[发明专利]一种模拟原位河道生态系统氮素归趋的装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟并测定河道生态系统氮素归趋的装置和方法。本装置包括包括依次相连的进水装置、模拟河道实验装置和检测装置，模拟河道实验装置为有机玻璃组成的透明长方体，装置底部设置取泥口、中部设置取水口、顶部设置可拆卸式的顶盖，顶盖上有活动式隔板以及气体静态采集箱。本装置能完成对整个模拟培养过程中温度、pH、溶解氧的实时监控，同时能对装置内沉积物氮素浓度、水体氮素浓度和产气进行测定。能够定量河道生态系统沉积物‑水界面、水‑气界面、水生植物、微生物等的氮素迁移转换。本发明内容综合考虑整个河流生态系统各脱氮途径间的氮素输出、转化和定量关系，为河流生态系统生态修复的研究提供理论基础。

技术领域

本发明属于生态工程技术领域，具体涉及一种模拟并测定河道生态系统氮素归趋的装置及方法。

背景技术

随着我国经济快速发展，人类活动的加剧,沿河湖地区氮、磷等污染物排放逐年增加，河流面临着水质逐年恶化、富营养化问题日益严重、生态系统不断退化等问题。营养盐过量排放是造成河流富营养化的重要原因。目前，科学家认为氮素是水体富营养化的关键影响因子之一，对氮素在河道中的生物地球化学循环过程进行全面完整的了解，有助于为河流系统生态修复提供理论基础，从而有效控制治理富营养化。

研究表明，氮素经固氮作用进入湖泊等生态系统后，在沉积物-水界面进行交换，并通过湖泊中的动物、植物、微生物等生物的同化吸收或选择性捕食，在食物链营养级中自下而上进行传递，最后氮素主要经以下三种途径输出系统：水生植物的吸收；氮素经微生物作用以N₂、N₂O等气体形式离开湖泊系统；氮素经过沉积作用沉入沉积物从而被固定。

由于人类活动的影响，水体氮素的生物地球化学循环受到影响，由此引发的水体富营养化等环境问题使得环境及生态学家对氮素在生态系统中输入、迁移、转化、循环和输出的规律进行大量的研究。Erler等人(Environmental Science&Technology，2008，TheContribution of Anammox and Denitrification to Sediment N₂ Production in aSurface Flow ConstructedWetland)通过构建人工湿地对反硝化和厌氧氨氧化微生物产气进行研究。Ishii等人(Microbes and Environments，2011，Nitrogen Cycling in RicePaddy Environments:Past Achievements and Future Challenges)研究了稻田土壤氮素循环。陈学民等(农业环境科学学报，2012，青海湖表层沉积物营养元素分布特征及相关性分析)对青海湖表层氮磷元素进行研究。国内外学者已对水生系统中氮素的迁移转化进行了大量的研究，但是到目前为止，如何在室内通过模拟原位河道环境，探讨不同生态修复手段对河道中氮归趋的模拟技术方法尚未见报道。因此，当综合考虑整个河流生态系统时，各脱氮途径间的氮素输出、转化和定量关系难以确定，从而阻碍了受污染河流生态修复的研究。

河流在治理过程中受其本身条件的影响很大，比如其所处地域的气候条件、河流水体理化环境、营养盐状态、流量大小等。针对每条河流自身的特征，研究或者选择相关的装置及技术是必要的。

直接的河流富营养化治理工程项目投入非常大，为了避免不必要的风险损失，在全面的工程项目之前进行河道氮素归趋小试研究具有其重要的意义。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：针对日益严重河道污染、水质恶化问题。本发明提供一种模拟并测定河道生态系统氮素归趋的装置及方法。该装置可以精确测量河流生态系统中的氮素归趋，从而可以促进原位河道生态修复的研究。

针对现有技术中存在的河流治理中需要考虑的实际问题，本专利的目的之一在于提供一种模拟并测定河道生态系统氮素归趋的装置，具体通过以下技术方案来实现：