亚热带农业小流域塘库水体氮磷化学计量特征的时空变异及其环境效应
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:41877009
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:61.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:D0709.基础土壤学
- 结题年份:2022
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:张文钊; 孟岑; 石锦; 甘蕾; 刘铭羽; 夏梦华; 李远航;
- 关键词:
项目摘要
A watershed is an effective geographic unit to control agricultural non-point source pollutions. Ponds and reservoirs are important water nodes for water storage and drainage in agricultural production process in subtropical regions of China. They are also sources and sinks for N and P pollutants, and hot zones which are are easily affected by human disturbance and environmental changes at the watershed scale. From the perspective of ecological stoichiometry, the spatio-temporal variability of stoichiometric characteristics of N and P and its driving mechanism are studied in the pond-reservoir systems in a subtropical agricultural watershed. .150 ponds and reservoirs are investigated under five different landscape types (woodland, tea plantation, cropland, settlement and the mixed) in the watershed. With long-run field observation and indoor cultivation experiments, the contents of N and P are determined for water body, suspended particulate matter and sediment in the ponds and reservoirs. The different chemical forms of N and P to be determined are dissolved, particulate, organic and inorganic forms in water body. The other water quality indexes, such as chlorophyll contents, dissolved oxygen contents, pH values are also observed with portable water quality analysis instruments. In order to explore the source of nitrogen, the abundances of nitrogen isotopes are analyzed in water, particles and sediment in pond-reservoir systems with 15N isotope tracing technology. The structures and diversity of microbial communities in samplers of water body, suspended particulate matter and sediment are explored across the different stoichiometric gradients of nitrogen and phosphorus with microbial 16S high flux sequencing. .With the above observed datasets from the pond-reservoir ecological systems, our goals include:.(1) Spatio-temporal variability of the contents of N and P and their stoichiometric characteristics in water bodies under different landscape features .(2) Effects of the changes of N and P stoichiometry on primary productivity and microbial community structure in water bodies ..(3) Do exogenous or endogenous factors affect the imbalance of N and P stoichiometry in water bodies?.(4) What are the key factors driving the variability of N and P contents and their stoichiometry in water bodies?.Our works will not only reveal environmental effects and the mechanism of N and P pollution in the watershed from the perspective of N and P circulation imbalance, but also provide scientific and technical support for the prevention and control of nitrogen and phosphorus pollution in subtropical agricultural watersheds, China.
