CN111812186A - 一种15n同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法。本发明根据硝化类型不同而设计对应的同位素标记方案，针对短程硝化类型底泥采用15NH2OH+Na15NO2双标记法或15NH4Cl+Na15NO2双标记法，重点表征了N2O的产生特征；针对全程硝化污泥类型底泥采用15NH4Cl+Na14NO3标记法，重点表征了NO2 ‑、NO3 ‑及N2O的产生特征；不仅可以清晰的辨别温室气体N2O的产生来源，而且可以定量表示好氧硝化及异养反硝化过程发生的程度，以便准确了解和控制河流氮素污染。
Description
技术领域
本发明属于河湖氮素污染控制技术领域，具体涉及一种15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法。
背景技术
河湖氮素污染是促进蓝藻爆发和威胁饮用水安全的重要原因之一。其中，氮素转化过程的中间产物羟胺(NH2OH)、亚硝酸盐氮(NO2 --N)等活性中间体可以与水体中的有机物发生反应，生成(亚硝基)硝基化合物，具有致病、致畸、致癌等负面健康效应。并且，氮素中间转化产物氧化亚氮(N2O)是强烈的温室气体，其热效应是CO2的300倍。
目前，关于N2O的产生途径和定量分析方法处于不断研究之中。当前理论(Duan H,Ye L,Erler D,et al.Quantifying nitrous oxide production pathways inwastewater treatment systems using isotope technology-A critical review[J].Water Research.2017,122:96-113；Li J,Zhang L,Liu J,et al.Hydroxylamineaddition and real-time aeration control in sewage nitritation system forreduced start-up period and improved process stability[J].BioresourceTechnology.2019,294:122183.)认为，在短程硝化过程中，NH2OH是促进N2O产生的重要前体物质，N2O主要通过以下路径产生：(i)氨氧化细菌短程反硝化(NitrifierDenitrification，简称ND路径)；(ii)亚硝化杂合反应(N-nitrosation hybrid reaction，简称N-nitrosation路径)；(iii)羟胺氧化(NH2OH oxidation，简称NH2OH oxidation路径)；(iv)异养反硝化(Heterotrophic Denitrification，简称HD路径)。目前，关于不同转化路径的定量方法多以化学计量系数法及化学抑制剂法为主，其定量过程多以实验室氮素浓度测定和经验计算为主，数据结果受环境及其他微生物同化作用影响较大，且操作过程复杂，实验方案设计繁琐。同位素示踪方法为氮素路径转化定量提供了一种可靠的工具，如专利CN102507913A公开采用13C和15N同位素标记方法测量水中溶解性N2含量、N2O的产生量、微生物生物量来精确定量湖泊生态系统中的氮循环，为湖泊系统生态修复提供理论基础。但是该方法是在模拟生态中进行，与实际生态环境还存在一定的误差。并且，相对于生态修复，从源头上控制氮素污染更有效。该专利并未对氮素中间转化产物的来源进行定量测定，无法为从源头上控制氮素污染提供指导。
因此，开发一种河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法，以清楚认识氮素中间转化产物的来源并实现源头上氮素污染的控制具有重要的研究意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于，为了解决河流底泥中氮素在不同转化路径中难以定量的问题，提供一种15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法，清晰辨认河湖底泥氮素转化路径，为科学控制河流氮素污染提供依据。本发明根据不同氨氮和溶解氧条件下的氮素转化机理，设计不同的15N-同位素底物标记法，对氮素在不同转化路径中的含量(反应量和贡献率)进行测定，为了解和控制氮素污染转化提供了可信的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法，包括如下步骤：
