【摘 要】
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本论文针对太湖流域南苕溪上游农业区河流水体较为严重的氮(N)污染问题,结合区域内竹林河岸带已基本取代木本河岸带的环境背景,以太湖流域上游农业区竹林河岸带为研究对象,研究了夏、秋(因新冠疫情冬季无法采样)和春季河岸带土壤反硝化特征(反硝化功能基因丰度;反硝化酶活性:Denitrifying enzyme activity,DEA;反硝化速率:Denitrifying rate,DR)及其影响因素,同
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(41907268):《太湖流域上游河岸带不同植被类型区土壤反硝化机制研究》; 长江水利委员会长江科学院开放研究基金项目(CKWV2019760/KY):长江流域下游农业源溪流河岸带土壤反硝化特征与机理研究; 浙江农林大学科研发展基金项目(人才启动项目)(2018FR005,2018FR006,2018
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本论文针对太湖流域南苕溪上游农业区河流水体较为严重的氮(N)污染问题,结合区域内竹林河岸带已基本取代木本河岸带的环境背景,以太湖流域上游农业区竹林河岸带为研究对象,研究了夏、秋(因新冠疫情冬季无法采样)和春季河岸带土壤反硝化特征(反硝化功能基因丰度;反硝化酶活性:Denitrifying enzyme activity,DEA;反硝化速率:Denitrifying rate,DR)及其影响因素,同时通过室内模拟实验,探究在不同外源氮和碳氮比添加下土壤反硝化的动态变化,以期为竹林河岸带在净化水质和减少河流N污染方面的生态功能评估提供数据支持。结果表明:(1)河岸带夏季土壤反硝化功能基因丰度显著高于春季的(nosZⅡ基因除外)。各季节中nirS、nirK、nosZⅠ和nosZⅡ基因丰度整体上随土壤深度的增加逐渐降低,而在水平尺度上的变化趋势均不相同,土壤反硝化功能基因丰度的时空变化受另外3种功能基因共同作用及土壤NH4+-N含量的影响,其时空差异较大。(2)春季土壤DEA均值显著高于夏季和秋季的,而夏季和秋季土壤DEA均值间无显著差异。各季节河岸带土壤DEA在总体上随土壤深度的增加逐渐降低,随离水距离的增加逐渐降低。河岸带土壤硝态氮(NO3--N)和有机碳(SOC)含量共同影响土壤DEA的时空变化;河岸带土壤可能缺乏相对充足的活性碳(C)源从而对DEA产生一定抑制作用。(3)夏季土壤DR均值显著低于秋季和春季的,而秋季与春季的土壤DR均值间无显著差异。土壤DR在垂直和水平方向的变化与DEA相同,其最大值均出现在0~10 cm深的土壤中。河岸带土壤铵态氮(NH4+-N)含量、nosZⅡ基因丰度以及SOC含量共同影响土壤DR的时空变化,土壤中活性碳含量也是DR的限制性因素。(4)在模拟不同外源氮添加和相同外源氮添加不同碳氮比添加的情况下,各处理72 h内的夏季土壤反硝化速率(DR*)均先升高后降低、最大值均出现在外源氮添加后的46~48 h,各处理下土壤DR*和对外源NO3--N的脱氮率最大值均出现在0~10cm深的表层中。土壤DR*和NO3--N的脱氮率随外源NO3--N输入量的增大先升高后降低、随外源碳输入量的增大逐渐升高,表明土壤中活性碳是河岸带土壤反硝化作用的主要限制因素,高浓度NO3--N输入会抑制其夏季土壤的反硝化。(5)河岸带土壤具有较高的反硝化脱N潜力(土壤对5~20 mg·L-1外源NO3--N的脱氮率为9%~70%,对20 mg·L-1高浓度外源NO3--N的脱氮率为9%~31%),在未来区域水体N污染控制时应考虑充分发挥其土壤的反硝化脱N功能。
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