上海市河流表层水体固氮速率及其影响因子

发布时间：2019-04-07 15:37

【摘要】：在氮循环以及维持生态平衡等方面,生物固氮起着非常重要的作用,目前因为对上海市河流水体固氮作用及固氮能力未知,这样会影响到对上海市河流氮负荷和氮源的准确认识,因此本研究以上海市不同地区8条代表性河流作为研究对象,进一步探究固氮速率的时空分布特征以及外加P营养盐对叶绿素a及固氮速率的效应影响,讨论各种环境因子对固氮速率的影响及其主要影响因子,并估算了上海市河流水体年固氮量及其环境意义,可以为将来河流氮平衡的构建和营养盐的削减目标的完成提供依据,同时也可以对富营养化的问题的治理和改善提供理论支持和有效支撑。本研究历时一年,主要结论如下:(1)本研究分别在春季(2015年4月)、夏季(2015年7月)、秋季(2015年10月)、冬季(2016年1月)四个季节进行采样,研究期间,水温变化于6.8～34.6℃,DO在1.30 mg/L～10.31 mg/L之间,pH、Eh和盐度的变化范围分别是:5.59～8.23、-83.4～-2.1mv 和 0.1～0.4ppt。不同季节的水温(p0.01)、DO(p0.05)和pH(p0.05)具有明显差异。从空间分布来看,不同河流采样点的DO浓度和盐度具有较为显著的差异(p0.05)。(2)上海市八个采样点河流水体各水质环境因子具有明显的时间、空间变化特征,总磷(TP)、颗粒态磷(PP)和硝态氮(NO_3~--N)浓度在时间变化上具有显著的差异(p0.05)。TP、PP及NO_3~--N的含量分别分布在0.04～0.43mg/L、0.008～0.24mg/L和0.20～3.41mg/L。季节变化上,TP和PP表现为春、夏季节含量较高,秋、冬季节含量低,NO_3~--N表现为春、冬季节含量高,夏、秋季节含量低。总可溶性磷(TDP)和铵态氮(NH_4~+-N)的含量范围分别是:0.02～0.34mg/L和0.37～5.56mg/L。冬季NH_4~+-N平均含量高,春、秋季节次之,夏季NH_4~+-N含量最低。从空间分布来看,上海市河流采样点的各水质因子,具有一定的空间分布特征。SJ、PT、FX三个采样点的TP含量均超过地表水V类水质标准(TP:0.2mg/L);JD和PT的NH_4~+-N含量均值均超过地表水V类水质标准(NH_4~+-N:2mg/L);八个采样点的NO_3~--N含量均未超过限值。QP和CM的TP、NH_4~+-N以及NO_3~--N含量低,水质环境好。(3)上海市河流表层水体的藻类主要由6大门类组成,分别为蓝藻门、甲藻门、裸藻门、硅藻门、隐藻门和绿藻门。时间分布上,河流表层水体的藻类总密度呈现出明显的时间分布规律(p0.01):春季夏季秋季冬季。空间分布上,PD河流采样点的四季藻类总密度均值最高,JD、PT、JS、FX藻类总密度均值较为接近,而QP和CM较低。蓝藻门在春、夏季时所占比例较高,藻类密度较大,秋、冬季节较低,其中鱼腥藻和微囊藻成为优势种。在本研究的八个河流采样点中,固氮藻类只有鱼腥藻全年可见,并且在夏季为优势种。河流采样点固氮藻类密度具有明显的季节变化特征(p0.01),表现出夏季秋季春季冬季的明显规律;从空间分布来看,PT、FX、PD的四季固氮藻类总密度较高,SJ、JD、JS固氮藻类密度居中,QP、CM两个采样点鉴别到的固氮藻类密度最少。(4)上海市河流表层水体固氮速率总体水平在33.9S±14.39ngN·L~(-1)·h~(-1)～109.53±14.31 ngN·L~(-1)·h~(-1) 之间,在时间、空间分布上具有显著的规律。季节变化上表现为夏季固氮速率值最高,其次是春秋季节,而冬季的固氮速率值最低。夏季固氮速率均值较高,为90.57±14.60ngN·L~(-1)·h~(-1);春秋季节固氮速率均值相近,分别为75.21±12.95 ngN·L~(-1)·h~(-1)和76.52±12.91 ngN·L~(-1)·h~(-1);冬季固氮速率均值最低,为57.98±15.73ngN·L~(-1)·。