10a 间8 个航次的调查资料, 分析研究了该湾溶解无机氮的含量变化及其与环境因子的关系。结果表明: 该湾溶解无机氮(DIN)含量具有春夏季较高、秋冬季较低的变化特点, 突出了南流江迳流的重大贡献作用; 在DIN 中, 所有航次均具有NO₃^-含量较高、NH₄⁺含量次之、NO₂^- 含量最低的分布特征, 而且除2004 年秋季外, NO₃^- 所占DIN 的比值均在63.38%以上, 已成为该湾DIN 的主要存在形式; 通过不同时期的对比分析, 得出该湾DIN 具有春秋季显著上升、冬夏季显著下降的变化规律, 增养殖排废起主导影响作用; 相关分析显示, DIN 与环境因子之间的相关性, 以与盐度出现的机率最多、显著性也最高, 与COD 的相关性次之, 与其余环境因子的相关性依次排列为pH>DO>Chl.a, 与3 种形态氮之间则以NO₃^- 和NO₂^- 最为密切, 7 个航次达到了显著正相关水平, 而与NH₄⁺的显著正相关只出现在迳流影响较小的秋冬季节。     

小球藻对不同盐度海水养殖尾水的净化效果研究

微藻处理养殖尾水已成为热点研究方向,有关一定盐度范围内海水养殖尾水的微藻处理研究较少。本试验调配了两种盐度(16和26)的海水养殖尾水,以空白组作对照,设置小球藻(Chlorella salina)初始接种密度梯度(5×10⁵、1×10⁶、2×10⁶和3×10⁶个/mL),研究小球藻对海水养殖尾水中不同形态氮和磷的去除效果。结果表明,小球藻在海水养殖尾水中生长良好,可有效去除尾水中的氮磷营养盐,16盐度组中各初始藻密度组对NH₄⁺、NO₃^-和总溶解态氮(total dissolved nitrogen,TDN)的去除率分别为85.03%~85.87%、60.87%~63.70%和54.53%~57.64%,组间无显著差异(P>0.05);26盐度组中除5×10⁵组外,其余藻密度组对NH₄⁺、NO₃^-和TDN的去除率分别为87.23%~88.16%、56.70%~57.79%和53.31%~54.62%,且组间无显著差异(P>0.05),表明小球藻初始接种密度对尾水中氮盐的去除无显著影响。除5×10⁵个/mL组外,16与26盐度组中对TDN的去除率无显著差异,表明盐度变化对氮的去除无影响。随着初始藻密度的升高,16和26处理组对总溶解态磷(total dissolved phosphorus,TDP)的去除率均上升,分别为76.13%~99.53%和63.72%~96.83%,表明藻初始接种密度的升高可促进尾水中磷的去除,且盐度升高没有影响小球藻对磷的去除。本研究获得了不同初始接种密度小球藻对一定盐度范围的海水养殖尾水的吸收利用特点,可为海水养殖尾水的生态化处理提供一定的理论基础。     

离子色谱法测定海水中氯离子和硫酸根离子

氯离子和硫酸根离子是海水中重要的无机阴离子，在研究海洋生态变化、海洋循环作用过程与海洋全球气候变化等领域具有重要的指示意义。其测定方法较多，但缺少相应的测试方法。本文对测定海水中Cl^-，SO₄^2-的离子色谱方法进行了优化，选用IonPacAS14碳酸盐选择性离子色谱柱，以3.5 mmol/L Na₂CO₃+1 mmol/L NaHCO₃为流动相，可消除海水样品中碳酸盐及其他阴离子的干扰。该方法对Cl^-检出限为0.29 mg/L，线性相关系数r²=0.999 2，对SO₄^2-检出限为0.42 mg/L，线性相关系数r²=0.997 9。样品的加标回收率在95%~102%，Cl^-和SO₄^2-的相对标准偏差分别为1.92%和4.18%。该方法简便、迅速、灵敏、准确度高，可满足批量海水样品中Cl^-与SO₄^2-的准确测试。     

