劉 賽，王 瑤

河南師范大學生命科學學院，河南新鄉(xiāng) 453007

河流N2O的產(chǎn)生與排放研究進展

劉 賽，王 瑤

河南師范大學生命科學學院，河南新鄉(xiāng) 453007

N20是重要的溫室氣體，在大氣中的長期增溫潛勢為CO2的298倍，對溫室效應的貢獻達到6%。文章中對河流中N20的產(chǎn)生機制進行的闡述。N20的排放動態(tài)，包括時間變化，空間變化對其的影響。最后闡述了目前研究所存在的問題與展望，包括目前最新的N20的產(chǎn)生的機理研究；對不同的河流類型，包括工業(yè)區(qū)，農(nóng)業(yè)區(qū)的河流的研究；以及N20的排放與人類活動之間的相互作用的關系。

河流；溫室氣體；氧化二氮；排放通量

氧化二氮（N2O）作為溫室氣體的重要成員之一，大氣中的含量雖然少于二氧化碳（CO2）與甲烷（CH4），但是由于近些年溫室效應正在隨著我國的發(fā)展持續(xù)不斷的增強。雖然N2O的在大氣中的濃度含量遠小于CO2和CH4，但它的百年來的增溫潛勢卻并不比CO2和CH4的弱，分別約為CO2和CH4的298倍和12倍［1］。因此，N2O的排放對于我們氣候的影響可能比它直接所造成的溫室效應更加的復雜。由于人類所進行的活動對土地的影響，導致了水生生態(tài)系統(tǒng)中的氮的可利用性有所增加，水生生態(tài)系統(tǒng)的N2O的排放量也逐漸的增加，例如海洋、湖泊，河流等。目前，針對N2O的排放的研究十分有限，大多也只能夠達到初步統(tǒng)計分析的程度，產(chǎn)生的機制還有很大的不確定性，河流的類型研究缺乏，這也正是河流N2O排放的研究的熱點。

1 河流中N2O的產(chǎn)生機制

河流N2O的產(chǎn)生是河流中氮循環(huán)過程的一個環(huán)節(jié)，人們對生物反硝化作用能夠產(chǎn)生N20和N2已有了解，但對硝化過程，硝酸根異化還原作用產(chǎn)生N20是近30年才認識到的［2］。但是到目前為止，針對河流生態(tài)系統(tǒng)中溫室氣體的產(chǎn)生機制尚不明確，還需有待深入探究。目前普遍認為是河流沉積物的所含有的大量的微生物代謝所產(chǎn)生的N2O的［3］。有些N2O可能是從周圍的水體中由于水系連通而使得氣體輸入到河流中［4］。已經(jīng)有很多研究表明，水體中溶存N2O一個重要來源于河流沉積物，沉積物中大量的有機質和氮源，為N2O的產(chǎn)生提供了有利的條件［5］。目前，N2O的產(chǎn)生機制的研究方面比較可靠的方法是乙炔抑制法和15N同位素示蹤法［6］。最新越來越多的研究采用生物培養(yǎng)或基因組序列辨識等方法進而分析N2O的產(chǎn)生機制［7］。

2 河流中N2O的排放動態(tài)

2.1河流中N2O的排放時間變化動態(tài)

河流水體N2O排放在時間變化上具有很強的季節(jié)變化和日變化規(guī)律。

季節(jié)變化尺度上的分析：河流N2O排放高峰發(fā)生冬季和夏季、水體枯水期和凍融交替時期。研究表明［8］，長江宜昌至徐六涇段全年N2O濃度呈明顯的季節(jié)變化，春夏之交后N2O濃度逐漸升高，并在7月達到全年最高水平，隨后N2O濃度處于下降趨勢，直到冬季剛開始的12月達全年最低值，進入冬季后N2O濃度又開始緩慢地上升，在2月時候達到冬季最高值，縱觀全年之趨勢圖呈波浪狀，夏、冬季遠大于春秋季；另外，長江中N2O飽和度季節(jié)變化趨勢與N2O濃度變化趨勢一致也顯示出夏季最高。以上長江中發(fā)現(xiàn)的N2O的季節(jié)變化規(guī)律在太湖大運河［9］水系也恰好被印證。除了季節(jié)變化規(guī)律外，在張曉萌［10］等對廣東入庫河口N2O的研究發(fā)現(xiàn)：河流水體N2O交換通量在枯水期（0.86μg（m2·d）-1～21.88μg（m2·d）-1）明顯高于豐水期（0.26～5.4μg（m2·d）-1），而這種情況主要與枯水期水溫較低、N2O飽和度較高以及風速較大有緊密關系。除了上述之外，河流N2O排放高峰還發(fā)生在水面凍融交替時期［11］。

