氮硫在濕地中的遷移與轉(zhuǎn)化

1、0.氮在濕地中的遷移與轉(zhuǎn)化 濕地系統(tǒng)中氮以不同的形式存在濕地系統(tǒng)中氮以不同的形式存在 , 主要包括無(wú)機(jī)形態(tài)的硝酸氮主要包括無(wú)機(jī)形態(tài)的硝酸氮(NO3-),亞硝酸氮亞硝酸氮(NO2- ) , 氨氨氮氮(NH4+ ) , 以及顆粒氮和溶解態(tài)有機(jī)氮以及顆粒氮和溶解態(tài)有機(jī)氮(腐質(zhì)酸、棕黃酸和氨基酸腐質(zhì)酸、棕黃酸和氨基酸等等) , 其中顆粒氮可能是活的或死亡的有機(jī)物質(zhì)其中顆粒氮可能是活的或死亡的有機(jī)物質(zhì) , 如藻類和植如藻類和植物等。物等。 在沼澤濕地中在沼澤濕地中 , 溶解態(tài)的氮是重要的氮循環(huán)產(chǎn)物。溶解態(tài)的氮是重要的氮循環(huán)產(chǎn)物。 1.氮的輸入 1.濕地土壤有機(jī)質(zhì)的礦化濕地土壤有機(jī)質(zhì)的礦化 氮的礦化作用是

2、指有機(jī)物質(zhì)降解時(shí)氮的礦化作用是指有機(jī)物質(zhì)降解時(shí),有機(jī)氮在微生物作用有機(jī)氮在微生物作用下降解為下降解為NH4+的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程,也被稱為氨化過(guò)程。也被稱為氨化過(guò)程。 固氮過(guò)程使氮在固氮酶的參與下通過(guò)某些好氧細(xì)菌及藻類的固氮過(guò)程使氮在固氮酶的參與下通過(guò)某些好氧細(xì)菌及藻類的活動(dòng)而被轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮活動(dòng)而被轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮 , , 有機(jī)氮再經(jīng)礦化作用降解為有機(jī)氮再經(jīng)礦化作用降解為NH4+,NH4+,然后由亞硝化單胞菌屬把然后由亞硝化單胞菌屬把NH4+NH4+氧化為氧化為NO2-NO2-以及由硝化菌屬把以及由硝化菌屬把NO2-NO2-氧化為氧化為NO3-NO3-。 這是一個(gè)厭氧氨氧化反應(yīng)的過(guò)程這是一

3、個(gè)厭氧氨氧化反應(yīng)的過(guò)程 。1.氮的輸入 2.植物累積和枯落物分解植物累積和枯落物分解 植物積累是一種生物過(guò)程，生物過(guò)程是生態(tài)過(guò)程的基礎(chǔ)植物積累是一種生物過(guò)程，生物過(guò)程是生態(tài)過(guò)程的基礎(chǔ) , 自然生自然生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力受氮限制態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力受氮限制 , 因此因此 , 濕地植物對(duì)氮的代謝累積作用具濕地植物對(duì)氮的代謝累積作用具有重要意義。有重要意義。 濕地系統(tǒng)中濕地系統(tǒng)中,植物吸收的是無(wú)機(jī)氮植物吸收的是無(wú)機(jī)氮 , 濕地植物殘?bào)w也影響濕地氮的化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程濕地植物殘?bào)w也影響濕地氮的化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程 ,影響植株對(duì)氮的吸影響植株對(duì)氮的吸收收 , 分解產(chǎn)物明顯影響底泥表層和水體中有機(jī)氮含量。分解產(chǎn)物明顯影響底泥表層