S1.采集底泥样品，并进行预处理以去除杂质和NH4 +-N、NO2 --N和NO3 --N；
S2.底泥样品溶液预培养以消耗掉未彻底清洗干净的NH4 +-N、NO2 --N和NO3 --N；
S3.向S2预培养后的底泥样品中加入与底泥样品浓度相等的14NH4Cl溶液，曝气至14NH4 +-N耗尽，并记录曝气过程中不同时刻NH4 +-N、NO2 --N和NO3 --N浓度；
S4.设计同位素标记方案：
当S1.中的底泥样品中含亚硝酸盐时，采用15NH2OH+Na15NO2双标记法或者15NH4Cl+Na15NO2双标记法对S3曝气后的底泥进行处理；并测定处理过程中溶液中NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、NH2OH浓度以及气体样品中N2O的浓度和15N-N2O的同位素比值；
当S1.中的底泥样品中含不含亚硝酸盐时，采用15NH4Cl+Na14NO3标记法对S3曝气后的底泥进行处理；并测定处理过程中溶液中NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N浓度以及产生的气体样品中N2O的浓度和15N-N2O的同位素比值；
S5.根据S4.得到的数据计算得到氮素在不同转化路径中的含量。
不同流域河湖因受氨氮污染程度不同和溶解氧差异的影响，主要表现出两种不同的硝化类型，即存在因亚硝酸盐积累而呈现出的短程硝化现象(转化路径机理如图1所示)和因硝酸盐积累而呈现出的全程硝化现象(转化路径机理如图2所示)，过程中产生N2O的机理也随之发生改变。
短程硝化中NH2OH及N2O转化路径机理图如图1所示，可以看出，N2O中各同位素44N2O、45N2O以及46N2O按照以下路径产生：
在设计好同位素标记方案后，根据S3.测定的NH4 +-N、NO2 --N和NO3 --N浓度以及S4.测定的同位素浓度与相应的同位素比值，可计算各同位素44N2O、45N2O以及46N2O的产生路径，并计算N2O的不同产生路径所占的比例，清晰的辨别温室气体N2O的产生来源。
同样地，全程硝化过程中，在设计好同位素标记方案后，根据S3.测定的NH4 +-N、NO2 --N和NO3 --N浓度以及S4.测定的同位素浓度与相应的同位素比值，再根据氮素质量守恒，可计算NO2 --N、NO3 --N及N2O经不同反应路径的产生量。
本发明针对不同硝化类型的底泥样品设计了相应的同位素标记方案，针对短程硝化类型底泥采用15NH2OH+Na15NO2双标记法或15NH4Cl+Na15NO2双标记法，重点表征了N2O的产生特征；针对全程硝化污泥类型底泥采用15NH4Cl+Na14NO3标记法，重点表征了NO2 -、NO3 -及N2O的产生特征。不仅可以清晰的辨别温室气体N2O的产生来源，而且可以定量表示好氧硝化及异养反硝化过程发生的程度，为认识和控制河流氮素污染提供可信数据。
优选地，步骤S1.中所述底泥样品为0～20cm深度的水库底泥。
优选地，所述预处理为用清洗液洗涤底泥样品，其中，为了保证微生物生长健康，所述清洗液中包含NaCl、KCl、EDTA、FeCl3·6H2O、H3BO3、CuSO4·5H2O、KI、MnCl2·4H2O、NaMoO4·2H2O、ZnSO4·7H2O、或CoCl2·6H2O中的一种或几种的组合。
优选地，步骤S2.中的预培养为，控制底泥浓度2000～3000mg/L，在20～25℃下培养24h。
优选地，针对亚硝酸盐积累的短程硝化底泥，方法一通过15NH2OH+Na15NO2双标记法确定N2O的产生路径。具体步骤为：
S4.设计短程硝化同位素标记方案：
向S2.预培养后的底泥样品溶液中加入同环境底物浓度相同的15NH2OH和Na15NO2溶液，每隔一段时间，测量水中NH4 +-N、NO2 --N和NO3 —N(溶解性三氮)、NH2OH浓度以及收集的气体样品测定N2O的浓度和15N-N2O的同位素比值；
S5.数据结果计算
根据44N2O、45N2O以及46N2O的产生路径，发现三种不同核素N2O经不同反应路径的产生量分别为：
其中，[N2O]ND、[N2O]HYB和
分别代表通过亚硝化细菌反硝化反应(ND路径)、N-亚硝化杂合反应(N-nitrosation路径)和羟胺氧化反应(NH2OHoxidation路径)产生的N2O浓度，
和
分别代表同位素比值质谱仪测得m/z值为44、45和46的N2O浓度，α代表NO2 --N中的15N同位素比值，β代表NH2OH中的15N同位素比值；
