三峡水库典型水域N2O通量特征及脱氮转化微生物作用机制研究

Analysis for key processes of Nitrogen transformation is very important to eutrophication controlling in the Three Gorges Reservoir, and is also necessary to understanding effect of large reservoir process on nitrogen cycling. In this project，The typical tributary and adjacent main stream of the Three Gorges Reservoir will be chosen as study area. Through in situ observation and simulation experiments, the flux characteristics of nitrogen removal flux in main stream, tributaries and Estuary will be investigated first, the spatial and temporal distribution and characteristics of nitrogen concentration, dissolved N2O concentration and nitrogen cycle microbial communities will be confirmed.The group of dominant microbial and their environment control factors in the process of nitrogen removal will be identified. The dynamic process of nitrogen transformation will be researched based on the in situ and simulation microbial experiments. Combination with Hydrology Sequences of reservoir operation, the interaction between environment factors, founctional bacteria community and nitrogen removal flux will be comprehensive analyzed, the microbial mechanisms of nitrogen removal and its effect to water quality will be clarified. The result of this project will be help to obtain innovated scientific cognition of nitrogen cycle in large reservoir, and will provide quantitative scientific basis for water quality security and eutrophication controlling in the Three-Gorges Reservoir.

解析三峡水库脱氮转化机制，对三峡水库富营养化防治具有重要作用，同时也是理解大型水库过程对流域氮循环影响的重要内容。项目拟选择三峡水库腹心典型支流及毗邻干流为研究区，采用原位观测与微生物培养模拟相结合的方法，首先根据水-气界面N2O通量监测，查明库区不同水文条件水域（支流回水区、干流水域、河口过渡带）脱氮特征；分析典型断面水柱上氮素、溶解N2O及细菌群落的分布特征，明晰脱氮过程的主导功能细菌群落及其时空变化的环境控制因素；基于环境微生物原位和异位培养试验，研究氮素转化的动力学过程；结合三峡水库调度的水文过程变化，综合分析环境因素-功能细菌群落-脱氮通量之间的相互作用的动态关系，阐明三峡水库脱氮转化的微生物作用机制及其水质影响，在深大水库氮循环方面取得创新的科学认知，为三峡水库水质安全保障和富营养化防控提供定量化的科学基础。

项目以三峡水库典型区域香溪河和大宁河为主要研究区域完成了2017-2019年的连续观测，2020年重点完成了前期观测成果的总结分析，完成了项目任务的要求。数据分析与文章发表工作也将继续深入，相关成果将继续署名本项目资助完成。本项目取得了如下三个方面的研究成果：.第一，通过调查香溪河和大宁河水环境、水-气界面N2O释放通量和水体溶解N2O浓度，获取了两条支流氮素、N2O通量及水体N2O浓度的时空分布特征和变化规律，明晰了驱动三峡水库支流脱氮转化的关键因子，同时累积了支流水环境的长序列水环境数据，为开展氮转化微生物作用机制研究提供了重要的数据基础。.第二，在原位观测的基础上，利用高通量测序技术和荧光定量PCR，对香溪河和大宁河及毗邻干流细菌群落结构及与氮相关的功能细菌进行了深入分析，获取了水库氮转化微生物的基础数据，明晰了影响氮转化微生物分布的主要环境因子，揭示了N2O产生和释放的作用机制。.第三，利用室内培养实验，掌握了香溪河和大宁河沉积物反硝化速率的时空变化特征，揭示了上覆水中各种环境因子对沉积物反硝化速率的影响，初步估算了沉积物反硝化速率对支流水质的影响。.项目执行期间，培养博士后1名，博士研究生1名，硕士研究生2名。发表论文10篇，申请发明专利9项，获大禹奖二等奖1项，2020年中国水利水电科学研究院理论成果奖一等奖1项。