广西官村岩溶溪流中生物地球化学控制的DIC和NO3-昼夜变化研究

为了解岩溶区控制溪流中溶解无机碳(DIC)和NO_3~-昼夜变化的生物地球化学过程以及DIC和NO_3~-日变化量,于2014-07-22~2014-07-24期间,在广西壮族自治区融安县官村溪流中包括地下河出口(CK)和下游雷崖村(LY)设置两个监测点同时对水体物理化学参数以及C、N同位素(δ~(13) CDIC、δ~(15) N-NO_3~-和δ~(18) O-NO_3~-)展开了为期2d的高分辨率昼夜监测采样工作。结果发现CK点各物理化学参数没有表现出昼夜变化,但是LY点Ca2+、DIC以及PCO2表现出明显的昼夜变化规律,即白天下降夜间上升且与DO和pH表现出明显的负相关关系。相对于CK点,在白天水生光合生物光合作用导致LY点DIC下降的同时δ~(13) CDIC上升,而在夜间呼吸作用导致LY点DIC上升的同时δ~(13) CDIC下降且部分时间段要低于CK点δ~(13) CDIC值。溪流中的NH4+在监测期间基本上都在下降而NO_3~-离子在夜间和上午时间段都在上升,δ~(15) N-NO_3~-却表现出下降的趋势,且比较接近δ~(15) N-NO_3~-初始值,而NO_3~-离子在下午时间段出现下降的趋势。结果表明溪流中DIC昼夜变化主要受到水生植物的光合作用和呼吸作用控制,且通过质量平衡方程计算得知溪流中由于光合作用吸收无机碳而转为有机碳的量为0.94kgC/d,这部分有机碳可以形成相对长期稳定的自然C汇。溪流在夜间和上午时间段发生了N的硝化作用,增长量为2.08kgN/d,但在下午时间段(12:00~18:00)发生了N的同化作用,损失量为0.42kgN/d。溪流输出的NO_3~--N的量为1.66kgN/d,表明在富碳、富钙的岩溶溪流中,有利于水生光合生物的生长,促进N的同化作用的发生,从而减少溪流输出NO_3~--N的量,说明岩溶区溪流N的生物地球化学过程可能在昼夜尺度上改变水质。     

强壮前沟藻(Amphidinium carterae Hulbert)在多重逆境条件下的生长和生理响应

尽管单一逆境条件对浮游植物产生的影响已被广泛重视,然而对于多重逆境条件对藻细胞生长生理的研究仍有空白。本研究通过测定强壮前沟藻(Amphidinium carterae Hulbert)光密度(OD750)、叶绿素a含量(chl a)、光合作用效率(F_v/F_m)、碳氮比(C/N)等多个生理指标,分析其在9种环境下(常温光照、低温和低温黑暗三种物理环境,结合全营养、缺氮、缺磷三种营养状态)对多重逆境的生长和生理响应。研究结果表明,在多重逆境条件下,单一物理逆境因素(低温或黑暗)较氮限制或磷限制对藻细胞生长和生理的不利影响更为显著。营养限制并同低温环境双重作用对生物量和碳氮比产生显著性影响(P0.01)。此外,低温和黑暗条件耦合作用下,SYTOX Green染色强度处于较低水平,chl a稳定、F_v/F_m有所升高,强壮前沟藻在逆境环境下作为群体的衰亡得以缓解。     

不同营养条件下铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和小球藻(Chlorella vulgaris)的生长竞争行为

蓝藻的暴发通常是藻类之间竞争的结果,了解环境中蓝藻与其它藻类的竞争特点和生存策略对揭示藻华暴发的机制及治理具有重要意义。本文以营养竞争为例,以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和小球藻(Chlorella vulgaris)为受试对象,通过测定细胞密度、胞内C、N、P、S四种主要元素含量以及培养基中总氮(TN)、总磷(TP)的消耗,研究不同营养等级(超富营养、富营养、中营养、贫营养)以及单独N、P限制下两种藻在单独培养和共生培养条件下的生长特征和竞争行为。结果表明:(1)在超富营养、富营养、中营养、贫营养条件时,单独培养下的两种藻生物量与营养丰富程度呈正相关;(2)共培养条件下,在高营养水平时铜绿微囊藻在竞争中占优势,低营养水平时小球藻具有竞争优势;(3)胞内C、N、P、S的测定发现,随着营养水平的下降,两种藻胞内N、P的百分含量逐渐减少,而C、S并未呈现显著变化;(4)N限制时,铜绿微囊藻的半饱和常数Ks及最大比增长率μmax均大于小球藻;P限制条件下铜绿微囊藻的半饱和常数Ks小于小球藻,而最大比增长率μmax大于小球藻。综合分析,同一营养条件下,铜绿微囊藻竞争优势的先决因子是N,小球藻是P。因此,从营养竞争与生物适应力角度考虑,降低水体中富余的N或适当提高P的浓度可让小球藻获得竞争优势,对限制单一物种的形成具有平衡作用,可作为防治藻华的潜在方法。     

