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近海河流是陆地与海洋联系的重要纽带,是城市发展和生物多样性的基础,河流水质是体现城市发展水平和生态环境的重要指标[1-2]. 近年来,随着城市的快速发展,各种点源污染(工业污染、生活污染等)、面源污染(农业污染)及城市本身遗留的污染已经对河流水环境稳定及生物健康构成了威胁[3-4],大量N、P等污染物随着污水输入到河流中,超出河流的自净能力,引起水体富营养化,造成水体溶解氧降低、水体酸化、生物栖息地退化、有毒有害藻类大量繁殖[5-7]、生物多样性减少、水生生态系统的结构和功能发生异常等问题[8-9]. 水体富营养化是国际上共同关注的水环境问题[10],针对城市地表水开展调查研究,了解地表水污染现状,对城市水治理、修复等工作有着十分重要的意义.
三亚河由北向南贯穿三亚市,注入三亚港入海,对城市居民生活及旅游业的发展具有十分重要的意义. 2015年三亚市自然资源和规划局出台《三亚市中心城区水系综合规划》,提出改善三亚河水环境状况,然而三亚人口众多,城市废水的排放、土地利用的改变给三亚河水环境治理带来严峻的挑战. 2018—2019年,三亚河的水质为仍为Ⅲ、Ⅳ类,主要污染指标为氨氮[11].
本文通过对三亚河进行调查,旨在系统地探究三亚河营养盐的时空分布特征,评价水体富营养化现状,为相关部门围绕海南“三区一中心”的战略定位,稳步有效推进三亚河流域水环境综合治理提供基础数据,丰富对三亚河营养盐分布的认识.
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三亚河(18°19′—18°37′N、108°36′—109°46′E)发源于三亚市和保亭黎族苗族自治县交界的中间岭右侧高山南麓,由六罗水、水蛟溪和半岭水3条河流组成. 流域面积337.02 km2,年平均流量为6.7 m3·s-1[12]. 三亚地属热带海洋性季风气候,年平均气温25.5 ℃,年平均降水量1537.04 mm[13],全年90%的降水量集中在雨季(5—10月份),旱季(11月—次年4月)仅占10%[14]. 三亚河属潮汐河流,日纳潮量为253 m3[15],不规则的全日潮汐可影响至辽家坡路河段. 依据河流地形、河道及水文特征将三亚河分为上游(DGB—LJPL)、中游(YLXL—YCQ)和下游(RGQ—SYDQ). 上游河道狭窄,属低山丘陵区,植被覆盖好,水土流失弱,沿河两岸有大片的农田,上游水库拦蓄河道河流,河流流量小,水深较浅[16]. 中游河道为河网的过度带,有支流汤他水汇入,属城市河段,潮汐作用影响较弱. 下游河道为感潮、城市河段,有支流半岭水汇入,河流分为东西河,平均潮差约为1.0 m,靠近入海口处纳潮量大. 中下游河道两侧生长着大量红树林,沿河两岸有大量居民区、酒店及餐饮等,此外周围污水管网有破损等情况,沿河部分地区未纳入城市污水管网系统,污水直接排入到河流中[17]. 三亚河水深受降雨和潮汐影响较大,采样期间旱季上游河段水深均小于0.5 m,中游河段约为0.5—1 m,下游河段约为1—2 m,入海口的SYG站位较深,约为9 m. 雨季上游河段水深约为0.5—1 m,中游河段约为1—2 m,下游河段约为2—3 m,入海口的SYG站位约为11 m.
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于2018年6月—2019年5月对三亚河干、支流进行逐月采样,根据河流特征从下游到上游分别在三亚港(SYG)、三亚大桥(SYDQ)、新风桥(XFQ)、月川桥(YCQ)、水城路桥(SCLQ)、辽家坡路(LJPL)、槟榔桥(BLQ)以及打狗坝(DGB),支流的溶根桥(RGQ)、潮见桥(CJQ)及育林新路(YLXL)共11个站位采集表层水样(见图1). 另根据采样时站位的实际水深情况分别于1、3、9月份采集SYG站位,10月份采集下游YCQ、RGQ、XFQ、CJQ、SYG站位的底层水样.
水样用2.5 L有机玻璃采水器采集,分装于1 L聚乙烯瓶中,带回实验室用0.45 μm醋酸纤维滤膜过滤后装于聚乙烯瓶中(经30%的盐酸浸泡24 h后,用超纯水清洗至中性),冷冻保存(−20 ℃),1周内测完,水样均为双样. 水温(T)、盐度(S)、溶解氧(DO)等参数用多参数水质分析仪现场测定(WTW Multi36308),其中DO用温克勒滴定法校正. 营养盐浓度使用紫外可见分光光度计测定,测定方法见表1,其中溶解的无机氮(DIN)为铵盐(
NH+4 –N)、硝酸盐(NO−3 –N)、亚硝酸盐(NO−2 –N)三者浓度之和,测量过程中采用国家海洋局标准物质中心生产的营养盐标准系列作为外标质控样.NH+4 –N、NO−3 –N、NO−2 –N、DIP(活性磷酸盐)的检测限分别为0.002、0.005、0.0005、0.0008 mg·L−1,平行样相对偏差分别为0.5%—4.8%、0.2%—3.4%、0.3%—4.2%. DO检测限为0.2 mg·L−1,平行样相对偏差为0—2.3%.本研究采用适用于河流水体的对数型幂函数普适指数公式法计算三亚河水体富营养化的评价综合指数(EI),水体中常规指标依据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)进行,选取了DO、DIP、
NH+4 –N、NO−2 –N、NO−3 –N为评价标准,计算公式[19]如下:式中,EI为富营养化评价综合指数;Wj为指标j的归一化权重值;本研究将各指标视为等权重;EIj为指表j的富营养化评价普适指数;Xj为指标j的规范值;上述四者都是无量纲参数(表2).
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相关实验数据分析运用Origin 2017,营养盐与理化参数的相关性分析运用SPSS 26.0,站位图使用Sufer 15软件进行绘制.
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三亚河不同季节各站位T、S及DO变化特征如图2所示. 表层水体温度变化范围为4.1—32.0 ℃,年平均水温为(21.1±5.8)℃. 采样调查期间三亚河春、夏、秋、冬季节的平均水温分别为(27.1±0.9)、(25.7±0.7)、(12.6±0.5)、(19.0±0.4)℃,季节变化显著,表现为春季>夏季>冬季>秋季,这与该时间段内气温的季节变化趋势一至. 空间分布上,同一月份各站位水温相差不大,主要是受采样时间和水深的影响(图2a).
