不同水分条件下不同土壤微生物类群产N_2O量的初步研究

本研究主要是通过微生物分离手段加富培养菜园土中的硝化菌、厌氧反硝化菌和异养硝化/好氧反硝化菌,并在30%、50%和100%3种土壤充水孔隙度(指土壤体积含水量与总孔隙度的百分比,V/V)水分条件下进行无菌菜园土反接种培养实验,研究了不同水分条件下、不同土壤微生物类群的产N2O量。结果表明:30%含水量的灭菌土壤反接种培养,N2O的产生是以异养硝化/好氧反硝化作用为主,自养硝化作用对于N2O亦有贡献,后者产N2O量仅是前者的15.2%～47.2%;而50%含水量的灭菌土壤反接种培养,N2O的产生过程是以自养硝化为主,其N2O产生量几乎是异养硝化/好氧反硝化菌处理的2.1倍。在上述3种水分条件下,厌氧反硝化菌活性均受到抑制,几乎不产生N2O。     

不同水分条件下尿素与硫酸铵对碱性水稻土 N2O释放途径的影响

【目的】明确土壤水含量与氮肥类型对碱性水稻土N_2O释放总量及释放途径的影响,为制定合理的农田氮素管理措施及减少土壤N_2O排放提供理论依据。【方法】以潮土性水稻土(pH 7.9)为供试土壤,通过室内培养调整不同的土壤水含量,即调节土壤最大持水量(WHC)分别为50%、80%、100%、120%和160%,施用尿素与硫酸铵(N 100 mg/kg)两种氮肥,使用乙炔(C2H2,10 Pa)与氧气(O2,100 k Pa)抑制100%WHC时不同氮肥处理的自养硝化与反硝化过程,利用气相色谱及流动分析仪测定不同处理下土壤的N_2O排放量、硝态氮与铵态氮含量。【结果】对比不施肥处理(CK),尿素和硫酸铵处理的N_2O排放速率与累计排放量明显提高,其中尿素对N_2O排放速率的影响大于硫酸铵,且随着土壤水含量的增加,尿素和硫酸铵处理的N_2O排放速率均呈先增大后减小的变化趋势。施氮后土壤自养硝化和异养硝化作用中N_2O排放速率均有所提高,且施氮处理自养硝化对N_2O排放的贡献大于异养硝化作用,但尿素与硫酸铵对自养和异养硝化过程N_2O排放贡献的影响存在差异。硫酸铵提高了自养硝化对N_2O排放的贡献,降低了异养硝化的贡献,分别由CK的31.0%提高到49.0%,以及从63.0%降低至5.3%;尿素却同时降低了自养硝化和异养硝化对N_2O排放的贡献,分别由31.0%降低到25.0%及由63.0%降低到1.7%。【结论】碱性水稻土N_2O释放速率随土壤水含量的增加呈先增加后减小的趋势,不同土壤水含量下尿素的N_2O累积释放量均高于硫酸铵。添加氮肥降低了异样硝化对N_2O释放的贡献,硫酸铵与尿素分别由自养硝化和反硝化作用起主导作用。因此,旱地土壤施用尿素、水田施用铵态氮肥有利于减少N_2O释放。     

脱氮微生物脱氮性能及N_2O逸出量研究

[目的]研究具有好氧反硝化特性的异养硝化细菌NYMO和NYTE同时进行硝化和反硝化作用的能力及好氧反硝化菌HWTT的产物N2O逸出量情况。[方法]通过NH4＋-N和NO3--N的质量浓度的变化情况来分析细菌硝化作用和反硝化作用的能力,采用空气密封摇瓶培养和额外补充O2保证好氧条件的2种方式培养菌株HWTT。[结果]菌株NYMO和NYTE 2 d内NH4＋-N去除率为34.60%和35.08%,NO3--N去除率为33.40%和99.92%[结论]NYMO和NYTE具有异养硝化好氧反硝化能力。缺氧条件下,N2O逸出量最高值为0.15μmol,N2O/（N2O＋N2）低于0.15%;好氧条件下,N2O逸出量为35.71μmol,N2O/（N2O＋N2）为70%以上。     

