本發(fā)明屬于生態(tài)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模擬原位河岸帶土壤的鐵氨氧化過(guò)程的裝置及使用方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及生活污水的排放逐步增加，大量的氮和磷進(jìn)入河流、湖泊、水庫(kù)、海灣等，導(dǎo)致水體溶解氧下降，水質(zhì)惡化，富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，破壞了生態(tài)平衡，鐵氨氧化是最近發(fā)現(xiàn)的在厭氧環(huán)境中能進(jìn)行氮素脫除的一種，其中，鐵還原菌是鐵氨氧化重要的脫氮微生物，存在于水稻田、灘涂濕地、河流及湖泊中，對(duì)鐵氨氧化在河岸帶的研究，有助于控制氮污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，同時(shí)對(duì)河流生態(tài)修復(fù)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

無(wú)機(jī)氮素在自然界中主要有N₂、NH₃、NH₄⁺、NO₃^-和NO₂^-多種形態(tài)存在，其中NH₄⁺、NO₃^-和NO₂^-是無(wú)機(jī)氮素在水體環(huán)境中的重要形態(tài)，無(wú)機(jī)氮在生態(tài)系統(tǒng)中輸入、遷移、轉(zhuǎn)化、循環(huán)和輸出的規(guī)律（例如：申請(qǐng)?zhí)朇N201610018892.7 一種模擬原位河道生態(tài)系統(tǒng)氮?dú)w趨的裝置和使用方法），無(wú)機(jī)氮主要通過(guò)反硝化和厭氧氨氧化兩個(gè)微生物過(guò)程去除，以N₂、N₂O等氣體形式離開(kāi)湖泊系統(tǒng)（例如：申請(qǐng)?zhí)朇N201410633441.5 一種模擬原位河道底泥厭氧氨氧化過(guò)程的裝置和使用方法及應(yīng)用）。

近年來(lái)，隨著同位素示蹤和分子微生物技術(shù)在厭氧氨氧化過(guò)程的應(yīng)用，使得更好的理解其過(guò)程。Lijun Hou等（Scientific Reports, 2015, Anaerobic Ammonium Oxidation and its Contribution to Nitrogen Removal in China’s Coastal Wetlands）通過(guò)同位素示蹤和分子微生物技術(shù)對(duì)中國(guó)沿海濕地厭氧氨氧化細(xì)菌的豐度、多樣性以及脫氮進(jìn)行了研究；Lidong Shen 等（Environmental Science and Pollution Research, 2016, Evidence for Anaerobic Ammonium Oxidation Process in Freshwater Sediments of Aquaculture Ponds）證明了水產(chǎn)池塘中的厭氧氨氧化過(guò)程，而有關(guān)厭氧氨氧化耦合鐵還原（稱為鐵氨氧化）的研究較少，鐵氨氧化是三價(jià)鐵離子被還原而NH₄⁺被氧化為N₂、NO₃^-、NO₂^-的過(guò)程。