不同氮源下南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE-L的生物量、氮吸收与脂肪酸组成研究

微藻培养过程中氮缺失有利于油脂和生物量的积累,然而不同氮源条件下微藻生长与生物量的研究有限,限制了生物油脂的相关研究。本文研究通过研究南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE-L在不同氮源条件下的细胞生长与油脂积累,进一步探究其作为富集油脂微藻的潜力。研究发现：在含有NH₄CL的培养基中,Chlamydomonas sp.ICE-L生长速率最大;在含有NH₄NO₃的条件下,获得了最大干重量0.28 g/L。最高油脂含量0.21 g/g是在缺氮条件下获得,同时得到干重0.24 g/L。在多不饱和脂肪酸的产出方面,NH₄NO₃和NH₄Cl为氮源培养基时要好于缺氮和KNO₃培养基,在NH₄NO₃和NH₄Cl为氮源的培养条件下ICE-L胞内C18：3和C20：5的含量高。比较而言,缺氮和KNO₃培养基时C16：0、C18：1和C18：2的含量要高。     

源自生物絮团产絮凝剂的异养硝化-好氧反硝化菌xt1的鉴定及其脱氮特性

为了高效进行水体脱氮,本实验从形成于凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)养殖水体的生物絮团中分离到一株具产絮能力的脱氮菌xt1,经16S r RNA基因测序与生理生化分析确定菌株xt1为短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)。在此基础上,本文研究了该菌的脱氮特性。结果表明:菌株xt1最佳碳源为葡萄糖,以其为底物对氨氮、硝态氮去除率分别达95.56%和57.40%。以蔗糖为碳源亦具较高脱氮率,对氨氮、硝态氮去除率分别达69.95%和49.50%;该菌能利用有机氮加速生长,添加0.25%、0.5%、1%和2%的蛋白胨能促进OD600,分别达到0.925、1.034、1.103和1.314,均高于未加蛋白胨下的生长,且氨氮去除率均超过90%,硝态氮去除率均超过88%;该菌能适应20—200mg/L无机氮浓度;该菌能以NH4+-N、NO2–-N或NO3–-N为唯一氮源进行异养硝化-好氧反硝化,反应84h去除率分别达到94.16%、47.60%和91.17%。其中,该菌的硝化形式是将氨氮转化为气态氮脱除,其硝态氮反硝化形式是先将硝态氮转化为亚硝氮,再以气态氮脱除。在进行异养硝化-好氧反硝化同时,菌株xt1体现絮凝特性,絮凝率最高分别达到82.28%、73.15%和75.60%;此外,添加该菌于养殖水体中能加速生物絮团形成,同时提高脱氮率。各项结果表明,菌株xt1可作为水产养殖水体脱氮的备选菌株。     

浒苔对NH+4-N与NO-3-N吸收的相互作用

在国内首次研究了大型海洋绿潮藻浒苔(Ulva prolifera)对NH4+-N与NO 3--N两种氮源的选择吸收作用。结果表明:当两种氮源等浓度比例存在时,随着NH4+-N与NO3--N浓度升高,藻体对NH4+-N的吸收速率逐渐升高,而对NO3--N吸收受到抑制;当NO3--N和NH 4+-N高浓度比存在时,藻体对NH4-N的吸收速率随着NO3--N/NH4+-N比例的升高和NH4-N浓度的下降而降低;当NO3--N和NH4+-N低浓度比存在时,藻体对NH+4-N保持较高的吸收速率,而对NO3--N的吸收效率随着NO3--N浓度的降低而降低;浒苔具有同时利用水体中较高浓度的NH+4-N和NO3--N的能力,只有当NH4+-N或NO3--N浓度较低时,才以吸收相对应的氮源为主。这说明浒苔能够快速、大量地吸收水体中氮源,为爆发性增殖贮备物质条件。同时,即便两种氮源同时存在,浒苔对NH+4-N的吸收速率也远高于对NO3--N的吸收速率,因此,控制NH4+-N的大量输入仍是预防浒苔绿潮爆发的关键。     