根据以上公式，可以计算得出不同转化路径产生N2O的浓度分别为：
从而，可以量化通过亚硝化细菌反硝化反应、N-亚硝化杂合反应和羟胺氧化反应路径产生的N2O所占的比例。
优选地，针对亚硝酸盐积累的短程硝化底泥，方法二通过15NH4Cl+Na15NO2双标记法测定并计算N2O的产生路径。根据亚硝化反应的第一步，即NH4 +-N氧化产生NH2OH过程，标记的15N-NH4 +与产生的15N-NH2OH中的15N同位素比值β相同，因此，可以通过方法一所述公式计算可以得出以NH4 +-N为主要污染物类型的短程硝化反应中不同反映路径产生的N2O所占的比例。具体步骤中，与方法一相比不同之处在于，
S4.设计短程硝化同位素标记方案：
向S2.预培养后的底泥样品溶液中加入同环境底物浓度相同的15NH4Cl和Na15NO2溶液，每隔一段时间，测量水中NH4 +-N、NO2 --N和NO3 —N(溶解性三氮)、NH2OH浓度以及收集的气体样品测定N2O的浓度和15N-N2O的同位素比值；
S5.数据结果计算
按照方法一中计算公式进行计算，将公式中的β替换为NH4Cl中的15N同位素比值。
全程硝化底泥NO2 -、NO3 -及N2O转化路径机理如图2所示，根据氮素质量守恒，来计算NO2 --N、NO3 --N及N2O经不同反应路径的产生量。
优选地，针对硝酸盐积累的全程硝化底泥，采用15NH4Cl+Na14NO3标记法，具体步骤为：
S4.设计全程硝化同位素标记方案：
向S2.预培养后的底泥样品溶液中加入同环境底物浓度相同的15NH4Cl溶液和未标记的Na14NO3溶液，每隔一段时间，测量水中NH4 +-N、NO2 --N和NO3 —N(溶解性三氮)、N2O的浓度和15N-N2O的同位素比值；
S5.数据结果计算
S51.根据反应体系中NO2 --N在不同时刻的质量守恒和15N-质量守恒公式，计算出NO2 --N分别来自NH4 +-N氧化和NO3 --N还原路径的反应量及贡献率：
其中，反应体系中NO2 --N在t时刻的质量守恒和15N-质量守恒公式为：
因此，可以推算出：
其中，
和
分别代表来自NH4 +-N、NO3 --N和第t时刻水样中NO2 --N的浓度(mg/L)；
和
分别表示第t时刻水样中NO2 --N、初始NH4 +-N和NO3 --N的15N原子百分比(％)；
并且，据此可以计算出NO2 --N来自NH4 +-N氧化和NO3 --N还原路径的贡献百分比；
S52.根据反应体系中NO3 --N在不同时刻的质量守恒和15N-质量守恒公式，计算出NH4 +-N硝化过程的NO3 --N净产量以及初始投机NO3 --N反硝化还原量：
其中，反应体系中NO3 --N在t时刻的质量守恒和15N-质量守恒公式为：
因此，可以推算出：
其中，
和
分别代表NH4 +-N硝化过程的NO3 --N净产量；初始NO3 --N反硝化还原的NO3 --N浓度；初始NO3 --N浓度和第t时刻样品中NO3 --N的浓度；
S53.根据反应体系中N2O在不同时刻的质量守恒和15N-质量守恒公式为，计算得出来自初始投加NH4 +氧化和NO3 -还原的N2O浓度，同时可以计算出N2O通过异养反硝化、短程硝化反硝化和全程硝化反硝化路径产生量：
其中，反应体系中N2O在t时刻的质量守恒和15N-质量守恒公式为：
因此，可以推导出N2O来自NH4 +和NO3 -的质量浓度分别为：
其中，[N2O](i)、
和
分别指第i个样品中N2O的浓度、来自NH4 +和NO3 -的N2O浓度。A(N2O)(i)、
和
分别指第i个样品、初始NH4 +以及初始NO3 -中的15N原子百分比；
由于以下关系成立：
因此，可以推算出，通过异养反硝化路径产生的N2O浓度[N2O]HD为：
通过短程硝化反硝化路径产生的N2O浓度[N2O]NCD为：
通过全程硝化反硝化路径产生的N2O浓度[N2O]ND为：
从而，通过上述公式可以量化硝酸盐积累型底泥样品中NO2 --N、NO3 --N和N2O氮素中间产物的转化途径，并且计算出N2O通过异养反硝化(HD)、短程硝化反硝化(NCD)和全程硝化反硝化(ND)路径产生量的百分比。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法，根据硝化类型不同而设计对应的同位素标记方案，针对短程硝化类型底泥采用15NH2OH+Na15NO2双标记法或15NH4Cl+Na15NO2双标记法，重点表征了N2O的产生特征；针对全程硝化污泥类型底泥采用15NH4Cl+Na14NO3标记法，重点表征了NO2 -、NO3 -及N2O的产生特征。不仅可以清晰的辨别温室气体N2O的产生来源，而且可以定量表示好氧硝化及异养反硝化过程发生的程度，为认识和控制河流氮素污染提供了基础研究方法和数据。