表层水体盐度变化范围为0.05‰—32.81‰,平均值为(10.0‰±10.4‰),整体表现为春季>冬季>夏季>秋季,主要受降雨及潮汐作用的影响. 春、冬季(旱季)河流径流量小,潮汐可影响至LJPL站位,夏、秋季(雨季)降雨较多,潮汐作用仅能影响到SCLQ河段,部分月份暴雨后表层水体在入海口附近盐度接近0. 在空间分布上,各季节受潮汐作用影响显著,从上游至下游盐度逐渐增大(图2b).
三亚河表层水体DO含量变化范围为0.12—8.75 mg·L−1,平均含量为(5.19±1.45)mg·L−1. 整体表现为秋季>冬季>春季>夏季. 上游,DO在春季最低,主要是由于春季净流量小,水体流动性差,水体温度相对较高,中下游各站位不同季节溶解氧含量相差不大. 空间分布上,上游(DGB、BLQ)及入海口(CJQ、SYDQ及SYG)河段部分站位DO含量相对较高. 中游溶解氧含量普遍较低(图2c),主要是由于上游河段连接水库,沉积环境多为砾石,水体清澈,中游及下游部分河段为居民区,河流较浅,落潮时部分河段裸露,两岸有大量的树木,河床分布有大面积水草,且较为曲折,沉积环境为泥质沉积,有机质含量高,消耗大量氧气[20]. 下游入海口河段受潮汐混合影响,DO逐渐增大.
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不同季节三亚河水体中营养盐的时空分布见图3,各季节营养盐含量见表3. 在空间分布上,N、P营养盐均表现为上游及入海口处浓度低、中下游区域浓度高的特点(图3). 主要是因为上游河段沉积环境多为砾石,沿河植被覆盖好,地表径流输入到河流的营养盐相对较低[16]. 中下游区域位于中心城区地段,河流两岸分布大量居民区、酒店、饭店等,人口密集,河流受人为污染严重,同时河道两测分布不同面积的红树林,沉积物中携带大量的有机物,退潮时红树林沉积物中部分有机物被带入到河流中,使得中游河段整体营养盐较高[21]. 下游潮汐作用强烈,涨潮时海水上溯带走并稀释部分营养盐,使得下游营养盐随盐度的增加逐渐降低. 支流站位(YLXL、RGQ和CJQ)营养盐含量与其附近站位相比较高或相当,说明支流输入是三亚河营养盐的重要来源之一. 另外,10月份下游各站位由于水深较浅(约1—2 m),表、底层水体营养盐含量相差不大.
在入海口SYG站位,旱季(1、3月份)表、底层(约9 m)水体DIN(DIP)平均含量分别为0.087(0.070)mg·L−1和0.065(0.055)mg·L−1,相差不大,但在雨季(9、10月份)表、底(约11 m)层水体DIN(DIP)的平均含量分别为0.680(0.204)mg·L−1和0.042(0.064)mg·L−1,表层远高于底层,体现了三亚河冲淡水向近岸输送营养盐.
全年尺度上DIN的浓度范围为0.028—2.096 mg·L−1,平均浓度为(0.700±0.279)mg·L−1,冬季>秋季>夏季>春季,
NH+4 –N、NO−3 –N、NO−2 –N的占比分别为32.0%、58.8%和9.2%,NO−3 –N和NH+4 –N是水体中DIN的主要存在形式.NH+4 –N各季节浓度相差不大,冬季最高,特别是在SCLQ站位,其浓度是附近站位的2倍以上. 微生物分解有机含氮化合物是河流中NH+4 –N的重要来源之一[22],而冬季是三亚的旅游旺季,侯鸟人数为三亚户籍人口总数的70%[23],在人为活动的影响下,生活污水以及流域周边农业、畜牧业养殖废水大量排入河流中,导致水体中NH+4 –N浓度相对较高. 河流中NO−3 –N浓度季节变化显著,秋季NO−3 –N整体平均浓度最高,主要是因为上游河段两岸多为农田,土壤为电负性,不易吸附带负电荷的NO−3 –N,秋季降雨较多,雨水冲刷土壤使NO−3 –N易被淋溶到河流中. 同时,秋季溶解氧含量高,促进了硝化作用的进行,使水体中NO−3 –N浓度升高. 中下游河段,水体中NO−3 –N浓度与冬季相当,其污染来源可能与NH+4 –N相似. 在RGQ站位冬季含量最高,主要是冬季人为影响较大,支流半岭水携带大量NO−3 –N汇入的影响. 春季NO−3 –N浓度低,主要是由于春季属旱季,降雨较少,另外,春季水温较高,浮游植物生长代谢快,加快NO−3 –N的消耗,这与中下游河段水体中DO含量较高相一致.NO−2 –N季节变化为冬>春>秋>夏,冬、春季均明显高于夏、秋季,即旱季高于雨季.NO−2 –N是NO−3 –N和NH+4 –N之间的过度形态,在热力学上很不稳定,易被微生物及氧化剂转化NH+4 –N和NO−3 –N,其循环转化与生物活动、废水排放、水温、溶解氧等因素有关,浓度变化较复杂[24]. DIP浓度范围为0.007—0.442 mg·L−1,平均浓度为(0.140±0.066)mg·L−1,夏季>春季>冬季>秋季. 夏秋季均为雨季,降雨量较大,地表径流冲刷陆地,携带含P废水进入河流,但由于三亚地处热带,秋季台风较多,农业种植活动普遍减少,含磷化肥的使用远低于其他季节,秋季水体中无机磷的含量最低. 研究表明,在pH为6—8的范围内,沉积物对磷解吸作用随pH增大而增强,沉积物对磷解吸作用随着盐度增加逐渐增强[25],春、冬季,降雨较少,潮汐作用影响范围更大,河流盐度较高,内源磷释放可能是水体中无机磷含量较高的重要原因. 各个季节中游YLXL站位DIP浓度异常增高,是由于三亚育林新路河段存在小区生活污水特别是洗涤用水通过雨水管道排入到三亚河中,输入大量DIP.国内外其他河流不同形态N、P营养盐的平均浓度见表4. 三亚河NO3−-N平均浓度与国内外大小型河流相比均较低. NO2−-N浓度远低于珠江(广州段)[26],与黄河相差不大[27],但均高于长江、万泉河、图尔河及石狩河[28-31]. NH4+-N浓度远低于国内外受人为影响剧烈的河流,如海河(市区段)[32]、珠江(广州段)[26]、渭河(咸阳段)[33]及图尔河[30]. 远高于大型河流长江、黄河以及污染影响较小的小型河流万泉河、香溪河[27-29,34]. 但与受农业污染为主的石狩河、斯兹雷尼亚瓦河相差不大[31,35]. DIP含量在人为污染以及农业污染为主的河流中处于中等水平,但远高于大型河流长江、黄河以及受污染影响较小的小型河流万泉河、香溪河[27-29,34].
