Page 73 - 水利学报2021年第52卷第2期

小 ［36］ 。因此，OMZ 层刚好形成了一个非常适合脱氮的环境，有人估算在海洋 OMZ 内，每年以厌氧氨
［37］
氧化而产生的氮气总量约为 0.8 ~ 1.5 亿 t ，不到海洋总体积 1%的 OMZ 层贡献了整个海洋脱氮总量
的 30% ~ 50%，意义非常重大 ［38］ 。
近年来，越来越多的学者发现富氧水体中的悬浮颗粒也可强化水体脱氮，例如，Xia 等 ［39］ 通过实
验证实在富氧水体中加入悬沙能够强化水体脱氮；Bianchi 等 ［40］ 在富氧水中的悬浮颗粒物内检测到了
厌氧微生物和厌氧甲烷氧化产物。除悬沙外，浮游植物（藻类）等颗粒也被证明可促进水体脱氮，例
如，Eriksson 等 ［41］ 发现加入浮游植物的水体比未加入的脱氮效率要高；Naqvi 等 ［42］ 研究发现水体浮游
植物的存在可诱发水体厌氧甲烷氧化反应。研究表明，如果考虑海洋藻类颗粒对脱氮的影响，每年
海洋脱氮总量估算将要增加一倍以上 ［40］ 。
相较于潜流带、沉积物和 OMZ 层等特定的脱氮区域，颗粒物因不具备稳定的好氧、厌氧环境而
无法用经典脱氮机制进行解释，加之直接观测数据的匮乏，一度成为科学争论的焦点。理论分析认
［43］ ［44］
为，悬浮藻类颗粒孔隙率可达 99% ，其内部有足够的空间供微生物、气体和营养物质富集 。Bi⁃
anchi 等 ［40］ 指出悬浮藻类颗粒内部可能发生固氮、脱氮、脱硫等多种反应；还有证据表明只有在最严
格厌氧环境才可产生的甲烷也可在悬浮藻类颗粒内产生 ［45］ ，这说明悬浮颗粒物内部结构与生物地球
化学过程可能非常复杂。Klawonn 等 ［46］ 采用 N 示踪方法证实悬浮藻类颗粒内确实存在复杂的生物地
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球化学过程，并给出了一个内外物质交换与脱氮过程的理论模式：① 悬浮藻类颗粒内壁区域有机氮
迅速矿化形成氨氮，其一小部分消耗溶氧并转化成硝酸盐，使得颗粒内部核心区处于厌氧环境；②
扩散进入的一部分硝酸盐在厌氧环境下通过反硝化和厌氧氨氧化还原成氮气，另一部分则异化还原
成氨；③ 颗粒核心区因溶氧极低而形成绝对厌氧环境，可能发生脱硫反应和产甲烷反应；④ 在悬浮
颗粒内形成了溶氧和硝酸盐等氧化剂自外向内逐渐降低，而氨氮、氮气、甲烷、硫化氢等还原产物
逐渐升高的梯度分布模式，如图 3 所示。

单位：μmolO 2/L

（a）悬浮藻类颗粒 （b）内部氮循环
图 3 悬浮藻类颗粒及其内部氮循环示意 ［46］
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