附图说明
图1为短程硝化底泥NH2OH及N2O转化路径机理图；
图2为全程硝化底泥NO2 -、NO3 -及N2O转化路径机理图；
图3为全程硝化底泥NH4 +、NO2 -、NO3 -及N2O中15N重同位素丰度变化图，其中，图3中A、B、C、D分别代表NH4 +、NO2 -、NO3 -及N2O中15N原子百分比随时间变化；
图4为全程硝化底泥不同氮素转化路径活性及贡献率定量结果，其中，图4中A、B、C分别代表NO2 -的来源贡献率、NO3 -的来源浓度及N2O的来源贡献率。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
实施例1
本实施例提供一种15NH2OH+Na15NO2双标记方法示踪亚硝酸盐积累型底泥样品中氮素转化途径：
S1.按照取样计划，在现场取样点收集0～20cm深度的水库底泥样品2L，置于无菌的塑料采样袋中，通过冷藏采样箱运送至实验室；
S2.用含有180mg NaCl、30mg KCl、10g EDTA、1.5g FeCl3·6H2O、0.15g H3BO3、0.03g CuSO4·5H2O、0.18g KI、0.12g MnCl2·4H2O、0.06gNaMoO4·2H2O、0.12g ZnSO4·7H2O、0.15g CoCl2·6H2O的微量元素浓度为0.3mL/L的清洗液洗涤底泥样品两次，去除大体积的塑料、砂砾等杂质和本底反应底物，然后将部分底泥样品转移至250mL反应瓶中，并用无氮素并含有微量元素的反应液定容至200mL，同时控制底泥浓度为2000mg/L。采用水浴控温装置控制反应体系温度为20℃；
S3.加入同环境底物浓度相同的14NH4Cl溶液，控制曝气DO浓度为2～3mg/L，直至14NH4-N耗尽，并同时观测到NO2 --N积累现象，并测定不同时刻NH4 +-N、NO2 --N和NO3 —N(溶解性三氮)浓度；
S4.向S2.预培养后的底泥样品溶液中加入同环境底物浓度相同的15NH2OH和Na15NO2溶液，每隔0.5h取20mL水样测定NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、NH2OH浓度以及收集的气体样品测定N2O的浓度和15N-N2O的同位素比值；
S5.结果计算：
44N2O、45N2O以及46N2O按照以下路径产生：
因此，三种不同核素N2O经不同反应路径的产生量分别为：
其中，[N2O]ND、[N2O]HYB和
分别代表通过亚硝化细菌反硝化反应(ND路径)、N-亚硝化杂合反应(N-nitrosation路径)和羟胺氧化反应(NH2OH oxidation路径)产生的N2O浓度；
和
分别代表同位素比值质谱仪测得m/z值为44、45和46的N2O浓度；α代表NO2 --N中的15N同位素比值；β代表NH2OH中的15N同位素比值。
根据以上公式，可以计算得出不同转化路径产生N2O的数量分别为：
从而，可以量化通过亚硝化细菌反硝化反应、N-亚硝化杂合反应和羟胺氧化反应路径产生N2O的量，具体计算结果如表1所示。
表1 亚硝酸盐积累型底泥样品中氮素转化途径
从表1计算结果可以清楚的看到亚硝酸盐积累型底泥中，从不同转化路径中产生的N2O所占的比重。
实施例2
本实施例提供一种15NH4Cl+Na15NO2双标记方法示踪亚硝酸盐积累型底泥样品中氮素转化途径：
由于亚硝化反应的第一步(即NH4 +-N在氨单加氧化酶HAO作用下产生NH2OH)过程不产生气态含氮化合物，标记的15N-NH4 +与产生的15NH2OH中的15N同位素比值相同，因此可以用15N-NH4 +替换标记的15NH2OH，通过测定NH4 +-N同位素比值的变化反映瞬时过程中NH2OH的同位素比值变化。然后，利用实施例1步骤S5.中的公式，即β代表NH4Cl中的15N同位素比值，计算在亚硝酸盐积累型底泥环境下，以NH4 +-N为主要污染物类型硝化反应过中的N2O产生路径，计算结果如表2所示。
表2 NH4 +-N为主要污染物的亚硝酸盐积累型底泥样品中氮素转化途径
从表2计算结果可以清楚的看到亚硝酸盐积累型底泥中，从不同转化路径中产生的N2O所占的比重。
实施例3
本实施例提供一种15NH4Cl+Na14NO3标记方法示踪硝酸盐积累型底泥样品中氮素转化途径。