多年冻土退化下碳、氮和污染物循环研究进展

多年冻土储存了大量的有机碳、氮素以及持久性有机污染物和汞等污染物.全球变暖背景下,目前全球大部分的多年冻土都处于退化状态.多年冻土区土壤温度升高、多年冻土层解冻后,土壤温度水分会发生变化,从而改变微生物的生长代谢过程,进而改变多年冻土区的物质循环.通过综述多年冻土区的碳、氮及污染物的储量及其在多年冻土退化下的迁移转化及输出特征,研究发现:多年冻土退化增加活动层厚度、形成热喀斯特地貌,一方面导致碳基和氮基温室气体快速释放到大气中,另一方面也向水生系统中输出溶解性碳氮组分及可溶性污染物,这些过程会导致多年冻土由碳、氮和污染物储存的"汇"转变为"源",并最终影响全球生物地球化学循环.明确多年冻土区碳、氮和污染物的生物地球化学循环过程对于全面理解气候变化对自然和人类社会系统的影响具有重要作用.未来研究中,还需要结合多学科技术手段,开展多年冻土退化过程、水文过程与生物化学循环过程的系统集成研究,此外,还需加强汞、POPs等污染物的二次释放过程与碳氮循环的耦合关系研究,定量多年冻土中污染物二次释放的环境效应,以深刻认识多年冻土中物质循环过程并为气候和环境变化提供预测依据.     

铵(氮)在岩石和矿物中地球化学行为研究进展

地壳中的氮大都以NH4 储存在矿物中.由于成岩时含氮有机物质的分解作用,氮广泛分布在沉积岩和低级变质岩中;在岩浆岩和变质岩中,氮主要以NH4 存在于含钾硅酸盐(长石和云母类)中;岩浆岩的δ(15N)值和氮浓度明显地不同于沉积物和变沉积岩,主要是由于有机物的缺乏.具有明显铵含量的火成岩主要是含钾矿物的深成岩.因而NH4 可以作为一个"示踪元素"而用于成矿作用等方面的研究.文章还提出了未来的研究方向.     

温度、氮浓度和氮磷比对长心卡帕藻(Kappaphycus alvarezii)吸收氮速率的影响

分别在室内培养箱、海滨室外跑道池和不同自然海区,通过一次性和半连续添加营养、以及检测海区水质和藻体生长的方法,研究了不同氮浓度、温度和氮磷比条件下,长心卡帕藻氮吸收速率的变化和氮吸收速率随时间变化,以及栽培该藻的环境生态贡献。小型实验、中试放大和海区规模栽培结果表明:(1)在10—50μmol/L范围内,该藻吸收氮速率随氮浓度增加而增大;(2)当氮浓度一定时,氮磷比在1—50范围内对该藻吸收氮速率没有产生显著影响(P>0.05);(3)温度对该藻吸收氮速率有显著影响(P<0.05),其中温度在28℃时氮的吸收速率最高;(4)尽管一次性添加营养实验中长心卡帕藻吸收氮速率随时间变化表现出先快后慢的趋势,但是进一步的半连续添加营养实验证实,导致吸收速率下降系底物氮浓度限制,而不是藻本身吸收能力下降,结果还显示卡帕藻具有连续吸收同化无机氮能力;在自然光温度变化和不受底物浓度限制条件下,该藻藻体去除无机氮效率最大维持在0.3μmol/(gFW·h);(5)海南陵水黎安海湾水质数据显示,栽培该藻去除海水富营养化和净化水质作用显著,其去除海水富营养化的年贡献为33t氮素。     

Water, organic matter, nitrogen and phosphorus contents in sediment of a large-scale mariculture area in the Zhelin Bay of eastern Guangdong Province, China