空间上,将八个采样点河流表层水体固氮速率均值进行排序,可得:PT.PDFXSJJDJSQPCM。河流表层水体固氮速率较高值出现在PT、PD、FX三个采样点,SJ、JD、JS固氮速率均值相近,较低值出现在QP和CM采样点。(5)环境因子中的光照、水温、气温、固氮藻类密度、叶绿素a、盐度、Eh、pH以及水体环境参数都与固氮速率密切相关。光照、水温、气温与固氮速率均表现出明显的线性正相关关系(p0.01),固氮藻类密度和叶绿素a对固氮速率影响较大,呈现出显著的线性正相关关系(p0.01)。DO(p0.01)、Eh(p0.05)与固氮速率具有线性负相关关系,而与盐度呈一定的线性正相关关系(p0.05)。水体环境参数中TP(p0.01)、TDP(p0.01)、PP(p0.05)与固氮速率具有显著的线性正相关关系,说明P对固氮速率的影响十分显著。而NH_4~+-N、N03--N与固氮速率具有显著的线性负相关关系(p0.01),NH_4~+-N、N03--N对于固氮速率的影响非常密切。固氮速率受到各种环境因子的综合影响,其中水温和固氮藻类密度是影响固氮速率的主要环境因子,这也是造成固氮速率时空差异的重要原因。(6)分别对上海市八条河流四个季节的叶绿素a的含量进行了分析,将四个季节八个采样点的叶绿素a的含量与其对应TP、TDP、PP进行Pearson相关分析,可以发现叶绿素a与磷之间具有显著的相关性(p0.01),说明P对叶绿素a的影响显著。外加P对上海河流表层水体四季叶绿素a的影响效应的变化范围分别是:春季为-49.53%～65.75%,夏季为-78.23%～175.15%,秋季为-43.37%～195.08%,冬季为-85.89%～34.80%,可见外加P对叶绿素a的促进作用大小表现为秋季夏季春季冬季。对上海市河流表层水体外加P的实验表明,外加P对叶绿素a的影响效应受到河流水体中藻的种群影响较大,由于浮游植物的优势种群不同、对P的吸收程度不同、初级生产力水平以及河流水体初始P浓度不同,外加P对叶绿素a的影响效应并不相同。一定浓度的P添加对叶绿素a具有一定的促进作用,但是每个采样点每个季节以及四个不同的外加P浓度的促进效果不同。(7)外加不同P浓度对上海市河流表层水体固氮速率的效应影响范围分别是:春季为-52.60%～105.86%,夏季为-87.52%～32.69%,秋季为-36.68%～56.80%,冬季为-30.83%～63.01%,将外加P浓度对上海市河流表层水体的固氮速率的促进作用表现为:春季冬季秋季夏季。一定浓度的外加P对上海市河流表层水体固氮速率具有促进作用,但是不同采样点、不同季节、不同P浓度对固氮速率的促进效应不同。高浓度的P添加对固氮速率具有抑制作用,并且河流表层原始P浓度越高,外加P对于固氮速率的抑制效果就越明显。(8)上海市河流表层水体年度固氮量较大,是一个重要的N源。不同区县的固氮量各异,主要是由于河流表层水体固氮速率的不同以及水域面积的差异导致,浦东区年度固氮量最大,普陀区年度固氮量最小。不同季节,夏季的固氮量占年度固氮量的30.43%,春季和秋季都占年度固氮量的25%,而冬季只占19.57%,因此夏季河流中的N输入问题更加应该关注,这也是夏季水体藻类大量繁殖,河流水质环境恶化和富营养化问题的一个重要原因。上海市河流表层水体年度固氮量约为2.10Gg,是研究所测得的上海市氮输入的3.07%,说明河流表层水体的固氮作用对氮输入以及河流氮负荷具有重要意义。
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【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X522

【参考文献】