S4.在实施例1步骤S1.、S2.、S3.的基础上，向S2预培养后的底泥样品中加入15N标记的15NH4Cl溶液和未标记的Na14NO3溶液，每隔0.5h取20mL水样测量水中NH4 +-N、NO2 --N和NO3 —N(溶解性三氮)、N2O的浓度和15N-N2O的同位素比值；
S5.结果计算：
S51.其中，反应体系中NO2 --N在t时刻的质量守恒和15N-质量守恒公式为：
因此，可以推算出：
其中，
和
分别代表来自NH4 +-N、NO3 --N和第t时刻水样中NO2 --N的浓度(mg/L)；
和
分别表示第t时刻水样中NO2 --N、初始NH4 +-N和NO3 --N的15N原子百分比(％)。并且，据此可以计算出NO2 --N来自NH4 +-N氧化和NO3 --N还原路径的贡献百分比。
S52.其中，反应体系中NO3 --N在t时刻的质量守恒和15N-质量守恒公式为：
因此，可以推算出：
其中，
和
分别代表NH4 +-N硝化过程的NO3 --N净产量；初始NO3 --N反硝化还原的NO3 --N浓度；初始NO3 --N浓度和第t时刻样品中NO3 --N的浓度。
S53.其中，反应体系中N2O在t时刻的质量守恒和15N-质量守恒公式为：
因此，N2O来自NH4 +和NO3 -的质量浓度分别表示为：
其中，[N2O](i)、
和
分别指第i个样品中N2O的浓度、来自NH4 +和NO3 -的N2O浓度。A(N2O)(i)、
和
分别指第i个样品、初始NH4 +以及初始NO3 -中的15N原子百分比。
由于以下关系成立：
因此，可以推算出：
从而，通过实施例3可以量化硝酸盐积累型底泥样品中NO2 --N、NO3 --N和N2O氮素中间产物的转化途径，并且计算出N2O通过异养反硝化、短程硝化反硝化和全程硝化反硝化路径产生量的百分比，具体测试结果如表3及图3、4所示。
表3 硝酸盐积累型底泥样品中NO2 --N、NO3 --N和N2O氮素中间产物及转化路径
从表3和图3、4中可以看出，在硝酸盐累积的情况下，底泥中的NH4 +-N易被硝化成NO2 --N和NO3 --N，进而通过反硝化最终形成N2O排入大气，N2O的产生路径中，按照贡献比例来看，依次来自于异养反硝化、全程硝化反硝化、短程硝化反硝化，随着时间的延长，异养反硝化的贡献百分比有所降低，但依然是主要反应途径，短程硝化反硝化反应逐渐取代异氧反硝化。
从上述实施例1～3中可以看出，通过本发明的15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法，可以清晰的辨别温室气体N2O的产生来源，而且可以定量表示好氧硝化及异养反硝化过程发生的程度，为认识和控制河流氮素污染提供了基础研究方法和数据。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.采集底泥样品，并进行预处理以去除杂质和NH4 +-N、NO2 --N和NO3 --N；
S2.底泥样品溶液预培养以消耗掉未彻底清洗干净的NH4 +-N、NO2 --N和NO3 --N；
S3.向S2.预培养后的底泥样品溶液中加入与底泥样品浓度相等的14NH4Cl溶液，曝气至14NH4 +-N耗尽，并记录曝气过程中不同时刻NH4 +-N、NO2 --N和NO3 --N浓度；
S4.设计同位素标记方案：
当S1中的底泥样品中含亚硝酸盐时，采用15NH2OH+Na15NO2双标记法或者15NH4Cl+Na15NO2双标记法对S2.预培养后的底泥样品溶液进行处理；并测定处理过程中溶液中NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、NH2OH浓度以及气体样品中N2O的浓度和15N-N2O的同位素比值；
当S1中的底泥样品中不含亚硝酸盐时，采用15NH4Cl+Na14NO3标记法对S2.预培养后的底泥样品溶液进行处理；并测定处理过程中溶液中NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N浓度以及产生的气体样品中N2O的浓度和15N-N2O的同位素比值；
S5.根据S4得到的数据计算得到氮素在不同转化路径中的含量。
2.根据权利要求1所述15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法，其特征在于，步骤S1.中所述底泥样品为0～20cm深度的水库底泥。
