水动力扰动对太湖反硝化作用及脱氮通量的影响

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    41573076
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    73.0万
  • 负责人：
    许海
  • 依托单位：
    中国科学院南京地理与湖泊研究所
  • 学科分类：
    D0711.污染物环境行为与效应
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Denitrification is a key nitrogen removal process in lakes. It can alleviate nitrogen loading and plays an important role in the nitrogen budget. High frequency hydrodynamic disturbance is characteristic of shallow lakes and can affect nutrient cycling. We hypothesize that hydrodynamic disturbances will affect oxidation-reduction conditions and denitrification bacteria community in surface sediments and lead to high resuspended organic particle in water column, which will affect denitrification in water column and sediment of lake. High frequency hydrodynamic process monitoring and field simulations will be conducted to study the effects of hydrodynamic disturbances on the vertical distribution of denitrification and nitrate concentrations in sediments. We will use microelectrodes and 15N stable isotope tracers to measure denitrification rates in sediments. The influence of resuspended organic particle on denitrification rate in water column will be explored. Weekly monitoring of denitrification will be conducted in Meiliang Bay for one year to determine temporal variation of denitrification rates and identify factors controlling nitrogen removal processes and rates, such as physical/meteorological, hydrodynamics, and water quality. Spatial variations in rates will be measured, and the contribution of denitrification to total nitrogen removal in the lake will be evaluated.
反硝化脱氮是湖泊氮素循环转化的关键过程，对于减轻湖泊氮污染，调节湖泊氮负荷的收支平衡具有重要作用。频繁的水动力扰动是大型浅水湖泊的主要特征之一，对营养盐的循环转化过程具有重要影响。本项目以太湖为研究对象，通过野外高频观测和模拟实验，采用微电极技术研究不同扰动条件下沉积物溶解氧侵蚀深度、反硝化层的迁移、底泥硝酸盐的垂向分布规律，采用分子生物学手段研究水动力扰动对水体和沉积中微生物群落结构的影响；运用原位箱法和15N同位素示踪技术研究不同扰动强度和扰动模式对水-沉积物界面耦合和非耦合反硝化过程的影响及机制，探讨风浪过程中悬浮颗粒物作为微生物载体对水柱中反硝化速率的影响；另外通过在典型湖区开展每周一次的高频定点监测，细致刻画反硝化速率在一年中的变化过程、分析影响因素，并结合水动力条件和生境条件不同的湖区反硝化速率的季节测定，评估太湖全湖的反硝化脱氮能力。