Wendy H.Yang等（Nature Geoscience, 2012, Nitrogen Loss from Soil through Anaerobic Ammonium Oxidation Coupled to Iron Reduction）通過(guò)同位素示蹤技術(shù)研究了深林土壤中鐵氨氧化產(chǎn)生氮?dú)?，表明鐵氨氧化能夠造成氮的損失，Xiaofei Li等（Environment Science and technology, 2015, Evidence of Nitrogen Loss from Anaerobic Ammonium Oxidation Coupled with Ferric Iron Reduction in an Intertidal Wetland）在灘涂濕地報(bào)道表明，大約11.5-18 t N km^-2 year^-1損失與鐵氨氧化有關(guān)，大約占到外部無(wú)機(jī)氮進(jìn)入長(zhǎng)江流域的3.1-4.9%。Longjun Ding等(Environment Science and technology, 2014, Nitrogen Loss through Anaerobic Ammonium Oxidation Coupled to Iron Reduction from Paddy Soils in a Chronosequence)在水稻田研究表明大約7.8-61 kg N ha^-1 year^-1的損失與鐵氨氧化相關(guān)，同時(shí)也表明在富含F(xiàn)e³⁺的稻田中，鐵氨氧化速率加快，以及鐵氨氧化作為在水稻田中氮損失的一個(gè)重要的途徑。但是，到目前為止，如何在室內(nèi)通過(guò)模擬河岸帶原位環(huán)境，探究河岸帶中的鐵氨氧化過(guò)程的模擬技術(shù)方法還未見(jiàn)報(bào)道。采用人工模擬河岸帶生態(tài)修復(fù)過(guò)程，進(jìn)行包括水溫、光照強(qiáng)度、溶解氧及水質(zhì)參數(shù)等綜合調(diào)控及優(yōu)化，來(lái)研究原位河岸帶中鐵氨氧化過(guò)程的裝置還未有開(kāi)發(fā)。因此，研究此類技術(shù)和裝置對(duì)氮素的脫除及富營(yíng)養(yǎng)化河道水體治理具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題：一是確認(rèn)河道中是否存在鐵氨氧化；二是探索氮污染，水質(zhì)惡化以及多因素變化對(duì)鐵氨氧化的影響。本發(fā)明提供了一種模擬原位河岸帶土壤的鐵氨氧化過(guò)程的裝置，方便對(duì)鐵氨氧化速率，鐵還原菌豐度及微生物群落結(jié)構(gòu)的測(cè)定；使用該裝置可以為河岸帶中氮素去除提供理論基礎(chǔ)和實(shí)際意義，對(duì)于原位河道水質(zhì)的改善和河流生態(tài)修復(fù)具有重要意義。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是這樣的，一種模擬原位河岸帶土壤的鐵氨氧化過(guò)程的裝置，包括圓柱形的透明柱體、設(shè)置于透明柱體上部的鹵素?zé)?，蓄水箱和氦氣鋼瓶，所述的透明柱體為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層通過(guò)進(jìn)水管與蓄水箱相連，該進(jìn)水管上設(shè)置有恒流泵和進(jìn)水閥；外層通過(guò)進(jìn)氣管與氦氣鋼瓶相連，外層的上方設(shè)置有可密封外層的環(huán)形密封蓋，外層底部填充有高度為30-40 cm的原位河岸帶土壤，外層填裝河岸帶土壤的位置外部包裹錫箔紙，保證河岸帶土壤處于一個(gè)遮光的環(huán)境中，所述的內(nèi)層的側(cè)壁上設(shè)置有可以調(diào)節(jié)外層液面高度的內(nèi)出水閥，外層的側(cè)壁上設(shè)置有調(diào)節(jié)外層水利停留時(shí)間的外出水閥，該裝置填裝河岸帶土壤位置以及上部設(shè)置有底泥取樣口和水樣取樣口。

優(yōu)選地，該裝置還包括計(jì)算機(jī)主機(jī)和顯示器，內(nèi)層內(nèi)設(shè)置有溫度探頭、溶解氧探頭和pH探頭，三者通過(guò)計(jì)算機(jī)主機(jī)與顯示器相連，所述的溫度探頭、溶解氧探頭和pH探頭所檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在顯示器上，以對(duì)內(nèi)層水體內(nèi)的溫度、pH、溶解氧實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。

優(yōu)選地，柱體高為80 cm，內(nèi)層直徑為20 cm，外層直徑為30 cm。

其中，氦氣鋼瓶的作用為了在外層的底部填充河岸帶的土壤后，向外層內(nèi)充入氦氣，以形成厭氧環(huán)境，便于培養(yǎng)，有利于對(duì)鐵氨氧化的測(cè)定。

所述的蓄水箱內(nèi)盛裝原位河道采集的河水，由恒流泵，通過(guò)進(jìn)水閥進(jìn)入內(nèi)層中，再由內(nèi)層側(cè)壁上的出水閥進(jìn)入外層，保持了裝置中的水體與原位河岸帶的水體一樣。

