巢湖流域河流沉积物N2O释放对水体溶存N2O贡献研究

2010年11月在巢湖支流丰乐河与杭埠河采用现场培养和实测方法研究了沉积物N2O释放对水体（水柱）溶存N2O的影响,并采用NO-3削减法估算了沉积物的反硝化速率。研究结果表明,丰乐河与杭埠河N2O平均溶存浓度分别为0.26±0.10（SD）μg N-N2O·L-1和0.18±0.04（SD）μg N-N2O·L-1,饱和度分别为186%和151%,表明两条河流为大气N2O的潜在释放源。丰乐河与杭埠河沉积物-水界面N2O平均释放通量分别为0.39±0.44、0.15±0.16 μg N-N2O·m-2·h-1,由此可分别贡献水体中约89% 和45%的溶存N2O。对河流沉积物的反硝化速率估算结果表明,丰乐河与杭埠河沉积物反硝化速率分别为0.12±0.07、0.10±0.05 mg N·m-2·h-1,与已有的沉积物反硝化速率报道相比较低。     

N2∶Ar 法直接测定淹水环境反硝化产物N2的产生速率

反硝化是活性氮变为惰性氮返回大气的最主要过程,对于控制生态系统氮平衡至关重要,然而反硝化速率的测定,特别是淹水环境的反硝化速率测定一直是一个难题。为深入研究淹水环境反硝化过程及机理,建立了可以模拟原位淹水环境的培养装置,结合可以精确测定水体N2∶Ar（物质的量比）的膜进样质谱仪（MIMS）,实现了直接对原状沉积物反硝化速率的精确测定。实验结果表明,MIMS在长时间（10 h）连续测定情况下仍能保持良好的信号稳定性,水温12 ℃和30　℃标样的N2∶Ar变异系数（CV）分别为0.26% 和0.08%。整个实验体系（培养装置结合MIMS）重复性较好,测得不同NO-3-N浓度处理的3个平行沉积物柱样反硝化速率的CV<9.05%;培养实验所取平行水样标准偏差（SD）<0.1 μmol·L-1,远小于培养期内N2浓度的实际增加量（4.5 μmol·L-1）,说明该系统可以满足对淹水环境反硝化速率的测定要求。应用该方法得到的沉积物反硝化速率与NO-3-N浓度关系符合米氏方程（R2=0.999 2,P<0.000 1）;该方法和NO-3-N消失法测定的结果具有显著的线性关系（R2=0.999 8,P<0.000 1）。表明通过该实验体系所建立的N2∶Ar法在今后深入开展水体氮循环研究中具有良好的应用前景。     

不同生长阶段凤眼莲净化不同程度富营养化水体的效果研究

通过模拟实验,比较不同生长阶段凤眼莲对不同程度富营养化水体氮、磷去除效果,研究植株吸收氮、磷能力对去除水体营养盐的贡献,以及对底泥营养盐含量的影响。结果发现随着富营养化水体初始氮浓度增加,不同生长阶段凤眼莲吸收氮量占水体可溶性总氮(TDN)去除量的比例呈现明显下降趋势,但不同生长阶段凤眼莲吸收作用在净化不同浓度氮的效率和贡献方面存在一定差异。在低浓度富营养化水体中,三个生长阶段凤眼莲对水体TDN、TDP去除效果和效率的影响无显著差异。在净化中、高浓度水体氮时(TDN浓度约为7、13 mg·L-1),生长初期凤眼莲对水体TDN在实验前期的净化效率明显高于生长后期,而生长中期净化效率最慢,但在实验中、后期各生长阶段凤眼莲净化速率趋于一致。在中等氮浓度水体中(TDN浓度约为7 mg·L-1),凤眼莲吸收氮量占水体氮损失量百分比为生长后期生长中期生长初期。种植凤眼莲水体中底泥总氮、总磷含量均显著降低;凤眼莲对磷吸收量高出水体可溶性总磷(TDP)损失量,不同生长阶段凤眼莲吸收作用对消减水体磷的贡献无显著差异。综合分析说明生长初期凤眼莲通过主动吸收净化高浓度水体氮的速率最快、贡献最高,而通过凤眼莲根系调节的生物脱氮途径理论上较弱,凤眼莲不仅能够快速去除上覆水体中的磷,而且能够吸收底泥中的磷。     

