人工湿地高效好氧反硝化菌的分离鉴定及反硝化特性研究

从增氧型复合垂直流人工湿地中采集样品,利用间歇曝气法富集好氧反硝化菌,并进行分离纯化,共得到10株好氧反硝化菌。其中编号为B13的菌株在初始硝态氮含量为277.23mg·L-1、碳氮比为5的条件下,24h的硝态氮去除率达92.80%,亚硝态氮积累只有12.57mg·L-1,脱氮速率达到20.58mg·L-·1h-1。16S rDNA序列分析表明,该菌与Pseudomonas stutzeri同源性达100%。选用四因素三水平L（934）正交试验表设计实验,通过测定对硝态氮去除能力和亚硝态氮的积累量,研究碳源、碳氮比（C/N）、pH以及溶解氧含量（DO）4种不同因素对B13号菌株好氧反硝化性能的影响。结果表明,该菌株对硝态氮的去除率最大可达99.88%,几乎没有亚硝态氮积累。对硝态氮去除率影响最大的因素为碳氮比,其次为pH,溶解氧含量和碳源。对应的最优条件是碳源为葡萄糖,碳氮比为10,pH为9,溶解氧含量为1.84～3.57mg·L-1。     

一株根际好氧反硝化菌的筛选及其反硝化条件研究

为丰富好氧反硝化菌株种类,本文从不同环境样品中富集筛选好氧反硝化细菌,最终得到一株高效根际菌株RWX31,其在初始NO3--N浓度140 mg/L时24 h去除率为82％,并在好氧条件下可进行反硝化作用产生N2O.通过单因素试验研究该菌株进行反硝化作用的条件和特性,结果表明,菌株RWX31最适培养基条件分别为:以柠檬酸钠为碳源,接种量为1％,Mg2+浓度为0.05 g/L,反硝化初始氮源中NO2--N比例为0.最适培养条件为:温度28℃～32℃,pH为7.0～7.5,C/N为8～ 12,DO浓度约6.5 ～ 7.0 mg/L.在这些培养条件下菌株NO3--N去除率可增至90％以上.菌株RWX31的NO3--N去除能力高于以往报道的反硝化菌株,是一株具有实际应用价值和潜力的菌株.     

土壤氮素反硝化过程研究进展

引用大量文献土壤反硝化过程造成的环境问题及其影响因素。例如，植物（包括根系活动，生长，分泌物，呼吸及植被遮荫等）对氮生物化学转化过程的影响；ＮＯ３活性，微生物民其与根系竞争Ｎ素反硝化水分和氧气容量，有机介含量，施用绿肥及无机肥及无机机械压实，放心纸浆农业利用等对土壤反硝化过程的影响。     

脱氮副球菌的好氧反硝化特性及对养殖水体中氮素的控制

以一株脱氮副球菌（Paracoccus denitrificans）为试验菌株,研究了其在好氧环境下的最适生长条件以及在不同溶氧条件下对NO2--N、NO3--N的转化去除情况。结果表明,脱氮副球菌好氧下的最适生长温度为30℃,最适生长pH值为7.0。在溶解氧比较充足的情况下（6.6～7.3mg.L-1）,脱氮副球菌对NO2--N、NO3--N的去除以同化吸收为主,少部分是经由反硝化作用去除,最大去除率可达100%和97.58%。随着溶氧的降低,脱氮副球菌的反硝化能力增强,NO2--N、NO3--N通过反硝化作用去除的比例增加。将活菌数≥109个.mL-1的脱氮副球菌按1.0、2.5mg.L-1的浓度加入养殖水体,在10d内可使养殖水体中的NH4＋-N下降41.89%～49.23%,NO2--N下降33.33%～42.86%,NO3--N下降48.28%～67.74%,对养殖水体中的氮素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。     

土壤熏蒸剂对土壤硝化、反硝化作用的影响

采用化学分析和变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术,以大田威百亩、棉隆、溴甲烷、硫酰氟熏蒸100 d土壤为研究对象,探究土壤熏蒸对土壤硝化活性、反硝化活性及amoA基因型硝化型细菌、nirS基因型反硝化细菌群落结构影响。研究表明,威百亩、棉隆、硫酰氟熏蒸剂处理下,土壤硝化活性与对照无显著差异;而溴甲烷处理的硝化活性比对照降低13.19%,差异显著(P0.05);熏蒸剂之间土壤硝化活性无显著差异。4种熏蒸剂之间以及与对照之间土壤反硝化活性无显著差异。4种熏蒸剂中溴甲烷处理土样amoA型硝化细菌多样性指数、均匀度显著低于对照土样和其他3种熏蒸剂处理土样;而丰富度指数无显著差异。威百亩、棉隆和硫酰氟熏蒸土样之间及与对照之间amoA型硝化细菌3种生态指数无明显差异。4种熏蒸剂处理土壤nirS型反硝化细菌多样性指数、均匀度与对照无显著差异(P0.05);熏蒸剂之间存在显著差异(P0.05)。研究表明,溴甲烷对土壤硝化活性的抑制是通过抑制amoA型硝化细菌的多样性而实现,其他3种熏蒸剂对土壤硝化活性无显著影响。4种熏蒸剂对土壤反硝化活性无显著影响。     