內(nèi)出水閥的作用時(shí)為了調(diào)節(jié)外層水面高度，外出水閥的作用是調(diào)節(jié)外層水力停留時(shí)間，便于模擬河岸帶水力停留周期，同時(shí)有利于保持內(nèi)外層柱體的水質(zhì)相同。

上述模擬原位河岸帶土壤的鐵氨氧化過(guò)程的裝置的使用方法，包括如下步驟：

（1）外層河岸帶土壤的添加：在2 h內(nèi)將采泥器采集的河岸帶的土壤運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行轉(zhuǎn)移，裝入上述裝置的外層中，使外層底泥厚度達(dá)到30-40 cm，充入氦氣，蓋上密封蓋形成厭氧環(huán)境，外層土壤填充的位置外部包裹錫箔紙，保證河岸帶土壤處于一個(gè)遮光的環(huán)境中，遮光處理兩天；

（2）內(nèi)層水環(huán)境的構(gòu)建：采集原位河道中的河水加入蓄水箱中，通過(guò)恒流泵將蓄水箱中的河水通過(guò)進(jìn)水管引入到內(nèi)層中；

（3）外層水環(huán)境的構(gòu)建：打開(kāi)內(nèi)層上的內(nèi)出水閥進(jìn)行外層水體的填充，與此同時(shí)，打開(kāi)密封蓋，向外層內(nèi)加入同位素¹⁵NH4⁺，待河水充滿整個(gè)柱體外層，蓋上密封蓋；注水過(guò)程中，盡量采取無(wú)擾動(dòng)的添加方式，使內(nèi)層底泥不受到擾動(dòng)；

（4）觀察與分析： 模擬原位河岸帶環(huán)境或調(diào)控環(huán)境因子的情況下，定期檢測(cè)模擬裝置水樣中³⁰N₂，²⁸N₂的排放通量，以及水體中的總氮、Fe³⁺、Fe²⁺，從而分析確認(rèn)鐵氨氮氧化過(guò)程的存在以及環(huán)境因子與鐵氨氧化之間的關(guān)系。

其中，調(diào)控的環(huán)境因子為營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、光照強(qiáng)度、pH或溫度。

內(nèi)層營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的改變：通過(guò)向蓄水箱中添加相應(yīng)的鹽實(shí)現(xiàn)。

光照強(qiáng)度的改變：采用鹵素?zé)艄庠催M(jìn)行照射，通過(guò)光強(qiáng)計(jì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

本發(fā)明還提供了上述模擬原位河道底泥中鐵氨氧化過(guò)程裝置使用方法用于富營(yíng)養(yǎng)化河岸帶水體治理。

有益效果：

1、本裝置設(shè)計(jì)合理，可模擬出原位河岸帶的鐵氨氧化過(guò)程，方便對(duì)鐵氨氧化速率，鐵還原菌豐度及微生物群落結(jié)構(gòu)的測(cè)定。

2、本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易操作，制作方便，功能多樣，可以方便地進(jìn)行不同環(huán)境因子對(duì)鐵氨氧化過(guò)程的影響的研究。

3、利用本裝置確認(rèn)了鐵氨氧化過(guò)程的存在。

附圖說(shuō)明

圖1.是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖;

1.氦氣鋼瓶 2.蓄水箱 3.恒流泵 4.進(jìn)水閥 5.密封蓋 6.內(nèi)層柱體出水閥 7.溫度探頭 8.pH探頭 9.溶解氧探頭 10.鹵素?zé)?11.底泥層 12.出水閥 13.計(jì)算機(jī)主機(jī) 14.顯示器;

圖2.實(shí)施例2小試實(shí)驗(yàn)中的水體中氨氮濃度隨時(shí)間的變化；

圖3.實(shí)施例2小試實(shí)驗(yàn)中的水體中硝酸鹽氮濃度隨時(shí)間的變化；

圖4.實(shí)施例2小試實(shí)驗(yàn)中的水體中總氮濃度隨時(shí)間的變化；

圖5.實(shí)施例3小試實(shí)驗(yàn)中底泥的二價(jià)鐵濃度隨時(shí)間的變化；● 表示加¹⁵NH₄⁺的處理組■表示加去離子水的對(duì)照組；

