河口近岸典型生態系統沉積物氮循環關鍵過程研究 林賢彪 9787030761026 【台灣高等教育出版社】

目錄

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“博士後文庫”序言
前言
第1章 河口近岸沉積物氮循環 1
1 1 氮循環研究背景與意義 1
1 1 1 氮循環研究歷程 1
1 1 2 河口近岸氮循環研究意義 3
1 2 河口近岸氮循環研究進展 4
1 2 1 反硝化研究進展 4
1 2 2 厭氧氨氧化研究進展 9
1 2 3 DNRA研究進展 12
1 2 4 硝化作用研究進展 14
1 2 5 固氮研究進展 15
1 2 6 氮礦化與同化研究進展 16
1 3 氮循環測定方法研究進展 17
第2章 利用薄膜進樣質譜測定河口近岸沉積物硝化與硝酸鹽同化過程 20
2 1 引言 20
2 2 材料與方法 21
2 2 1 15NO3-測定方法 21
2 2 2 15NO3-還原條件和標準*線的優化 22
2 3 結果與討論 23
2 3 1 15NO3-還原條件的優化 23
2 3 2 REOX/MIMS精確度和準確度 26
2 3 3 測定總硝化與硝酸鹽同化速率 28
2 3 4 REOX/MIMS優缺點及應用 28
2 4 本章 小結 32
第3章 *大渾濁帶對河口沉積物硝酸鹽還原過程的影響 33
3 1 引言 33
3 2 材料與方法 36
3 2 1 研究區概況與樣品採集 36
3 2 2 站點理化性質測定 37
3 2 3 氮轉化速率測定 38
3 2 4 微生物功能基因測定 39
3 2 5 統計與分析 40
3 3 結果與討論 41
3 3 1 水體和沉積物理化參數變化 41
3 3 2 NOx-去除過程的變化 43
3 4 討論 47
3 4 1 渾濁度介導的初級生產力對沉積物NOx-去除過程的影響 47
3 4 2 氮損失、氮保留及其生態環境意義探討 53
3 5 本章 小結 56
第4章 *大渾濁帶對河口沉積物氮礦化與同化過程的影響 57
4 1 引言 57
4 2 材料與方法 58
4 2 1 研究區概況與樣品採集 58
4 2 2 站點理化性質測定 59
4 2 3 氮轉化速率測定 59
4 2 4 微生物功能基因測定 60
4 2 5 統計與分析 60
4 3 結果與分析 61
4 3 1 水體及沉積物理化性質 61
4 3 2 微生物介導的氮轉化過程 62
4 3 3 氮轉化過程的多重線性回歸分析 66
4 4 討論 68
4 4 1 藻類來源有機物對河口表層沉積物氮礦化和同化過程影響 68
4 4 2 環境因素對氮礦化與氨同化過程的調節 作用 72
4 4 3 生態環境意義 74
4 4 4 方法評估 76
4 5 本章 小結 76
第5章 海灣沉積物硝酸鹽還原過程研究 78
5 1 引言 78
5 2 材料與方法 79
5 2 1 研究區概況及樣品採集 79
5 2 2 沉積物理化性質測定 80
5 2 3 氮轉化速率測定 80
5 2 4 統計與分析 81
5 3 結果與分析 81
5 3 1 站點理化性質時空分佈特徵 81
5 3 2 硝酸鹽還原速率及比例時空分佈特徵 87
5 3 3 關鍵控制因素 89
5 4 討論 90
5 4 1 鹽度梯度下硝酸鹽還原過程關鍵控制因素探討 90
5 4 2 國內外對比及生態環境意義探討 93
5 5 本章 小結 96
第6章 海洋牧場表層沉積物氮循環關鍵過程研究 98
6 1 引言 98
6 2 材料與方法 100
6 2 1 研究區概況與樣品採集 100
6 2 2 環境參數測定 101
6 2 3 氮轉化速率測定 101
6 2 4 微生物菌群特徵測定 101
6 2 5 Illumina擴增子測序 102
6 2 6 統計與分析 102