土壤中“接力反硝化”机制的部分证据

设想土壤中存在不同类型的不完全反硝化细菌 ;这些细菌可以彼此配合 ,此菌产物作为彼菌的底物 ,共同完成完整的反硝化过程。该机制称之为“接力反硝化”机制 ,有别于传统的反硝化机制。本文为“接力反硝化”机制的存在提供部分证据。以土壤浸提液为培养基、N2 O为电子受体富集土壤微生物 ,获得了 1株仅完成NO-3 →NO-2 反应的细菌 (原始编号 2 1 6 9 2 )、1株仅完成NO-2 →N2 O反应的细菌 (原始编号 1 9 5 3)、1株仅完成NO-2 →N2 O→N2 反应的细菌 (原始编号 2 1 6 3 6 )。把菌株 2 1 6 9 2和 1 9 5 3两菌株以适当的数量比例混合于灭菌的土壤中 ,不添外来碳源 ,仅添加NO-3 ,厌气培养 1周后 ,测得土壤中剩余的NO-3 仅为原添加量的 39 4 %～ 5 3 0 % ,与此同时有 5 2 %～ 13 9%的NO-3 被还原成NO-2 ,有 2 8 6 %～ 30 8%以N2 O形态被回收 ,总回收率为 75 4 %～ 95 5 % ,说明两者可以相互配合 ,菌株 2 1 6 9 2的硝酸根还原产物可以被菌株 1 9 5 3用作底物 ,共同完成反硝化过程 ,从而支持我们设想的“接力反硝化”机制。     

FACE环境下不同秸秆与氮肥管理对稻田土壤硝化和反硝化菌的影响

利用位于江都市小记镇的中国稻-麦轮作FACE平台,采用最大可能(MPN)法,在2004年水稻生长季研究了不同施肥情况(施常规N量UN和低N量LN)、不同秸秆还田情况(秸秆全还田HR和秸秆不还田NR)下,土壤中硝化和反硝化细菌数量在FACE条件下随时间的变化。结果表明,FACE条件下,土壤硝化菌数普遍在抽穗期或乳熟期达到最大值,而对照土壤的硝化菌数普遍到成熟期才达到最大值,并且显著高于FACE处理的相应值(P<0.05)。在HR条件下,LN和UN小区FACE处理的土壤硝化细菌数量较对照减少6%~10%。FACE条件LN小区的反硝化菌数在成熟期达到最大值,而对照处理则在乳熟期达到最大值,并显著高于FACE处理(P<0.05);而UN小区的反硝化菌数二者均在抽穗期达到最大值。在LN小区HR和NR情况下,FACE处理土壤反硝化细菌数量分别低于对照处理的相应值8%和13%。在HR情况下,土壤反硝化潜势FACE处理显著低于对照。在LN和UN小区,FACE处理土壤的反硝化作用潜势分别是对照的83.7%和95.4%。     

土壤可溶性有机氮及其在氮素供应及转化中的作用

可溶性有机氮(SON)是指土壤中可以溶于水或盐溶液的有机态氮,在土壤中的行为既不同于矿质氮,也不同于不溶性有机氮。综述了对这一特殊的氮素组分研究进展,包括不同生态系统土壤SON的含量,SON与土壤氮素供应、转化的关系,SON在土壤氮素损失中的作用等,认为SON是土壤氮素中的重要组分之一,今后应开展土壤SON在不同土壤生态系统中氮素循环中作用的研究工作。     