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三亚河中下游区域人口密集,水体污染较严重,潮汐作用可影响至LJPL河段,因此,在分析营养盐与环境因子关系时扣除了上游DGB和BLQ站位. 三亚河流域营养盐与环境因子的相关性系数见表5. S与DO在春、夏、冬季呈显著正相关(P<0.01),一方面富氧海水随潮汐作用与河水混合,另一方面潮汐作用导致的水体扰动有利于水-气界面DO的交换.
NH+4 –N与S在春季、夏季呈显著负相关(P<0.05),与DIP在春、夏、冬季呈显著负相关(P<0.01),主要是由于潮汐作用的稀释造成的.DO与NH4+–N在春、夏季以及与DIP在各季均表现为显著负相关(P<0.05),这是由于水体中浮游植物在吸收NH4+–N及DIP进行光合作用同时释放大量氧气[36] ,各季节水体中不同形态的氮之间存在不同程度的相关性,氮的循环转化较为活跃. 另外,在春季和秋季,无机氮、磷之间呈较好的正相关,说明他们来源相一致.
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依据的营养化等级划分(表2)可以看出,各季节三亚河流域均处于富营养化状态(图4),其中春、夏、秋、冬季三亚河水处于重富营养化的站位数量占比分别为9.1%、9.1%、0%、27.3%,富营养化占比分别为63.6%、72.7%、81.8%、45.5%. 重富营养化多出现在冬季中游河段(图4),主要是由于中游河段位于三亚市中心,同时冬季正值旅游旺季,河流受人为活动影响剧烈,污染较严重. 空间分布上中富营养化主要分布在上游及下游入海口站位,严重的富营养化水域多集中在中游及中下游河段.
N/P是营养盐结构的主要指标,河流水体中可被生物利用的N、P多为溶解的无机氮(DIN)和无机磷(DIP)[37]. Guildford等[38]提出了水体中营养物质的限制性标准,当N/P≤9体时(质量比),N为限制性因子,当9<N/P<22.6时,适合藻类的生存的,N/P≥22.6时,为磷限制性因子. 三亚河各站位水样N/P(质量比)空间分布见图5,总体而言,三亚河流域多处于N限制状态,其中春、夏季整体水域都处于氮限制状态,秋季54.5%的站位处于氮限制状态,36.4%的站位适合藻类生存,仅有1个站位(BLQ)站位在秋季处于磷限制状态,可能是由于该河段藻类大量生长,消耗水体中N、P有机物,P营养盐被优先消耗到低于阈值,使得出现磷限制[37]. 冬季45.5%的站位处于氮限制状态,54.5%的站位适合藻类生存. 河流水质均与三亚湾早期研究得出附近海域其生产力主要受氮素限制情况相一致[39]. 近年来随着三亚市旅游业的不断发展,人口密集程度不断上升,据统计2013—2019年三亚旅游人数增长近千万,磷酸盐在沿岸人口密集的区域一般浓度较高[13,40].
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由于缺乏调查期间三亚河实时径流量数据,所以本文采用的是三亚河历年平均径流量5.86 m3·s–1 [41]来估算三亚河营养盐年入海通量. DIN、
NO−3 -N、NO−2 -N、NH+4 -N、DIP年入海通量分别为118.37、70.93、11.18、38.67、23.75 t,其中NH+4 -N入海通量与以往调查数据显示每年向三亚湾输入的氨氮污染物37 t相差不大[15]. 与国外内已报道小型河流,如灌河下游[2]、北部湾入海河流[42]、石狩河[31]营养盐年入海通量相比均明显较低,尽管输入不大,但是对三亚湾水质生态环境有着重要的影响[43]. -
(1)三亚河水体中DIN的浓度范围为0.028—2.096 mg·L−1,平均浓度为(0.700±0.279)mg·L−1. 空间分布上,N、P营养盐均呈现出上游及入海口河段浓度低,中下游河段浓度高的特点. 水体中营养盐季节变化明显,DIN冬季>秋季>夏季>春季,
NO−3 -N和NH+4 -N是水体中DIN的主要存在形式. DIP浓度范围为0.007—0.442 mg·L−1,平均浓度为(0.140±0.066)mg·L−1,夏季>春季>冬季>秋季. 河段环境特征、人为活动、降雨、潮汐作用是影响三亚河营养盐分布的主要因素. 与国内外人为及农业污染为主的河流相比,三亚河水体中NH+4 -N、NO−2 -N、DIP均处于中等水平,NO−3 -N处于低等水平.(2)依据富营养状态综合指数(EI),三亚河上游的DGB和BLQ站位及入海口的SYG站位的春、冬季水体处于中富营养化状态,其他站位各季节水体呈现富营养化或重富营养化状态. N/P值结果表明,春、夏、秋季河流多处于N限制状态,冬季大部分河段适合藻类生存,水华风险较高. 根据三亚河年平均径流量和营养盐浓度估算,DIN、
NO−3 -N、NO−2 -N、NH+4 -N、DIP年入海通量分别为118.37、70.93、11.18 、38.67、23.75 t,河流径流量是影响三亚湾海域营养盐入海通量的主要因素.
