杭州西湖底泥反硝化作用初探

第36卷第3期2015年5月水生态学杂志JournalofHydroecologyVol．36，No．3May2015DOI:10．15928/j．1674－3075．2015．03．003收稿日期:2015－02－13基金项目:国家“十二·五”水专项(2012ZX07101007-005);国家自然科学基金(31123001;51208498;51308530)。作者简介:张丹，1989年生，女，硕士研究生，主要从事环境微生物方面的研究。E-mail:zd641030965@yeah．net通信作者:周巧红。E-mail:qhzhou@ihb．ac．cn杭州西湖底泥反硝化作用初探张丹1，2，王川1，2，王艳云1，2，周巧红1，吴振斌1(1．中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室，武汉430072;2．中国科学院研究生院，北京100049)摘要:反硝化作用作为水体彻底去除硝态氮的主要途径之一，主要发生在沉积物中。为了调查杭州西湖高硝态氮水体中底泥反硝化作用及其影响因子，2013年12月(冬季)和2014年6月(夏季)在西湖5个子湖区和3个湖湾的13个点位(X1～X13)进行样品采集，以底泥中硝酸盐还原酶活性和反硝化强度代表反硝化作用。结果表明，西湖水体冬夏两季TN浓度分别为1．568～2．613mg/L和1．117～2．848mg/L，硝态氮在TN中占比平均值分别为76%和72%。冬夏两季的底泥反硝化强度分别为0．132～1．350mg/g和0．643～1．286mg/g，硝酸盐还原酶活性分别为0．015～5．092μg/g和0．665～19．123μg/g;其中，硝酸盐还原酶活性冬季与夏季差异极显著(P＜0．01)，而冬季和夏季的反硝化强度没有显著性差异(P＞0．05)。夏季底泥反硝化强度与水温和泥温极显著正相关(P＜0．01)，与水体氨氮呈显著负相关(P＜0．05)，底泥硝酸盐还原酶活性与底泥总有机碳(TOC)呈显著正相关(P＜0．05)。冬季底泥反硝化强度与硝酸盐还原酶活性呈极显著正相关(P＜0．01)，与表层水体溶解氧(DO)呈显著正相关(P＜0．05)。在沉水植物盖度对反硝化作用影响的调查中发现，一定盖度的沉水植物可以促进反硝化作用，但过多的沉水植物也会抑制反硝化作用。关键词:杭州西湖;底泥;反硝化强度;硝酸盐还原酶活性中图分类号:X820．6文献标志码:A文章编号:1674－3075(2015)03－0018－07杭州西湖作为著名的风景区，也是一个典型的城市浅水湖泊，其富营养化问题由来已久。多年来，西湖经过引水工程(1986年)、底泥疏浚工程(1999－2003年)、综合保护和引水改建工程(2003年)等一系列治理措施，水质已有较大改善，但仍存在环境污染问题。《2010年中国环境状况公报》发布的淡水环境状况表明杭州西湖为轻度富营养状态，水质为劣Ⅴ类，主要污染指标为总氮，其主要是以硝态氮形式存在(孔令为等，2014)。水体中硝态氮的去除主要是同化作用和反硝化作用，而反硝化过程是一种将硝态氮转化为氮气的永久性去除氮途径(Seitzingeretal，2006);因此反硝化作用对于水体中硝态氮的去除具有重要意义。反硝化作用在不同环境对氮的去除贡献率不同，研究表明在一些水体中可高达63%(Berelsonetal，1998;Lietal，2009)。反硝化作用的测定有多种方法，如乙炔抑制法、同位素方法等。Goering＆Dug-dale(1996)首先用同位素15N方法测定了沉积物中的反硝化速率;Srensen(1978)将乙炔抑制法应用于海洋底泥反硝化作用的研究。近年来的研究表明，硝酸盐的减少量比乙炔抑制的产物N2O更能代表反硝化率(Yuetal，2008)。由于硝酸盐还原酶活性和反硝化强度分别是测量硝态氮和总氮的减少量，反硝化作用强弱影响湖泊中氮素的去除效果，而湖泊中的水体和底泥理化指标又影响着反硝化作用的发生，水体和底泥理化指标的调查有利于研究湖泊中的反硝化过程。因此本试验采用测量底泥中硝酸盐还原酶活性(Abdelmagid＆Tabatabai，1987)和反硝化强度(Yuetal，2008)代表反硝化率。湖泊中的反硝化作用主要发生于底泥中，且反硝化作用受O2、有机碳、温度和pH等环境因子的影响(Knowles，1982)，因此对西湖底泥反硝化作用与周围环境因子相关性的研究可以了解该区域反硝化作用的影响因素;此外，沉水植物的存在与否可改变周围环境的理化条件，也会间接影响着反硝化作用。探究沉水植物的恢复对底泥反硝化作用的影响，有助于了解在生态修复过程中的氮去除过程。本文针对杭州西湖高硝态氮特征，对湖区底泥反硝化强度和硝酸盐还原酶活性及其影响因子进行调查，旨在为西湖高硝态氮水体治理方案提供基础数据。1