背角无齿蚌(Anodonta woodiana)对池塘底泥释放营养盐的净化效果

为了阐释鱼、蚌生态混养的可行性,通过建立微型生态系统,探索不同养殖密度和处理时间的背角无齿蚌(Anodonta woodiana)对池塘底泥释放营养盐的净化效果。结果表明:背角无齿蚌对pH、DO和总固溶物的影响总体不明显,但能够显著降低浊度和Chl-a含量(P0.05),最大去除率分别为79.2%和83.4%;背角无齿蚌对营养盐的净化效果受到处理时间、养殖密度的显著影响(P0.05);TN、NO_3~–-N和NO_2~–-N呈现升高的趋势,而能够显著降低NH_4~+-N、TP和PO_4~(3–)的含量(P0.05),最大去除率分别为90.9%、55.6%和52.9%。响应面优化分析显示蚌养殖密度和处理时间的配比分别为27个/m~3和22.63 d、25个/m~3和23.69 d时,对TP和PO_4~(3–)的去除率可进一步提升至68.9%和58.1%。本研究表明背角无齿蚌有潜力用于养殖池塘底泥富营养化的防控。     

海水人工湿地系统脱氮效果与基质酶活性的相关性

利用海水人工湿地系统处理海水养殖外排水,分析了人工湿地对不同形态氮的净化效果,探讨了人工湿地表层基质酶活性变化及其对系统脱氮效果的影响。选取互花米草作为人工湿地植物,煤渣、珊瑚石和细砂作为人工湿地基质,实验期间连续进水,系统运行稳定。研究结果表明:海水人工湿地系统对氨氮(NH4-N)、亚硝态氮(NO2-N)、硝态氮(NO3-N)、总氮(TN)和可溶性有机氮(DON)去除效果显著,去除率分别为(99.6±0.7)%、(99.9±0.0)%、(98.2±2.0)%、(92.6±1.5)%和(86.1±4.8)%。人工湿地表层基质下行池脱氢酶、硝酸还原酶和脲酶的酶活性均高于上行池,下行池对污染物的去除效果更好。脱氢酶活性与海水人工湿地系统氨氮的去除有关;硝酸还原酶活性影响着海水人工湿地硝态氮的去除;脲酶活性与人工湿地总氮和硝态氮的去除存在明显相关趋势。下行池硝酸还原酶和脲酶的酶活性间具有显著相关性(r=0.76, P0.05)。人工湿地微生物种类丰富,下行池微生物多样性高于上行池,植物根部微生物多样性最高,提高了系统脱氮的效率。上述研究结果将有助于阐明海水人工湿地系统中不同形态氮的迁移转化机理。     

贝藻混养对大西洋鲑养殖废水的生物滤除

养殖废水的综合利用与无公害化处理排放是实现水产养殖业健康可持续发展的重要保障。作者采用太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)及龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)混养和单养的方式处理大西洋鲑工业化循环水养殖系统排放的废水,设置贝类组、藻类组、贝藻组3组处理,探讨了贝藻混养方式和贝类、藻类单养对废水中主要水质因子(N、P营养盐、化学需氧量(COD)和总悬浮颗粒物(TSS))的处理效率,实验周期为30 d。结果表明,牡蛎和龙须菜混养的方式处理养殖废水效果较好,其对氮、磷营养盐、COD及TSS的去除效率分别为:总氨态氮41.67%±8.82%、硝酸盐氮33.96%±0.34%、总磷7.18%±0.03%、COD 78.87%±1.82%和TSS 70.50%±1.65%,而亚硝酸盐氮出现一定的积累。综合分析,牡蛎和龙须菜混养的方式处理养殖废水的效率优于牡蛎和龙须菜的单独处理。     

Benthic fluxes of nitrogen in the tidal reaches of a turbid, high-nitrate sub-tropical river