圖6.實(shí)施例3小試實(shí)驗(yàn)中底泥的三價(jià)鐵濃度隨時(shí)間的變化；● 表示加¹⁵NH₄⁺的處理組■表示加去離子水的對(duì)照組；

圖7.實(shí)施例4小試實(shí)驗(yàn)中³⁰N₂隨時(shí)間的變化；

圖8.實(shí)施例4小試實(shí)驗(yàn)中²⁹N₂隨時(shí)間的變化；

圖9.實(shí)施例5河岸帶不同樣點(diǎn)土壤中三價(jià)鐵還原速率比較；

圖10.實(shí)施例5河岸帶不同樣點(diǎn)土壤中鐵氨氧化速率比較；

圖11.實(shí)施例6河岸帶不同樣點(diǎn)土壤中總氮去除速率比較；

圖12.實(shí)施例7在河岸帶不同樣點(diǎn)土壤中鐵還原菌的Geo的拷貝數(shù)；

圖13.實(shí)施例7在河岸帶不同樣點(diǎn)土壤中鐵還原菌的She的拷貝數(shù)；

圖14.實(shí)施例8河岸帶不同樣點(diǎn)土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。

實(shí)驗(yàn)所用的土壤和水樣來(lái)自無(wú)錫貢湖親水河。采集河岸帶土壤及水樣完成后，避光保存，在2 h內(nèi)送回實(shí)驗(yàn)室，轉(zhuǎn)移到本裝置中，完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)模擬環(huán)境的構(gòu)造。

實(shí)施例1

一種模擬原位河岸帶土壤的鐵氨氧化過(guò)程的裝置，包括圓柱形的透明柱體、設(shè)置于透明柱體上部的鹵素?zé)?0，蓄水箱2和氦氣鋼瓶1，所述的透明柱體為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層通過(guò)進(jìn)水管與蓄水箱2相連，該進(jìn)水管上設(shè)置有恒流泵3和進(jìn)水閥4；外層通過(guò)進(jìn)氣管與氦氣鋼瓶1相連，外層的上方設(shè)置有可密封外層的環(huán)形密封蓋5，外層底部填充有高度為30-40 cm的原位河岸帶土壤11，外層填裝河岸帶土壤的位置外部包裹錫箔紙，保證河岸帶土壤處于一個(gè)遮光的環(huán)境中，所述的內(nèi)層的側(cè)壁上設(shè)置有可以調(diào)節(jié)外層液面高度的內(nèi)出水閥6，外層的側(cè)壁上設(shè)置有調(diào)節(jié)外層水利停留時(shí)間的外出水閥12，該裝置填裝河岸帶土壤位置以及上部設(shè)置有底泥取樣口和水樣取樣口。

該裝置還包括計(jì)算機(jī)主機(jī)13和顯示器14，內(nèi)層內(nèi)設(shè)置有溫度探頭7、溶解氧探頭9和pH探頭8，三者通過(guò)計(jì)算機(jī)主機(jī)13與顯示器14相連，所述的溫度探頭7、溶解氧探頭9和pH探頭8所檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在顯示器14上，以對(duì)內(nèi)層水體內(nèi)的溫度、pH、溶解氧實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。

實(shí)施例2

室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)（考察模擬實(shí)驗(yàn)裝置中水體中的氨氮，硝酸鹽氮，總氮濃度隨時(shí)間的變化）

實(shí)驗(yàn)方法步驟：

（1）在2 h內(nèi)將采泥器采集的河岸帶的土壤運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行轉(zhuǎn)移，分別裝入實(shí)施例1所述的裝置的外層中，使外層原位河岸帶土壤厚度達(dá)到30-40 cm，充入氦氣，蓋上密封蓋形成厭氧環(huán)境，外層土壤填充的位置外部包裹錫箔紙，保證河岸帶土壤處于一個(gè)遮光的環(huán)境中，遮光處理兩天；