三亚河营养盐时空分布及富营养化研究
Study on temporal and spatial distribution and eutrophication of nutrients in Sanya River
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摘要: 为了解三亚河营养盐污染状况,于2018年6月—2019年5月对三亚河流域进行逐季调查,分析水体中氮磷营养盐的时空分布特征及影响因素,评估河流富营养化状况,并进一步估算三亚河营养盐入海通量. 结果表明,三亚河水体中营养盐浓度季节变化显著,三亚河水体中DIN的浓度范围为0.028—2.096 mg·L−1,平均浓度为(0.700±0.279)mg·L−1,冬季>秋季>夏季>春季,
NO−3 –N和NH+4 –N是水体中DIN的主要存在形式. DIP浓度范围为0.007—0.442 mg·L−1,平均浓度为(0.140±0.066)mg·L−1,夏季>春季>冬季>秋季. 空间分布上,N、P营养盐均呈现出上游及入海口河段浓度低,中下游河段浓度高的特点. 河段环境特征、人为活动、降雨、潮汐作用是影响三亚河营养盐分布的主要因素. 综合富营养盐指数(EI)结果显示,各季节三亚河上游及入海口河段均处于中富营养化状态,中下游河段均处于富营养化和重富营养化状态. 春、夏、秋季N/P值表明河流多处于N限制状态,冬季大部分河段适合藻类生存,有发生藻华的风险. 根据营养盐浓度和三亚河年平均径流量估算出,DIN、NO−3 –N、NO−2 –N、NH+4 –N、DIP年入海通量分别为118.37、70.93、11.18、38.67、23.75 t.Abstract: To understand the nutrient pollution status of Sanya River, a seasonal survey was conducted in the Sanya River basin from June 2018 to May 2019 to analyze the spatial and temporal distribution characteristics and influencing factors of nitrogen and phosphorus nutrient salts in the water column. The state of eutrophication was evaluated, and further the flux of nutrients into the sea through Sanya River was estimated. The results show that the seasonal variation of nutrient concentration in Sanya River is significant. The concentrations of DIN ranged from 0.028 mg·L−1 to 2.096 mg·L−1, with an average concentration of(0.700±0.279) mg·L−1, with a sequential increase in spring, summer, autumn and winterNO−3 -N and NH4+-N are the main forms of DIN present in the water column. The concentrations of DIP ranged from 0.007 mg·L−1 to 0.442 mg·L−1, with an average concentration of(0.140±0.066)mg·L−1, with a sequential increase in autumn, winter, spring, and summer. The spatial distribution of N and P nutrients was similar, with low concentration in the upstream and estuaries and high concentrations in the middle and downstream. The environmental characteristics of river sections, anthropogenic activities, rainfall and tide are the main factors affecting the nutrient distribution in the Sanya River. The results of eutrophication index(EI)evaluation showed that the upper reaches and estuaries of Sanya River are moderately eutrophic in all seasons, while the middle and lower reaches are eutrophic and heavily eutrophic. The N/P in spring, summer and autumn indicate that most rivers are in nitrogen limitation, and most of the river were suitable for algal survival in winter, with the risk of algal blooms. Based on nutrient concentrations and the average annual runoff of Sanya River, it was estimated that the annual flux of DIN,NO−3 –N,NO−2 –N,NH+4 –N and DIP into the sea are 118.37, 70.93, 11.18, 38.67 and 23.75 t, respectively.-
Key words:
- sanya river /
- nutrients /
- spatio-temporal distribution /
- eutrophication.
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电化学厌氧消化(electrochemical anaerobic digestion,EAD)是一种利用微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)的耦合厌氧消化(anaerobic digestion,AD)的新技术,其原理是利用MEC的制氢功能,对系统内的二氧化碳(CO2)进行固定和转化,生成更多的CH4,从而减少CO2的排放[1],并极大地提高了CH4的转化率和沼气的品质[2],所以,EAD作为一种新型的沼气制备技术,因其具有甲烷转化率高、能量回收率高、能耗低、适用于多种有机废弃物和废水的降解等优势而受到了广泛的关注,是目前AD领域的最新发现[3-5].
但不管是AD,还是EAD,绝大多数相关研究仍然停留在提高消化能力或者副产物的产率等方面[6-8],很少涉及代谢过程的研究. 代谢通量分析(metabolic flux analysis,MFA)是一项研究胞内代谢状态和分析系统代谢能力的强有力技术,通过MFA:(1)可以确定细胞或者系统内存在的不同代谢途径,明确物质的流向和流量[8];(2)可以计算胞内的中间产物的通量,对未知途径加以辨别[9];(3)可以识别代谢节点的刚柔性[10],和对环境扰动的影响做出评价,从而对代谢途径中具有特殊地位的途径实施有效调控[11](如优化目标产物代谢途径、计算最大理论转化率等[12]). 因此,本文将利用MFA中的通过通量平衡分析(flux balance analysis,FBA)的方法,构建EAD代谢网络,研究EAD代谢网络中的相关代谢途径的通量分布信息.
在代谢通量分析中,通量是反映各代谢产物在整个代谢网络中参与程度的重要参数[7],可以依据通量的大小评价各代谢途径在整个代谢网络中所发挥的作用[13]. 然而由于EAD代谢网络中的相关代谢途径,往往是在相应的酶催化下进行的,在EAD代谢途径中,乙酸的形成和转化是EAD产甲烷过程中最为关键的节点. 乙酸的形成主要的途径是乙酰辅酶A通过磷酸转乙酰酶(PTA)转化为乙酰基-P,然后再通过乙酸激酶(AK)从乙酰基-P转化为乙酰基-P,AK催化反应产生ATP[14]. 厌氧消化EMP途径所产生的丙酮酸转化为乙醛和二氧化碳,然后乙醛通过ADH还原成乙醇[15]. 丁酸的产生则与磷酸转丁酰酶(PTB)与丁酸激酶相关. 此外,ADP/ATP转运酶也发挥着重要的作用. ADP/ATP转运酶又被称为腺嘌呤核苷酸易位子或ADP/ATP载体蛋白,ADP/ATP转运酶通过ADP 与ATP相互转化产生能量从而为细胞提供能量[16]. 而在乙酸转化中,CoF420参与产甲烷菌中的氧化还原反应,充当电子载体. CoF430是甲基辅酶M还原酶的辅助因子,在甲烷生成的最后一步释放甲烷. 而辅酶M是古菌产甲烷菌代谢中甲基转移反应所需的辅酶.
综上所述,利用FBA不仅可以对EAD系统的代谢过程进行表征,还能对代谢通量进行分析和直观地了解代谢网络中不同代谢途径的产物生成情况以及代谢关键节点处的酶活性变化水平.
1. 实验部分(Experimental section)
1.1 实验装置
EAD实验装置由 电解电流及电压记录单元、 EAD反应单元和排水集气单元组成,EAD反应单元主要包含400 mL的发酵罐,其中电极距离为3.0 cm,一端的电极片完全地浸于发酵液中,另一端通过导线与宽屏无纸记录仪(SIN-R7000A,中国)相连;在EAD系统中,阳极为石墨电极,阴极为铂电极,参比电极为饱和的Ag/AgCl电极. EAD实验装置如图1所示.
1.2 接种物、缓冲营养液和微量元素液
厌氧活性污泥来自云南师范大学昆明实验室通过猪粪厌氧发酵. 经检测,pH值为8.07,TS为17.11%,VS为10.08%.
缓冲营养液配比:NaH2PO4∙2H2O(5.54 g·L−1)、Na2HPO4∙12H2O(23.09 g·L−1)、KCl(0.26 g·L−1)和NH4Cl(0.62 g·L−1).
微量元素液配比:Na2WO4∙2H2O(0.03 g·L−1)、NaCl(1 g·L−1)、FeCl2∙7H2O(0.07 g·L−1)、CuSO4∙5H2O(0.01 g·L−1)、NiCl2∙6H2O(0.02 g·L−1)、C6H9NO6(1.50 g·L−1)、MgSO4(3.00 g·L−1)、AlK(SO4)2∙12H2O(0.01 g·L−1)、ZnCl2(0.13 g·L−1)、CaCl2∙2H2O(0.10 g·L−1)、H3BO3(0.01 g·L−1)、MnCl2∙4H2O(0.60 g·L−1)、CoCl2∙6H2O(0.10 g·L−1)、Na2MoO4(0.03 g·L−1)和复合维生素(1 粒·L−1).
