氮硫在湿地中的迁移与转化（课堂PPT）

1、10.氮在湿地中的迁移与转化 湿地系统中氮以不同的形式存在湿地系统中氮以不同的形式存在 , 主要包括无机形态的硝酸氮主要包括无机形态的硝酸氮(NO3-),亚硝酸氮亚硝酸氮(NO2- ) , 氨氨氮氮(NH4+ ) , 以及颗粒氮和溶解态有机氮以及颗粒氮和溶解态有机氮(腐质酸、棕黄酸和氨基酸腐质酸、棕黄酸和氨基酸等等) , 其中颗粒氮可能是活的或死亡的有机物质其中颗粒氮可能是活的或死亡的有机物质 , 如藻类和植如藻类和植物等。物等。 在沼泽湿地中在沼泽湿地中 , 溶解态的氮是重要的氮循环产物。溶解态的氮是重要的氮循环产物。 21.氮的输入 1.湿地土壤有机质的矿化湿地土壤有机质的矿化 氮的矿化作

2、用是指有机物质降解时氮的矿化作用是指有机物质降解时,有机氮在微生物有机氮在微生物作用下降解为作用下降解为NH4+的生物转化过程的生物转化过程,也被称为氨化也被称为氨化过程。过程。 固氮过程使氮在固氮酶的参与下通过某些好氧细菌及固氮过程使氮在固氮酶的参与下通过某些好氧细菌及藻类的活动而被转化为有机氮藻类的活动而被转化为有机氮 , 有机氮再经矿化作用降解为有机氮再经矿化作用降解为NH4+,然后由亚硝化单胞菌然后由亚硝化单胞菌属把属把NH4+氧化为氧化为NO2-以及由硝化菌属把以及由硝化菌属把NO2-氧化为氧化为NO3-。 这是一个厌氧氨氧化反应的过程这是一个厌氧氨氧化反应的过程 。31.氮的输入

3、2.植物累积和枯落物分解植物累积和枯落物分解 植物积累是一种生物过程，生物过程是生态过程的基础植物积累是一种生物过程，生物过程是生态过程的基础 , 自自然生态系统的生产力受氮限制然生态系统的生产力受氮限制 , 因此因此 , 湿地植物对氮的代谢湿地植物对氮的代谢累积作用具有重要意义。累积作用具有重要意义。 湿地系统中湿地系统中,植物吸收的是无机氮植物吸收的是无机氮 , 湿地植物残体也影响湿地氮的化学转化过程湿地植物残体也影响湿地氮的化学转化过程 ,影响植株对氮影响植株对氮的吸收的吸收 , 分解产物明显影响底泥表层和水体中有机氮含量。分解产物明显影响底泥表层和水体中有机氮含量。 植物枯落物分解是指

4、通过淋溶、微生物降解以及破碎化作用植物枯落物分解是指通过淋溶、微生物降解以及破碎化作用三个过程将植物残体中的有机物分解为简单有机物或无机三个过程将植物残体中的有机物分解为简单有机物或无机物物 , 分解包括碳、氮、磷等营养元素和其它微量元素的释放分解包括碳、氮、磷等营养元素和其它微量元素的释放 。 湿地植被枯落物的分解受到土壤理化性质湿地植被枯落物的分解受到土壤理化性质 、 温度温度 、 水位水位 、 干湿交替干湿交替 、植物种类、植物种类 、 微生物种类和数量的影响微生物种类和数量的影响 。41.氮的输入 3.水中氮的收支与积累水中氮的收支与积累 湿地水系统是湿地水系统是 氮循环必不可氮循环必

5、不可 少的重要少的重要 载体载体 。湿地氮的输入大部。湿地氮的输入大部分通过水源输入分通过水源输入 , 主要以河流径流进入湿地系统主要以河流径流进入湿地系统 , 降水是降水是NO3- 和和 NH4+的重要补充方式的重要补充方式 , 因此湿地系统通过水的流动与其毗邻的陆生或水生生态系统进行因此湿地系统通过水的流动与其毗邻的陆生或水生生态系统进行物质交换物质交换 。 湿地中的氮常由湿地中的氮常由 无机态转变为有机态无机态转变为有机态 , 并被输送到并被输送到 下游生态系统下游生态系统 , 具有湿地的流域比没有湿地的流域输送的有机物多得多。具有湿地的流域比没有湿地的流域输送的有机物多得多。 淡水沼泽

6、湿地和盐沼湿地中氮等养分输送具有季节性变化淡水沼泽湿地和盐沼湿地中氮等养分输送具有季节性变化 , 在夏在夏季季, 沼泽湿地是养分的汇沼泽湿地是养分的汇 , 而在春季则是养分的源而在春季则是养分的源, 主要由于植物主要由于植物凋落后很大一部分养分物质随凋落物和淋滤作用凋落后很大一部分养分物质随凋落物和淋滤作用 散失到水体中散失到水体中 , 所以氮等物质在秋季和早春经常发生净输出。所以氮等物质在秋季和早春经常发生净输出。52.氮的迁移 氮在土壤中的迁移主要指氮在土壤中的迁移主要指 NO3-和和NH4 +离子随水的扩散和离子随水的扩散和淋失淋失 , 包括水平方向和垂直方向上的迁移。包括水平方向和垂直

7、方向上的迁移。 由于土壤氮迁移过程实质上是氮以水为载体在土壤中的迁由于土壤氮迁移过程实质上是氮以水为载体在土壤中的迁移过程移过程 , 土壤水的运动又受土壤理化性质的影响土壤水的运动又受土壤理化性质的影响 。 因此因此 , 氮的迁移受到土壤水分、土壤有机质、水位、温度、氮的迁移受到土壤水分、土壤有机质、水位、温度、氧化还原条件、植被水平等因素的影响和控制氧化还原条件、植被水平等因素的影响和控制 。62.氮的迁移转化 氮的迁移转化主要由两个过程氮的迁移转化主要由两个过程 1.氮的硝化过程氮的硝化过程 硝化过程是指硝化过程是指 NH3+或或NH4+通过亚硝化细菌及硝化细菌的通过亚硝化细菌及硝化细菌的

