农业溪流系统氧化亚氮产生、释放与系统的硝化、反硝化过程

溪流系统是大气氧化亚氮的重要排放源之一，我国东南地区农业具有高输入和高输出的现代农业特征，施肥量增加导致溪流系统氮素负荷显著上升，影响溪流系统氧化亚氮的产生和释放。本项目通过现场测定农业溪流系统不同形态氮素的沿程变化和测定溶解性氧化亚氮浓度和氧化亚氮气体通量，同时测定溪流系统的硝化、反硝化作用强度，分析农业溪流系统氧化亚氮的产生和释放特点。通过溪流氮素沿程变化和稳定同位素15N的分馏特征分析等，探讨农业溪流系统氧化亚氮的产生、释放与系统硝化、反硝化作用强度的关系；在农业溪流流域周边不同土壤矿化作用、土地利用和农业管理措施等条件下，分析溪流系统氮素负荷、迁移、转化，氧化亚氮产生、释放强度和通量等特点，进一步综合分析溪流系统氮素硝化、反硝化作用，氧化亚氮产生和释放通量与溪流水文变化、陆地物质输入量、输入结构(C/N、N/P)之间的响应和反馈关系及溪流和陆地生态系统过程之间的相互作用。

该项目结合同位素示踪法、现场静态箱培养和实验室模拟等方法对九龙江干流、支流、水电站库区和河口四类代表性水体的营养盐浓度、反硝化速率、厌氧氨氧化（AAO）速率、氮气（N2）与氧化亚氮（N2O）的产生速率等进行测定和分析。重点探讨氮(N)素去除过程中水体活性N素转化为N2和N2O的机制和数量，并讨论河流-河口系统永久性去除N素的能力、影响因素以及N2O的减源和增汇措施。.研究表明，四类水体中支流NO3--N占DIN的比例最高，而河口水体中NH4+-N占DIN的比例最高。水溶性N2O浓度为26.96±13.66 nmol N2O L-1，相应的饱和度为315.03±134.37。沉积物反硝化速率平均值为19.04± 18.86 μmol N m-2 h-1，以非耦合的反硝化为主。AAO速率为5.3± 5.87 μmol N m-2 h-1，表明AAO作用也是河流-河口系统N永久去除的重要途径。水体反硝化和AAO速率远小于沉积物，并且变率较大。沉积物-上覆水系统培养结果发现，上覆水中N2产生量与NO3--N消耗速率的比值为30.41%，其中反硝化作用产生N2的速率与NO3--N消耗速率的比值为22.33%。N2O-N（N2O以纯N计）的产生速率是0.21 ± 0.07 μmol N m-2 h-1，占NO3--N消耗速率的比值是0.17 ± 0.07%，占N2产生的比值是0.78 ± 0.24%。河流-河口系统水体N2O产生速率为1.08±0.45 nmol N2O L-1 h-1，尽管速率较低，但水体仍然为河流-河口系统N2O产生的重要来源。将九龙江北溪中下游漳平水文站至浦南水文站之间河段定义为研究河段，该河段NO3--N滞留率为2.8%，DIN滞留率为5.01%。沉积物年N2产生量占系统河段年DIN滞留量的4.57%，占NO3--N滞留量的11.08%。系统河段沉积物年N2O-N排放总量占DIN滞留量的0.04%，占NO3--N滞留量的0.10%，沉积物年N2O排放总量占NO3--N滞留量的比值远小于系统河段年实测N2O-N水-气通量占NO3--N滞留量的比值以及计算的N2O-N水-气通量占NO3--N滞留量的比值，可见水体硝化作用产生N2O是引起河流-河口系统N2O排放的主要过程。