1.3 实验方法
EAD实验设置3个实验组,每组3个平行. 首先在每个实验组的发酵罐中添加:葡萄糖1.0 g,接种物120.0 g,缓冲营养液100.0 mL,微量元素液10.0 mL,再补加蒸馏水使物料的总质量为360.0 g;其次将密封好的发酵罐连接气体收集装置,再利用高纯氮排出体系内的溶解氧和空气(通气时间为3 min),使EAD体系处于厌氧状态;最后施加恒定电压1.0 V,进行培养.
培养阶段:将发酵罐置于恒温磁力搅拌器中,设置温度为30.0 ℃;每天监测pH值变化,待其恢复到7.0左右,立即添加等量的葡萄糖将体系培养至稳定.
扰动阶段:培养阶段结束后,测定发酵液中底物和代谢产物的浓度,同时记下该时间点为扰动的初始点,随后添加1.0 g的葡萄糖,施加扰动后,通过监测体系中底物的消耗量和代谢产物的生成量,然后进行代谢通量分析.
1.4 常规检测分析
日产气量:采用排水法法,每天定时记录产气量. TS和VS:在(105±5)℃下干燥并在(550±10)℃下马弗炉燃烧1 h后,测量污泥的. pH值:采用pH计(HAOSHI H-1008A,中国).
VFAs:样品经离心分离,取上清液,采用气相色谱仪(FULI, GC9790II,中国),以FID为检测器进行测量[17]. 色谱柱为KB- FFAP(30 m×0. 32 mm×0. 25 μm)毛细管柱.
气体含量:采用气相色谱仪(FULI, GC9790II,中国),以TCD 检测器对H2、CH4和CO2含量进行测量. 色谱柱为TDX-01填充柱. 葡萄糖含量:采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定[18].
1.5 酶活测量与分析
酶活测量采用改良的双抗体夹心酶联免疫吸附测定(ELISA)方法[19-21]在测量过程中,以ADP/ATP转运酶、磷酸转乙酰酶(PTA)、乙酸激酶(AK)、磷酸转丁酰酶(PTB)、丁酸激酶(BK)、辅酶M(CoM)、甲基丙二酰CoA变位酶(MCM)、辅酶F420(F420)、辅酶F430(F430)为标准酶. 检测时在酶标包被板上设定空白孔、标准孔、待测样品孔. 空白孔不加样品及标准酶,作为对照,标准孔加标准酶,待测样品孔中先加酶试剂盒中的样品稀释液,然后再加待测样品. 按照酶试剂盒说明书进行操作,最后采用Epoch酶标仪在450 nm波长下进行测定,以空白孔调零依序测量各孔的吸光度(OD值),并通过标准曲线计算样品中酶的活性.
1.6 通量分析
通量分析采用通量平衡分析(FBA)的方法,采用代谢通量分析软件Cell Net Analyzer进行代谢网络的构建及分析. FBA是MFA中基于质量守恒的代谢过程研究常用的一种数学建模分析法[22],在拟稳态条件下,模型中代谢产物处于平衡状态,此时,可将代谢物的通量描述为一个线性方程,只需对底物和相关产物的浓度变化进行测量,再采用线性规划或者计量矩阵分析方法则可确定每种产物的代谢通量[23].
2. 结果与讨论 (Results and discussion)
2.1 EAD培养阶段的产气及含量分析
EAD反应过程中产气特性的变化是表征反应器效能的重要因素. 图2为培养过程中的产气变化情况,从图2可以发现,在反应器启动阶段,气体中以CO2为主,随着反应器的运行,产甲烷菌逐渐生长富集. 在稳定阶段,其甲烷含量最高可以达到55%左右,葡萄糖厌氧消化中理论产甲烷含量在50%左右,也就是说,MEC的引入明显提升了葡萄糖的理论产甲烷率,而且此时CO2的含量降低到11%左右,明显的降低了CO2的排放. 在反应器稳定后,日产气量也得到了明显的提升,从最初的50 mL·d−1左右增加到了200 mL·d−1左右. 对于氢气含量,除启动阶段有氢气产生外,反应中后期基本没有氢气产生,这可能是由于前期pH较低,适于产氢菌的生长,中后期pH值恢复较快,可以迅速恢复至已6.5以上,不利于产氢菌的生长,导致氢气含量极低. 此外,也可能是由于电化学辅助促进了H2还原CO2途径产甲烷,使得反应器中的H2迅速被噬氢产甲烷菌消耗,从而提高了CH4的含量,降低了H2的含量.
2.2 EAD培养阶段的VFAs的分析
VFAs是厌氧消化中重要的中间产物,其产生和分解过程受多种因素影响,同时也关系到EAD产甲烷过程的稳定性. EAD体系中 VFAs的浓度一旦超过 200 mmol·L−1 就有可能发生酸抑制问题[24],并对产甲烷过程产生严重的影响,然而本次实验研究并未出现VFAs累积的现象. 图3显示了EAD培养过程中各短链有机酸的变化情况. 从图3可以看出,各短链有机酸的变化与底物补充时间相关,培养前期VFAs波动较大且浓度较高,但15 d后,因阳极上形成了电活性微生物膜,致使VFAs能够在阳极表面降解,尽管进料时间间隔缩短为3 d,也没有产生VFAs累积,表明EAD具有较强的抗酸化的能力.
在厌氧消化中丁酸累积是抑制厌氧消化的重要因素之一,由于丁酸的产氢产乙酸过程必须依赖氢还原CO2产甲烷过程,否则本身不能自发进行,一旦产氢产乙酸和产甲烷过程失衡,将会产生严重的丁酸抑制作用。然而在EAD中丁酸的降解除了依赖氢还原CO2产甲烷过程外,还可以在电活性微生物的作用下,在电极表面降解. 在这条途径中,丁酸分解为CO2、H+和电子, H+向阴极迁移在阴极上获得电子而形成H2,这部分H2同样被氢营养型产甲烷菌利用还原CO2,加强H2还原CO2产甲烷途径.