农业土壤N_2O产生途径及其影响因素研究进展

基于目前国内外对农业土壤N_2O产生与排放过程的研究成果,分析了N_2O的产生途径及其研究方法、影响农业N_2O产生的主要因素。农业土壤N_2O产生的主要过程有硝化作用(自养硝化作用和异养硝化作用)、反硝化作用和硝化微生物反硝化作用。目前研究硝化和反硝化作用的研究方法主要包括15N示踪法和气体抑制剂抑制法;影响土壤硝化—反硝化作用及N_2O产生的因素主要包括土壤基质、土壤物理性质、土壤化学性质、生物因素以及人类活动等。在此基础上探讨了目前研究中存在的主要问题,并对今后研究提出展望与建议。     

氮肥品种和含水量对水稻土N2O排放速率及排放过程的影响

稻田是全球重要的N_2O排放源,氮肥有效性和水分状况是影响稻田N_2O排放的关键因素。为探明水稻土在施用尿素和硫酸铵时,水分变化对短时间内N_2O总排放速率及不同硝化过程(自养硝化、异养硝化、非生物作用)贡献的影响,通过室内培养实验,采用乙炔抑制法,测定了不同时间段N_2O释放量,并计算释放速率。结果表明:施用氮肥可以显著提高自养硝化、异养硝化及总过程的N_2O排放速率,并且施尿素处理N_2O排放速率大于施硫酸铵。随着土壤水分含量由48%增加至160%,总N_2O排放速率以及自养硝化、异养硝化N_2O排放速率显著增加。供试水稻土N_2O的产生主要是由生物过程主导的,其中硝化作用(包括自养硝化、异养硝化)最高贡献达51.1%,非生物作用贡献所占比重很小。这些结果可为科学施肥,降低农田土壤N_2O排放提供科学依据。     

耐高氨氮的水生产碱菌BJ17的筛选和脱氮特性

【目的】筛选出能够耐高氨氮的异养硝化-好氧反硝化菌株,并研究菌株的脱氮特性和污水脱氮应用潜力。【方法】从渗滤液中富集筛选出耐高氨氮的异养硝化-好氧反硝化菌株;筛选菌株在不同初始氨氮质量浓度、碳源、碳氮比、pH条件下的最适脱氮条件,探究该菌株的脱氮特性和应用潜力。【结果】筛选出一株耐高氨氮的异养硝化-好氧反硝化菌株BJ17;经过形态学、16S rRNA基因序列比对,确定菌株BJ17为水生产碱菌Alcaligenes aquatilis;该菌株最适脱氮条件为初始氨氮质量浓度为1 000 mg/L、碳源为柠檬酸三钠、碳氮比为8、pH9,其氨氮去除率为90.92%,总氮去除率为83.4%。检测到菌株的氨单加氧酶、羟胺氧化酶、硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶活性。在实际污水处理中,9 h将市政污水的氨氮全部去除;在垃圾渗滤液脱氮试验中,添加柠檬酸三钠,216 h可将含量4 758.06 mg/L的氨氮去除61.38%。【结论】菌株BJ17是一株能耐高氨氮的异养硝化-好氧反硝化作用菌株,且在高氨氮污水处理中具有良好的应用前景。     

香蕉多酚对土壤硝化作用的影响

本研究通过室内土壤硝化势和硝化强度培养试验,研究了香蕉多酚(Banana Polyphenols,BP)对土壤硝化作用的影响。结果表明:香蕉多酚对土壤硝化作用有着较好的抑制效果,能显著降低土壤硝化势和减少土壤硝态氮的产生,并能较长时间在土壤中保持较高水平的铵态氮和有效氮含量。对比发现,整个培养期间,香蕉多酚处理3(BP3)的硝化强度、氮损失量等与双氰胺(DCD)处理差异不显著,在硝化作用抑制效果方面也与DCD接近。该研究结果表明,香蕉多酚可以作为硝化抑制剂应用于氮素施肥管理。     

