《子牙河潛流交換脫氮的生物化學機制》是依託北京師範大學，由裴元生擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：子牙河潛流交換脫氮的生物化學機制
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：裴元生
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以海河流域子牙河潛流帶為研究對象，針對子牙河氮營養鹽超標的突出問題，重點研究潛流帶水分與氮素的縱向和橫向潛流交換過程。擬採用原位紅外光譜和質譜技術、同位素示蹤技術、分子生物學方法、共聚焦雷射掃描方法，對不同季節潛流交換的時空尺度進行定量表征，分析氮形態分布特徵與化學反應梯度的關係，辨識潛流帶生物膜結構與脫氮菌群特徵及演替。將潛流交換中氮的遷移通量、化學轉化和生物降解相結合，研究潛流交換過程中水文水動力、化學反應梯度與生物膜結構的關聯關係，揭示水文水動力控制氮生物地球化學反應的時空效應與耦合機制，探究脫氮菌群多樣性、豐度和活性變化對潛流交換脫氮過程的影響，辨識硝化反硝化與厭氧氨氧化作用的貢獻。揭示潛流交換中氮遷移轉化的規律，確定潛流交換脫氮的生物化學機制，提出潛流交換作用下河流脫氮技術方法與調控策略，為河流氮源污染控制提供理論指導與技術支撐，從內涵和方法上豐富河流潛流交換脫氮理論。
結題摘要
本項目以海河流域子牙河潛流帶為研究對象，考察了潛流帶氮素及其它水質指標時空變化特徵，分析了潛流帶沿程不同深度沉積物氮素分布特徵與氮功能菌群群落結構，明確了影響潛流帶氮功能菌群分布的環境因子。在此基礎上，將水文水動力、化學反應和生物降解過程相結合，研究了厭氧氨氧化菌活性與脫氮貢獻，結合微環境、碳源氮素分布以及氨氧化菌群活性、豐度及多樣性特徵，建立了三者的關係，揭示了潛流帶氨氧化菌群脫氮的主要因素，以此闡釋了潛流交換脫氮的生物化學耦合機制。主要研究結果如下： (1)通過現場調查，發現子牙河處於較為嚴重的富營養化水平，屬V類或劣V類地表水。氮素在不同季節呈現出“倒U型”；水體總氮以無機氮（氨氮）為主，有機氮主要以顆粒態存在。 (2)滏陽河衡水段不同位點潛流帶剖面（0-70 cm）均有氨氧化古菌(AOA)、氨氧化細菌(AOB)和亞硝化細菌(NOB)分布。AOA、AOB和NOB多樣性分別為0.95-2.21、0.65-0.99、0.44-0.75；豐度分別為6.08×105-9.39×107、4.01×104-2.97×107、 1.14×106-1.31×109 copies g-1 DW；序列分別屬於Thaumarchaeota門、Nitrospira和Nitrosomnoas種屬、Nitrospira種屬。 (3)利用15N穩定同位素示蹤測試與氮轉化的室內模擬實驗，得出AOB活性為1.8 nmol-N g-1 h-1。FISH分析結果顯示AOB主要以分散形式存在，占總菌約1%。 (4)滏陽河衡水段潛流帶氨氧化勢（PAO）、亞硝酸氧化勢（PNO）分別為63.52-857.20、374.66-1668.91ng NO2--N g DW h-1。PAO與AOB豐度呈顯著正相關，與AOA豐度無顯著相關性。PNO與NOB豐度呈顯著正相關。PAO和PNO存在時空差異性，均沿潛流帶剖面（0-70 cm）呈緩慢下降的空間變化趨勢。 (5)AOA多樣性受NH4+-N、TOC和溶解氧（DO）影響，AOB多樣性受NH4+-N、TP和DO影響，NOB多樣性受氮素、TP和DO影響。AOA豐度受NH4+-N和TOC濃度影響，AOB和NOB豐度受氮素、TOC、TP和DO影響。PAO受NH4+-N、TOC、TP和DO濃度影響，PNO受亞硝氮（NO2--N）、TOC、TP和DO影響。