2.3 代谢网络构建
对于纯培养体系而言,由于体系内菌种单一,代谢产物和途径比较明确,构建与之相对应的代谢网络相对比较容易. 但对于复杂的混合培养而言,特别是像EAD这种由多种微生物构成的体系,变量较多,对于代谢网络的构建及分析难度较大[25],为了使代谢通量分析能适用于混合体系,提出了“统一微生物”这一个概念[26],同时国内外一些学者已经在部分混合体系中作了应用上的尝试,并且成功地建立了发酵制氢体系的代谢网络[27],还有在新型多级厌氧甲烷反应器中也进行了FBA的研究[28],但还需进一步地完善,才能使其适用于EAD的混合培养体系中. EAD是在AD中引入MEC,由于MEC的引入,使H+向阴极迁移,在阴极上生成H2,这在AD基础上增加了一条重要的产氢途径. 根据相关研究表明[9, 12],在严格的厌氧条件下,丙酮酸几乎不会流向三羧酸循环,甲酸也不是所有严格厌氧菌都能产生. 结合相关研究[29-33],构建了如图4所示的EAD代谢网络该网络包含了37个主要的代谢反应式,每一步的代谢的具体生化反应过程如表1所示.
表 1 EAD体系葡萄糖代谢过程包含的主要生化反应Table 1. The main biochemical reactions included in the glucose metabolism process of the EAD systemNO. 反应式 Equation NO. 反应式 Equation R1 GLC+PEP ∀ G6P + Pyr R20 HPr + 2 H2O ∀ HAc + CO2 +3 H2 R2 NADH + Pyr ∀ HLa + NAD R21 HBu + 2 H2O ∀ 2 HAc + 2 H2 R3 Pyr + NADH ∀ NAD + HFo +AcCoA R22 HPr = HPr (ext) R4 2 Fd + Pyr + CoA ∀ CO2 + AcCoA + 2 FdH R23 EtOH+ HPr ∀ Hva (ext) + H2O R5 2 Fd + NADH = 2 FdH + NAD R24 HFo = HFo (ext) R6 NADPH + NAD ⇌ NADH + NADP R25 CO2 = CO2 (ext) R7 2 NADH = H2 + 2 NAD R26 CO2 + 4 H2 = CH4 + 2 H2O R8 2 FdH = H2 + 2 Fd R27 H2 = H2 (ext) R9 HLa = HLa (ext) R28 2 AcCoA + H2 ∀ PrOH(ext) +2 CoA + CO2 R10 HLa + NADH ∀ HPr + NAD R29 HAc ∀ CO2 + CH4 R11 HFo ∀ CO2 + H2 R30 HAc = HAc (ext) R12 AcCoA + ADP + iP ∀ATP + HAc + CoA R31 EtOH = EtOH (ext) R13 AcCoA + 2 NADH ∀ EtOH + CoA + 2 NAD R32 HBu + EtOH ∀ HCa (ext) + H2O R14 2 AcCoA + NADH ⇌ CoA + H2O + CroCoA + NAD R33 HBu = HBu (ext) R15 CroCoA + 2 Fd + NADH ∀ ButCoA + 2 FdH + NAD R34 HBu + 2 NADH ∀ BuOH(ext) + CoA + 2 NAD R16 CroCoA + NADH ∀ ButCoA + NAD R35 Pyr ⇌ Pyr (ext) R17 ButCoA + ADP + iP ∀ HBu + ATP + CoA R36 CH4 = CH4 (ext) R18 2 CO2 + 4 H2 ∀ HAc +2 H2O R37 2 H+ + 2 e- = H2 R19 EtOH + 2H2O ∀ 4 H+ + HAc 注:iP为磷酸根离子,CoA为辅酶A,H+为氢离子,e-为转移电子或者电解协助装置提供的电子. Note: iP is the phosphate ion, CoA is the coenzyme A, H+ is the hydrogen ion, and e- is the electron provided by the transfer electron or electrolysis assistance device. 2.4 电压扰动对EAD产甲烷代谢通量的影响
在培养阶段中,当EAD运行稳定后,从取样口取样,检测残余葡萄糖和相关代谢物的含量,然后添加1 g的葡萄糖,以此时的状态为FBA的初始状态,实施电压扰动. 在对照组电压为1.0 V的基础上,扰动组1电压降低至0.6 V,而扰动组2增加至1.4 V. 14 h后,再次检测残余葡萄糖和相关代谢物,产气量和气体含量. 经过计算得到EAD扰动前后的发酵液中代谢产物的净生成速率,如表2所示.
表 2 EAD体系中关键代谢物的净生成速率①(mmol·L−1·h−1)Table 2. Net formation rate of key metabolites in EAD system①(mmol·L−1·h−1)代谢物Metabolites 对照组1.0 VControl group 1.0 V 扰动组0.6 VDisturbance group 0.6 V 扰动组1.4 VDisturbance group 1.4 V 葡萄糖② 1.1274 ± 0.0154 1.0958 ± 0.0055 1.1195 ± 0.0175 甲 酸 0.0032± 0.0000 0.0086 ± 0.0021 0.0093± 0.0026 乙 酸 0.7511 ± 0.1440 0.5229 ± 0.0770 0.7064 ± 0.1202 丙 酸 0.1061 ± 0.0096 0.0860 ± 0.0049 0.0902 ± 0.0023 丁 酸③ 0.4180± 0.0335 0.4218± 0.0391 0.4026 ± 0.0201 乳 酸 0.0107 ± 0.0046 0.0081 ± 0.0035 0.0128 ± 0.0056 丙酮酸 0.0156 ± 0.0037 0.0335± 0.0074 0.0261 ± 0.0171 戊 酸④ 0.0230 ± 0.0107 0.0107 ± 0.0046 0.0277 ± 0.0093 己 酸 0.0000 ± 0.0000 0.0000 ± 0.0000 0.0000 ± 0.0000 乙 醇 0.0173 ± 0.0014 0.0092 ± 0.0019 0.0160 ± 0.0067 丙 醇 0.0000 ± 0.0000 0.0000 ± 0.0000 0.0000 ± 0.0000 丁 醇 0.0000 ± 0.0000 0.0000 ± 0.0000 0.0000 ± 0.0000 CO2 0.2258 ± 0.0229 0.2255 ± 0.0376 0.2716 ± 0.0071 CH4 0.2947 ± 0.0127 0.4909 ± 0.0515 0.3924 ± 0.0293 H2 0.0281 ± 0.0231 0.0228 ± 0.0137 0.0039 ± 0.0024 注:表2中的实验数据①为电压扰动实验组的主要代谢物的净生成速率;葡萄糖②的测量值代表底物的净摄取速率;丁酸③为正丁酸和异丁酸的总和,戊酸④为正戊酸和异戊酸的总和. Note: The experimental data① in Table 2 are the net production rates of major metabolites in the voltage disturbance group; The measured value of glucose② represents the net uptake rate of substrate; Butyrate③ is the sum of n-butyrate and isobutyrate, valerate④ is the sum of n-valerate and isovalerate. 根据表2中的净生成速率,采用运行Cell Net Analyzer软件,获得EAD代谢通量分布信息,如图4所示,并以H2、CO2、HAc和CH4代谢物进行评价.
