中国药科大学本科生毕业论文（设计）开题报告
- 课题名称：基于新方法的湿地反硝化强度的研究
- 课题性质：基础研究
- 课题背景及目的：
由于农业施肥、畜禽养殖以及农村居民生活污水排放等面源污染产生大量的活性氮排入水体引起水质恶化，使得揭示N在水体里的储存、转化和去除等过程以及机理，减少活性氮循环对全球环境和气候变化的影响已经成为科学家普遍关注的问题。反硝化作用是活性氮最终以惰性氮形式离开土壤、水体等内部生物循环回到大气的唯一自然途径，关于反硝化作用的研究对于减少生态系统活性氮对环境和气候变化的影响具有重要意义。
氮素在生态系统中的循环途径主要有氮固定、矿化、氨挥发、硝化、反硝化等，其中反硝化作用是氮循环的最后一步，其基本过程是：NO3-NO2-NON2ON2 。反硝化作用能够导致农田土壤氮素损失，降低土壤肥力。即反硝化作用能够去除水体中的硝态氮，调节水体质量，平衡生物固氮输入通量，减少生态系统活性氮对环境和气候变化的影响。
反硝化速率的测定一直是一个世界性的难题，限制了对反硝化过程的深入研究，包括大小和影响因素等。这是因为反硝化的主要产物N2在大气中的背景值很高（79%），要在这么高的背景环境中直接测定反硝化产物，需要方法的精度达到0.1%，而一般的方法很难达到此要求。目前在田间实验中普遍采用的差值法是一种间接方法，所有其它氮素去向测定的误差都累计到了反硝化结果中，因此误差很大。15N示踪法由于存在标记氮与土壤的交换、土壤微生物优先利用轻质同位素、标记15N和土壤本身15N混合不均匀等问题，所获取的结果往往只能定性解释氮的去向，而不能准确定量各种氮通量。乙炔抑制法简单便捷，成本低，但是同样存在很多问题。而美国科学家开发的新方法，可以更加准确的测定湿地的反硝化强度，也有望用于流域内湿地的反硝化强度的测定。对于淹水环境的反硝化，美国科学家一直在尝试开发新方法来直接测定反硝化产物N2。Rutgers大学的Seitzinger等（1980）是第一个采用气相色谱法直接测定沉积物反硝化产物N2。一般地，这种方法所得到的结果高于用乙炔抑制法得到的结果，但他们的方法需要在长期培养实验中每天用不含氮的水更换沉积物的上覆水。随着气相色谱精度的提高，Washington 大学的Devol(1991)不需要用不含氮的水更换上覆水也能直接测定反硝化产物N2，但仍然需要较长的实验时间来使N2累计，这种情况下水中的O2会消耗，从而可能影响了由硝化过程产生NO3-。马里兰大学的Kana（1994）开发了一个更好的方法，即膜进口质谱法。该方法测定溶解于水体中的N2/Ar比例，其精度可达0.05％（Kana, 1994）。由于Ar是惰性气体，其浓度非常稳定，因此该方法可以直接快速测定反硝化作用而产生的N2，而不至于影响硝化过程。该方法尚未大规模商业化，但在美国自然科学基金会的反硝化研究协作网中被推荐用来测定湿地的反硝化速率，经与Kana教授讨论，该方法也可望用于淹水稻田反硝化的测定。
本实验结合同位素配对技术和膜接口质谱仪(Membrance Inlet Mass Spectrometry, MIMS) 测定同位素反硝化产物的方法来测定反硝化速率, 并区分不同的反硝化途径。即通过膜接口装置将溶解性气体转化为气体形态，直接进入质谱在线测定水样中氮气，利用测定出的氮气同位素产物与同位素配对法计算出耦合和非耦合的反硝化脱氮速率，具有测定速度快、所需样品量少、测定灵敏度和精度高的特点。
我们采用该方法区分及量化耦合和非耦合的反硝化，将有助于准确评估河流水体的除氮能力及其控制因子，更加可靠地评估农业流域氮素循环的环境影响。
四．研究内容：
1. 通过三个实验处理明确河流上覆水、沉积物以及原位的反硝化速率以及各自的除氮比重。A.测定河流上覆水反硝化速率；
