湖泊沉积物可溶性有机氮衰减特征及生物有效性

作为沉积物活跃氮组分的可溶性有机氮对湖泊富营养化有重要影响。如何准确测定其含量，科学评价其生物有效性，是开展湖泊沉积物可溶性有机氮研究所必须要解决的关键问题。目前相关研究较少，机理不清。申请者在湖泊沉积物可容性有机氮来源、结构及其对氮矿化影响等方面研究的基础上，拟采用分子荧光光谱、核磁共振、傅立叶变换离子回旋共振质谱以及混合氨基酸15N同位素示踪等技术，突破不同类型湖泊沉积物可溶性有机氮测定与其生物有效性评价两个关键难点；揭示不同类型湖泊沉积物可溶性有机氮动力学过程差异，阐明湖泊沉积物可溶性有机氮衰减变化机理；从分子量、组分特征和生物利用等层面研究不同类型湖泊沉积物可溶性有机氮生物有效性，揭示环境因子的影响机理；本项目在沉积物可溶性有机氮生物有效性表征和定量评估其对湖泊富营养化贡献方面具有创新。研究成果可极大的深入对湖泊沉积物氮循环机理及其环境效应的认识，有助于进一步阐明湖泊富营养化机理。

作为沉积物活跃氮组分,溶解性有机氮（DON）在湖泊生态系统氮循环中起重要作用。与上覆水相比，沉积物成分复杂，且沉积环境千差万别，其DON生物有效性研究的难度更大，目前尚无适合的测定方法和生物有效性评价方法。本研究在湖泊沉积物DON来源、结构及其对氮矿化影响等方面研究的基础上，采用紫外光谱、三维荧光光谱、傅里叶红外光谱、傅立叶变换离子回旋共振质谱等技术，突破不同类型湖泊沉积物DON测定与其生物有效性评价两个关键难点；揭示不同类型湖泊沉积物DON动力学过程差异，阐明湖泊沉积物DON衰减变化机理；从分子量、组分特征和生物利用等层面研究不同类型湖泊沉积物DON生物有效性，揭示环境因子的影响机理。通过本项目的研究，建立了基于超滤膜法的湖泊沉积物DON分级和测定的方法，以及基于生物培养法的沉积物DON生物有效性评价方法。研究结果表明，洱海沉积物DON含量在23.46~61.40mg/kg之间，且以大分子为主（摩尔质量> 1 kDa占20.0%~51.7%），空间分布总体呈南部（44.89mg/kg）>北部（35.24mg/kg）>中部（32.08mg/kg）。洱海沉积物DON主要由类腐殖酸物质和少量的简单芳香族蛋白质组成，且含有大量的脂肪酸和氨基化合物。与低分子量DON相比，高分子量DON中含有较多可聚合的芳香环，羰基，羧基，羟基和酯基化合物。在低分子量DON中，挥发与半挥发性混合物主要有胺类和含氮杂环化合物以及氨基，腈类和硝基化合物。其次，本项目定量评估了湖泊流域不同来源DON对湖泊富营养化的贡献，同时比较了我国不同湖区、不同营养水平湖泊沉积物DON特征及其与水体营养水平间关系，与东部平原湖区相比，云贵高原湖泊沉积物DON结构较稳定，生物可利用率较低。本项目还以洱海为例，深入研究了不同来源(上覆水、间隙水、入湖河流和大气湿沉降)DON组分含量特征了，并探讨其与湖泊水质间的关系。洱海流域DON含量呈间隙水>入湖河流>大气湿沉降>上覆水趋势，入湖河流DON芳香性、分子量以及腐殖化程度最高，其次为间隙水和上覆水，三者DON结构组分较稳定，生物有效性较低，对维持洱海水体良好起积极作用。此外，本项目通过静态、动态试验研究揭示了湖泊沉积物氮吸附、释放机理，并评估其对湖泊水质的影响。研究成果可极大的深入对湖泊沉积物氮循环机理及其环境效应的认识，有助于进一步阐明湖泊富营养化机理。