4、和水體中有機(jī)氮含量。 植物枯落物分解是指通過(guò)淋溶、微生物降解以及破碎化作用三個(gè)植物枯落物分解是指通過(guò)淋溶、微生物降解以及破碎化作用三個(gè)過(guò)程將植物殘?bào)w中的有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單有機(jī)物或無(wú)機(jī)物過(guò)程將植物殘?bào)w中的有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單有機(jī)物或無(wú)機(jī)物 , 分解包括碳、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素和其它微量元素的釋放分解包括碳、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素和其它微量元素的釋放 。 濕地植濕地植被枯落物的分解受到土壤理化性質(zhì)被枯落物的分解受到土壤理化性質(zhì) 、 溫度溫度 、 水位水位 、 干濕交替干濕交替 、植物種類植物種類 、 微生物種類和數(shù)量的影響微生物種類和數(shù)量的影響 。1.氮的輸入 3.水中氮的收支與積累水中氮的收支與積累 濕地水系統(tǒng)

5、是濕地水系統(tǒng)是 氮循環(huán)必不可氮循環(huán)必不可 少的重要少的重要 載體載體 。濕地氮的輸入大部。濕地氮的輸入大部分通過(guò)水源輸入分通過(guò)水源輸入 , 主要以河流徑流進(jìn)入濕地系統(tǒng)主要以河流徑流進(jìn)入濕地系統(tǒng) , 降水是降水是NO3- 和和 NH4+的重要補(bǔ)充方式的重要補(bǔ)充方式 , 因此濕地系統(tǒng)通過(guò)水的流動(dòng)與其毗鄰的陸生或水生生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行因此濕地系統(tǒng)通過(guò)水的流動(dòng)與其毗鄰的陸生或水生生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行物質(zhì)交換物質(zhì)交換 。 濕地中的氮常由濕地中的氮常由 無(wú)機(jī)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)態(tài)無(wú)機(jī)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)態(tài) , 并被輸送到并被輸送到 下游生態(tài)系統(tǒng)下游生態(tài)系統(tǒng) , 具有濕地的流域比沒(méi)有濕地的流域輸送的有機(jī)物多得多。具有濕地的流域比沒(méi)有濕地

6、的流域輸送的有機(jī)物多得多。 淡水沼澤濕地和鹽沼濕地中氮等養(yǎng)分輸送具有季節(jié)性變化淡水沼澤濕地和鹽沼濕地中氮等養(yǎng)分輸送具有季節(jié)性變化 , 在夏在夏季季, 沼澤濕地是養(yǎng)分的匯沼澤濕地是養(yǎng)分的匯 , 而在春季則是養(yǎng)分的源而在春季則是養(yǎng)分的源, 主要由于植物主要由于植物凋落后很大一部分養(yǎng)分物質(zhì)隨凋落物和淋濾作用凋落后很大一部分養(yǎng)分物質(zhì)隨凋落物和淋濾作用 散失到水體中散失到水體中 , 所以氮等物質(zhì)在秋季和早春經(jīng)常發(fā)生凈輸出。所以氮等物質(zhì)在秋季和早春經(jīng)常發(fā)生凈輸出。2.氮的遷移 氮在土壤中的遷移主要指氮在土壤中的遷移主要指 NO3-和和NH4 +離子隨水的擴(kuò)散和離子隨水的擴(kuò)散和淋失淋失 , 包括水平方向和垂

7、直方向上的遷移。包括水平方向和垂直方向上的遷移。 由于土壤氮遷移過(guò)程實(shí)質(zhì)上是氮以水為載體在土壤中的遷由于土壤氮遷移過(guò)程實(shí)質(zhì)上是氮以水為載體在土壤中的遷移過(guò)程移過(guò)程 , 土壤水的運(yùn)動(dòng)又受土壤理化性質(zhì)的影響土壤水的運(yùn)動(dòng)又受土壤理化性質(zhì)的影響 。 因此因此 , 氮的遷移受到土壤水分、土壤有機(jī)質(zhì)、水位、溫度、氮的遷移受到土壤水分、土壤有機(jī)質(zhì)、水位、溫度、氧化還原條件、植被水平等因素的影響和控制氧化還原條件、植被水平等因素的影響和控制 。2.氮的遷移轉(zhuǎn)化 氮的遷移轉(zhuǎn)化主要由兩個(gè)過(guò)程氮的遷移轉(zhuǎn)化主要由兩個(gè)過(guò)程 1.氮的硝化過(guò)程氮的硝化過(guò)程 硝化過(guò)程是指硝化過(guò)程是指 NH3+或或NH4+通過(guò)亞硝化細(xì)菌及硝化