3.根据权利要求1所述15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法，其特征在于，步骤S1.中所述预处理为用清洗液洗涤底泥样品。
4.根据权利要求3所述15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法，其特征在于，所述清洗液中包含NaCl、KCl、EDTA、FeCl3·6H2O、H3BO3、CuSO4·5H2O、KI、MnCl2·4H2O、NaMoO4·2H2O、ZnSO4·7H2O、或CoCl2·6H2O中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法，其特征在于，步骤S2.中的预培养为，控制底泥浓度2000～3000mg/L，在20～25℃下培养24h。
6.根据权利要求1所述15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法，其特征在于，步骤S3.中，
15NH2OH+Na15NO2双标记法的处理过程为：向S2.预培养后的底泥样品溶液中加入与底泥样品浓度相同的15NH2OH和Na15NO2溶液；
15NH4Cl+Na15NO2双标记法的处理过程为：向S2.预培养后的底泥样品溶液中加入与底泥样品浓度相同的15NH4Cl和Na15NO2溶液；
15NH4Cl+Na14NO3标记法的处理过程为：向S2.预培养后的底泥样品溶液中加入与底泥样品浓度相同的15NH4Cl和未标记的Na14NO3溶液。
7.根据权利要求1所述15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法，其特征在于，步骤S5.中所述计算，当采用15NH2OH+Na15NO2双标记法处理时，根据下式计算：
其中，通过亚硝化细菌反硝化反应(ND路径)产生的N2O浓度为：
通过N-亚硝化杂合反应(N-nitrosation路径)产生的N2O浓度为：
通过羟胺氧化反应(NH2OH oxidation路径)产生的N2O浓度为：
其中，
和
分别代表同位素比值质谱仪测得m/z值为44、45和46的N2O浓度，α代表NO2 --N中的15N同位素比值，β代表NH2OH中的15N同位素比值。
8.根据权利要求1所述15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法，其特征在于，步骤S5.中所述计算，当采用15NH4Cl+Na14NO3标记法处理时，根据反应体系中NO2 --N在t时刻的质量守恒和15N-质量守恒公式推导得出下式：
其中，NO2 --N中来自NH4 +-N氧化路径的浓度为：
NO2 --N中来自NO3 --N还原路径的浓度为：
其中，
和
分别代表来自NH4 +-N、NO3 --N和第t时刻水样中NO2 --N的浓度(mg/L)；
和
分别表示第t时刻水样中NO2 --N、初始NH4 +-N和NO3 --N的15N原子百分比(％)。
9.根据权利要求1所述15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法，其特征在于，步骤S5.中所述计算，当采用15NH4Cl+Na14NO3标记法处理时，根据反应体系中NO3 --N在t时刻的质量守恒和15N-质量守恒公式推导得出NH4 +-N硝化过程的反硝化还原量为：
其中，
和
分别代表NH4 +-N硝化过程的初始NO3 --N反硝化还原的NO3 --N浓度、初始NO3 --N浓度和第t时刻样品中NO3 --N的浓度，
和
分别表示初始NH4 +-N、初始NO3 --N和第t时刻NO3 --N的15N原子百分比(％)。
10.根据权利要求1所述15N同位素标记示踪河湖底泥中氮素在不同转化路径中的定量方法，其特征在于，步骤S5.中所述计算，当采用15NH4Cl+Na14NO3标记法处理时，根据反应体系中N2O在t时刻的质量守恒和15N-质量守恒公式可推算出：
通过异养反硝化路径产生的N2O浓度[N2O]HD为：
通过短程硝化反硝化路径产生的N2O浓度[N2O]NCD为：
通过全程硝化反硝化路径产生的N2O浓度[N2O]ND为：
其中，
分别代表来自NH4 +和NO3 -的N2O浓度，
分别代表来自NH4 +和NO3 -的N2O中15N原子的浓度。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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