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1、白湖泊科学,,一一嗯“坛衍、湖泊氮素生物地球化学循环及微生物的作用’’,,,,,’,,曾巾杨柳燕肖琳尹大强秦伯强污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京大学环境学院,南京《刃中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京峨摘要氮家是影响湖泊富营养化的关键元素之一,对湖泊中氮素生物地球化学循环整个过程进行全面的了解,有利于对、一湖泊富营养化进行控制和治理本文综述了湖泊生态系统特别是富营养化湖泊中氮素的输入输出及其在沉积物水界面的迁移转化规律,着重分析和比较了藻型湖泊和草型湖泊的不同食物链中的氮家营养循环过程,重点讨论了微生物、、生物固氮和厌氧氨氧化等过程的最新研究进展,参与
2、的硝化作用反硝化作用并对氮循环相关的研究方法和技术进行了小结最后指出当前国内外研究中巫待解决的问题,并对湖泊氮循环今后的研究方向提出了建议关扭词湖泊氮素生物地球化学循环微生物而山川卫川’,”‘,’,,闪,,之,坛“瓜反六刃朋瓜沁勿肠《为,处,山龙,,呼加吹晓,明为了左扬盯协即加,罗即巨,一即罗脚脚叩,罗咧,卿解伙币,示,明,罗,成确即花】月伽氮素是生命活动所需的基本营养元素,也是引发水体富营养化的关键元素之一川在世界上很多国家,由于人类活动导致大量氮素进人湖泊,从而影响了湖泊的营养水平目前,湖泊富营养化已成为我国最重要的环境问题之一川氮素的生物地球化学循环是整个
3、生物圈物质能量循环的重要组成部分,在湖泊营养循环中占有重要地“”项目湖泊富营养化过程与蓝藻水华暴发机理研究和国家重大水环境专项印一一一一,,,一共同资助侧拓肠收稿巧收修改稿曾巾女年生硕士研究生叼脚···通讯联系人一”曹巾等湖泊氮素生物地球化学循环及微生物的作用位对湖泊中氮素的生物地球化学循环整个过程进行全面的了解,对其生态意义有足够的认识,有利于对,也可为氮循环理论研究提供新的视角鉴,湖泊富营养化进行控制和治理于此本文对湖泊生态系统中氮素的生物地球化学循环整个过程进行综述,对相关方面的最新进展进行总结,并指出当前研究中存在的不足,以期对进一步深人研究起到一定指导
4、作用湖泊生态系统中氮素的生物地球化学循环氮素在湖泊生态系统内的循环是开放循环,如图所示湖泊中各种无机氮,包括来源于地表水、大气中的铰盐和硝酸盐了等,可在不同含氧层中进行硝化作用、反硝化作用等过程硝化作用和反、、、歹、硝化作用都能产生亚硝酸盐牙不同来源的可参与硝化反硝化厌氧氨氧化至犷一等溶解态无机氮和部分有机氮以及大气中等氮素都能被湖泊中特定的生物同化吸收生一一,物死亡分解后以或犷形式存在水体中各种和犷可以扩散和沉降进人沉积物成为湖泊内源氮在沉积物中,一一部分被重矿化为,另一部分成为一汇总之,氮素在湖泊中迁移和、,’一转化是相互影响相互关联的生物化学过程的集合所有
5、过程形成了网状生态结构产地表水人毛中氮素仇虾类、水生植物等捕捞输出浮游动物浮游藻类产几大型水植物一有机碎屑捕食溶解有机物,龟虾类软体动物口二二门卜一一一一一一生物沉积物一氮素的迁移—氮素的转化图湖泊生态系统中氮素的生物地球化学循环示意图叫犷罗罗肠湖,,泊科学湖泊氮素的输入与输出‘,、,’一’”湖泊水体中氮素来源较多〕可概括为点源面源和内源已有较多文献进行了相关报道湖泊生态系统中氮素的输出方式有三种首先,藻类、高等水生植物、底栖动物等将氮素转化为自身生物量,经人工捞取或收获后离开湖泊生态系统其次,氮素以气体如、等形式退出湖泊系统再次,氮素通过沉积作用进人沉积物并固
6、定下来氮素在一沉积物水界面的交换氮素一,对湖泊的营养状态和水质都有在沉积物水界面的交换是水体中氮素迁移转化的主要过程之一重要影响进人沉积物的氮素主要是有机氮,它在沉积物中的浓度主要依赖于初级生产力,并和有机碳一强烈相关沉积物中释放的氮素首先进入间隙水中,,再进一步扩散到水土界面和上覆水体中扩散动力来自于扩散面上的浓度梯度川氮素主要以犷形式释放来源于含氮有机物的降解,释放的犷在有氧情况下被迅速氧化成为和歹于和在沉积物间隙水中的含量很低,它们大多数通过〔”〕反硝化作用转化为特别是在浓度趋于零的沉积物层中或者通过异化还原为犷而释放一一氮素在沉积物水界面的交换被物理化学
7、因素以及生物过程所控制氮素的释放取决于含氮化合物分解的难易程度,主要与含量、氧化还原电位、沉积物中比值、阳离子交换量、温度·、””〕以及水动力条件有关底栖动物的排泄以及生物搅动行为微生物的硝化作用和反硝化作用等过程也影响一〔”沉积物水界面的氮素物质动力学氮紊在湖泊生态系统食物链中的迁移转化、植物、,,湖泊中的动物微生物等构成湖泊生态系统的食物链各种生物通过同化吸收或选择性捕食使得氮素在营养级中自下而上进行传递藻型湖泊生态系统中,浮游藻类占优势地位,大型水生植物以及鱼虾类遭到破坏图从理论上讲,浮游植物首先利用的氮素是,只有当不能满足需求时,浮游植物才会利用其它形式
8、氮素如尿素和至蓝藻藻华暴
