| 题名 | 干湿交替影响丘陵区农田排水沟渠沉积物反硝化脱氮效率的机理 |
| 作者 | 邵志江 |
| 答辩日期 | 2020 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 汪涛 |
| 关键词 | 干湿交替 农田排水沟渠 沉积物 反硝化速率 反硝化功能基因 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 其他题名 | The effect of Alternate of Wetting and Drying on Denitrification in Farmland Drainage Ditch Sediments in Hilly Areas |
| 学位专业 | 土壤学 |
| 英文摘要 | 随着经济发展与人口增长，人类活动新增“活性”氮的量已导致全球氮循环严重失衡，并引发了水体富营养化、温室气体增排等一系列环境问题。农田排水沟渠作为农业灌溉与排水的重要通道，由于其具有有利于氮素削减的生物地球化学环境，被很多研究者认为是重要的“氮”汇场所。反硝化脱氮作用是沟渠沉积物去除氮素的主要途径之一，影响反硝化的因素众多，其中干湿交替是影响沉积物反硝化作用的重要因子之一。目前，国内外关于反硝化作用的研究很多，但主要集中于江河湖泊和平原区沟渠，山丘区沟渠地形起伏引起的干湿交替现象尚未有相关研究报道，尤其是对其机理认识不足。本文利用野外原位观测和室内模拟实验，研究干湿交替对农田排水沟渠沉积物反硝化脱氮的影响，试图查明干湿交替过程沉积物反硝化速率的变化特征，探讨干湿交替过程反硝化脱氮作用的影响机理，为提高山丘区沟渠中活性氮的去除效率，减少长江上游地表水中活性氮输入提供一定的科学依据。论文主要结论如下：（1）干湿交替显著影响沟渠沉积物理化性质。氧化还原电位（Eh）表现为干湿交替区（333.7mV）＞间歇滞水区（268.1mV）＞长期淹水区（169.1mV）。表层和次表层的NH4+-N、DOC和有机碳含量差异显著，不同分区表层的NO3--N含量差异显著，不同分区次表层的TN差异显著（P＜0.05）。干湿交替能显著降低沉积物中NH4+-N和DOC含量，而沉积物中NO3--N含量则表现出先增加后减少趋势。（2）干湿交替能显著影响沟渠沉积物反硝化速率。农田排水沟渠中，干湿交替区沉积物反硝化速率：表层为94.55 μg·m-2·h-1、次表层为66.17 μg·m-2·h-1；间歇滞水区沉积物反硝化速率：表层为287.9 μg·m-2·h-1、次表层为191.41 μg·m-2·h-1；长期淹水区沉积物反硝化速率：表层为225.27 μg·m-2·h-1、次表层为125.6 μg·m-2·h-1；空间上总体表现为：间歇滞水区＞长期淹水区＞干湿交替区；干湿交替的强度也能显著影响沉积物反硝化速率，不同干湿交替强度处理反硝化速率均值表现为中强度（266.42 μg·m-2·h-1）＞高强度（199.1 μg·m-2·h-1）＞低强度（152.93 μg·m-2·h-1）＞长期淹水（9.57 μg·m-2·h-1）。另外，研究发现农田排水沟渠中表层沉积物反硝化速率占整体反硝化速率的62.8%。为提高沟渠干湿交替区沉积物反硝化脱氮效率，因此，建议农田排水沟渠干湿交替区管理方式可采用中强度处理。（3）农田排水沟渠沉积物反硝化功能基因在空间上表现为：nirS基因在干湿交替区和间歇滞水区是显著高于长期淹水区（P＜0.05），nosZ基因在间歇滞水区是显著高于长期淹水区（P＜0.05）。不同分区沉积物反硝化功能基因拷贝数在时间上表现为：干湿交替区不同反硝化功能基因均表现出增加趋势，其中nirK和nosZ显著性增加（P＜0.05）；间歇滞水区和长期淹水区反硝化功能基因虽表现减少趋势，但无显著差异（P＞0.05）。干湿交替强度改变了沉积物反硝化功能基因拷贝数变化，干湿交替处理较对照组相比，增加了反硝化功能基因的拷贝数。多重比较分析表明，narG基因在实验前后差异显著的处理为高强度和中强度，nirK基因在实验前后差异显著的处理为低强度和中强度。（4） Pearson相关分析表明，沟渠沉积物反硝化速率与含水率、NO3--N和DOC呈正相关关系（P＜0.05）；沟渠沉积物反硝化速率与水体TN、TDN、NO3--N、DOC呈显著正相关，与DO呈负相关，与NH4+-N不相关；沟渠沉积物反硝化速率与反硝化功能基因nirK呈显著的正相关关系。结构方程模型结果表明，沉积物中nirK基因和水体中NO3--N是影响农田排水沟渠沉积物反硝化速率的主导因子。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 108 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/54995]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 邵志江. 干湿交替影响丘陵区农田排水沟渠沉积物反硝化脱氮效率的机理[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
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