天然水体中的溶解性有机氮.docx

全世界河流中的总氮有14%90%由有机氮组成。而作为有机氮的主要成分，溶解有机氮（Dissolved organic nitrogen, DON）是多数天然水体中溶解氮的主要组成部分，所占百分比约达60%69%。传统观点认为DON是一类难以被利用、生物有效性（bioavailability）低的有机氮库，不会促进水体水质富营养化，因而不重视DON的管理和控制，甚至在水体氮负荷估算时忽略不计DON含量。 DON是天然水体有机质的重要组成成分，其含量、生物有效性及其生态环境效应逐渐受到关注。目前世界上DON的研究报道主要关注河口、近海和海洋生态系统，而淡水生态系统中的DON研究相对较为缺乏。 能利用DON的浮游植物，特别是一些有毒藻种（如水华束丝藻Aphanizomenon flosaquate、铜绿微囊藻 Microcystis aeruginosa）具有其他藻种所没有的强大竞争力，可在无机氮缺乏而有机氮浓度相对较高的环境中很好的生长。有毒藻种可以产生肝毒素、神经毒素等藻毒素，不利于作为饮用水源的淡水水体的安全保障。 当前我国微污染原水普遍存在有机物含量超标、含氮化合物浓度高、藻类大量繁殖等问题。另外， DON绝大部分物质本身对人体具有直接或间接的毒害作用。研究发现，水中 DON 大部分组成物质本身对人体具有直接或间接致毒作用，可生成更多的消毒副产物、 产生较为严重的膜污染等，因此 DON 相关研究已成为国际饮用水处理领域新的研究方向。尤其是近年来， 研究人员发现 DON 易和消毒剂发生反应生成含氮消毒副产物( N-DBPs) ，如卤化腈、 二甲基亚硝胺、 卤代硝基甲烷、 卤代酰胺等， 这些 N-DBPs 的浓度远低于三卤甲烷、 卤乙酸等常规消毒副产物， 但其“三致”特性却远超过后者。DON 是 N-DBPs 的前体物， 有效削减 DON 是控制消毒过程中 N-DBPs 生成的重要手段，而了解微污染原水中 DON 的组成规律是关键。1. 淡水水体 DON 含量与来源（1）含量多数自然水体中的TDN含量与其中的DON密切相关。开阔海洋表面DON约占TDN的83%，河口DON约占13%；近海约占18%。在淡水生态系统中，其DON浓度要比DIN浓度高。当前，测定DON含量的所有方法都是采用差减法，需依赖于测定总溶解性氮（TDN, Totaldissolved nitrogen）浓度的测定，然后再减去溶解性无机氮（DIN, dissolved inorganic nitrogen）浓度（分别测定的NH4+， NO3-和NO2-浓度的加和），这使得测定结果具有3方面的分析误差，即测定TDN、 NH4+和（NO3-、 NO2-）的分析误差，因此DON含量测定时，为了提高其测定精度，应尽可能的减少上述3方面的分析误差。 TDN测定的常见方法有：过硫酸钾硝化湿化学氧化测定NO3-（Persulfate Oxidation, PO）；高温催化氧化至NO，分光光谱或化学发光测定。（2）来源 DON来源可分为外源和内源两种。外源包括陆地径流、植物碎屑和土壤淋溶液、沉积物释放与大气沉降等。内源可能包括藻类、大型植物以及细菌、细胞死亡或自我分解，微型及大型浮游动物捕食和排泄、分泌物释放等。 DON的来源是影响水体中DON含量动态特征的关键因素。外源在淡水水体中，大部分DON来自陆地径流、植物碎屑和土壤淋溶液。不同流域属性的DON特征因土壤、植被、人类扰动强度等可能具有较大的差异性。沉积物释放是水生态系统中上覆水相 DON的重要来源之一，大气 DON 输入是水生态系统中 DON 的又一重要来源。内源水生态系统中DON内源也是DON来源的重要形式。 DON内源产生的过程包括：藻类胞外分泌物（extracellular exudate production），浮游动物捕食(Zooplankton sloppy feeding)，排泄物分解（faecal pellet decay），滤过性毒菌细胞溶解（viralcell lysis），颗粒物溶解，以及细菌转换和释放作用等。2. 淡水水体 DON 生物可利用性与估算（1） 生物可利用性传统观点认为DON是一类难以被利用、生物有效性（bioavailability）低的有机氮库。研究表明， DON可作为氮源而被藻类和细菌利用，是水生态系统中重要的活性组成成分，可直接参与固氮、同化、氨基化等氮循环过程。近年来，DON生物可利用性评价引起较为广泛的关注，研究范围主要包括雨水和不同土地利用（森林、牧场、湿地、城市和城市郊区）径流输入源的DON对河口、近海等水体DON生物可利用性和浮游生物群落的影响，而对淡水水体（水库、湖泊等）研究较为缺乏。由氮限制的细菌生物测试的天然水体DON生物有效性一般在8%72%之间。天然水体DON的生物有效性变化幅度较大，其原因可能是DON来源不同引起的。细菌在天然水体DON对藻类的生物有效性具有重要作用。若在藻类培养试验中缺少细菌，可能导致天然水体DON对藻类生物有效性量的低估。多数研究天然水体DON的生物有效性都集中研究藻类利用尿素、溶解游离氨基酸 （dissolvedfree amnio acids, DFAA）和溶解复合氨基酸（dissolved combined amino acids， DCAA）的动力学特征和物质代谢特征。 DFAA能够直接被藻类利用，但是DCAA在藻类吸收之前，须水解为单体和寡聚物或者是通过细菌矿化。但是尿素、 DFAA和DCAA含量占DON的比例较低，不到30%。因而能被藻类利用的DON化合物应该还有其他一类化合物。但是完全认识DON库中的所有化合物十分困难， 从而很难评估DON的生物有效性。因而近年来有学者从相对分子质量分布探讨藻类对废水源DON的生物有效性， 一般认为是小相对分子质量的污水源DON易被藻类利用。另外亲水性和疏水性也是DON化合物的重要化学特征。藻类利用DON不同相对分子质量分布组分和极性组分特征的报道还很少，尤其是淡水水体。因而，有必要开展藻类对DON的不同相对分子质量和极性组分的生物有效性研究，深入理解藻类利用DON的化学本质。随着 DON 的生物有效性研究的深入，人们逐渐认识到自然水体 DON 含量活性很高，是许多微生命体包括有毒藻种的氮营养源，可能导致的饮用水源安全以及富营养化等方面的生态环境问题不容忽视。目前淡水水体 DON 的研究还较为缺乏。未来研究应重视淡水水体 DO