水生植物对河流、湖泊氧化亚氮产生与排放的影响

发布时间：2017-08-15 04:33

  本文关键词：水生植物对河流、湖泊氧化亚氮产生与排放的影响

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【摘要】：河流、湖泊生态系统排放的温室气体对于全球温室气体总量的贡献研究,已成为当前相关研究的热点。作为淡水生态系统中重要的组成部分,水生植物对河流、湖泊系统温室气体排放的影响及其作用机制需要进行深入的探讨。本课题首先研究了大型丝状藻类对不同人类活动影响下的河流氧化亚氮(N_2O)产生与排放的影响,并采用原位监测与实验室培养相结合的方法,分析藻类碳源对于上述河流中N_2O产生和排放的影响,并基于沉积物理化指标和生物因子的分析,探讨大型丝状藻类类影响河流N_2O排放的主要作用机制。接下来,课题研究了由沉水植物光合-呼吸作用引起的水体昼夜溶氧变化对草型湖泊N_2O产生与排放的影响。在该部分研究中,选取典型草型湖泊中具有不同水生植物密度的两个监测点,并在监测点进行连续三天的原位监测。现场采样和监测内容包括水样和沉积物样品的采集,以及水体理化因子的昼夜变化。样品带回实验室后,分析了水体N_2O浓度、饱和度,沉积物样品的潜在硝化速率和反硝化速率,并计算湖泊N_2O扩散排放通量。通过上述两项研究,有助于我们更好的理解水生植物对河流、湖泊生态系统N_2O产生与排放的影响,深入揭示水生植物在淡水生态系统温室气体排放中的作用,从而为全面认识和估算河流、湖泊温室气体排放通量提供理论和数据支持。本课题主要研究结果如下:1)大型丝状藻类类对河流氧化亚氮产生与排放的影响:(1)原位监测结果显示,不同人类活动干扰下的三条河流,其N_2O排放通量存在显著差异(P0.01)。在实验期间,位于苏州河畔梦清园湿地公园中的河流N_2O排放通量最高,达到21.01±1.26μmol m~(-2) h~(-1)~1080.41±6.63μmol m~(-2) h~(-1),而农田区域的河流N_2O排放通量变化介于10.41±0.24μmol m~(-2) h~(-1)~721.22±9.77μmol m~(-2) h~(-1)之间,位于崇明西沙湿地公园的河流,其N_2O排放通量最低,变化范围在12.07±0.48μmol m~(-2) h~(-1)~349.47±4.90μmol m~(-2) h~(-1)之间。(2)在实验室模拟培养期间,藻类在整个生长周期内都显著影响实验系统中的N_2O产生与排放(P0.01)。其中,相较于空白对照处理,处理组的水体和孔隙水N_2O浓度分别介于66.80±0.64μmol l~(-1)~1080.41±6.63μmol l~(-1)和3.07±0.12μmol l~(-1)~48.60±1.84μmol l~(-1)之间,显著高于空白对照处理组(P0.01)。此外,实验研究发现,藻类在衰亡分解期会更加显著的增加实验系统中的N_2O排放通量(P0.01),这可能是由于藻类凋亡分解期释放的碳源,能够进一步促进沉积物中的反硝化过程,进而显著增加体系内N_2O的浓度和排放量值。(3)为了进一步解释上述现象,对实验系统中碳氮物质浓度和微生物活性进行监测。结果表明,藻类凋亡分析过程显著增加了沉积物孔隙水的溶解性有机碳(DOC)浓度,此时处理组中的孔隙水DOC浓度可达16.14±0.64 mg l~(-1)~56.89±3.29 mg l~(-1),显著高于空白处理组(P0.01)。此外,藻类衰亡的过程显著增加了沉积物潜在反硝化速率(P0.01)。(4)对实验系统中的N_2O排放通量与环境因子(水体和沉积物理化指标、硝化菌、反硝化菌基因丰度)之间的相互有关系进行多元回归分析,结果表明,潜在反硝化速率是决定实验系统中N_2O排放通量的主要作用因子(r~2=0.712,P0.01)。此外,沉积物孔隙水DOC含量和孔隙水NO_3~-等因子与沉积物潜在反硝化速率也存在着显著正相关关系。由此表明,大型丝状藻类可通过释放藻类碳源影响河流沉积物反硝化过程,并进而影响系统中的N_2O排放。在本实验中,藻类碳源的影响作用在不同河流的沉积物间并未体现差异性,这说明相较长期积累的陆生碳源而言,藻类碳源更易于被河流沉积物中的微生物所利用,并在短时期内促进河流系统中的温室气体排放。2)沉水植物对草型湖泊氧化亚氮排放的影响:(1)草型湖泊原位监测结果显示,相较于沉水植物较少的区域(对照监测点),沉水植物分布密集区域的N_2O扩散通量昼夜变化更为剧烈,水体的溶解氧(DO)浓度昼夜变化幅度也更大,可达7.60±0.43 mg l~(-1)~19.16±2.13 mg l~(-1)。此外,水草密集区域的DO浓度均值也显著高于对照监测点(P0.01)。然而,由于本次选取的草型湖泊并非完全封闭状态,水体流动较快,故监测期间水体氮营养盐浓度变化并无显著趋势。(2)对两个监测点N_2O排放通量和与之相关的环境因子(水体和沉积物中的有效碳氮物质浓度、基本理化参数、硝化潜力和反硝化潜力)进行多元逐步回归分析后,发现水体DO浓度与草型湖泊N_2O排放通量之间呈现出显著的正相关关系(r~2=0.848,P0.001),表明由沉水植物引起的湖泊溶氧昼夜变化,是影响草型湖泊水体N_2O的产生与排放的重要因素之一。这一结论将为富营养化湖泊修复研究提供参考,同时也为全面了解湖泊生态系统在全球温室气体排放中的贡献作用提供数据支持。
【关键词】：大型丝状藻类 沉水植物 河流 湖泊 氧化亚氮
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X173;X171
【目录】：