应用于景观水体异养硝化细菌的筛选鉴定及效果研究

[目的]研究景观水体的生物修复技术。[方法]采用SBR反应器,通过间歇曝气方式对底泥体系中好氧反硝化细菌进行了选择和富集,分离到1株异养硝化菌,并根据其生理生化性状和部分长度的16S rDNA序列确定了分离菌株的分类学和系统发育地位。[结果]从底泥中分离出1株异养硝化细菌SHW1,经过生理生化鉴定和16S rDNA测序,建立了系统发育树,鉴定出细菌SHW1属于Acineto-bactersp.。采用乙酸钠-氯化铵培养基培养细菌进行硝化特性研究,经过7 d好氧培养,NH4＋-N最终去除率为52.13%,并且具有产生NO2--N的硝化性能。[结论]筛选出的异养硝化细菌SHW1在贫营养条件下对NH4＋-N有较高的去除率,可以应用于景观水体脱氮。     

硝化和反硝化过程对林地和草地土壤N2O排放的贡献

【目的】明确好气条件下硝化和反硝化过程对林地和草地土壤N2O排放的贡献,比较温度变化对两个过程排放贡献的影响。【方法】通过室内好气培养试验（60%WHC）,采用15N同位素标记技术测定林地和草地土壤在10℃和15℃下铵态氮、硝态氮和N2O的15N丰度,计算硝化和反硝化过程对N2O排放的贡献。【结果】好气培养条件下,林地和草地土壤中的硝化作用和反硝化作用同时发生,硝化作用对N2O排放的贡献为53.1%―72.0%,是N2O排放的主要过程。培养期间林地土壤中反硝化过程对N2O排放的平均贡献为44.9%,显著大于草地土壤（28.9%）,而硝化过程对N2O排放的平均贡献为55.1%,显著小于草地土壤（71.1%）。温度增加显著促进了土壤中N2O的排放,但是对硝化和反硝化过程的N2O排放贡献没有影响。【结论】好气条件下硝化作用是土壤中N2O排放的主要过程,但反硝化作用仍占有很大比例。     

基于BaPS系统的南疆膜下滴灌土壤硝化-反硝化

为了解膜下滴灌土壤硝化、反硝化作用的变化规律,应用气压过程分离(Barometric process separation,BaPS)方法,研究了施氮肥、有机肥与氮肥配施和不施肥3种不同施肥处理的土壤硝化、反硝化速率在覆膜与裸地条件下的动态变化。结果显示,不同处理下土壤硝化、反硝化作用随着玉米生育期的推移有明显的变化。相同栽培措施不同施肥处理间土壤硝化、反硝化速率差异均达极显著水平,且大小顺序为氮+有机肥配施处理施氮肥处理不施肥处理(对照);相同施肥处理不同栽培措施间土壤硝化、反硝化速率大小顺序均为覆膜处理裸地处理。     

一株异养硝化细菌的分离鉴定和脱氮特性研究

筛选对高浓度NH3-N养殖废水具有高效硝化能力的菌株,研究其硝化性能。通过比较几种已报道的筛选方法和不同生境中异养硝化细菌筛选效果,确定了以乙酰胺为唯一碳源和氮源,从高氨氮生境中可以筛选到高效的异养硝化细菌;进一步通过富集培养分离,从沼气池出水口水中分离到一株异养硝化细菌,并根据部分长度的16S rDNA序列进行了系统发育分析。该菌株具有高效异养硝化功能,在初始氨氮浓度为104 mg·L-1的异养氨化培养基中培养12 h后,氨氮和总氮去除率分别达81.7%和53.7%,最终氨氮和总氮去除率可达90.1%和61.3%,且培养液中无明显的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮累积。16S rDNA的序列分析鉴定,该菌株与Paracoccus denitrificans具有99%相似性,结合生理生化分析认定该菌株是一株脱氮副球菌,命名为Paracoccus denitrificans FJAT-14899。筛选出的菌株Paracoccus denitrificans FJAT-14899对氨氮具有高效的去除率,显示了良好的应用前景。     

较高浓度乙炔对秸秆还田土壤硝化作用的抑制

本研究探讨较高浓度乙炔对秸秆还田土壤硝化作用的抑制效果。在室内条件下，2％乙炔加入到施用尿素的土壤后好气培养108h，其间测定CO2和N2O释放量，培养结束后测定土壤无机N。在田间条件下，2％乙炔加入到不同含水量和矿化速率的原状土柱中，培养7d后测定土柱中无机N的变化量。结果表明，室内条件下，2％乙炔完全抑制土壤的硝化作用，对土壤有机N矿化作用的抑制作用为19．2％，并对土壤异养微生物的呼吸具有抑制作用。     