结项摘要

反硝化脱氮是湖泊氮素循环转化的关键过程，对于减轻湖泊氮污染，调节湖泊氮负荷的收支平衡具有重要作用。频繁的水动力扰动是大型浅水湖泊的主要特征之一，对营养盐的循环转化过程具有重要影响。本项目以太湖为研究对象，通过野外高频观测和模拟实验，利用膜接口质谱仪和15N同位素示踪技术研究了不同扰动强度和扰动模式对水-沉积物面耦合和非耦合反硝化过程的影响及机制；开展了风浪过程中悬浮颗粒物对水柱中反硝化速率的影响实验；比较了蓝藻水华和湖泊沉积物对反硝化脱氮的影响；并通过模拟实验研究了湖泊对外源氮输入的截留能力，评估了全湖反硝化的脱氮能力。经过4年的研究，圆满完成了项目计划书中的工作内容，达到了项目预期研究目标。主要研究结果如下：风浪扰动促进湖泊沉积物硝化-反硝化耦合作用的发生，有利于湖泊的脱氮过程；在风浪过程中，湖泊沉积物进入水体，以悬浮颗粒物为介质的微环境导致反硝化作用可以在好氧的水柱中发生，促进了水体氮素的损失；蓝藻水华的生长与降解加快了氮素的转化过程，导致氮素通过硝化-反硝化耦合过程从水体脱除；湖泊沉积物是反硝化作用发生的主要区域，但蓝藻水华堆积会加速氮素从水体去除；模拟实验结果显示在湖泊沉积物存在情况下，外源输入的氮有50%被反硝化作用从水体生态系统中脱出；利用质量平衡方法估算了太湖的氮素收支，发现50-70%的外源氮负荷会被湖泊截留，其中80%是反硝化脱氮的贡献。研究结果加深了对湖泊氮素循环过程的认识，对湖泊和流域的氮素管理及蓝藻水华的治理具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
水体氮、磷营养盐水平对蓝藻优势形成的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    湖泊科学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    许海;陈洁;朱广伟;秦伯强;张运林
  • 通讯作者：
    张运林
Mitigating eutrophication and toxic cyanobacterial blooms in large lakes: The evolution of a dual nutrient (N and P) reduction paradigm
减轻大型湖泊的富营养化和有毒蓝藻水华：双养分（氮和磷）减少范式的演变
  • DOI：
    10.1007/s10750-019-04087-y
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Hydrobiologia
  • 影响因子：
    2.6
  • 作者：
    Paerl Hans W;Havens Karl E;Xu Hai;Zhu Guangwei;McCarthy Mark J;Newell Silvia E;Scott J Thad;Hall Nathan S;Otten Timothy G;Qin Boqiang
  • 通讯作者：
    Qin Boqiang
Nitrification and ammonium dynamics in Taihu Lake, China: seasonal competition for ammonium between nitrifiers and cyanobacteria
中国太湖的硝化作用和氨氮动态：硝化细菌和蓝藻之间对氨氮的季节性竞争
  • DOI：
    10.5194/bg-15-733-2018
  • 发表时间：
    2018-02-06
  • 期刊：
    BIOGEOSCIENCES
  • 影响因子：
    4.9
  • 作者：
    Hampel, Justyna J.;McCarthy, Mark J.;Newell, Silvia E.
  • 通讯作者：
    Newell, Silvia E.
氮磷形态与浓度对铜绿微囊藻和斜生栅藻生长的影响
  • DOI：
    10.19674/j.cnki.issn1000-6923.2019.0305
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    中国环境科学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    许海;陈丹;陈洁;朱广伟;秦伯强;朱梦圆;张运林
  • 通讯作者：
    张运林
Influence of Cyanobacterial Blooms on Denitrification Rate in Shallow Lake Taihu, China
  • DOI：
    10.13227/j.hjkx.201808056
  • 发表时间：
    2019-03-15
  • 期刊：
    Huanjing Kexue
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Liu Zhi-ying;Xu Hai;Zhang Yun-lin
  • 通讯作者：
    Zhang Yun-lin

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其他文献

太湖不同湖区夏季蓝藻生长的营养盐限制研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    中国环境科学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    许海;秦伯强;朱广伟
  • 通讯作者：
    朱广伟
Al_2O_3-TiC/Cu复合材料的热变形行为及流变应力的本构方程计算
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    热处理
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    许海;黄剑;李钊;王俊峰;肖翔鹏
  • 通讯作者：
    肖翔鹏
Use of conductivity to indicate long-term changes in pollution processes in Lake Taihu, a large shallow lake
利用电导率来指示太湖（一个大型浅湖）污染过程的长期变化
  • DOI：
    10.1007/s11356-020-08590-x
  • 发表时间：
    2020-04
  • 期刊：
    Environmental Science and Pollution Research
  • 影响因子：
    5.8
  • 作者：
    吴天浩;朱广伟;朱梦圆;许海;张运林;秦伯强
  • 通讯作者：
    秦伯强
Contributions of external nutrient loading and internal cycling to cyanobacterial bloom dynamics in Lake Taihu, China: Implications for nutrient management
外部养分负荷和内部循环对中国太湖蓝藻水华动态的贡献：对养分管理的启示
  • DOI：
    10.1002/lno.11700
  • 发表时间：
    2021-02
  • 期刊：
    Limnology and Oceanography
  • 影响因子：
    4.5
  • 作者：
    许海;Mark J. McCarthy;Hans W. Paerl;Justin D. Brookes;朱广伟;Nathan S. Hall;秦伯强;张运林;朱梦圆;Justyna J. Hampel;Silvia E. Newell;Wayne S. Gardner
  • 通讯作者：
    Wayne S. Gardner
换水率和营养水平对太湖流域横山水库硅藻水华的影响
  • DOI：
    10.18307/2017.0309
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    湖泊科学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    任杰;朱广伟;金颖薇;许海;朱梦圆;夏明芳;余丽;李慧赟;张运林;秦伯强
  • 通讯作者：
    秦伯强

其他文献

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许海的其他基金

蓝藻水华对富营养化浅水湖泊氧化亚氮产生途径的影响及其调控机制
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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