大型浅水湖泊水土界面反硝化作用及其环境效应的氮氧同位素示踪

反硝化作用是湖泊氮生物地球化学循环中的重要环节，尤其对富营养化湖泊氮负荷降低具有重要意义。本项目拟选择太湖梅梁湾，在结合野外分析与室内模拟的基础上，开展大型浅水湖泊反硝化作用的同位素示踪研究。首先，通过湖泊现代过程研究获取太湖梅梁湾各季节环境参数，以及沉积物上覆水和间隙水的硝酸盐氮、氧同位素分析，确立水土界面同位素富集系数的时空分布特征。然后，通过室内不同环境条件的模拟研究，分析反硝化速率、同位素富集系数与环境因子的关系，建立水土界面反硝化速率与同位素富集系数的函数关系。最后，综合野外和模拟实验结果，分析太湖梅梁湾水土界面反硝化速率及时空分布特征，揭示湖泊反硝化作用的关键控制因素，探讨大型浅水湖泊水土界面反硝化作用的成因及其环境效应。

针对湖泊沉积物间隙水的微含氮量特征，建立了基于化学转化法同步测定硝态氮的氮、氧同位素分析方法。在改进的预处理装置中通过两步化学转化将硝酸盐还原为氧化亚氮气体，直接进入质谱仪完成氮、氧同位素测试。样品预处理时间缩短至25分钟，所需含氮总量仅1微克。对太湖梅梁湾地区反硝化速率及孔隙水中硝酸盐的氮、氧同位素时空分布规律分析发现，梅梁湾内春季反硝化速率最高，秋季最低。夏季温度较高条件下，反硝化速率不高的原因在于上覆水体中硝酸盐被生物吸收，不能给底层反硝化作用提供补充所致。空间上，北部和西部河口区域明显高于湾心地区。间隙水中，从下至上硝酸盐氮、氧同位素呈现同步升高的趋势，且δ18O-NO3-/δ15N-NO3-的变化范围为0.46~0.59，指示了水土界面存在明显的反硝化作用。