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随着我国工业和农业快速发展,大量含氮的工业废水和农业污水排放到水环境中,使得河流、湖泊等氮营养物质积累,造成水体富营养化,破坏了水生态系统结构和功能。微生物脱氮是解决水体氮污染的重要途径之一,而铁氨氧化(Feammox)作为新型的微生物脱氮过程,目前研究较少。因此,对河岸带铁氨氧化脱氮过程的探究具有重要意义。本论文针对日益严重的水环境氮污染问题,以太湖贡湖湾亲水河河岸带的铁氨氧化为研究对象,通过野外采样实验,探究了河岸带裸地的不同土壤层和有无植被覆盖土壤的变化规律;通过室内培养实验,分析了铁氨氧化脱氮机制。运用同位素示踪技术,并使用膜接口质谱仪(Membrance Inlet Mass Spectrometer,MIMS)测定了河岸带铁氨氧化速率;采用高通量测序技术,分析了铁氨氧化相关微生物的丰度以及群落组成;构建NH4+和Fe(Ⅲ)的培养体系,探究了氮和铁的转化机制。主要结论如下:(1)通过添加标记的15NH4+,使用膜接口质谱仪测定N2的产生速率,检测到河岸带不同深度层和有无植被土壤均有30N2的产生,表明河岸带存在铁氨氧化过程。本研究中,不同土壤层的铁氨氧化速率介于0.25~0.29mgkg-1d-1,其中5~10cm 土壤层的铁氨氧化速率显著地高于其它层(P<0.05);在有无植被覆盖的土壤样品,有植被的样品铁氨氧化速率在0.32~0.37 mg kg-1d-1之间,显著地高于无植被的样品铁氨氧化速率(0.20mgkg-1d-1,P<0.05),表明植被的生长能促进铁氨氧化。(2)在不同土壤层实验中,15NH4+处理组的三价铁还原速率(0.22~0.26gkg-1d-1)显著地高于对照组(0.20~0.23gkg-1d-1,P<0.05),并且三价铁还原速率与30N2(r = 0.864,P<0.01)的产生速率有显著地正相关;在有无植被实验中,15NH4+处理组的三价铁还原速率(0.21~0.28gkg-1d-1)显著地高于对照组(0.17~0.21g kg-1d-1,P<0.05),并且三价铁还原速率与30N2(r=0.789,P<0.01)的产生速率有显著地正相关。表明NH4+能促进三价铁的还原,并且三价铁的还原与铁氨氧化显著相关。(3)河岸带中存在铁还原菌的主要门为变形菌门(Proteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria),主要属为厌氧粘细菌属(Anaeromyxobacter)和地杆菌属(Geobacter)。在不同土壤层实验中,5~10 cm 土壤层的铁还原菌丰度显著高于其它土壤层(P<0.05);在有无植被覆盖的实验中,有植被土壤的铁还原菌的丰度显著高于无植被铁还原菌的丰度(P<0.05)。(4)土壤的物理化学特征结果表明,富含三价铁的土壤,铁还原菌丰度较高,同时铁氨氧化速率也较高。在不同土壤层实验中,Feammox速率与Fe(Ⅲ)含量(r = 0.862,P<0.05)显著相关;在有无植被实验中,Feammox速率与Fe(Ⅲ)含量(r = 0.740,P<0.05)显著相关。研究结果还表明,在不同土壤层实验中,Feammox速率与TOC(总有机碳)含量(r = 0.637,P<0.05)显著相关;在有无植被实验中,Feammox速率与TOC含量(r= 0.849,P<0.05)显著相关。表明丰富的Fe(Ⅲ)或TOC(总有机碳)有利于铁氨氧化过程。(5)在室内构建了 NH4+和Fe(Ⅲ)的培养体系,经过90天连续培养,在出水检测出NO2-、NO3-和Fe(Ⅱ)。在厌氧环境中,培养体系只有三价铁可以作为氧化剂,NH4+可以作为还原剂,故培养体系中NO2-、NO3-的产生来自氨的氧化,Fe(Ⅱ)的产生来自三价铁的还原,也即证明体系中发生了铁氨氧化。(6)经过连续培养,在运行稳定期间,有0.355 mmol L-1的NH4+和2.117 mmol L-1的Fe(Ⅲ)参与了反应,测得的N03-和NO2-的产生量分别为0.195 mmol L-1和0.009 mmol L-1。从氮转化角度分析,根据理论反应方程式,通过NO3-和NO2-的产生量,计算得到的NH4+消耗量为0.204 mmol L-1小于实际NH4+的消耗量,这表明参与了铁氨氧化直接产生N2的过程。另一方面,从铁转化角度分析,根据理论反应方程式,通过NO3-和NO2-的产生量,计算得到需要消耗Fe(Ⅲ)的量为1.614 mmol L-1,比实际测得的值小,这也表明部分Fe(Ⅲ)参与铁氨氧化直接产生N2的过程。