日變化尺度上的分析：通過有關研究，河流水體N2O排放通量日變化規(guī)律表現(xiàn)為晝高夜低。但是，在韓洋［12］等對南京城市河流的研究中除了發(fā)現(xiàn)以上特征，金川河、團結河以及外秦淮河夜間N2O釋放通量占全天比例達30%以上，證明河流水體N2O通量日變化規(guī)律表現(xiàn)為晝高夜低的特點。而內秦淮河夜間N2O釋放通量卻達到50%以上，這一反常特征提醒研究者，以往習慣認為夜間溫度較低，沉積物中微生物活性較低，就粗略認為夜間N2O排放較低是十分不嚴謹?shù)膽B(tài)度，同時由于夜間條件通常不利于手動采樣，因而減少夜間采樣頻率，這樣就會直接造成能N2O日平均釋放通量估算誤差，因此為了精確實驗結果，夜間河流表面水體中的溫室氣體的觀測也應加強?？傊?，從晝夜結果中可以明顯看出，由于河流自身水質參數(shù)，水環(huán)境因子的差異以及不同河流所處地理位置環(huán)境的不同，導致不同水體中N2O排放通量具有較大的時間變異特點，因此在長期的實驗檢測中找到一個時間段來代表日間平均通量是非常重要的。

2.2河流中N2O的排放時空變化動態(tài)

目前對國內河流中溶解N2O的分布、河流中N2O的排放通量以及年釋放總量等的研究頗多，已經(jīng)有了較為卓越的成就。虞中杰［13］上海市河網(wǎng)研究，市區(qū)，寶山，嘉定地區(qū)水體N2O濃度，飽和度顯著提高于其他地區(qū)。這是可能是由于各區(qū)域的功能類型以及個人的活動的強弱導致的水質差異，這些地方水質惡化現(xiàn)象較為嚴重。將我國河流與世界同類河流相比發(fā)現(xiàn)，我國河流N2O濃度較世界其它河流較大，N2O飽和度差距不大，但N2O通量也較大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因，一是目前全世界對河流N2O的研究還十分欠缺，數(shù)據(jù)有限；二是作為人口眾多，正在急速建設的發(fā)展中大國，我國大部分處于東部發(fā)達地區(qū)的河流已經(jīng)被嚴重污染，大量農(nóng)業(yè)化肥的使用使氮磷元素順著雨水及地下水匯入河流之中，工業(yè)廢水生活污水等含有大量硝酸鹽、銨鹽的廢水輸入城市河流水體，加劇了河流富營養(yǎng)化，從而促進了河流N2O排放。

能夠正確了解到國內的各種河流N2O排放的通量特點及其在時間、空間變化，這對于估算N2O年排放通量、預測未來的變化方向及對全球氣候變化貢獻方面具有極其重大意義。

3 目前研究所存在的問題及展望

對N2O產(chǎn)生機制，最新研究表明，氨氮可以在完全氨氧化菌（COMAMMOX， Complete Ammonia Oxidizers）的作用下實現(xiàn)一步式硝化，這對解釋硝化過程中N2O的產(chǎn)生提出了新的挑戰(zhàn)，使我們深入思考，是否有其他的產(chǎn)生機制。目前，我們國內還缺乏對不同的河流類型研究，例如，工業(yè)區(qū)河流，農(nóng)業(yè)區(qū)河流，城鎮(zhèn)區(qū)河流，森林區(qū)河流等。N2O的排放與人類活動之間相互關系，人類活動多樣化導致河流中活性氮的類型差別，人類的活動對N2O的排放研究不透徹。來源與不同地方的污水匯集在一起之后導致河流中含氮化合物的種類增加，進一步影響N2O的排放，降低了對河流N2O排放預測的準確性。

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1674-6708（2016）167-0161-02

劉賽，本科在讀，河南師范大學生命科學學院，研究方向為生物技術。王瑤，本科在讀，河南師范大學生命科學學院，研究方向為生物技術。