长江口沉积物中硝态氮的削减机制及其归宿研究

由于河口及其近岸带硝态氮的过量富集，硝态氮在该环境中的自然削减（去除）过程及其归宿研究备受关注，是当前的热点科学问题。但是在这一复杂环境系统内，有关硝态氮的转化机制和归宿至今尚未被清楚地认识和了解。鉴于此，本项目选取长江口作为典型研究区，采用稳定同位素示踪与分子生物学相结合的研究技术和手段，研究河口沉积物中硝态氮的削减通量及其时空变化特征，剖析不同沉积环境中硝态氮的削减途径，揭示控制硝态氮削减途径和速率的关键性因素及其作用机理，并初步构建河口沉积物中硝态氮的归宿模型，以模拟预测在营养盐外源输入和环境因子变化情境下河口环境系统内硝态氮的可能削减通量及其归宿。通过本项目的开展，不仅可深化对河口氮循环过程和作用机制的理论认识，而且还可为长江口和我国其他河口的环境管理、湿地保护和硝态氮污染控制提供重要的科学依据。

氮是影响水体富营养化发生的关键生源要素之一，研究已发现其负荷量与河口有害藻类赤潮爆发、低氧-缺氧现象的发生、生态系统群落结构的变化（退化）有密切的相关关系。由于受流域人为活动影响（如化石燃料燃烧和农业化肥的大量施用），河口环境中氮素的人为输入已经远远超过了它的天然输入。据估算，目前全球每年大约有25Tg的溶解态无机氮被输入到河口环境系统中。这些高负荷氮绝大部分是以硝态氮的形式，通过河流、大气沉降、沿岸排污或地下水排放等途径，最终汇入到了河口及其近岸地带。因此，研究和认识硝态氮在河口环境中的转化过程、机制及其归宿，具有极其重要的科学和现实意义，这也是当今多学科共同关注的热点科学问题之一。为此，本项目选取了长江口作为典型研究区，构建并优化了适合河口复杂环境条件下的稳定同位素示踪和分子生物学研究技术和手段，在此基础上研究了河口近岸环境系统中沉积物对硝态氮的削减通量及其时空变化特征，剖析了淡水、以及咸水等不同环境条件下硝态氮的削减途径及其差异，揭示了河口环境因子（盐度、温度、溶解氧）、营养盐含量水平、沉积物特性（粒径、有机质、Fe、Mn、硫化物含量）和微生物（数量和种群组成）等对硝态氮削减途径的影响及其作用机理，并初步构建了河口沉积物中硝态氮归宿的收支平衡模型，相关研究成果已在《Journal of Geophysical Research》、《Applied and Envrionmental Microbiology》、《Appled Microbiology and Biotechnology》、《Continental Shelf Research》、《Applied Geochemistry》、《Chemosphere》、《中国环境科学》、以及《环境科学》等国内外重要学术期刊上发表。本项目研究进一步深化了对河口氮循环过程和作用机制的理论认识，而且可为长江口和我国其他河口的环境管理、湿地保护和硝态氮污染控制提供重要的科学依据。此外，在项目的资助下，还培养硕士研究生5名和博士研究生2名。