8、細(xì)菌的通過(guò)亞硝化細(xì)菌及硝化細(xì)菌的 作用作用 被氧化為被氧化為NO2-和和NO3-的過(guò)程的過(guò)程 。 微生物的硝化作用包括自養(yǎng)硝化與異養(yǎng)硝化作用微生物的硝化作用包括自養(yǎng)硝化與異養(yǎng)硝化作用 , 二者的本質(zhì)二者的本質(zhì)區(qū)別是自養(yǎng)硝化作用微生物以區(qū)別是自養(yǎng)硝化作用微生物以NH4+氧化所釋放的化學(xué)能為能氧化所釋放的化學(xué)能為能源源 , 而異養(yǎng)硝化作用微生物是以有機(jī)碳為能源。而異養(yǎng)硝化作用微生物是以有機(jī)碳為能源。 2.氮的反硝化過(guò)程氮的反硝化過(guò)程 反硝化作用是指反硝化作用是指NO3-、NO2-被還原生成被還原生成NH3、N2O 以及以及N2的的過(guò)程過(guò)程 , 包括生物反硝化和化學(xué)反硝化兩種過(guò)程包括生物反硝化和化學(xué)

9、反硝化兩種過(guò)程 。 微生物反硝化作用可根據(jù)反應(yīng)的能量來(lái)源不同分為異養(yǎng)反硝化微生物反硝化作用可根據(jù)反應(yīng)的能量來(lái)源不同分為異養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化,其中異養(yǎng)反硝化以有機(jī)化合物的分解和氧化能其中異養(yǎng)反硝化以有機(jī)化合物的分解和氧化能量為來(lái)源量為來(lái)源 ,自養(yǎng)反硝自養(yǎng)反硝 化以氧化無(wú)機(jī)化合物為能量來(lái)源化以氧化無(wú)機(jī)化合物為能量來(lái)源 。 硫在濕地中的遷移與轉(zhuǎn)化硫在濕地中的遷移與轉(zhuǎn)化1.硫的概述 硫是濕地生物地球化學(xué)循環(huán)的重要元素之一，通過(guò)酸沉降、硫是濕地生物地球化學(xué)循環(huán)的重要元素之一，通過(guò)酸沉降、地表徑流和植物吸收等途徑進(jìn)入濕地，同時(shí)以地表徑流和植物吸收等途徑進(jìn)入濕地，同時(shí)以H2S、 DMS、 CO

10、S、 DMDS 和和 CS2等含硫氣體形式在濕地中釋放等含硫氣體形式在濕地中釋放 ，而濕，而濕地土壤是硫生物地球化學(xué)過(guò)程的重要的載體。地土壤是硫生物地球化學(xué)過(guò)程的重要的載體。 濕地土壤中硫等元素的時(shí)空分布特征不僅能反映濕地土壤濕地土壤中硫等元素的時(shí)空分布特征不僅能反映濕地土壤結(jié)構(gòu)狀況和養(yǎng)分的可利用水平，而且會(huì)影響濕地植被生長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)狀況和養(yǎng)分的可利用水平，而且會(huì)影響濕地植被生長(zhǎng)，關(guān)系到濕地環(huán)境的形成和植被演替過(guò)程。關(guān)系到濕地環(huán)境的形成和植被演替過(guò)程。2.硫的來(lái)源 自然硫源主要包括生物源自然硫源主要包括生物源，火山和海浪。海浪帶來(lái)的硫酸火山和海浪。海浪帶來(lái)的硫酸鹽量則不定，但這部分硫有鹽量則不定，