• 摘要6-9
• ABSTRACT9-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 河流湖泊中氧化亚氮的产生与排放15-24
• 1.2.1 氧化亚氮的产生与排放机制15-17
• 1.2.2 影响氧化亚氮产生与排放的环境因素17-21
• 1.2.3 水生植物对N_2O产生与排放的影响机制21-23
• 1.2.4 人类活动对N_2O产生与排放的影响机制23-24
• 1.3 研究的目的和意义24
• 1.4 研究内容和技术路线24-26
• 1.4.1 研究内容24-25
• 1.4.2 技术路线25-26
• 第二章 大型丝状藻类对河流氧化亚氮产生与排放的影响26-50
• 2.1 研究区域和研究方法26-36
• 2.1.1 研究对象与区域概况26-29
• 2.1.2 实验设计29
• 2.1.3 样品采集和分析29-35
• 2.1.4 数据统计分析35-36
• 2.2 研究结果36-48
• 2.2.1 研究区域氧化亚氮排放通量和水体浓度比较36-37
• 2.2.2 水体和沉积物理化特征37-38
• 2.2.3 大型丝状藻类对氧化亚氮排放通量与浓度的影响38-42
• 2.2.4 大型丝状藻类对水体和沉积物理化性质的影响42-44
• 2.2.5 大型丝状藻类对沉积物潜在反硝化速率和微生物的影响44-47
• 2.2.6 主要环境影响因子分析47-48
• 2.3 讨论48-50
• 第三章 草型湖泊溶氧昼夜变化对氧化亚氮产生与排放的影响50-61
• 3.1 研究区域和研究方法50-54
• 3.1.1 研究区域概况50-52
• 3.1.2 实验设计52
• 3.1.3 样品采集和分析52-54
• 3.2 研究结果54-60
• 3.3 讨论60-61
• 第四章 结论与展望61-65
• 4.1 主要结论61-63
• 4.2 研究展望63-65
• 参考文献65-75
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的科研成果75-76
• 致谢76-77

【参考文献】

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本文编号：676306