不同类型水生植物对富营养化水体氮转化及环境因素的影响

选取4种不同生活型水生植物(漂浮植物凤眼莲、浮叶植物睡莲和菱角、沉水植物黑藻)为供试植物,在植物生长旺盛期(8月)和缓慢期(10-11月),通过静态模拟试验,综合考察4种水生植物对富营养化水体中铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)和总氮(TN)去除能力和水体通过微生物代谢活动释放气体(包括脱氮气体N2O、N2)及水体理化环境因素的影响。结果表明8月份各处理TN浓度下降速率显著高于10-11月份,且凤眼莲对水体氮素的去除能力最强。种植不同类型水生植物的水体中NO-3-N、TN下降速率为凤眼莲和菱角处理下降最快,黑藻处理下降最慢,睡莲处理略高于黑藻处理。不同类型水生植物释放气体量的顺序为黑藻处理对照≈睡莲处理菱角处理凤眼莲处理。4种植物对调节水体理化环境因素的能力有所差异,这会间接导致其调节水体氮生物转化过程的程度差异。     

好氧反硝化菌RWX31强化污染废水脱氮的研究

为了深入挖掘好氧反硝化菌株RWX31在农业面源污染治理中的应用价值,通过纯培养试验研究在不同NO3-N浓度负荷和C/N条件下的该菌反硝化脱氮效率,并利用该菌株强化小型反应器（4L）中模拟废水（硝态氮浓度为200 mg·L-1）的脱氮效果。结果表明,相比于对照菌株ACCC01047,RWX31菌株可以耐受更高的硝态氮污染负荷（200~400 mg·L-1）和更低的C/N（6~10）。利用菌株强化反应器对污染废水的处理,在水力停留时间为24 h情况下,投加菌株RWX31对NO3-N污染废水的去除率为80%左右     

曝气扰动下底泥氮的释放动力学及硝化反硝化过程研究(英文)

[目的]研究曝气扰动下底泥氮的释放动力学及硝化反硝化过程,以期解决底泥氮释放及二次污染问题。[方法]研究了底泥原位曝气对氮污染物释放的影响,并对其释放动力学参数进行解析,同时模拟了间歇曝气下泥水界面硝化反硝化脱氮过程。[结果]底泥曝气加速了氮污染物的释放,30min后底泥NH4+-N与达到释放平衡;最大释放量与底泥扰动强度成正比,在曝气头距离泥面距离为0、1、2和3cm时(扰泥量为3.52、3.41、3.26和3.01g/L),NH4+-N与最大释放量分别为14.3、13.8、13.2、12.2mg/L和33.2、30.9、29.8、27.3mg/L;且两者的释放动力学均符合双常数方程。持续曝气可促进泥水界面硝化反应发生,8d后NH4+-N浓度由12.4mg/L下降至0.2mg/L,硝态氮浓度达到最大值;停止曝气12d后,硝态氮与总氮浓度分别由10.8和37.4mg/L下降至0.36和23.2mg/L,说明有反硝化脱氮现象发生。可见,底泥曝气可促进氮污染物的释放及硝化过程,而通过间歇曝气,可实现底泥原位硝化反硝化脱氮。[结论]该研究结果可为城市黑臭河道底泥原位修复提供技术借鉴。     

脱氮副球菌硝酸盐/亚硝酸盐还原酶的活性变化及对养殖水体中无机氮素的转化

以一株脱氮副球菌（Paracoccus denitrificans）为试验菌株,研究了其在不同溶氧条件下菌体内硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶活性的变化及对水体中无机氮的转化。结果表明,脱氮副球菌是一株好氧细菌,当水体中存在碳源及3种不同形式的无机氮时,水体DO的水平决定了菌体的生长速率及对无机氮的转化利用效率。DO充足,菌体生长速率快,细胞量高,反之则生长缓慢。脱氮副球菌可有效转化不同形式的无机氮,其以同化的方式转化NH+4-N,而以反硝化方式转化去除NO-2-N和NO-3-N。反硝化作用的程度取决于细菌体内异化型硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶的活力。而异化型硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶的活力受到水体中NO-3-N和NO-2-N的含量以及DO水平的显著影响。从转化速率和效能上来看,水体DO至少应保持在3.6 mg·L-1以上。将活菌数≥109个·mL-1的脱氮副球菌按0.75、1.50、2.25 mg·L-1的用量加入淡水池塘养殖水体,在38 d试验期内可使养殖水体中的NH+4-N下降39.71%~49.33%,NO-2-N下降50.00%~64.39%,NO-3-N下降44.44%~60.00%,高锰酸盐指数下降7.81%~21.49%,对养殖水体中的无机氮素及有机物污染具有较好的控制效果。研究显示,脱氮副球菌的好氧反硝化作用可以为养殖水体有氧条件下的脱氮提供一条新的思路。     