11、但這部分硫有90%直接返回到海洋。直接返回到海洋。 海岸濕地是硫釋放的主要來(lái)源之一，海岸濕地是硫釋放的主要來(lái)源之一，H2S是濕地生態(tài)循環(huán)是濕地生態(tài)循環(huán)中硫的主要釋放物中硫的主要釋放物,DMS則是從濕地植物中釋放的。則是從濕地植物中釋放的。 但是海岸濕地面積只占全球陸地的但是海岸濕地面積只占全球陸地的0.3%,它們對(duì)于全球硫它們對(duì)于全球硫循環(huán)的釋放的貢獻(xiàn)較小。循環(huán)的釋放的貢獻(xiàn)較小。 人工硫源主要來(lái)自于化肥的使用和化石燃料的燃燒。人工硫源主要來(lái)自于化肥的使用和化石燃料的燃燒。3.硫的遷移轉(zhuǎn)化 濕地濕地在厭氧狀態(tài)下的含硫氣體釋放量高于好氧狀態(tài)，一般在厭氧狀態(tài)下的含硫氣體釋放量高于好氧狀態(tài)，一般H2S

12、的釋放僅在厭氧條件的釋放僅在厭氧條件,厭氧菌對(duì)含硫氣體釋放貢獻(xiàn)較大。厭氧菌對(duì)含硫氣體釋放貢獻(xiàn)較大。在土壤中的硫化物在微生物的作用下可以相互轉(zhuǎn)化。在土壤中的硫化物在微生物的作用下可以相互轉(zhuǎn)化。 微生物氧化硫化物的過(guò)程通常是一種好氧過(guò)程，微生物氧化硫化物的過(guò)程通常是一種好氧過(guò)程， 在厭氧在厭氧條件下利用硝酸鹽作為電子受體氧化硫的細(xì)菌很少。條件下利用硝酸鹽作為電子受體氧化硫的細(xì)菌很少。 異養(yǎng)硫氧化細(xì)菌可以將有機(jī)物質(zhì)作為碳源以及能量來(lái)源，異養(yǎng)硫氧化細(xì)菌可以將有機(jī)物質(zhì)作為碳源以及能量來(lái)源，也可以將硫化合物作為能量來(lái)源。也可以將硫化合物作為能量來(lái)源。3.硫的遷移轉(zhuǎn)化 含硫肥料是土壤硫的主要來(lái)源，土壤中加入

13、不同的肥料會(huì)含硫肥料是土壤硫的主要來(lái)源，土壤中加入不同的肥料會(huì)影響含硫氣體的釋放影響含硫氣體的釋放。大氣中的硫化物常隨降雨進(jìn)入土壤。大氣中的硫化物常隨降雨進(jìn)入土壤。 同時(shí)，大氣中的硫也可為植物和土壤直接吸收，空氣中硫同時(shí)，大氣中的硫也可為植物和土壤直接吸收，空氣中硫含量變化極大。另外降雨也會(huì)增加土壤中的硫含量。含量變化極大。另外降雨也會(huì)增加土壤中的硫含量。 另外硫化物會(huì)通過(guò)水的流動(dòng)與其毗鄰的陸生或水生生態(tài)系另外硫化物會(huì)通過(guò)水的流動(dòng)與其毗鄰的陸生或水生生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行物質(zhì)交換。使硫化物遷移。統(tǒng)進(jìn)行物質(zhì)交換。使硫化物遷移。3.硫的遷移 這一系統(tǒng)的含硫氣體來(lái)自陸地生物硫源這一系統(tǒng)的含硫氣體來(lái)自陸地生物硫源,包括土壤包括土壤、植物、植物、濕地以及內(nèi)陸水體等，在這些生物硫源中濕地以及內(nèi)