6 3 結果與分析 103
6 3 1 站點理化性質 103
6 3 2 硝酸鹽還原過程 104
6 3 3 功能基因豐度 105
6 3 4 nosZ與nrfA功能基因組成與多樣性 106
6 3 5 氮轉化速率與功能基因特徵關聯 108
6 4 討論 110
6 4 1 輕度厭氧對硝酸鹽還原過程的影響 110
6 4 2 生態環境意義探討 115
6 5 本章 小結 116
第7章 互花米草入侵對紅樹林沉積物硝酸鹽還原過程影響研究 117
7 1 引言 117
7 2 材料與方法 118
7 2 1 研究區域概況和樣品採集 118
7 2 2 沉積物理化性質測定 119
7 2 3 氮轉化速率測定 119
7 2 4 微生物功能基因測定 119
7 2 5 統計與分析 119
7 3 結果與分析 120
7 3 1 沉積物理化性質 120
7 3 2 硝酸鹽還原過程速率及貢獻比 121
7 3 3 沉積物理化性質對硝酸鹽還原過程的影響 123
7 4 討論 125
7 4 1 沉積物硝酸鹽還原過程的影響因素 125
7 4 2 關於互花米草入侵紅樹林硝酸鹽異化還原過程的生態環境效應 128
7 5 本章 小結 130
第8章 紅樹林保護與修復對濕地沉積物氮循環關鍵過程的影響 132
8 1 引言 132
8 2 材料與方法 133
8 2 1 研究區域及抽樣 133
8 2 2 環境參數測定 134
8 2 3 氮轉化速率測定 134
8 2 4 微生物功能基因測定 134
8 2 5 統計與分析 135
8 3 結果與分析 135
8 3 1 環境參數 135
8 3 2 NOx-還原過程的時空變化特徵及影響因素 136
8 4 討論 139
8 4 1 探討不同生長年限紅樹林沉積物NOx還原過程的關鍵影響因素 139
8 4 2 紅樹林保護與修復對脫氮和氮保留的影響及生態環境意義探討 143
8 5 本章 小結 147
第9章 圍墾養殖對河口濕地沉積物氮循環關鍵過程影響研究 148
9 1 引言 148
9 2 材料與方法 149
9 2 1 研究區域概況及樣品採集 149
9 2 2 沉積物理化性質測定 150
9 2 3 氮轉化速率測定 150
9 2 4 統計與分析 150
9 3 結果與分析 151
9 3 1 上覆水體理化性質 151
9 3 2 沉積物理化性質 151
9 3 3 硝酸鹽異化還原速率及其百分比的時空分佈特徵 152
9 4 討論 154
9 4 1 養殖塘硝酸鹽異化還原速率的關鍵影響因素探討 154
9 4 2 沉積物硝酸鹽異化還原過程貢獻比例的關鍵影響因素探討 156
9 4 3 養殖生態系統硝酸鹽異化還原過程的生態環境效應 157
9 5 本章 小結 160
第10章 土地利用方式轉變對潮灘濕地沉積物氮循環關鍵過程的影響 161
10 1 引言 161
10 2 材料與方法 164
10 2 1 研究區概況與樣品採集 164
10 2 2 沉積物/土壤理化性質測定 166
10 2 3 氮轉化速率測定 166
10 2 4 統計與分析 166
10 3 結果與分析 167
10 3 1 土壤/沉積物的物理化學性質 167
10 3 2 硝酸鹽還原過程 169
10 4 討論 172
10 4 1 土地利用對紅樹林沉積物理化性質的影響 172
10 4 2 生態環境意義探討 174
10 5 本章 小結 178
第11章 城市河網-河口及鄰近海域沉積物氮循環關鍵過程研究 179
11 1 引言 179
11 2 材料與方法 180
11 2 1 研究區概況與樣點採集 180
11 2 2 環境參數測定 181
11 2 3 硝酸鹽還原速率測定 182
11 2 4 微生物功能基因測定 182
11 2 5 統計與分析 182
11 3 結果與分析 182