氮肥对紫色土夏玉米N2O排放和反硝化损失的影响

利用原状土柱-乙炔抑制法对不同施氮量和不同氮肥品种下紫色土种植玉米期间的N2O排放量和反硝化损失量进行测定.结果表明:①施氮处理的反硝化损失量和N2O排放量显著高于不施氮肥处理;施氮量间反硝化损失量和N2O排放量差异不显著.不施氮肥、中氮和高氮的反硝化损失量分别是4.11 kg·hm-2、11.84 kg·hm-2、10.02 kg·hm-2,N2O排放量分别是1.29 kg·hm-2、4.84 kg·hm-2和4.53 kg·hm-2;中氮和高氮的反硝化损失量分别占施氮量的5.16%和2.36%,N2O排放量分别占施氮量的1.3%和3.98%.②不同氮肥品种处理间的反硝化损失量和N2O排放量也有显著差异.尿素、硫酸铵、硝酸钾反硝化损失量分别为14.27 kg·hm-2、10.51 kg·hm-2、12.79 kg·hm-2,反硝化损失占施氮量的6.61%、4.11%和5.62%;N2O排放量分别是7.15 kg·hm-2、4.35 kg·hm-2和4.34 kg·hm-2,占施氮量的3.17%、1.30%和1.30%.施用尿素(酰胺态氮肥)的反硝化损失量和N2O排放量显著高于施用硫酸铵(铵态氮肥)和硝酸钾(硝态氮肥).③土壤中无机氮含量是影响本区土壤硝化和反硝化作用的限制因子;降雨是影响该区土壤N2O排放和反硝化损失的主要因素.④反硝化作用是紫色土夏季氮素损失的主要途径.     

凤眼莲和水浮莲对滇池草海水体中氮去除效果的比较研究

通过模拟试验,比较了凤眼莲和水浮莲2种漂浮性水生植物对滇池草海水体的去氮效果。结果表明,凤眼莲 (Eichhornia crassipes) 和水浮莲 (Pistia stratiotes) 均有较强的水体去氮能力。在水体总氮 (TN) 、溶解性总氮 (DTN) 、硝态氮 (NO₃^--N) 、铵态氮 (NH₄⁺-N) 初始平均浓度分别为8.40、7.20、4.12、2.59 mg·L^-1,凤眼莲和水浮莲种苗投放均为1 kg 的条件下,凤眼莲和水浮莲对水体总氮 (TN) 、溶解性总氮 (DTN) 、硝态氮 (NO₃^--N) 、铵态氮 (NH₄⁺-N) 30 d 去除率平均分别为74.24%、76.81%、87.62%、80.30%和70.10%、78.89%、94.77%、87.64%。凤眼莲和水浮莲吸收作用带走的氮占水体中总氮损失量的89.39%和82.33%,凤眼莲试验组、水浮莲试验组和对照组沉积物中氮含量占水体中氮损失量比率平均分别为6.94%、11.64%和83.51%,说明凤眼莲和水浮莲能有效吸附水体中悬浮颗粒物,进而减少了水体沉积物的形成,凤眼莲、水浮莲均能显著降低水体DO 及pH 值。虽然凤眼莲和水浮莲均能显著降低水体的总氮浓度,但由于水浮莲植株较脆,综合考虑,故认为大规模控制性种养凤眼莲是一种治理富营养化湖泊的可行途径。     

短程硝化-反硝化过程中氮素形态变化研究

 为防止湖泊和其他受纳水体富营养化的发生, 各城市污水处理厂均应用新的运行方法和控制策略进行脱氮除磷。短程硝化一反硝化是污水节能脱氮新技术之一, 其关键在于实现短程硝化。影响短程硝化反硝化的主要因素有温度、pH,氧气含量等等。研究结果表明,在水温为16.5℃,pH为7.4时,NH+4 N和TN的去除效果分别为42.59%和25.26%,是3个月中去除效果最好的,水温为11.5℃时次之,水温为7℃时,NH+4 N和TN的去除效果最差。可见温度是控制该过程脱氮效果的主要因素。     