8、 作用作用 被氧化为被氧化为NO2-和和NO3-的过程的过程 。 微生物的硝化作用包括自养硝化与异养硝化作用微生物的硝化作用包括自养硝化与异养硝化作用 , 二者的本质二者的本质区别是自养硝化作用微生物以区别是自养硝化作用微生物以NH4+氧化所释放的化学能为能氧化所释放的化学能为能源源 , 而异养硝化作用微生物是以有机碳为能源。而异养硝化作用微生物是以有机碳为能源。 2.氮的反硝化过程氮的反硝化过程 反硝化作用是指反硝化作用是指NO3-、NO2-被还原生成被还原生成NH3、N2O 以及以及N2的的过程过程 , 包括生物反硝化和化学反硝化两种过程包括生物反硝化和化学反硝化两种过程 。 微生物反硝化

9、作用可根据反应的能量来源不同分为异养反硝化微生物反硝化作用可根据反应的能量来源不同分为异养反硝化和自养反硝化和自养反硝化,其中异养反硝化以有机化合物的分解和氧化能其中异养反硝化以有机化合物的分解和氧化能量为来源量为来源 ,自养反硝自养反硝 化以氧化无机化合物为能量来源化以氧化无机化合物为能量来源 。 78硫在湿地中的迁移与转化硫在湿地中的迁移与转化91.硫的概述 硫是湿地生物地球化学循环的重要元素之一，通过酸沉降、硫是湿地生物地球化学循环的重要元素之一，通过酸沉降、地表径流和植物吸收等途径进入湿地，同时以地表径流和植物吸收等途径进入湿地，同时以H2S、 DMS、 COS、 DMDS 和和 CS

10、2等含硫气体形式在湿地中释放等含硫气体形式在湿地中释放 ，而湿，而湿地土壤是硫生物地球化学过程的重要的载体。地土壤是硫生物地球化学过程的重要的载体。 湿地土壤中硫等元素的时空分布特征不仅能反映湿地土壤湿地土壤中硫等元素的时空分布特征不仅能反映湿地土壤结构状况和养分的可利用水平，而且会影响湿地植被生长，结构状况和养分的可利用水平，而且会影响湿地植被生长，关系到湿地环境的形成和植被演替过程。关系到湿地环境的形成和植被演替过程。102.硫的来源 自然硫源主要包括生物源，火山和海浪。海浪带来的硫酸自然硫源主要包括生物源，火山和海浪。海浪带来的硫酸盐量则不定，但这部分硫有盐量则不定，但这部分硫有90%直

11、接返回到海洋。直接返回到海洋。 海岸湿地是硫释放的主要来源之一，海岸湿地是硫释放的主要来源之一，H2S是湿地生态循环是湿地生态循环中硫的主要释放物中硫的主要释放物,DMS则是从湿地植物中释放的。则是从湿地植物中释放的。 但是海岸湿地面积只占全球陆地的但是海岸湿地面积只占全球陆地的0.3%,它们对于全球硫它们对于全球硫循环的释放的贡献较小。循环的释放的贡献较小。 人工硫源主要来自于化肥的使用和化石燃料的燃烧。人工硫源主要来自于化肥的使用和化石燃料的燃烧。113.硫的迁移转化 湿地在厌氧状态下的含硫气体释放量高于好氧状态，一般湿地在厌氧状态下的含硫气体释放量高于好氧状态，一般H2S的释放仅在厌氧条

12、件的释放仅在厌氧条件,厌氧菌对含硫气体释放贡献较大。厌氧菌对含硫气体释放贡献较大。在土壤中的硫化物在微生物的作用下可以相互转化。在土壤中的硫化物在微生物的作用下可以相互转化。 微生物氧化硫化物的过程通常是一种好氧过程，微生物氧化硫化物的过程通常是一种好氧过程， 在厌氧在厌氧条件下利用硝酸盐作为电子受体氧化硫的细菌很少。条件下利用硝酸盐作为电子受体氧化硫的细菌很少。 异养硫氧化细菌可以将有机物质作为碳源以及能量来源，异养硫氧化细菌可以将有机物质作为碳源以及能量来源，也可以将硫化合物作为能量来源。也可以将硫化合物作为能量来源。123.硫的迁移转化 含硫肥料是土壤硫的主要来源，土壤中加入不同的肥料会

13、含硫肥料是土壤硫的主要来源，土壤中加入不同的肥料会影响含硫气体的释放。大气中的硫化物常随降雨进入土壤。影响含硫气体的释放。大气中的硫化物常随降雨进入土壤。 同时，大气中的硫也可为植物和土壤直接吸收，空气中硫同时，大气中的硫也可为植物和土壤直接吸收，空气中硫含量变化极大。另外降雨也会增加土壤中的硫含量。含量变化极大。另外降雨也会增加土壤中的硫含量。 另外硫化物会通过水的流动与其毗邻的陆生或水生生态系另外硫化物会通过水的流动与其毗邻的陆生或水生生态系统进行物质交换。使硫化物迁移。统进行物质交换。使硫化物迁移。13143.硫的迁移 这一系统的含硫气体来自陆地生物硫源这一系统的含硫气体来自陆地生物硫源,包括土壤、植物、包括土壤、植物、湿地以及内陆水体等，在这些生物硫源中湿地以及内