一、研究目标：
明确流域水体对氮的去除功能及其关键影响因素
二、课题的背景及意义
位于我国东南部的长江中下游地区(28.75N -33.42N, 118.33E -123.42E)，河网密集、水系发达，人口众多且多沿河而居，工农业发达。农业施肥、畜禽养殖以及农村居民生活污水排放(Zhu 2000; Xing et al. 2001; Norse 2005; Sun et al. 2012)等面源污染产生大量的活性氮排入水体引起水质恶化等环境问题。如太湖水体富营养化的总氮贡献率中，农业面源占59％，且多来源于农业生产和农村生活污水（张红举等, 2010）。因此揭示如此多的N在水体里的储存、转化和去除等过程以及机理，减少活性氮循环对全球环境和气候变化的影响已经成为科学家普遍关注的问题。
反硝化作用是活性氮最终以惰性氮形式离开土壤、水体等内部生物循环回到大气的唯一自然途径，关于反硝化作用的研究对于减少生态系统活性氮对环境和气候变化的影响具有重要意义。目前人类通过制造化学氮肥、种植豆科作物和消耗化石燃料所产生的活性氮已远超过自然过程所产生的活性氮量（Galloway et al., 2004）。而作物对氮的吸收利用率往往不到50％，我国三大粮食作物的氮素利用率仅为28-41%（Zhu, 1997），大量的活性氮通过各种途径损失到大气和水体中，引发了一系列环境问题，包括土壤酸化、大气污染、温室效应、水体硝酸盐污染和水体富营养化等(Vitousek et al., 1997; Hall and Matson, 1999; Berendse et al., 2001; Davidson et al., 2006)。如何将活性氮转化为惰性氮，减少活性氮循环对全球环境和气候变化的影响已经成为科学家普遍关注的问题。
氮素在生态系统中的循环途径主要有氮固定、矿化、氨挥发、硝化、反硝化等，其中反硝化作用是氮循环的最后一部，其基本过程是：NO3- NO2- NO N2O N2。反硝化作用能够导致农田土壤氮素损失，降低土壤肥力，促进温室气体N2O排放。但是从生态学的角度考虑，反硝化作用能够把生态系统固定的氮和人为活化氮以N2的形态返回到大气氮库中，是活性氮最终以惰性氮离开土壤、水体等内部生物循环而回到大气的唯一自然途径(Granli and Bockman,1994)，因此反硝化过程能够去除水体中的硝态氮，调节水体质量，平衡生物固氮输入通量，减少生态系统活性氮对环境和气候变化的影响 (Murray and Knowles, 2003; Arrigo, 2005)。目前国际上对反硝化的研究十分重视,美国国家自然科学基金委为此专门资助成立了一个反硝化研究协作网(Denitrification Research Coordination Network),有三个主要目标,即:1)量化反硝化速率,2)研究反硝化过程的控制因子与反硝化速率的定量关系,3)建立可以将定点测定结果扩展到区域和全球的反硝化模型。
我们的前期研究表明稻作农业流域内的湿地有很强的除氮能力，但由于测定方法的限制，不能对其准确定量，从而影响到对农业氮对水体环境影响的准确评估。反硝化速率的测定一直是一个世界性的难题，限制了对反硝化过程的深入研究，包括大小和影响因素等。这是因为反硝化的主要产物N2在大气中的背景值很高（79％），要在这么高的背景环境中直接测定反硝化产物，需要方法的精度达到0.1％，而一般的方法很难达到此要求。
我们的前期研究表明稻作农业流域内的湿地有很强的除氮能力，但由于测定方法的限制，不能对其准确定量，从而影响到对农业氮对水体环境影响的准确评估。反硝化速率的测定一直是一个世界性的难题，限制了对反硝化过程的深入研究，包括大小和影响因素等。近年来马里兰大学的Kana（1994）开发了一个比较好的方法，即膜进口质谱法（MIMS）。该方法测定溶解于水体中的N2/Ar比例，其精度可达0.05％（Kana, 1994）。由于Ar是惰性气体，其浓度非常稳定，因此该方法可以直接快速测定反硝化作用而产生的N2，而不至于影响硝化过程。
本毕业设计结合同位素配对技术和膜接口质谱仪（Membrance Inlet Mass Spectrometry, MIMS）测定同位素反硝化产物的方法来测定反硝化速率, 并区分不同的反硝化途径。即通过膜接口装置将溶解性气体转化为气体形态，直接进入质谱在线测定水样中氮气，利用测定出的氮气同位素产物与同位素配对法计算出反硝化脱氮速率，具有测定速度快、所需样品量少、测定灵敏度和精度高的特点。
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