摘要河口沉积物是河口生态系统的重要组成部分,是水体中碳、氮、磷等物质的重要储存场所,且其常年受到潮汐的强烈作用。潮汐会影响河口沉积物的迁移、转化和养分释放,但目前对于潮汐循环对河口沉积物养分释放的研究还很少。因此本论文通过潮汐循环装置模拟不同强度的潮汐扰动,探究潮汐循环对胶州湾大沽河口沉积物中氮、磷、溶解性有机质(DOM)释放的影响,并应用逐步回归分析的方法建立模型,预测潮汐循环作用下沉积物中氮和磷的短期释放规律。此外,论文还分析了潮汐循环作用下沉积物中微生物丰度和群落结构变化,进一步阐释了潮汐循环对沉积物中养分释放影响的机制,主要研究结论如下:<br> (1)模拟潮汐循环促进了沉积物中NH4+-N和NO3--N的释放,无潮汐循环扰动(静态释放)时NH4+-N和NO3--N最大释放量分别仅为360.15mg/g和36.34mg/g,而有潮汐循环扰动时NH4+-N和NO3--N最大释放量分别达到了513.45mg/g和194.94mg/g。此外,NO3--N的释放量随着潮汐循环强度的增大而减小,这是因为低潮汐循环强度导致了较高的溶解氧含量和更强的好氧硝化活性,而高潮汐循环强度下,反硝化微生物丰度较高,从而促进了反硝化作用。潮汐循环也促进了沉积物中磷的释放,TP的释放量不断波动,但总体处于较低的水平,这主要归因于大沽河口沉积物中磷含量较低。通过逐步回归模型拟合氮磷释放数据发现,该模型对于NH4+-N、NO3--N、NO2--N的总体拟合效果较好,相关系数(R2)分别为0.8887、0.9051、0.7991,说明本文引入的模型适用于预测一定时间内的氮释放量,而TP释放的拟合性较差,主要与TP的低释放量和潮汐循环下TP实验数据的波动性有关。<br> (2)模拟潮汐循环促进了沉积物中DOM的释放。潮汐组DOM释放量高于静态释放组,潮汐组DOM最大释放量是静态释放组DOM最大释放量的2.14倍,这是因为潮汐循环促进了沉积物中DOM的矿化,并促使DOM向上覆水扩散,导致上覆水中DOM含量的增加。此外,潮汐循环强度最小时,DOM释放量是最高的,这是由上覆水高度和潮汐强度的双重作用引起的。在模拟潮汐循环下,潮汐组的DOM荧光强度均大于静态释放组,表明潮汐循环对DOM荧光强度有较大的影响,并且类腐殖质A峰是所有潮汐组中荧光强度最强的。<br> (3)模拟潮汐循环影响了沉积物中微生物的丰度和群落结构。静态释放组中微生物群落的丰度要明显高于潮汐组,说明潮汐循环对于微生物群落的丰度有很强的抑制作用,潮汐组中微生物丰度的下降是由于潮汐过程中溶解氧的变化。此外,通过对微生物群落结构进行分析,发现潮汐循环有利于Gammaproteobacteria(γ-变形杆菌纲)的生长,γ-变形杆菌纲微生物具有反硝化作用的能力,可以将硝酸盐还原为亚硝酸盐,潮汐组中反硝化活动强烈,这也进一步解释了潮汐扰动强度与NO3--N的释放量呈负相关的结果。潮汐循环还会极大地影响Marinobacteraceae(海杆菌属)微生物的丰度,从而提高碳、氮和磷的迁移能力。微生物群落的研究进一步解释了潮汐过程中营养释放的机制。
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