（2）采集原位河道中的河水加入蓄水箱中，通過(guò)恒流泵將蓄水箱中的河水通過(guò)進(jìn)水管引入到內(nèi)層中；

（3）打開(kāi)內(nèi)出水閥進(jìn)行外層水體的填充，注水過(guò)程中，盡量采取無(wú)擾動(dòng)的添加方式，使內(nèi)層底泥不受到擾動(dòng)；

（4）進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)和分析，每隔24 h有水樣取樣口采集裝置內(nèi)的水樣，分析氨氮、硝酸鹽氮和總氮濃度隨時(shí)間的變化，以確認(rèn)無(wú)機(jī)氮去除過(guò)程是否的存在。

經(jīng)測(cè)定，氨氮濃度、硝酸鹽氮濃度和總氮濃度隨時(shí)間逐漸下降，結(jié)果如圖2，圖3和圖4所示，氨氮濃度最高為1.75 mg/L，最低為0.48 mg/L；硝酸鹽氮濃度最高為0.61 mg/L，最低為0.29 mg/L；總氮濃度最高為2.73 mg/L，最低為1.08 mg/L。

實(shí)施例3

小試實(shí)驗(yàn)（考察模擬實(shí)驗(yàn)裝置中，考察二價(jià)鐵和三價(jià)鐵隨時(shí)間的變化）

實(shí)驗(yàn)組：

實(shí)驗(yàn)方法步驟：

（1）在2 h內(nèi)將采泥器采集的河岸帶的土壤運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行轉(zhuǎn)移，分別裝入實(shí)施例1所述的裝置的外層中，使外層原位河岸帶土壤厚度達(dá)到30-40 cm，充入氦氣，蓋上密封蓋形成厭氧環(huán)境，外層土壤填充的位置外部包裹錫箔紙，保證河岸帶土壤處于一個(gè)遮光的環(huán)境中，遮光處理兩天；

（2）采集原位河道中的河水加入蓄水箱中，通過(guò)恒流泵將蓄水箱中的河水通過(guò)進(jìn)水管引入到內(nèi)層中；

（3）打開(kāi)內(nèi)出水閥進(jìn)行外層水體的填充，與此同時(shí)，打開(kāi)密封蓋，加入同位素¹⁵NH₄⁺ Cl，使得柱體外層中¹⁵N的濃度為100 umol L^-1,待河水充滿整個(gè)柱體外層，蓋上密封蓋；注水過(guò)程中，盡量采取無(wú)擾動(dòng)的添加方式，使內(nèi)層底泥不受到擾動(dòng)；

（4）進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)和分析，每隔24 h通過(guò)底泥取樣口采集底泥，測(cè)定底泥中二價(jià)鐵和三價(jià)鐵隨時(shí)間的變化。

對(duì)照組：

實(shí)驗(yàn)方法步驟與實(shí)驗(yàn)組相同，不同的是在步驟（3）中，用同體積的去離子水代替的¹⁵NH4Cl。

經(jīng)測(cè)定，處理組（加¹⁵NH₄⁺）比對(duì)照組（加去離子水）的Fe²⁺濃度隨時(shí)間逐漸上升，如圖5所示，處理組（加¹⁵NH₄⁺）比對(duì)照組（加去離子水）的Fe³⁺濃度隨時(shí)間逐漸下降，如圖6所示，實(shí)驗(yàn)表明，處理組（加¹⁵NH₄⁺）比對(duì)照組（加去離子水）的Fe²⁺濃度增加的多，同時(shí)Fe³⁺濃度下降的也多。

實(shí)施例4

小試實(shí)驗(yàn)（考察³⁰N₂和²⁹N₂排放通量隨時(shí)間的變化）

實(shí)驗(yàn)組：

實(shí)驗(yàn)方法步驟：

（1）在2 h內(nèi)將采泥器采集的河岸帶的土壤運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行轉(zhuǎn)移，分別裝入實(shí)施例1所述的裝置的外層中，使外層原位河岸帶土壤厚度達(dá)到30-40cm，充入氦氣，蓋上密封蓋形成厭氧環(huán)境，外層土壤填充的位置外部包裹錫箔紙，保證河岸帶土壤處于一個(gè)遮光的環(huán)境中，遮光處理兩天；