在0.6 V扰动下,NADH通量明显优于1.4 V电压扰动,且此条件下最终产物甲烷通量达到43.52,明显高于1.0 V和1.4 V下的26.14和34.81. 由图4可知,H2的代谢途径主要形成途径为:R7、R20、R21和R37. 由通量值可知,EAD中H2主要来源于电极反应R37,和丁酸降解为乙酸的途径R21,其次是NADH平衡调节产氢R7. CH4为最终的目标代谢物,主要由H2还原CO2途径R26和乙酸转化途径R29两条途径形成. EAD体系中CH4的合成途径是以乙酸转化途径占主导地位,其次为H2还原CO2途径,1.0 V下EAD体系的这两条途径的占CH4产生总量的64.95%和35.05%. 0.6 V和1.4 V扰动下,通过H2还原CO2产生的产甲烷(R26)分别占13.44%和12.76%,相比对照组5.97%均有所提高,表明电压扰动使得EAD产甲烷代谢途径偏向了氢营养型产甲烷. 值得注意的EAD产甲烷系统明显产生了甲酸,但根据代谢通量,CH4和H2并无一来源于甲酸,说明EAD反应体系中可能没有噬甲酸型产甲烷菌存在. 最终产物H2大多由EAD中的阴极产生,但在最终产物中,氢气通量明显下降,说明H2还原为CH4(R26)的途径较为活跃. 本次从发酵液代谢物中未检测到己酸、丙醇和己酸盐. 乙酸的来源有R12、R18、R19、R20和R21途径. 通量值表明乙酰辅酶A转化是乙酸最主要的来源,其次是丁酸转化、H2还原CO2、乙醇转化和丙酸转化. 其通量大小受多个中间产物的影响,但在电压扰动(0.6 V和1.4 V)下,其通量明显增大,其中以0.6 V扰动增幅最大,说明反应器中的产酸微生物在此时相对较活跃. 乳酸和乙醇的产生不利于H2的生产,图中0.6 V扰动下的乳酸通量较高,这也可能是导致了H2较低的原因之一.
2.5 酶活水平变化
表3为葡萄糖代谢过程中关键酶活性的变化. 其中ADP/ATP转运酶的活性,0.6 V和1.4 V扰动时的酶活性均高于对照组1.0 V 的239.28 IU·L−1. ADP/ATP是能量代谢的载体,为微生物生长和繁殖提供能量基础. 当电压扰动时,需要大量能量来使微生物群落发生转变,因此ADP/ATP转运酶酶活性增加. 在乙酸代谢途径中首要的是乙酸的活化,它需要由乙酸激酶AK和磷酸转乙酰酶PTA的先后催化来进行. 在ATP参与下由乙酸激酶AK催化,乙酸被磷酸化为乙酰磷酸,然后乙酰磷酸再在磷酸转乙酰酶PTA催化下生成乙酰辅酶A,进行乙酸代谢[34-35]. 但从图5中可以看出,所产生的乙酸大部分都R12途径逆反应生成乙酰辅酶A,其中当进行0.6 V扰动时,R12逆反应通量最大,这与在0.6 V时PTA活性达到115.69 U·L−1检测结果相吻合. 当进行电压扰动时,EAD体系内在乙酸代谢中PTA和AK的酶活调节现象相似,有研究表明[36]当谷氨酸棒杆菌生长在以乙酸(取代葡萄糖)为碳源的培养基上时,PTA和AK酶活性明显提高,该现象是微生物碳代谢中葡萄糖效应的具体体现,表明酶在基因表达环节上可能存在葡萄糖基质上的负调控效应或乙酸基质上的正调控效应. 降低电压,PTA与AK酶活性增加. PTB和BK酶与丁酸产生有关,由图5代谢通量可知,丁酸的产生是从乙酰基通过PTB与BK的共同催化所形成. 在丁酸代谢中,PTB催化反应产生大量的丁酰辅酶A,但产生的丁酸大部分却通过R21转化为乙酸. 在0.6 V扰动下,PTB的酶活性352.19 U·L−1,明显高于对照组310.19 U·L−1和1.4 V的338.04 U·L−1,但BK酶活性,对照组1.0 V的酶活性52.59 U·L−1,要略高于0.6 V的50.92 U·L−1. PTB酶活性高于BK,这是由于PTB需要先将丁酰辅酶A转化为在丁酰磷酸,最终再由BK催生与ADP反应形成丁酸和ATP. 而BK在1.0 V与0.6 V酶活性差异不大,这是可能是由于电压BK影响不大. 辅酶M在甲烷形成的最终反应步骤中充当甲基的载体. CoM的化学结构虽然很简单,但在甲基还原酶的反应体系中却有高度的专一性,因此在进行电压扰动时,辅酶M的酶活性变化差异不大. 值得一提是,MCM酶活性变化与CoM酶活性变化相似. 在丙酮酸转化为丙酸代谢过程中,关键酶为MCM,在电压扰动下,酶活性变化差异较小. 结合图6中的产丙酸代谢通量图可以看出,丙酸通量变化也差异较小,说明酶活性与所构建的代谢通量有较好的相关性. CoF420在产甲烷途径中电子载体,而CoF430产甲烷古菌形成甲烷最后步骤作为甲基载体的四吡咯化合物,因此产甲烷的总通量应当取决于CoF420与CoF430共同酶活性,在0.6 V电压扰动下,总酶活性为63.01 IU·L−1,对照组为56.94 IU·L−1,1.4 V扰动为59.57 IU·L−1,这与图5中产甲烷代谢通量中,0.6 V时产甲烷最多,1.4 V次之,对照组最少结果相吻合.