作为我国亚热带农业生产中蓄水和供水的重要水利节点,池塘和水库(塘库)是容纳流域氮磷污染物的源/汇,也是易受流域人为扰动和环境变化影响的热区。本项目拟以亚热带典型农业小流域塘库为对象,通过野外定位观测、室内培养试验及微生物16S高通量测序等技术,研究不同景观环境下塘库生态系统水体氮磷化学计量特征的时空变化规律,研究塘库水体初级生产力和微生物群落结构对氮磷化学计量特征变化的响应机理;结合塘库水体氮磷收支和15N同位素示踪研究,探明是外源还是内源因子影响塘库氮磷化学计量特征变化;最后用空间关联、CCA及结构方程等统计技术分析塘库氮磷化学计量特征与景观类型、降雨事件、人为扰动、初级生产力及微生物群落结构和氮磷转化功能基因丰度等因子的关联性,提取引发塘库水体氮磷计量比失衡的主控因子。研究结果利于从氮磷化学计量比失衡的角度诠释流域氮磷污染的发生机理,也为亚热带流域氮磷污染防控提供可参考的技术理论。
结项摘要
池塘和水库(塘库)是易受人为扰动和环境变化影响的热区,理解塘库氮磷计量比变异规律利于塘库水体氮磷污染管控。本研究主要以亚热带典型农业源头流域塘库为研究对象,通过野外全生态观测试验、15N同位素溯源、微生物16S 高通量测序等技术手段,研究了塘库水体氮磷组份含量及其计量比的时空变异规律,探讨了塘库水体氮磷失衡的关键驱动因素及其环境效应,主要研究结果如下: . 1、从城市和农业小流域两个尺度上建立了野外塘库水质长期监测试验,近6年间(2017-2022)布设了213个塘库长期/短期定位监测点,监测了塘库水体/底泥氮磷组份、溶氧、pH、Chla、15N同位素、微生物群落和氮磷功能基因及温室气体等31个指标;构建了融合智能手机、无人机和视频监控为一体的塘库信息智能监管模型,可应用于村级小水体的全覆盖管理。. 2、探明了养鱼和农业土地利用是驱动塘库氮磷计量比失衡、影响塘库生态功能的关键因素。研究区2016年塘库面积比1990年增加22.2%,且80%以上塘库用于养鱼;塘库面积占比增加(>4.0%)抑制流域径流输出。受塘库养鱼和农业土地利用影响,受扰塘库水体氮磷积累失衡严重,TN:TP (24.6)显著低于未扰动塘库(72.1);超过93%的受扰动塘库发生氮磷污染,且TN和TP含量分别超过下游把水口的24.2%、41.6%,塘库水体正成为流域下游氮磷污染的输出源。受扰动塘库水体中与疫病/寄生虫类相关的微生物群落、硝化和脱氮微生物功能基因和15N同位素丰度以及温室气体(CH4、N2O)排放通量增加,水体偏碱化,氨挥发加剧。 . 3、研究区塘库水体氮磷污染防控,控磷重于控氮;加强塘库周边农用地和生活污水的氮磷污染治理,开展塘库养鱼退出或生态治理,有望提升塘库水质的同时,实现温室气体CH4和N2O年减排分别达4.98 kg C ha−1和 0.42 kg N ha−1,减少年氨挥发1.77 kg N ha−1。
项目成果
期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
洞庭湖源头流域典型塘库水体氮磷组分、pH、DO及水温昼夜变异特征研究
- DOI:--
- 发表时间:2023
- 期刊:长江流域资源与环境
- 影响因子:--
- 作者:杨文;周脚根;张文钊
- 通讯作者:张文钊
亚热带源头流域梯级池塘氮磷含量的时空变异及其影响因素
- DOI:10.11654/jaes.2019-1257
- 发表时间:2020
- 期刊:农业环境科学学报
- 影响因子:--
- 作者:申雅莉;周脚根;彭佩钦;吴金水
- 通讯作者:吴金水
Using Bioinformatics to Quantify the Variability and Diversity of the Microbial Community Structure in Pond Ecosystems of a Subtropical Catchment
利用生物信息学量化亚热带流域池塘生态系统微生物群落结构的变异性和多样性
- DOI:10.2174/1574893615999200422120819
- 发表时间:2020-04
- 期刊:Current Bioinformatics
- 影响因子:4
- 作者:Zhou Jiaogen;Wang Yang;Lei Qiuliang
- 通讯作者:Lei Qiuliang
Increasing areas of aquaculture ponds and reservoirs reshape runoff coefficients: evidence from a subtropical catchment, China
水产养殖池塘和水库面积的增加重塑径流系数:来自中国亚热带流域的证据
- DOI:10.1007/s11356-023-25227-x
- 发表时间:2023-01
- 期刊:Environmental Science and Pollution Research
- 影响因子:5.8
- 作者:Lei Wu;Xiaoyi Ma;Yi Wang;Jiaogen Zhou
- 通讯作者:Jiaogen Zhou
The Influence of Land Use and Fish Farming on the Contents of Ca2+, Mg2+, K+ and Na+ in Pond and Reservoir Ecosystems in an Agricultural Small Watershed, China
土地利用和养鱼对农业小流域池塘水库生态系统Ca2、Mg2、K、Na含量的影响
- DOI:10.4236/jep.2021.1212069
- 发表时间:2021
- 期刊:Journal of Environmental Protection
- 影响因子:--
- 作者:Jiaogen Zhou;Caiyun Zhang
- 通讯作者:Caiyun Zhang
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其他文献
点集数据不规则形状时空异常聚类模式挖掘研究
- DOI:--
- 发表时间:2017
- 期刊:武汉大学学报· 信息科学版
- 影响因子:--
- 作者:万幼;周脚根;翁敏
- 通讯作者:翁敏
亚热带红壤丘陵区浅层地下水氮淋失特征研究
- DOI:--
- 发表时间:2014
- 期刊:环境科学学报
- 影响因子:--
- 作者:周脚根;尹娟;张满意;吴金水
- 通讯作者:吴金水
中南地区作物秸秆处理的区域特征及其影响因素分析
- DOI:--
- 发表时间:2014
- 期刊:第四纪研究
- 影响因子:--
- 作者:周脚根;周萍;肖和艾;吴金水
- 通讯作者:吴金水
中南地区农田有机物质与化肥投入量的区域差异
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:应用生态学报
- 影响因子:--
- 作者:吴金水;周脚根;肖和艾;周萍
- 通讯作者:周萍
基于氮素和水分的冬小麦籽粒蛋白质含量监测
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:农业工程学报
- 影响因子:--
- 作者:杨武德;李存军;王大成;王芊;周脚根
- 通讯作者:周脚根
其他文献
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