（2）采集原位河道中的河水加入蓄水箱中，通過(guò)恒流泵將蓄水箱中的河水通過(guò)進(jìn)水管引入到內(nèi)層中；

（3）打開(kāi)內(nèi)出水閥進(jìn)行外層水體的填充，與此同時(shí)，打開(kāi)密封蓋，加入同位素¹⁵NH₄⁺ Cl，使得柱體外層中¹⁵N的濃度為100 umol L^-1，待河水充滿整個(gè)柱體外層，蓋上密封蓋；注水過(guò)程中，盡量采取無(wú)擾動(dòng)的添加方式，使內(nèi)層底泥不受到擾動(dòng)；

（4）進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)和分析，每隔24 h通過(guò)水樣取樣口采集水樣，用膜接口質(zhì)譜儀分析²⁹N₂和³⁰N₂排放通量隨時(shí)間的變化。

對(duì)照組：

實(shí)驗(yàn)方法步驟與實(shí)驗(yàn)組相同，不同的是在步驟（3）中，用同體積的去離子水代替的¹⁵NH₄Cl。

經(jīng)測(cè)定，處理組（加¹⁵NH₄⁺）比對(duì)照組（加去離子水）的³⁰N₂的排放通量如圖7所示，處理組（加¹⁵NH₄⁺）比對(duì)照組（加去離子水）²⁹N₂的排放通量如圖8所示，從圖中可以得知，對(duì)照組并沒(méi)有檢測(cè)到³⁰N₂和²⁹N₂的產(chǎn)生，處理組的³⁰N₂和²⁹N₂的濃度隨時(shí)間逐漸增加。

實(shí)施例5

小試實(shí)驗(yàn)（考察不同樣點(diǎn)中鐵氨氧化速率）

實(shí)驗(yàn)組：

實(shí)驗(yàn)方法步驟：

（1）在2 h內(nèi)將采泥器采集的河岸帶的不同樣點(diǎn)的土壤（命名為A、B、C、D 、E，分別取自無(wú)錫貢湖親水河不同樣點(diǎn)的土壤，具體為31°27'11 N, 120°19'27E、31°27'50 N, 120°20'07E、 31°27'54 N, 120°21'18E、31°27'59 N, 120°20'37E和31°28'01 N, 120°20'49E處表層10cm的土壤），運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行轉(zhuǎn)移，分別裝入實(shí)施例1所述的裝置的外層中，使外層原位河岸帶土壤厚度達(dá)到30-40 cm，充入氦氣，蓋上密封蓋形成厭氧環(huán)境，外層土壤填充的位置外部包裹錫箔紙，保證河岸帶土壤處于一個(gè)遮光的環(huán)境中，遮光處理兩天；

（2）采集原位河道中的河水加入蓄水箱中，通過(guò)恒流泵將蓄水箱中的河水通過(guò)進(jìn)水管引入到內(nèi)層中；

（3）打開(kāi)內(nèi)出水閥進(jìn)行外層水體的填充，與此同時(shí)，打開(kāi)密封蓋，加入同位素¹⁵NH₄⁺ Cl，使得柱體外層中¹⁵N的濃度為100 umol L^-1，待河水充滿整個(gè)柱體外層，蓋上密封蓋；注水過(guò)程中，盡量采取無(wú)擾動(dòng)的添加方式，使內(nèi)層底泥不受到擾動(dòng)；

（4）進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)和分析，每隔24 h通過(guò)水樣取樣口采集水樣，用膜接口質(zhì)譜儀分析水樣³⁰N₂的排放通量隨時(shí)間的變化；同時(shí)通過(guò)底泥取樣口采集底泥，測(cè)定底泥中三價(jià)鐵隨時(shí)間的變化。