表 3 代谢途径中关键酶活性水平的变化Table 3. Changes in activity levels of key enzymes in metabolic pathways酶名称Enzyme 对照组1.0 VControl group 1.0 V 扰动组0.6 VDisturbance group 0.6 V 扰动组1.4 VDisturbance group 1.4 V 单位Unit ADP/ATP转运酶 239.28±23.54 337.04±7.88 344.23±7.54 IU·L−1 磷酸转乙酰酶(PTA) 99.78±6.39 115.69±11.32 97.69±7.50 U·L−1 乙酸激酶(AK) 106.26±24.23 151.38±28.81 120.25±28.93 U·L−1 磷酸转丁酰酶(PTB) 310.19±1.29 352.19±12.66 338.04±22.08 U·L−1 丁酸激酶(BK) 52.59±6.63 50.92±0.90 36.08±4.89 U·L−1 辅酶M(CoM) 173.84±17.97 191.01±23.53 176.85±12.82 U·L−1 甲基丙二酰CoA变位酶(MCM) 58.17±4.06 51.71±2.71 54.20±3.09 U·L−1 辅酶F420(CoF420) 40.38±2.22 43.72±4.37 36.86±6.48 IU·L−1 辅酶F430(CoF430) 16.56±2.05 19.29±1.55 22.71±2.14 IU·L−1 3. 结论(Conclusion)
本研究通过外加电压对EAD体系扰动过程中代谢通量的影响,对EAD代谢网络通量上的变化结合关键酶活性的变化,进一步分析电压扰动对EAD系统代谢产物生成上的提高或者降低提供理论依据,由通量分析结果可知,EAD体系中并没有很高的H2生成,相反,EAD体系中产甲烷能力得到提高. 原因可能是由于电解协助装置的引入,极大地促进H2的产生,随后,所产生的H2被用来还原CO2产乙酸和产甲烷的代谢过程,进而提升了EAD系统的产甲烷能力. 结合关键节点处酶活性变化,酶活性与代谢通量有着较好的相关性. 在进行电压扰动时,ADP/ATP转运酶、PTA与AK、PTB与BK,这些酶活性均随电压变化而产生较大的差异. 而CoM与MCM酶活性,具有高度专一性的酶,随电压扰动变化不大. 在0.6 V电压扰动下,CoF420与CoF430酶活性与产甲烷代谢通量变化相吻合.
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表 1 水样中各营养盐要素的分析方法
Table 1. Analysis methods of nutrient elements in water samples
表 2 地表水富营养化状态等级划分
Table 2. The classification of surface water eutrophication status
营养化程度Eutrophication degree 贫营养Oligotrophic 中营养Mesotrophic 富营养Eutrophic 重富营养Hypereutrophic 极富营养 Extreme eutrophic 等级 ≤20 20—39.42 39.42—61.29 61.29—76.28 76.28—99.77 表 3 2018—2019年四个季度三亚河营养盐氮、磷含量及理化参数的变化范围及平均值1)
Table 3. Variation range and average value of nitrogen and phosphorus contents and physicochemical parameters in Sanya River from 2018 to 2019
季节 Season NH4+-N /(mg·L−1) NO3−-N/(mg·L−1) NO2−-N/ (mg·L−1) DIP/(mg·L−1) T/℃ S/‰ DO/(mg·L−1) 春季 Spring 范围 0.014—0.448 0.007—0.830 0.001—0.197 0.007—0.391 24.5—31.3 0.06—32.81 2.69—8.42 均值±SD 0.186±0.109 0.216±0.162 0.073±0.052 0.156±0.120 27.1±0.9 14.63±11.0 5.16±1.43 夏季 Summer 范围 0.026—0.434 0.006—1.212 0.002—0.104 0.008—0.442 15.8—32.0 0.05—31.56 0.96—8.38 均值±SD 0.209±0.093 0.364±0.133 0.043±0.024 0.180±0.072 25.7±0.7 7.13±7.91 5.02±1.62 秋季 Autumn 范围 0.003—0.445 0.134—0.868 0.001—0.122 0.008—0.215 7.9—17.8 0.05-32.37 0.12—8.05 均值±SD 0.240±0.103 0.543±0.112 0.063±0.033 0.099±0.042 12.6±0.5 5.91±8.42 5.40±1.48 冬季 Winter 范围 0.013—1.321 0.017—1.600 0.001—0.272 0.009—0.295 4.1—28.0 0.06—32.65 2.75—8.75 均值±SD 0.264±0.156 0.495±0.327 0.087±0.054 0.132±0.094 19.0±0.4 12.30±11.3 5.17±1.47 1) SD标准偏差. SD: Standard deviation. 表 4 三亚河与其他河流营养盐含量对比
Table 4. Comparison of nutrient content between Sanya River and other rivers
流域 Basin –N/(mg·L−1)NH+4 –N/(mg·L−1)NO−3 –N/(mg·L−1)NO−2 DIP/(mg·L−1) 参考文献 Reference 三亚河 0.229±0.104 0.420±0.171 0.066±0.038 0.140±0.066 本研究 珠江广州段 3.380 1.510 0.340 0.130 [26] 黄河 0.074 3.770 0.069 0.003 [27] 长江 0.010 1.148 0.020 0.038 [28] 万泉河 0.076 0.640 0.016 0.022 [29] 图尔河 1.380 0.620 0.056 0.110 [30] 石狩河 0.167 0.932 0.011 0.026 [31] 海河市区段 1.480 1.995 — — [32] 渭河咸阳段 2.43 — — — [33] 香溪河 0.061 0.740 — 0.060 [34] 斯兹雷尼亚瓦河 0.230 3.440 — 0.320 [35] 表 5 营养盐与环境因子的相关性分析1)
Table 5. Correlation analysis between nutrients and environmental factors
季节 Season T S DO –NNH+4 –NNO−3 –NNO−2 DIN DIP 春季 T 1 S −0.226 1 DO −0.373 0.900** 1 –NNH+4 0.285 −0.728* −0.768* 1 –NNO−3 0.274 −0.144 −0.319 0.673* 1 –NNO−2 0.556 −0.66 −0.679* 0.864** 0.735* 1 DIN 0.348 −0.446 −0.57 0.888** 0.933** 0.897** 1 DIP 0.472 −.866** −.767* 0.855** 0.383 0.865** 0.670* 1 夏季 T 1 S −0.635 1 DO −0.388 0.899** 1 –NNH+4 0.488 −0.741* −.708* 1 –NNO−3 0.191 −0.107 −0.232 0.166 1 –NNO−2 0.193 −0.157 −0.355 0.599 0.65 1 DIN 0.373 −0.34 −0.439 0.579 0.887** 0.864** 1 DIP 0.39 −0.879** −0.939** 0.831** 0.296 0.438 0.544 1 秋季 T 1 S −0.437 1 DO −0.042 0.673 1 –NNH+4 0.088 0.008 −0.048 1 –NNO−3 −0.265 −0.501 −0.575 −0.468 1 –NNO−2 −0.656 −0.246 −0.521 −0.097 0.779* 1 DIN −0.536 −0.163 −0.365 −0.067 0.782* 0.923** 1 DIP −0.469 −0.401 −0.692* 0.073 0.753* 0.942** 0.882** 1 冬季 T 1 S −0.571 1 DO −0.549 0.858** 1 –NNH+4 0.424 −0.591 −0.472 1 –NNO−3 −0.411 −0.065 −0.161 0.221 1 –NNO−2 0.06 −0.512 −0.584 0.495 0.842** 1 DIN −0.144 −0.331 −0.365 0.595 0.914** 0.919** 1 DIP 0.271 −0.929** −0.792* 0.602 0.247 0.57 0.481 1 1) *表示P<0.05,**表示P<0.01 -
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