The Zhelin Bay is one of the most important bays for large-scale mariculture in Guangdong Province, China. Owing to the increasing human population and the expanding mariculture in the last two decades, the ecological environment has greatly changed with frequent harmful algal blooms. A monthly survey of water content, organic matter （TOM）, and various forms of nitrogen and phosphorous in sediment from July 2002 to July 2003 in the bay was conducted. The results showed that the water content was correlated significantly with TOM and various forms of nitrogen and phosphorus and can be used as proxy for quick and rough estimate of these factors in the future surveys. TOM was also correlated significantly with various forms of nitrogen and phosphorus, indicating that it was one of the key factors affecting the concentrations and distributions of nitrogen and phosphorus in the investigated waters. Average total Kjeldhal nitrogen （TkN） content was（ 1 113.1 ± 382.5）μg/g and average total phosphorus （TP） content was（567.2± 223.3）μg/g, and both were much higher than those of similar estuaries in China and elsewhere. Average nitrogen and phosphorus tended to be higher inside than outside the bay, higher at aquaculture than non-aquaculture areas, and higher at fish-cage culture than oyster culture areas, suggesting that large-scale mariculture inside the bay played an important role in the eutrophication of the Zhelin Bay. Various forms of nitrogen and phosphorus concentrations were higher during the warm season （July--September）, which was due to the increased decomposition and concentration of organic matter resulted from the fast growth and high mortality of the cultured species. Compared with July 2002, TkN and TP contents were much higher in July 2003, in consonance with the eutrophication of the Zhelin Bay. Because exchangeable phosphorus （Ex-P）, iron-bounded phos- phorus （Fe-P） and organic phosphorus （OP） combined accounted for 34.3% of the TP and authigenic phosphorus （Au-P     

应用MODIS影像监测海州湾无机氮浓度的研究

利用连云港海州湾2004年至2006年的水质监测资料,选取时间上完全同步的空间分辨率为500m的MODIS Terra 1B数据,对反射率的单波段因子和波段组合因子与可溶无机氮（DIN）质量浓度之间进行相关分析。从总体上看,单波段因子与DIN质量浓度的相关性较低,但在含氮基团倍频和合频吸收带附近的波段（波段2、7）反射率与DIN质量浓度呈负相关,显示了含氮基团对水体光谱特征的影响;在波段组合因子中,因子F11（3.4）和F13（3.4）与DIN质量浓度呈显著正相关,用这两个因子建立DIN质量浓度的回归模型,R^2都达到0．7以上,相对精度达70％左右,最终选择因子F11（3.4）的线性模型反演该海域的DIN质量浓度,其结果与实际情况非常吻合。     

水样中氮磷营养盐的短期保存技术研究

用8种保存方法对淡水和海水水样中四个氮磷营养盐（NH3-N、NO3—N、NO3-N、PO4—P）参数及总氮的稳定性进行了7d保存效果的比较研究。结果表明,淡水与海水氮磷营养盐的最佳保存方法与效果各不相同,但淡水和海水的总氮值在各种方法保存下均十分恒定。综合考虑有效性及可操作性后提出了5d内的短期保存技术：（1）海水水样用5‰氯仿4℃条件下保存,供NH3-N、NO2—N和N03-N三个营养盐的测定,用5‰甲醛4℃条件下保存供PO4-P测定;（2）淡水用5‰氯仿4℃条件下保存,供NH3-N测定,5‰甲醛4℃条件保存供NO2-N、NO3-N和PO4-P测定。     

南沙群岛西部海域两柱状沉积物中碳和氮的分布和来源特征及埋藏通量估算

对位于南沙群岛海域西部近大陆架-残留沉积区(NS01站)和深海沉积区(NS02站)的2个沉积物柱状样进行了研究,测定了它们的粒度组成、CaCO3含量、总有机碳含量(TOC)、总碳含量(TC)、总有机物含量(TOM)和总氮含量(TN),估算了它们的埋藏通量及陆/海源TOC和TN的相对含量.结果表明,该海域沉积物主要是粒径小于63μm的细粒度组分,粒度组成随深度的变化很小.沉积物粒度不是控制CaCO3含量、TOC、TC、TOM、TN和TOC/TN垂向变化的主要因素.NS01站CaCO3含量、TOC、TC、TOM和TN的含量及埋藏通量均低于NS02站.NS01站TOC/TN随深度的变化主要受控于TN的变化,而NS02站则主要受控于TOC的变化.2个研究站位的TOC和TN均以海洋自生为主,NS01站沉积物中海洋自生TOC和TN的平均值分别为53.2%和81.4%,NS02站沉积物中海洋自生TOC和TN的平均值分别为64.5%和87.7%.