城市地表水氮素状态与水生植物氮利用机制研究

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1、城市地表水氮素状态与水生植物氮利用机制研究NitrogenStatusinSurfaceWaterandNitrogenUtilizationMechanismsofAquaticPlantsinCityEnvironments工程领域：环境工程(专业)作者姓名：吴云指导教师：刘学炎教授企业导师：滕厚开天津大学环境科学与工程学院二零一七年十二月万方数据万方数据摘要人为活性氮排放持续增加造成全球地表水和近海水体出现氮富集，尤其在人口密度和污染物排放较高的城市环境，大量生产和生活活动排放含氮污染物到城市水体中，造成城市区域及连通的下游水体水质恶化、富营养化严重。然而

2、，很多地区仍缺乏详细的城市区域流动和非流动水体氮素状态研究。水生系统尤其流动水体的氮素生物地球化学过程机制本身研究难度大，水体微生物氮素转化机制和植物对氮素的利用存在很多不确定性。因此，本论文通过城市流动和非流动水体氮素化学组成分析，结合水生系统中不同生活型的植物种，利用氮同位素地球化学的方法原理，探讨水生植物氮利用机制及其对城市地表水氮素状态变化的响应。主要研究结果如下：(1)对贵阳地区南明河进行调查，发现城区-下游河段水中铵根(NH+4)、硝酸根(NO-3)和溶解有机氮(DON)浓度较上游河段显著升高(p<0.05)，表明人为活动使河流水质下降。水生植物氮含

3、量随水中溶解无机氮浓度升高而升高，表明水生植物氮含量能够响应河流氮浓度变化。然而，水生植物δ15N值在下游河段并无明显增加，说明水生植物不能响应水体的氮状态变化，原因是植物从流动水体吸收氮源过程中存在偏好，根据植物δ15N值与水体无机氮同位素值的比较发现，植物在低氮浓度主要吸收NO-+-3，在高氮浓度下可能吸收了NH4和NO3且在吸收过程中会发生分馏，在高氮浓度下植物同化NO-3的速率加快，说明水体氮浓度不同会对植物的氮利用机制产生影响，利用水生植物的δ15N值记录废水影响须考虑植物的氮利用机制变化。(2)对天津市非流动水体进行调查，发现高氮浓度水体中NH+4占

4、总溶解态氮比例升高。水生植物总氮含量随地表溶解水无机氮(DIN)浓度升高而升高，表明水生植物氮吸收能够指示水体氮污染状态。然而，沉水、浮水、挺水植物的δ15N值随水体氮浓度无明显变化，比较植物和水中DIN的δ15N值发现植物在低氮浓度水体中主要吸收NO-+-3，在高氮浓度水体中吸收NH4和NO3。这些研究结果丰富了水生植物氮利用策略对城市地表水氮污染状态的响应机制，为如何利用氮同位素评价水生系统氮生物地球化学和城市地表水氮污染及其植物修复措施等提供基础科学依据。关键词：地表水，氮污染，城市废水，水生植物，氮同位素I万方数据II万方数据ABSTRACTThecon

5、tinuousincreaseinanthropogenicreactivenitrogen(N)emissionsresultsineutrophicationofwatersinmanypartsoftheworld,especiallyinurbanareas.Nitrogen-containingpollutantsweredirectlyemittedbyhumanactivitiesintourbanwaters.Asaresult,thequalityofwatersintheurbanareasandtheconnecteddownstreami

6、sdeteriorated.However,thereisstillalackofdetailedstudiesofnitrogenstatusinbothmobileandnon-mobilewatersinmanyurbanareas.ThemechanismofNbiogeochemicalprocessinaquaticsystem,especiallyinmobilewatersisdifficulttostudy,andtherearemanyuncertaintiesabouttheNtransformationmechanismsofwaters

7、andtheutilizationmechanismsofNbyplants.Therefore,thechemicalcompositionofNinurbanmobileandnon-mobilewaterswasfocusedinthisstudy.ThemechanismofnitrogenutilizationandtheresponsetothevariationofNofaquaticplantsintheurbansurfacewaterswerealsoexploredcombiningwithdifferentsubtypesofaquati

8、cplantsandth