桂西北喀斯特和非喀斯特森林土壤初级氮转化速率及其影响因素

研究土壤初级氮转化过程及其调控机制对评估生态系统供氮能力或氮流失潜力具有重要意义,然而目前针对喀斯特生态系统初级氮转化速率及其主控因素的研究非常有限。我们采用15N同位素稀释法研究了桂西北喀斯特和邻近非喀斯特森林0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm三个土层初级氮转化速率,结合土壤理化性质和功能基因丰度分析了两个森林土壤初级氮转化速率的主控因素。结果表明：喀斯特森林土壤初级氮矿化速率、初级硝化速率、自养硝化速率和异养硝化速率均显著高于非喀斯特森林。喀斯特森林土壤自养硝化对初级硝化速率的贡献平均为75.04%,而非喀斯特森林自养硝化的贡献平均为28.51%。喀斯特森林土壤初级氮矿化、初级硝化和自养硝化速率随土层深度增加而下降,但非喀斯特森林仅土壤初级氮矿化速率随土层深度增加而下降。总体而言喀斯特和非喀斯特森林土壤初级氮转化速率存在显著差异,且全氮、微生物量是氮转化过程的主控因素,而功能基因的作用较小。     

硝化型和异养型生物絮团养殖系统罗非鱼养殖效果和微生物群落结构比较

为了对比硝化型和异养型生物絮团养殖系统的运行效果,实验在硝化组和异养组中养殖吉富罗非(GIFT Oreochromis niloticus)幼鱼51天,对比研究罗非鱼的生长性能、非特异性免疫酶活、消化酶活以及水体和肠道微生物的群落结构。结果显示：两组罗非鱼的成活率和增重率等生长性能指标均无显著性差异。异养组罗非鱼的非特异性免疫酶活显著高于硝化组。硝化组罗非鱼肠道的淀粉酶和脂肪酶活性均显著高于异养组,异养组的蛋白酶显著高于硝化组。罗非鱼肠道占比前5的优势门均为变形菌门 (Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)和衣原体门(Chlamydiae),其中变形菌门是各组中最主要的菌群。硝化型水中占比前4的优势门为变形菌门,绿弯菌门,拟杆菌门(Bacteroidetes),浮霉菌门(Planctomycetes);异养型水中占比前4的优势门为变形菌门,绿弯菌门,拟杆菌门,放线菌门。分枝杆菌属(Mycobacterium)是是水体和肠道中最主要的潜在致病菌而Diplorickettsiaceae和邻单胞菌属(Plesiomonas)均保持在较低水平。水体和肠道中除梭菌属(Clostridium)外其余潜在致病菌如气单胞菌属(Aeromonas),黄杆菌属(Flavobacterium)等含量水平硝化型组均高于异养型组。     

硝化抑制剂的微生物抑制机理及其应用

硝化作用是导致我国农业氮肥利用率低以及地表水和地下水污染的主要原因,且对温室气体氧化亚氮(N2O)的排放具有显著影响。硝化抑制剂可通过选择性抑制土壤硝化微生物的活动,有效减缓土壤中铵态氮向硝态氮的转化,是农业生产中常用的提高氮肥利用率和减少硝化作用负面效应的一种有效管理方式。近年来,分子生态学技术的迅速发展使人们可以从分子水平上认识和研究硝化作用及抑制机理。本文综合论述了农业生产中常用的硝化抑制剂(双氰胺、3,4-甲基吡唑磷酸盐、2-氯-6-三氯甲基吡啶和乙炔等)的作用机理和特征,特别是不同抑制剂对氨氧化细菌和氨氧化古菌的影响差异,同时总结了利用硝化抑制剂(双氰胺、乙炔和烯丙基硫脲等)在硝化作用及其相关功能微生物研究中所取得的重要进展,以期为深刻认识和理解土壤硝化作用和硝化抑制剂作用机理,合理利用硝化抑制剂提供参考。     