Benthic fluxes of dissolved inorganic nitrogen (NO₃⁻ and NH₄⁺), dissolved organic nitrogen (DON), N₂ (denitrification), O₂ and TCO₂ were measured in the tidal reaches of the Bremer River, south east Queensland, Australia. Measurements were made at three sites during summer and winter. Fluxes of NO₃⁻ were generally directed into the sediments at rates of up to −225 μmol N m⁻² h⁻¹. NH₄⁺ was mostly taken up by the sediments at rates of up to −52 μmol N m⁻² h⁻¹, its ultimate fate probably being denitrification. DON fluxes were not significant during winter. During summer, fluxes of DON were observed both into (−105 μmol m⁻² h⁻¹) and out of (39 μmol m⁻² h⁻¹) the sediments. Average N₂ fluxes at all sampling sites were similar during summer (162 μmol N m⁻² h⁻¹) and winter (153 μmol N m⁻² h⁻¹). Denitrification was fed both by nitrification within the sediment and NO₃⁻ from the water column. Sediment respiration rates played an important role in the dynamics of nitrification and denitrification. NO₃⁻ fluxes were significantly related to TCO₂ fluxes (p<0.01), with a release of NO₃⁻ from the sediment only occurring at respiration rates below 1000 μmol C m⁻² h⁻¹. Rates of denitrification increased with respiration up to TCO₂ fluxes of 1000 μmol C m⁻² h⁻¹. At sediment respiration rates above 1000 μmol C m⁻² h⁻¹, denitrification rates increased less rapidly with respiration in winter and declined during summer. On a monthly basis denitrification removed about 9% of the total nitrogen and 16% of NO₃⁻ entering the Bremer River system from known point sources. This is a similar magnitude to that estimated in other tidal river systems and estuaries receiving similar nitrogen loads. During flood events the amount of NO₃⁻ denitrified dropped to about 6% of the total river NO₃⁻ load.     

长江水体溶解态无机氮和磷现状及长期变化特点

于2006年2、5、8和11月对长江从攀枝花至河口和上游的两条支流雅砻江和嘉陵江的溶解态无机氮(NO-3-N、NO-2-N和NH+4-N)和磷酸盐(PO43--P)进行了取样调查,同时结合长江营养盐的历史数据,分析了长江水体中溶解态无机氮、磷的长期变化特点。结果表明,长江NO-3-N、NH+4-N、DIN(包括NO-3-N、NO-2-N和NH+4-N)和PO3-4-P浓度从上游到下游显示出增加趋势,但存在季节差异;NO2-N浓度总体较低,在长江中下游(武汉—南京)浓度较高。长江从上游到下游DIN通量的变化主要受径流量的影响,从上游到下游单位面积年产N量逐渐升高;PO3-4-P输送通量从上游往下游呈增加趋势,也主要受径流量控制,但从季节变化来讲,PO3-4-P的月输送通量受其浓度的控制更加明显。自20世纪60年代来,长江水体中NO3--N、NO2--N、DIN和PO3-4-P的浓度都处于缓慢上升趋势,但到80年代上升速度明显加快;不同阶段DIN和34PO-P的季节变化特点也不尽相同,反映了其来源的差异。目前,长江水体中溶解态无机氮、磷浓度与国内及国际河流相比处于中等水平。     

The effects of semi-lunar spring and neap tidal change on nitrification, denitrification and N2O vertical distribution in the intertidal sediments of the Yangtze estuary, China

To explore the influences of semi-lunar spring and neap tidal changes on nitrogen cycling in intertidal sediments, a comparative study among waterlogged, desiccated and reflooded systems was carried out in August 2005 and February 2006 by analyzing nitrification, denitrification and N₂O depth profiles in the intertidal flats of the Yangtze estuary. Laboratory experiments showed that alternating emersion and inundation resulted in the significant changes in nitrification and denitrification rates in the intertidal sediment systems. Due to the desiccation-related effects, lowest nitrification and denitrification rates were observed in the desiccated sediment cores. Highest nitrification and denitrification rates were however detected in the waterlogged and reflooded systems, respectively. It is hypothesized that the highest nitrification rates in the waterlogged sediments were mainly attributed to higher nitrifier numbers and NH₄⁺ being more available, whereas the availability of NO₃⁻ might dominate denitrification in the reflooded sediments. In addition, the highest N₂O concentrations were detected in the reflooded sediment cores, and the lowest found in the dried sediment cores. It was also shown that N₂O in the intertidal sediments was mainly from nitrification under the desiccated condition. In contrast, N₂O in the intertidal sediments was produced mainly via denitrification under the waterlogged and reflooded conditions. It is therefore concluded that the semi-lunar tidal cycle has a significant influence on nitrification, denitrification and N₂O production in the intertidal sediment systems.