N2,N3-亚乙烯基鸟嘌呤核苷的荧光性质及与牛血清白蛋白结合作用的研究

本文合成了新型鸟苷衍生物N~2,N_3-亚乙烯基鸟嘌呤核苷(εG),研究了它在不同pH下的紫外、荧光性质,分析了εG质子化、非质子化以及去质子化型体间的分布情况。εG的荧光性质决定于它的非质子化的型体,不同介质下荧光性质研究表明εG与水存在着氢键作用,进一步增强了它的荧光强度。利用其对牛血清白蛋白(BSA)的荧光猝灭作用,探讨了二者之间的作用机理,测得其结合常数K_B=3．891×10~3L/mol,结合位点数n=1,并为εG作为荧光试剂提供了理论依据。     

水热条件对黄土性小麦田N_2O排放特征的影响

以西北地区黄土性冬小麦田为研究对象,观察分析了不同年份小麦在不同生长期、不同水热条件下,各耕层土壤N2O排放的特征.结果表明,降雨和气温与N2O排放通量存在相关性,二者的共同作用引起年际间土壤N2O排放量的差异,而温度效应更大.小麦生长季节大田土壤N2O排放通量的变化与土壤10～20 cm深处温度有显著线性相关,但在孕穗期至开花期,N2O排放通量与土壤温度相关性不明显,其排放通量的升高主要受控于作物根系活动.在适宜土壤含水量范围内,土壤水分增加对土壤N2O排放具有正效应,但与耕层水分相关性未达显著.值得注意的是在干旱缺水条件下土壤N2O排放通量与NH^＋4-N含量大小间呈极显著相关.     

农田温室气体N_2O释放的水热效应机理初探

利用室内试验研究了农田温室气体N2O释放的水热效应机理。结果表明，西北干旱半干旱地区褐土在较低的湿度范围内(3％～22％)，土壤中N2O释放速率与土壤湿度呈正相关；土壤湿度接近田间持水量(22％)时，释放速率最大；超过田间持水量(40％)时，N2O释放速率越来越弱。在较低的湿度范围内(3％～22％)，30℃时土壤中N2O的释放速率大于10℃时的；超过田间持水量(40％)时，30℃时土壤中N2O的释放速率小于10℃时的。干燥土壤(3％)存在吸收N2O的现象。     

植物残体施用对土壤排放N2O的影响

用室内培养实验，研究正常温度（20℃）和正常水分（25％）条件下，植物残体施用对土壤N2O排放规律和排放量的影响。结果表明，植物残体施用显著影响土壤N2O排放，不同处理之间土壤N2O排放量存在较大差异。相关分析结果表明，各处理N2O排放量与植物残体的C／N呈显著负相关，与土壤中微生物活性及C,N含量呈显著正相关。各处理化肥的N2O排放系数与植物残体的C／N比呈显著负相关。     

下辽河平原几种旱作农田N_2O排放通量及相关影响因素的研究

为探明下辽河平原几种旱作农田N2O排放通量及相关因素的影响,采用静态箱(暗箱)/气相色谱法对东北地区3种典型的旱地作物(玉米、大豆和春小麦)的N2O排放进行了原位测量,同时测量了土壤湿度等相关影响因子。结果表明,3种旱田作物的N2O排放在其各自生长季内均表现出比较明显的季节变化规律。在整个生长季观测中,常规处理N2O排放通量变化范围和平均通量分别为:玉米田-26.2～822.1μg·m-2·h-1,平均通量110.3μg·m-2·h-1;大豆田-96.8～281.0μg·m-2·h-1,平均通量66.0μg·m-2·h-1;春小麦田-27.1～183.1μg·m-2·h-1,平均通量46.3μg·m-2·h-1。研究还表明,土壤湿度是制约旱田N2O释放的关键因素,在土壤湿度较低时,施N肥并不会增加N2O的排放量。从作物的整个生长季来看,施N肥处理比未施N肥处理的N2O排放量要高,具体表现在玉米田和春小麦田常规处理N2O排放总量分别是无N处理的3.88倍、1.10倍。     

