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湖滨带是介于陆地与水生生态系统之间过渡地带,通过反硝化作用去除湖滨带潜水中硝酸盐。本论文研究了乌梁素海湖滨带土壤反硝化潜势动力学特征,分析了反硝化潜势速率与其影响因素的相关性。构建湖滨带土壤剖面反硝化速率概念模型,并系统的研究了湖滨带潜水与湖水在湖岸上的补排特征。构建湖滨带潜水中硝酸盐通过反硝化削减概念模型,并初步应用于乌梁素海湖滨带。
乌梁素海湖滨带上不同盐生植物群落土壤的Na+、Cl-和SO42-为该地区典型离子,从湖边向外围含盐量、SAR和ESP逐渐减小,在湖泊周围形成了自然的盐分梯度带。土壤类型为盐化潮土,可溶性盐主要以氯化物和硫酸盐为主。
利用傅里叶红外、紫外可见和荧光光谱,研究土壤的水溶性有机物和富里酸组分与分子特征。土壤腐殖质成分主要是为小分子量、芳构化程度和缩合度低的富里酸为主,而大分子量的胡敏酸相对较少。富里酸中主要官能团有苯酚与醇、脂肪族、芳香碳、羧基和羰基碳等。根据富里酸的光谱特征,计算了土壤有机物的腐殖化指数(HIX),四种不同盐生植物群落土壤有机物的平均腐殖化水平由高到低为苦豆子群落(CSA)、盐爪爪群落(CKF)、碱蓬群落(CSG)和盐角草群落(CSE)。HIX与ESP呈现较强的线性相关,表明HIX不仅能替代ESP的测量,而且能表征土壤盐碱化进程。
应用固体表面荧光技术研究了盐碱土有机物组成与分子特征,提出一个HIXSSF,与传统腐殖化指数存在显著的线性相关,验证了该指数的正确性。在CSE和CSG各土层中,具有分子量小、结构简单及芳构化低的有机物组分随土层深度变化不大;在CKF和CSA各土层中,这种简单有机物组分随土层深度的增大而减少。HIXSSF与ESP之间存在较好的线性正相关,表明HIXSSF不仅能评价土壤有机物的腐殖化水平,而且能表征土壤盐碱化进程。
采用乙炔抑制法研究土壤反硝化潜势动力学特征,CKF土壤反硝化潜势到达峰值的时间最短,其次是CSA、CSG和CSE。在每个土壤剖面上,20-60cm土壤反硝化潜势最早出现峰值,而60-80cm的用时最长。反硝化速率与其影响因素的相关性分析表明,TOC、NO3-N、TN、HIX、芳香碳提高反硝化速率,而含盐量、SAR、ESP、木质素、羧基与羰基碳降低反硝化速率。反硝化速率与其影响因素的多元回归方程为:PDR3=254-0.992×E2/E3+0.116×NO3+4.535×I4460/I380+2.191×e-0.030×ESP表明土壤有机物中的木质素降低反硝化速率,NO3-能提高反硝化速率,反硝化速率随着土壤有机物腐殖化水平提高而增大,而随土壤ESP的增大而呈指数减小。
利用水槽试验和数学模拟的方法验证了湖滨带潜水与湖水补排时,地下水渗流速度在不同岸坡倾角下在潜水和湖水界面上的分布规律。基于MODFLOW和湖滨带土壤剖面反硝化速率概念模型,构建了湖滨带潜水中硝酸盐通过反硝化削减概念模型。计算乌粱素海汛期时的湖滨带潜水中硝酸盐通过反硝化作用的削减量,夏汛时硝态氮的削减量为7.45t,秋汛时的削减量为4.94t。