长江中下游湖泊沉积物厌氧铁氨氧化过程及脱氮贡献

作     者：赖安兴 王洪伟 谢珂 顾于 李化炳 王丽娜 李彪 吴庆龙 

作者机构：中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全全国重点实验室 中国科学院大学 南京师范大学地理科学学院 中国科学院抚仙湖高原深水湖泊研究站/抚仙湖高原深水湖泊云南省野外科学观测站 南方海洋科学与工程广东省实验室 

出 版 物：《湖泊科学》 (Journal of Lake Sciences)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(U2040201,32201334,32101311) 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)项目(GML20220017)联合资助 

主　　题：反硝化 厌氧氨氧化 厌氧铁氨氧化 同位素示踪技术 脱氮贡献 长江中下游湖泊 

摘      要：湖泊氮素污染问题严重，水体富营养化程度正在日益加剧。湖泊沉积物中传统脱氮过程的研究主要关注反硝化和厌氧氨氧化过程，而厌氧铁氨氧化过程（Feammox）的发现更新了人们对于氮素转换途径的认识，也使得湖泊沉积物中各个脱氮途径的贡献至今尚不明确。本研究通过15N稳定同位素示踪技术定量了长江中下游18个湖泊沉积物反硝化、厌氧氨氧化和厌氧铁氨氧化过程的速率，计算了各个过程的脱氮贡献。结果显示，冬季反硝化、厌氧氨氧化和厌氧铁氨氧化的平均速率分别为（2.38±0.80）、（0.06±0.04）和（0.015±0.025） mg/（kg·d），平均脱氮贡献分别为96.5%±2.4%、2.7%±2.0%、0.8%±1.4%；夏季反硝化、厌氧氨氧化和厌氧铁氨氧化的平均脱氮速率分别为（2.54±1.04）、（0.12±0.06）和（0.005±0.005） mg/（kg·d），平均脱氮贡献分别为95.0%±3.4%、4.8%±3.2%和0.2%±0.3%。尽管厌氧铁氨氧化过程对于总体氮素脱除的贡献较为有限，但对NH4+的脱除贡献值得关注，其NH4+脱除贡献率在冬季和夏季分别为15.5%±23.4%和13.4%±22.4%。在冬季的洪湖、西凉湖和斧头湖以及夏季的鄱阳湖中厌氧铁氨氧化的NH4+脱除贡献率甚至高于厌氧氨氧化，表明厌氧铁氨氧化过程在沉积物NH4+脱除中的作用不容忽视。多元统计分析结果表明，pH、硝态氮、总有机碳和总无机碳可能是厌氧铁氨氧化过程的主要影响因素。本研究丰富了湖泊生态系统氮循环路径的认识，明确湖泊生态系统氮素的转化过程和环境归趋，为湖泊生态系统氮素管理与水体富营养化治理提供重要的理论支撑。