對(duì)照組：

實(shí)驗(yàn)方法步驟與實(shí)驗(yàn)組相同，不同的是在步驟（3）中，用同體積的去離子水代替的¹⁵NH₄Cl。

經(jīng)測(cè)定，處理組（加¹⁵NH₄⁺）比對(duì)照組（加去離子水）的河岸帶不同樣點(diǎn)土壤（A、B、C、D、E）中三價(jià)鐵還原速率比較如圖9所示；處理組（加¹⁵NH₄⁺）河岸帶不同樣點(diǎn)土壤（A、B、C、D、E）中鐵氨氧化速率比較如圖10所示；從圖9得知，加¹⁵NH₄⁺的處理組中三價(jià)鐵還原速率最高是C樣點(diǎn)，為0.48 g Fe kg^-1 d^-1；從圖10得知，鐵氨氧化的速率（³⁰N₂的排放通量）最高也為C樣點(diǎn)，為0.55 mg N kg^-1 d^-1，最低為D樣點(diǎn)，為0.30 mg N kg^-1 d^-1。

實(shí)施例6

小試實(shí)驗(yàn)（考察不同樣點(diǎn)中總氮去除速率）

實(shí)驗(yàn)方法步驟：

（1）在2 h內(nèi)將采泥器采集的河岸帶的不同樣點(diǎn)的土壤（命名為A、B、C、D 、E，分別取自無(wú)錫貢湖親水河不同樣點(diǎn)的土壤，具體為31°27'11 N, 120°19'27E、31°27'50 N, 120°20'07E、 31°27'54 N, 120°21'18E、31°27'59 N, 120°20'37E和31°28'01 N, 120°20'49E處表層10cm的土壤），運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行轉(zhuǎn)移，分別裝入實(shí)施例1所述的裝置的外層中，使外層原位河岸帶土壤厚度達(dá)到30-40 cm，充入氦氣，蓋上密封蓋形成厭氧環(huán)境，外層土壤填充的位置外部包裹錫箔紙，保證河岸帶土壤處于一個(gè)遮光的環(huán)境中，遮光處理兩天；

（2）采集原位河道中的河水加入蓄水箱中，通過(guò)恒流泵將蓄水箱中的河水通過(guò)進(jìn)水管引入到內(nèi)層中；

（3）打開(kāi)內(nèi)出水閥進(jìn)行外層水體的填充，與此同時(shí)，打開(kāi)密封蓋，加入同位素¹⁵NH₄⁺ Cl，使得柱體外層中¹⁵N的濃度為100 umol L^-1，待河水充滿整個(gè)柱體外層，蓋上密封蓋；注水過(guò)程中，盡量采取無(wú)擾動(dòng)的添加方式，使內(nèi)層底泥不受到擾動(dòng)；

（4）進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)和分析，每隔24 h通過(guò)水樣取樣口采集水樣，分析總氮去除速率隨時(shí)間的變化。

經(jīng)測(cè)定，河岸帶不同樣點(diǎn)土壤（A、B、C、D、E）中總氮去除速率比較圖11所示，土壤總氮的去除速率最高為C樣點(diǎn)，為0.101 kg N m^-3 d^-1，而最低為D樣點(diǎn)，為0.044 kg N m^-3 d^-1。

實(shí)施例7

小試實(shí)驗(yàn)（考察在河岸帶不同樣點(diǎn)，鐵還原菌的豐度）

實(shí)驗(yàn)方法步驟：

在2 h內(nèi)將采泥器采集的河岸帶的不同樣點(diǎn)的土壤（命名為A、B、C、D 、E，分別取自無(wú)錫貢湖親水河不同樣點(diǎn)的土壤，具體為31°27'11 N, 120°19'27E、31°27'50 N, 120°20'07E、31°27'54 N, 120°21'18E、31°27'59 N, 120°20'37E和31°28'01 N, 120°20'49E處表層10cm的土壤），運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行轉(zhuǎn)移，分別裝入實(shí)施例1所述的裝置的外層中，使外層原位河岸帶土壤厚度達(dá)到30-40 cm，充入氦氣，蓋上密封蓋形成厭氧環(huán)境，外層土壤填充的位置外部包裹錫箔紙，保證河岸帶土壤處于一個(gè)遮光的環(huán)境中，遮光處理兩天；通過(guò)底泥取樣口采集土樣，分析河岸帶不同樣點(diǎn)土壤的鐵還原菌She和鐵還原菌Geo的拷貝數(shù)。

