氮硫在湿地中的迁移与转化

2.氮的迁移
• 氮在土壤中的迁移主要指 NO3-和NH4 +离子随水的扩散和 淋失 , 包括水平方向和垂直方向上的迁移。 • 由于土壤氮迁移过程实质上是氮以水为载体在土壤中的迁 移过程 , 土壤水的运动又受土壤理化性质的影响 。 • 因此 , 氮的迁移受到土壤水分、土壤有机质、水位、温度、 氧化还原条件、植被水平等因素的影响和控制 。
3.硫的迁移转化
• 含硫肥料是土壤硫的主要来源，土壤中加入不同的肥料会 影响含硫气体的释放。大气中的硫化物常随降雨进入土壤。 • 同时，大气中的硫也可为植物和土壤直接吸收，空气中硫 含量变化极大。另外降雨也会增加土壤中的硫含量。 • 另外硫化物会通过水的流动与其毗邻的陆生或水生生态系 统进行物质交换。使硫化物迁移。
硫在湿地中的迁移与转化
1.硫的概述
• 硫是湿地生物地球化学循环的重要元素之一，通过酸沉降、 地表径流和植物吸收等途径进入湿地，同时以H2S、 DMS、 COS、 DMDS 和 CS2等含硫气体形式在湿地中释放 ，而湿 地土壤是硫生物地球化学过程的重要的载体。 • 湿地土壤中硫等元素的时空分布特征不仅能反映湿地土壤 结构状况和养分的可利用水平，而且会影响湿地植被生长， 关系到湿地环境的形成和植被演替过程。
1.氮的输入
• 1.湿地土壤有机质的矿化
– 氮的矿化作用是指有机物质降解时,有机氮在微生物作用 下降解为NH4+的生物转化过程,也被称为氨化过程。
– 固氮过程使氮在固氮酶的参与下通过某些好氧细菌及藻类 的活动而被转化为有机氮 ,
– 有机氮再经矿化作用降解为NH4+,然后由亚硝化单胞菌属把 NH4+氧化为NO2-以及由硝化菌属把NO2-氧化为NO3-。 – 这是一个厌氧氨氧化反应的过程 。
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– 2.氮的反硝化过程
• 反硝化作用是指NO3-、NO2-被还原生成NH3、N2O 以及N2的 过程 , 包括生物反硝化和化学反硝化两种过程 。 • 微生物反硝化作用可根据反应的能量来源不同分为异养反硝化 和自养反硝化,其中异养反硝化以有机化合物的分解和氧化能 量为来源 ,自养反硝 化以氧化无机化合物为能量来源 。
3.硫的迁移
• 这一系统的含硫气体来自陆地生物硫源,包括土壤、植物、 湿地以及内陆水体等，在这些生物硫源中,硫酸盐的微生 物同化、异化还原,有机物降解能生成有机含硫气体。 • 植物体和水体中藻类等浮游生物也能释放有机含硫气体， 这些含硫气体释放后,在大气中迁移转化,最终沉降又回到 地面,从而对大气化学产生重要影响。
2.氮的迁移转化
• 氮的迁移转化主要由两个过程 – 1.氮的硝化过程
• 硝化过程是指 NH3+或NH4+通过亚硝化细菌及硝化细菌的 作用 被氧化为NO2-和NO3-的过程 。 • 微生物的硝化作用包括自养硝化与异养硝化作用 , 二者的本质 区别是自养硝化作用微生物以NH4+氧化所释放的化学能为能 源 , 而异养硝化作用微生物是以有机碳为能源。
1.氮的输入
• 3.水中氮的收支与积累
– 湿地水系统是 氮循环必不可 少的重要 载体 。湿地氮的输入大部 分通过水源输入 , 主要以河流径流进入湿地系统 , 降水是NO3- 和 NH4+的重要补充方式 , – 因此湿地系统通过水的流动与其毗邻的陆生或水生生态系统进行 物质交换 。 – 湿地中的氮常由 无机态转变为有机态 , 并被输送到 下游生态系 统 , 具有湿地的流域比没有湿地的流域输送的有机物多得多。 – 淡水沼泽湿地和盐沼湿地中氮等养分输送具有季节性变化 , 在夏 季, 沼泽湿地是养分的汇 , 而在春季则是养分的源, 主要由于植物 凋落后很大一部分养分物质随凋落物和淋滤作用 散失到水体中 , 所以氮等物质在秋季和早春经常发生净输出。
0.氮在湿地中的迁移与转化
• 湿地系统中氮以不同的形式存在 ,
– 主要包括无机形态的硝酸氮(NO3-),亚硝酸氮(NO2- ) , 氨 氮(NH4+ ) , – 以及颗粒氮和溶解态有机氮(腐质酸、棕黄酸和氨基酸 等) , – 其中颗粒氮可能是活的或死亡的有机物质 , 如藻类和植 物等。 – 在沼泽湿地中 , 溶解态的氮是重要的氮循环产物。
• 人工硫源主要来自于化肥的使用和化石燃料的燃烧。
3.硫的迁移转化
• 湿地在厌氧状态下的含硫气体释放量高于好氧状态，一般 H2S的释放仅在厌氧条件,厌氧菌对含硫气体释放贡献较大。 在土壤中的硫化物在微生物的作用下可以相互转化。
• 微生物氧化硫化物的过程通常是一种好氧过程， 在厌氧 条件下利用硝酸盐作为电子受体氧化硫的细菌很少。 • 异养硫氧化细菌可以将有机物质作为碳源以及能量来源， 也可以将硫化合物作为能量来源。
1.氮的输入
• 2.植物累积和枯落物分解
– 植物积累是一种生物过程，生物过程是生态过程的基础 , 自然生 态系统的生产力受氮限制 , 因此 , 湿地植物对氮的代谢累积作用具 有重要意义。 – 湿地系统中,植物吸收的是无机氮 , – 湿地植物残体也影响湿地氮的化学转化过程 ,影响植株对氮的吸 收 , 分解产物明显影响底泥表层和水体中有机氮含量。 – 植物枯落物分解是指通过淋溶、微生物降解以及破碎化作用三个 过程将植物残体中的有机物分解为简单有机物或无机物 , – 分解包括碳、氮、磷等营养元素和其它微量元素的释放 。 湿地植 被枯落物的分解受到土壤理化性质 、 温度 、 水位 、 干湿交替 、 植物种类 、 微生物种类和数量的影响 。
2.硫的来源
• 自然硫源主要包括生物源，火山和海浪。海浪带来的硫酸 盐量则不定，但这部分硫有90%直接返回到海洋。
• 海岸湿地是硫释放的主要来源之一，H2S是湿地生态循环 中硫的主要释放物,DMS则是从湿地植物中释放的。 • 但是海岸湿地面积只占全球陆地的0.3%,它们对于全球硫 循环的释放的贡献较小。