UV-B辐射增强对冬小麦生态系统呼吸速率和N2O排放日变化的影响

通过田间试验,应用静态箱-气相色谱法测定了土壤-冬小麦系统以及土壤的呼吸速率和N2O排放通量,研究了UV-B辐射增强对土壤-冬小麦系统、土壤的呼吸速率和N2O排放日变化的影响.结果表明,土壤-冬小麦系统和土壤的呼吸速率存在着明显的日变化规律,UV-B辐射增强处理并没有改变其日变化规律,但对呼吸速率有抑制作用.在日温差较大的晴天,土壤-冬小麦系统和土壤的N2O排放通量也呈规律性日变化,UV-B辐射增强处理没有改变其日变化规律.在拔节至抽穗期,UV-B辐射增强对土壤一冬小麦系统的日均呼吸速率、N2O排放通量和土壤的日均N2O排放通量均没有显著影响,但显著降低了土壤的日均呼吸速率;在开花期,UV-B辐射增强对土壤-冬小麦系统和土壤的日均呼吸速率、N2O排放通量均没有显著影响;在灌浆期,UV-B辐射增强显著降低了土壤-冬小麦系统的日均呼吸速率、N2O排放通量和土壤的日均N2O排放通量,但对土壤的日均呼吸速率没有显著影响.     

用两室根箱系统法对土壤氮素转化的空间变异及N2O的产生之初探

用特制的带有9根采气管的两室根箱系统,采集和分析根箱中9个不同部位土壤空气中N2O的浓度,结合使用具有选择性的硝化抑制剂(包括低浓度的C2H2和DCD),研究在不同铵态氮水平下的硝化过程及其对N2O气体释放的贡献;结合使用高浓度的C2H2,抑制反硝化过程中N2O到N2的还原,研究在不同铵态氮水平下的反硝化过程及其对N2O气体释放的贡献。同时还研究铵态氮、硝态氮转化及其释放N2O气体的时间和空间变异性和植物对它们的影响。结果表明,根箱系统结合使用抑制剂的方法,是一种研究土壤氮素转化过程、N2O气体释放及植物对前两者影响的有效方法。     

氮肥对西双版纳地区稻田N2O排放通量的影响

采用静态暗箱-气相色谱法对云南西双版纳地区单季稻田N2O排放及氮肥、水热因子等对N2O排放的影响进行田间原位观测研究.试验设3个氮肥水平处理:NO(0 kgN·hm-2)、N150(150 kgN·hm-2)和N300(300 kgN·hm-2).结果表明,氮肥的施入显著促进了稻田N,2O的排放,其平均排放通量分别为74.63 μg·m-2·h-1(NO)、156.10 μg·m-1·h-1(N150)和131.79 μg·m-2·h-1(N300).N150和N300处理N2O排放损失的氮量分别占施入肥料N的1.28%和0.45%.N 300处理N2O排放通量同5 cm土壤温度和地表温度存在显著相关关系(P<0.05),但N2O排放通量与稻田水深无显著的相关关系(P<0.05).在长时间尺度内N2O的GWP将逐步超过CH4;而且随着施用氮肥量的提高,N,2O的GWP逐步增加;未来氮肥的施用量会逐步提高,N2O对环境的影响会加剧,其对环境的影响不容忽视.     

菜地系统土壤氧化亚氮排放的日变化

采用原状土柱试验,研究了武汉市菜地连作系统不同时期土壤N2O释放日变化特征及其与土壤温度和水分的关系.结果表明:当土壤水分日变化较小时,土壤N2O排放速率随土壤温度的升高而增大,随着温度的降低而减小,在温度最高时达到峰值;而当土壤水分日变化较大时,N2O排放速率峰值出现在适宜的水分且较高的温度时,而非温度最高时.这说明...     

菜地不同施氮量下N2O逸出量的研究

用田间原位密闭气室法和乙炔抑制原状土柱培养法 ,研究了蔬菜地不同施氮量下 N2 O的逸出量。结果表明 ,在一定施氮量范围内 ,N2 O通量随施肥量的增加而上升 ;除最高施肥量 (N4 50 )外 ,N2 O占 (N2 +N2 O)的比率随施肥量的增加而增加。在施肥水平低时 ,氮素的损失以 N2 为主 ,当施肥量高于 30 0 kg/ hm2后 ,则以 N2 O为主。 2 m土体中 NO3- N分析结果表明 ,试验结束时对照和 N4 50 处理土壤剖面中有 NO3- N累积 ,其余各个处理氮素都存在一定程度的损失 ,其中损失量最大的是 N1 50 处理 ,与 N2 O逸出量的趋势相一致。 N2 O逸出量占肥料 N总用量的 0 .15 %～ 0 .6 6 % ,肥料逸出量占土壤 N2 O总逸出量的 39.0 %～ 70 .3% ,且在施氮水平低于 N30 0 以下时 ,N2 O逸出量有随施肥量增加而上升的趋势