其中，鐵還原菌Shewanellaspp. （She）和 Geobacteraceae spp.（Geo）的拷貝數(shù)采用Q-PCR方法測(cè)定：She 120F (5’-GCC TAG GGA TCT GCC CAG TCG-3’) 和 She 220R (5’-CTA GGT TCA TCC AAT CGC G -3’)作為Shewanella spp.的引物，Geo564F (5’-AAG CGT TGT TCG GAW TTA T-3’)和Geo840R (5’-GGC ACT GCA GG GGT CAA T A-3’)作為Geobacteraceae spp.的引物。

通過(guò)測(cè)定，河岸帶不同樣點(diǎn)土壤（A、B、C、D、E）中鐵還原菌的Geo的拷貝數(shù)鐵如圖12所示，河岸帶不同樣點(diǎn)土壤（A、B、C、D、E）中鐵還原菌Geo的的拷貝數(shù)鐵如圖13所示，從圖12和 13中可以看出，在五個(gè)樣點(diǎn)中，鐵還原菌She和Geo的拷貝數(shù)最高值均為C樣點(diǎn)，分別為0.99×10⁵ copies g^-1和1.48×10⁷ copies g^-1，鐵還原菌She和Geo的拷貝數(shù)最低值均為D樣點(diǎn)，分別為0.60×10⁵ copies g^-1和0.95×10⁷ copies g^-1。

實(shí)施例8

小試實(shí)驗(yàn)（考察河岸帶不同樣點(diǎn)土壤中微生物群落組成）

在2 h內(nèi)將采泥器采集的河岸帶的不同樣點(diǎn)的土壤（命名為A、B、C、D 、E，分別取自無(wú)錫貢湖親水河不同樣點(diǎn)的土壤，具體為31°27'11 N, 120°19'27E、31°27'50 N, 120°20'07E、 31°27'54 N, 120°21'18E、31°27'59 N, 120°20'37E、31°28'01 N, 120°20'49E處表層10cm的土壤），運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行轉(zhuǎn)移，分別裝入實(shí)施例1所述的裝置的外層中，使外層原位河岸帶土壤厚度達(dá)到30-40 cm，充入氦氣，蓋上密封蓋形成厭氧環(huán)境，外層土壤填充的位置外部包裹錫箔紙，保證河岸帶土壤處于一個(gè)遮光的環(huán)境中，遮光處理兩天；通過(guò)底泥取樣口采集土樣，分析河岸帶不同樣點(diǎn)土壤中微生物群落組成。

微生物群落組成采用Miseq方法測(cè)定：前引物采用515F (5’-GTG CCA GCM GCC GCG G-3’) ，后引物采用 907R (5’- CCG TCA ATT CMT TTR AGT TT-3’) 。

經(jīng)測(cè)定，河岸帶不同樣點(diǎn)土壤（A、B、C、D、E）中微生物群落組成如圖14所示，從圖中可以看出，變形菌門（Proteobacteria）是細(xì)菌中最大的一個(gè)門，而鐵還原菌主要分布在變形菌門，這也可以間接反映鐵還原菌的豐度，同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)如綠彎菌門（Chloroflexi）酸桿菌門（Acidobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、放線菌門 (Actionobacteria)，這些都是自然底泥中非常重要的細(xì)菌。

由實(shí)施例5和7所測(cè)定的結(jié)果可看出，鐵氨氧化速率高的樣點(diǎn)，相應(yīng)地鐵還原菌She和Geo的拷貝數(shù)高。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。