氮素的生物地球化学循环 ppt课件

关于逛荡河氮的生物地球化学 循环
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一、逛荡河
• 莱山区有条逛荡河，发源于凤凰山脚下。 它东流经过午台、宋家庄、于家滩等村， 北折入黄海。约摸算来，有二十里左右。 这是条季节性河流，汛期和枯水期流量相 差较大，导致河床松垮逛荡，故名“逛荡 河”。
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• 由于近些年的治理工作，逛荡河整体污染 不严重，流域面积小，流程长度短，有的 河段水草分布少，有的河段水草分布较多。 根据逛荡河的自然状况况，我们可以通过 恰当的模拟和实测, 并根据河流水体中水污 染物的质量平衡原理,可以定量分析水污染 物的环境生物地球化学过程行为。
一份立即测量或立即固定,另一份进行模拟。
模拟时室温与河流水温相同,
并缓慢振荡,
使 8
• 不考虑水草的氮素的数据处理
• 氮素的环境生物-地球化学过程为,沉积物的 氨氮释放、 沉积物总氮(氨氮和有机氮)释放、 沉积物- 水界面对氨氮和有机氮的吸附解吸、 沉积物- 水界面的氨化-硝化-反硝化、 悬浮 物中有机氮和氨氮的沉降再悬浮、 水体中
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三、湖泊氮素的生物地球化学循 环
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• 湖泊水体中氮素来源较多，可概括为点源、 面源和内源，已有较多文献进行了相关报 道
• 湖泊生态系统中氮素的输出方式有三 种．首先，藻类、高等水生植物、底栖动 物等将氮素转化为自身生物量，经人工捞 取或收获后离开湖泊生态系统．其次，氮 素以气体(如N20、N2等)形式退出湖泊系 统．再次，氮素通过沉积作用进入沉积物 并固定下来．
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• 湖泊氮素的生物地球化学循环中微生物参 与的重要过程
• 在氮素的生物地球化学循环过程中，生物 转化比非生物转化更重要．微生物是氮循 环的驱动泵，一方面使氮循环不被中断， 另一方面维持生态系统的氮素平衡．在没 有人为活动干扰的湖泊中，微生物在氮素 的输入和向大气释放过程中起着非常重要 的作用。例如硝化反硝化，固氮作用，氨 化作用。
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• 水样的环境生物- 地球化学过程模拟。模拟 的意义是可以计算反硝化的量。
• 逛荡河水生植物较少的河段可以不用考虑
植物对氨氮的吸收。在此河段取两个断面A
和B，分别测量水样的 NO2- --N、 NO3 --N 及 NH3 -N 浓度值。在AB 河段之间,取若干个柱 状沉积物样品,测量 T N、 NH3 -N、 释放通 量, 取平均值。将上游A 断面水样一分为二,
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主要研究方法
• 同位素标记15N示踪技术。15N标记的化合物 可计算氮素在食物网中进行的迁移和转化 速率、测定硝化速率等。
• 分子生物学技术。随着现代分子生物学的 发展，各种分子生物学工具越来越广泛地 应用于微生物群落结构和功能的研究，使 得人们能够突破这些限制，在基因水平研 究微生物的群落结构以及环境变化所带来 的影响．
• 在工作初期可以通过当地水利局了解逛荡 河的各种水温参数，比如宽度，流域状况 等。
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二、逛荡河氮元素生物地球化学 循环
• 不考虑大气中氮素的干沉降,并且河流水体 无显著的气态有机氮和氨氮的挥发, 在这种 情况下, 河流水体中的氮素从上游流至下游 的过程中, 主要的环境生物- 地球化学过程 行为有沉积物中水溶性有机氮和氨氮的释 放、 水体悬浮物中有机氮和氨氮的沉降再 悬浮、 水生植物对氮素的吸收吸附、 有机 氮的氨化、 氨氮的硝化、 硝氮的反硝化。
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• 氮素在沉积物一水界面的交换 • 氮素在沉积物一水界面的交换是水体中氮
素迁移转化的主要过程之一，对湖泊的营 养状态和水质都有要影响。进人沉积物的 氮素主要是有机氮,它在沉积物中的浓度主 要依赖于初级生产力,并和有机碳强烈相关
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• 氮素在湖泊生态系统食物链中的迁移转化。 湖泊中的动物、植物、微生物等构成湖泊 生态系统的食物链，各种生物通过同化吸 收或选择性捕食，使得氮素在营养级中自 下而上进行传递。选择东太湖和梅梁湾的 底泥和水体构建微宇宙进行硝化一反硝化 作用研究。本实验中发现，在太湖藻型湖 区和草型湖区的沉积物和水体中都进行了 剧烈的硝化作用，且藻型湖区的硝化作用 进行程度强于草型湖区．湖泊的营养状态
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• 在不考虑沉积物的释放和悬浮物的沉降再 悬浮,总氮减少唯一途径是反硝化,因此,可以 通过恰当模拟确定氮素的反硝化量。由于 氮素的反硝化唯一前提物是硝氮, 因此可以 根据反硝化量来确定反硝化消耗掉的硝氮 量。在确定氮素的反硝化量和反硝化消耗 掉的硝氮量后,可以根据有机氮和无机氮质 量平衡方程, 确定氮素在环境生物- 地球化 学过程各种行为的定量关系。
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• 任何进入河流水环境的物质都有一个源- 流汇过程, 环境物质的环境生物- 地球化学过
程涵盖了源的部分内容及流和汇的全部内 容。因此, 对水污染的环境生物- 地球化学
过程展开定量分析至为重要。因此只有定 量地分析了各类水污染物环境生物- 地球化
学过程各部分物质变化的绝对量和平均速 率,才能了解环境物质的部分来源, 物理生化 过程和最终归宿, 才能为环境保护工作提供 一个科学基础。
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长江流域氮的生物地球化学循环
及其对输送无机氮的影响
• 研究地点与方法
• 选择长江大通站为控制站点进行定量计算 和研究。大通站(东经117。37’，北纬30。 46’)。位于安徽省贵池市梅龙镇，是长江潮 汐的影响上界，不受潮汐影响。该站点是 中国水文监测网的重要站点之一，其流域 集水面积1．71×106km2，约占整个长江流 域面积的95％，径流量约占整个长江径流 量的90%，基本代表长江的输送情况。长江 流域氮的生物地球化学循环的计算基于长
• 建立人工生态系统。为了便于控制实验条 17
• 在对湖泊中氮素循环的研究中确定其中氮 素的输出与输入，及不同因素的影响，从 而确定氮素在循环中的数量关系，确定实 际测量中所采取的取样时间，测量方法。 在实际操作中，要考虑生物对氮素生物地 球化学循环的影响。取样点具有代表性， 采用模拟的方法确定氮素的输出量。
氮素的氨化-硝化-反硝化等过程。首先, 我 们确定水流从 A - B, 水体反硝化值，N反硝化。 模拟水样中, 氮素唯一去除途径是反硝化, 因 此根据模拟水样中总氮平衡原理, 我们有, N 9
• 考虑水草的 氮素的数据处理 • 水生植物对氮素的作用为,对氨氮硝氮的吸
收、对氨氮有机氮的吸附、 水生植物的反 硝化、 水生植物的氨化和硝化等过程。本 文中,假设水生植物氨化硝化产生的氨氮硝 氮被植物本身全部吸收或吸附,没有进入水 体。