黄浦江上游地区稻田水中溶解性有机氮碳的环境行为研究

发布时间：2020-10-15 07:39

　　 溶解性有机氮（Dissolved Organic Nitrogen，DON）、溶解性有机碳（Dissolved Organic Carbon，DOC）在稻田系统中是非常活跃和重要的化学组分，既是水稻重要的营养来源，同时在排入水体后也会造成污染。黄浦江上游是上海主要产稻区，稻田排放的有机氮碳直接威胁到上海市水源水质。本研究通过测坑定位实验，采用该地区两种主要的施肥方式（有机无机混施肥和无机肥），开展稻田水环境中DON、DOC的含量分布与微生物降解特性研究，并通过添加复合微生物菌剂，探讨从源头控制稻田水环境中DON、DOC的途经。对控制稻田有机氮碳排放，降低上海水源有机污染具有重要的科学意义和应用价值。主要研究结果如下： 1、采用测坑定位试验，对稻田坑面水、剖面水、径流水和渗漏水中的DON、DOC的含量进行分析，研究在淹水状态下两种施肥处理稻田水中DON、DOC的行为特性。结果表明，混施肥处理在坑面水和剖面水中对有机氮碳的涵养能力均强于无机肥处理；径流水施肥后前半个月氮碳流失量分别达到总流失量的95.8%和67.2%，是防止氮、碳随径流水流失的关键时期；渗漏水中两种施肥处理氮碳含量变化均为先迅速上升而后下降，然后趋于稳定。混施肥处理比无机肥处理的TN和DON流失量分别低49.5%和19.5%，而比无机肥处理的TC和DOC流失量仅低0.8%和5.8%。表明施用混施肥能有效的降低稻田氮素渗漏流失，控制有机氮素流失污染水体，但对碳素渗漏流失影响不大。 2、测定了稻田不同深度土壤溶液中DON、DOC含量，研究在烤田状态下两种施肥处理稻田土壤溶液中DON、DOC的含量分布特征。结果表明，不同深度土壤溶液中氮素含量差异显著（P 0.05），表层（0~10cm）土壤溶液中TN、DON含量显著低于深层（10~30cm）土壤。土壤溶液中DON为氮素组成的主要形式，DON占TN比重为63.1%~79.9%；混施肥处理中DOC占TC比重为21.1%~25.1%，随土壤深度加大而增加，而无机肥处理DOC占TC比重为18.9%~20.0%，随土壤深度加大而下降。经相关性分析，土壤溶液中DON含量与土壤TN和土壤有机质含量呈正相关（R~2分别0.936和0.960）；而土壤溶液中DOC含量则与土壤TC和土壤有机质含量呈正相关（R~2分别0.939和0.913）。 3、采用HPLC-MS对烤田状态下两种施肥处理稻田土壤溶液中DOM（DON与DOC）组分进行分析，土壤溶液中DOM的可能组分为： 混施肥处理：0~10cm：b、c；10~20cm：b、c；20~30cm：b、c、d； 无机肥处理：0~10cm：a、b、c；10~20cm：b、c；20~30cm：b、c； a、b、c和d分别为：a：3-（4-噻唑基）-L-丙氨酸，b：2-苯基苯并咪唑-5-磺酸，c：4-（2,4-二氟苯基）-3-硝基苯甲醛，d：芬地柞酸。 4、采用PCR-DGGE对两种施肥处理稻田土壤中土著微生物群落进行分析。结果表明，施肥对土壤0~20cm中的微生物影响较大，其中两种施肥处理间微生物群落组成相似度为0.75；混施肥处理中土壤微生物多样性指数和微生物均匀性指数在10~20cm和20~30cm两层土壤中均高于无机肥处理，而在0~10cm土壤中则相反；同时，通过基因序列鉴定，土著微生物主要属于Escherichia col（i埃希氏菌属），Ruminococcus albus（瘤胃球菌属）。 5、通过原位微生物对淹水状态下的渗漏水和烤田状态下的土壤溶液的微生物降解试验，探讨稻田水环境中DON、DOC的降解特性。渗漏水降解试验I以施肥后前7d渗漏水混合水样为降解对象，渗漏水降解试验II则以施肥后8~25d渗漏水混合水样为降解对象。混施肥处理中的微生物可降解有机成分高于无机肥处理；渗漏水中DOC比DON稳定，不易被微生物降解，施肥处理对微生物降解DOC的影响低于DON；土壤溶液降解试验与渗漏水降解试验Ⅰ、II结果比较，其微生物可降解有机成分均略低。结果表明，稻田水环境中DON、DOC具有较高的可生物降解性，因此，可采用微生物降解控制DON、DOC的排放。 6、通过添加微生物菌剂控制稻田水环境中DON、DOC排放研究，试验发现，在淹水状态下，添加菌剂对径流水中氮素流失影响不大，仅略微提升了其中碳素含量；添加1倍菌剂可降低渗漏水中氮素浓度，但添加2倍菌剂则使氮素流失增大，添加菌剂对渗漏水中TC浓度影响较小，但添加1倍菌剂可有效降低DOC浓度；在烤田状态下，添加菌剂可降低土壤溶液DON含量，但对DOC含量没有影响。结果表明，施加混施肥与添加1倍菌剂两种方法均可以有效降低稻田有机污染，其中混施肥加1倍菌剂处理的效果最佳。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2012
【中图分类】：X52
【部分图文】：

测坑装置示意图

渗漏水中TN、DON的动态变化

图 2-5 渗漏水中 TC、DOC 的动态变化Fig 2-5 TC、DOC concentrations of leached water从渗漏水中氮素浓度的动态变化可以看出，混施肥处理 TN 浓度一直低机肥处理，而混施肥处理 DON 浓度在施肥后 3d 内浓度较高，而后则一
【参考文献】

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本文编号：2841893