太湖地区典型农田地下水反硝化特征研究

The Taihu Lake region (TLR) is one of the areas with highest nitrogen (N) fertilizer input in China, while groundwater nitrate (NO3--N) concentration is low. The removal of NO3--N by groundwater denitrification is considered to be the possible reason for the low groundwater NO3--N concentration in TLR. However, so far, there is no comprehensive study was conducted on the process of groundwater denitrification in TLR，especially the quantification denitrification rate in-situ，because lack of effective approaches. The current project aims to investigate the groundwater denitrification process and the influence factor below three typical farmland named paddy fields, vegetable fields and vineyards by using push-pull method, membrane inlet mass spectrometry (MIMS) and molecular biology techniques. The aim of this project is to make clear of groundwater denitrification process below farmland and its regulated factor in TLR. Such a project can improve the understanding of the groundwater denitrification progress and its role in mitigation of groundwater NO3--N in TLR. And thus provide scientific knowledge for the N management in this region.

太湖地区是中国化学氮肥用量最高的地区之一，但地下水硝态氮(NO3--N)浓度却显著低于其他高氮投入地区，地下水反硝化作用对NO3--N的去除可能是主要原因，但由于研究方法的限制，迄今为止，尚未见到太湖地区农田地下水反硝化的系统研究，尤其是反硝化速率的原位测定更是缺乏，因而无法证实这一推断。15NO3--N原位注入-回收技术(Push-Pull法)能够原位测定地下水反硝化速率，膜进样质谱仪(MIMS)能够准确、快速测定水样中氮气(N2)浓度，两种方法的结合非常适合地下水反硝化速率的原位测定。本项目拟以Push-Pull法结合MIMS为技术手段，对太湖地区水稻田、蔬菜地、葡萄园地下水反硝化特征及其影响因素进行系统研究，通过原位测定地下水反硝化速率，揭示地下水反硝化的发生规律，阐明影响地下水反硝化的主要因素，研究结果对于区域氮素管理具有重要意义。

太湖地区是中国化学氮肥用量最高的地区之一，但地下水硝态氮(NO3--N)浓度却显著低于其他高氮投入地区，地下水反硝化作用对NO3--N的去除可能是主要原因，但由于研究方法的限制，迄今为止，尚未见到太湖地区农田地下水反硝化的系统研究，尤其是反硝化速率的原位测定更是缺乏，因而无法证实这一推断。15NO3--N原位注入-回收技术(Push-Pull法)能够原位测定地下水反硝化速率，膜进样质谱仪(MIMS)能够准确、快速测定水样中氮气(N2)浓度，两种方法的结合非常适合地下水反硝化速率的原位测定。本项目以Push-Pull法结合MIMS为技术手段，对太湖地区水稻田、蔬菜地、葡萄园地下水反硝化特征及其影响因素进行系统研究。首先利用15N标记法对地下水反硝化和厌氧氨氧化过程对N2产生量的贡献，发现0～4m土壤，葡萄园、蔬菜地和水稻田氧氨氧化对除氮贡献率平均值分别为18.5、12.9和10.2 %。可见，在本研究区域反硝化过程是地下水自然去取活性氮的主导过程。然后利用Push-Pull法原位测定地下水反硝化速率，发现葡萄园和水稻田地下水反硝化最强烈的时候为春季，随后反硝化逐渐降低，到冬季时，反硝化速率降至全年最低。春季开始时，反硝化速率逐渐升高。与葡萄园不同，蔬菜地地下水反硝化活动在夏季最为强烈，随后反硝化速率逐渐下降，最低值出现在冬末和春初。相关分析表明，地下水反硝化速率主要与NO3--N浓度有关，二者呈正相关关系，其次是电导率。温度与地下水DO含量对反硝化速率无显著影响。本研究通过原位观测研究，揭示地下水反硝化的发生规律，阐明影响地下水反硝化的主要因素，研究结果对于区域氮素管理具有重要意义。