11 3 1 城市河網-河口及鄰近海域環境參數 182
11 3 2 城市河網-河口及鄰近海域沉積物硝酸鹽還原過程時空分佈特徵 184
11 3 3 硝酸鹽還原過程的關鍵控制影響因素 188
11 4 討論 189
11 4 1 城市河網-河口及鄰近海域沉積物硝酸鹽還原過程關鍵控制因素探討 190
11 4 2 生態環境意義探討 192
11 5 本章 小結 193
第12章 河口沉積物氮循環關鍵過程、影響因素及環境意義 194
12 1 引言 194
12 2 材料與方法 195
12 2 1 研究區域概況及樣品採集 195
12 2 2 站位理化性質 196
12 2 3 理化性質與潛在速率測定 197
12 2 4 DNA提取與定量PCR 198
12 2 5 統計與分析 199
12 3 結果與分析 200
12 3 1 站位理化性質 200
12 3 2 關鍵N循環過程活性空間分佈特徵 204
12 3 3 關鍵N循環過程功能基因空間分佈特徵 205
12 3 4 關鍵氮循環過程與環境因子關係 207
12 4 討論 208
12 4 1 N循環過程關鍵控制影響因子探討 208
12 4 2 N轉換通量及生態環境意義探討 213
12 5 本章 小結 216
主要參考文獻 218
編後記 263
收起全部

精彩書摘
第1章 河口近岸沉積物氮循環
1 1 氮循環研究背景與意義
1 1 1 氮循環研究歷程
氮（N）是有機物中豐度僅次於氫、氧、碳的第四大類元素，作為生命的必需要素，氮元素是浮游植物生長的主要營養鹽，氮循環是海洋生態系統中重要的生物地球化學過程（Zehr and Kudela， 2011; Devol， 2015）。氮化合物價態可從3到+5，種類多樣，因此在化學反應中，氮元素既可以作為電子受體也可作為電子供體。主要的氮循環過程包括硝化、反硝化、厭氧氨氧化、硝酸鹽異化還原成銨（DNRA）、固氮、氮礦化及同化過程（Herbert， 1999; Lam and Kuypers， 2011）（圖1-1；表1-1）。18世紀是氮化合物發現的時代，而19∼20世紀是氮循環過程發現的時代。自1772年Daniel Rutherford發現N2，1774年Joseph Priestley發現N2O和NH4+，1785年Henry Cavendish發現NO3-後，科學家們便認識到有機氮與無機氮間相互轉化的氮礦化與氨同化過程，並相繼於1877年發現硝化過程，1880年發現生物固氮過程，1886年發現反硝化過程，1913年哈柏法實現工業固氮後極大地促進全球生產力的提高，1938年發現DNRA過程後，直到1986年才在廢水處理工藝中發現厭氧氨氧化過程（Woods， 1938; Galloway et al ， 2013），2002年*次證實海洋環境中也存在厭氧氨氧化過程（Thamdrup and Dalsgaard， 2002）。過去的二十年裡，鐵介導的Feammox，硫介導的化學自養反硝化及DNRA等也相繼被發現（Burgin et al ， 2011）。
氮循環過程是與微生物新陳代謝相關的氧化還原，大部分微生物在元素價態發生改變的過程中獲取能量，並將轉化後的元素釋放到環境中。當發生4個電子轉移時，異養有氧呼吸可以產生402 kJ能量，異養反硝化過程產生398 kJ，異養DNRA為257 kJ，自養厭氧氨氧化為477 kJ，自養硝化第1步NH4+氧化產生185 kJ，第二步NO2-氧化產生164 kJ（Lam and Kuypers， 2011）。自養固氮過程是一個耗能過程，每生成一個NH3需要消耗8個ATP（Sohm et al ， 2011a），固氮?極度厭氧，但海洋中普遍存在的固氮藍細菌UCYN-A卻生活在海洋表層，研究發現其缺乏產生氧氣的光合系統Ⅱ複合體，同時其與Haptophyte光合藻類共