石灰性土壤中不同硝化抑制剂的抑制效果及其对亚硝态氮累积的影响

 【目的】比较不同硝化抑制剂3, 4-二甲基吡唑磷酸（DMPP）、双氰胺（DCD）、2-氨基-4-氯-6-甲基吡啶（AM）和硫脲（TU）在石灰性土壤中的抑制效果,明确其对土壤中亚硝态氮累积的影响。【方法】采用室内培养的方法,比较了硝化抑制剂对石灰性土壤中铵态氮、硝态氮、亚硝态氮、pH、表观硝化率和硝化抑制率的影响。【结果】施用TU和未施用硝化抑制剂的土壤在培养初期（1—3 d）出现了亚硝态氮的累积。TU的施用导致土壤pH下降至硝化作用适宜的范围,从而促进了硝化作用进程;施用硝化抑制剂DMPP、DCD和AM的土壤几乎未检测到亚硝态氮,且硝化抑制效果明显,硝化过程延滞35—39 d。硝化抑制率强弱顺序10%DCD＞1%DMPP＞5%AM（这里的数值代表硝化抑制剂的施入量占施入纯N量的百分比）。【结论】DMPP、DCD和AM的施用能显著抑制亚硝态氮的产生,并能显著抑制硝化作用进程（P＜0.01）;相反,TU的施用却促进了硝化作用的进程。供试的4种硝化抑制剂中,以10%DCD（纯N含量）处理的硝化抑制率最高,其次是1%DMPP。     

pH和碱度对生物硝化影响的探讨

生物脱氮是废水氮素污染控制的有效技术.本文剖析了pH对生物硝化的影响以及与碱度的关系,认为pH不仅影响硝化细菌的生长和代谢,也影响硝化基质和产物的有效性和毒性,可制约生物硝化反应器的效能.生物硝化系统的碱度主要由碳酸盐类组成.因为碳酸盐系统在pH 6.5～8.5时缓冲强度较弱,硝化过程中极易发生pH大幅度波动,操作中应予以高度关注.     

Reduction of N2O emissions by DMPP depends on the interactions of nitrogen sources (digestate vs. urea) with soil properties

The inhibition of nitrification by mixing nitrification inhibitors (NI) with fertilizers is emerging as an effective method to reduce fertilizer-induced nitrous oxide (N₂O) emissions.  The additive 3,4-dimethylpyrazole phosphate (DMPP) apparently inhibits ammonia oxidizing bacteria (AOB) more than ammonia oxidizing archaea (AOA), which dominate the nitrification in alkaline and acid soil, respectively.  However, the efficacy of DMPP in terms of nitrogen sources interacting with soil properties remains unclear.  We therefore conducted a microcosm experiment using three typical Chinese agricultural soils with contrasting pH values (fluvo-aquic soil, black soil and red soil), which were fertilized with either digestate or urea in conjunction with a range of DMPP concentrations.  In the alkaline fluvo-aquic soil, fertilization with either urea or digestate induced a peak in N₂O emission (60 μg N kg^–1 d^–1) coinciding with the rapid nitrification within 3 d following fertilization.  DMPP almost eliminated this peak in N₂O emission, reducing it by nearly 90%, despite the fact that the nitrification rate was only reduced by 50%.  In the acid black soil, only the digestate induced an N₂O emission that increased gradually, reaching its maximum (20 μg N kg^–1 d^–1) after 5–7 d.  The nitrification rate and N₂O emission were both marginally reduced by DMPP in the black soil, and the N₂O yield (N₂O-N per NO₂^–+NO₃^–-N produced) was exceptionally high at 3.5%, suggesting that the digestate induced heterotrophic denitrification.  In the acid red soil, the N₂O emission spiked in the digestate and urea treatments at 50 and 10 μg N kg^–1 d^–1, respectively, and DMPP reduced the rates substantially by nearly 70%.  Compared with 0.5% DMPP, the higher concentrations of DMPP (1.0 to 1.5%) did not exert a significantly (P<0.05) better inhibition effect on the N₂O emissions in these soils (either with digestate or urea).  This study highlights the importance of matching the nitrogen sources, soil properties and NIs to achieve a high efficiency of N₂O emission reduction.