脲酶抑制剂与硝化抑制剂对稻田土壤硝化、反硝化功能菌的影响

[目的]在农业生产中,脲酶抑制剂(urease inhibitor,UI)与硝化抑制剂(nitrification inhibitor,NI)常作为氮肥增效剂来提高肥料利用率。本文研究了在我国南方红壤稻田施用脲酶抑制剂与硝化抑制剂后,土壤中氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)以及反硝化细菌的丰度以及群落结构的变化特征,旨在揭示抑制剂的作用机理及其对土壤环境的影响。[方法]试验在我国南方红壤稻田进行,共设5个处理:1)不施氮肥(CK);2)尿素(U);3)尿素+脲酶抑制剂(U+UI);4)尿素+硝化抑制剂(U+NI);5)尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+UI+NI),3次重复。脲酶抑制剂与硝化抑制剂分别为NBPT[N-(n-butyl)thiophosphrictriamide,N-丁基硫代磷酰三胺]和DMPP(3,4-dimethylpyrazole phosphate,3,4-二甲基吡唑磷酸盐)。通过荧光定量PCR(Real-time PCR)研究水稻分蘖期与孕穗期抑制剂对三类微生物标记基因拷贝数的影响,并分析土壤铵态氮、硝态氮与三种菌群丰度的相关性;利用变性梯度凝胶电泳(DenaturingGradient Gel Electrophoresis,DGGE)分析抑制剂对土壤AOB、AOA以及反硝化细菌群落结构的影响,并对优势菌群进行系统发育分析。[结果]1)荧光定量PCR结果表明,施用氮肥对两个时期土壤中AOB的amoA基因与反硝化细菌nirK基因的拷贝数均有显著提高,而对AOA的amoA基因始终没有明显影响;AOB与nirK反硝化细菌的丰度与两个时期的铵态氮含量、分蘖期的硝态氮含量呈极显著正相关,与孕穗期的硝态氮含量相关性不显著;DMPP仅在分蘖期显著减少了AOB的amoA基因拷贝数,表明DMPP主要通过限制AOB的生长来抑制稻田土壤硝化过程;NBPT对三类微生物的丰度无明显影响;2)DGGE图谱表明,在分蘖期与孕穗期,施用氮肥均明显增加了图谱中AOB的条带数,而对AOA却没有明显影响;氮肥明显增加了孕穗期反硝化细菌的条带数;与氮肥的影响相比,抑制剂NBPT与DMPP对AOA、AOB以及反硝化菌的群落结构影响甚微;系统发育分析结果表明,与土壤中AOB的优势菌群序列较为接近的有亚硝化单胞菌和亚硝化螺菌。[结论]在南方红壤稻田中,施入氮肥可显著提高AOB与反硝化细菌的丰度,明显影响两种菌群的群落结构,而AOA较为稳定;NBPT对三类微生物的群落结构丰度无明显影响;硝化抑制剂DMPP可抑制AOB的生长但仅表现在分蘖期,这可能是其缓解硝化反应的主要途径;这也说明二者对土壤生态环境均安全可靠。     

土壤中放线菌参与反硝化可能性研究

对土壤中放线菌参与土壤反硝化可能性进行了初步研究。从土壤 10 - 5 稀释液中共获得 2 3个放线菌单菌落 ,初步鉴定属于 10个不同类型的菌株 ,其中 9个属于Streptomyces (链霉菌属 ) ,1个属于Actino madura (马杜拉属 )。 10个菌株在纯培养条件下都能将NO-3 还原成N2 O ,表明该土壤中具有反硝化能力的放线菌比例很高。测得其中 3个链霉菌菌株的N2 O产出速率为N 1 2～ 187 7μgg- 1min- 1(细胞干重基数 )。N2 O形成与放线菌生物量成正比。多数链霉菌菌株的N2 O产出受C2 H2 抑制。将 3个链霉菌菌株接种到灭菌土壤中厌气培养 ,均能测到N2 O形成 ,表明链霉菌可以利用土壤中原有碳源作为电子供体还原NO-3 。经历厌氧胁迫 2 1d以后 ,测试的 3株链霉菌菌株至少能保留一部分反硝化能力     

旱作水稻与花生间作系统中的氮素固定与转移及其对土壤肥力的影响

以花生和旱作水稻为材料 ,采用分隔方法和15N同位素示踪法 ,在不同氮素水平下研究了水稻与花生间作复合体的氮素营养优势、间作花生的生物固氮效率、花生体内氮素向水稻的转移。并在田间条件下研究了花生单作、水稻单作、水稻 /花生间作 3种栽培方式下对土壤氮素肥力的影响。结果表明 :( 1 )水稻和花生间作有产量优势和氮素营养优势 ,在N 0kghm- 2 、N 2 2 5kghm- 2 和N 3 0 0kghm- 2 三个氮素水平下 ,根系不分隔的水稻生物量分别比分隔处理的高 3 0 0 3 %、1 0 1 %和 2 2 % ;水稻氮素吸收量分别比分隔处理的高 74 0 3 %、1 6 93 %和 2 3 2 % ;( 2 )花生在N 2 2 5kghm- 2 和N 3 0 0kghm- 2 氮素水平下 ,分隔处理和不分隔花生固氮量分别为 3 8 1 1 %、40 97%和 1 4 81 %、2 0 49% ,间作能提高花生固氮效率 ;( 3 )花生体内氮素在共生期内可以转移到水稻体内 ,花生固氮量和氮素转移没有相关 ;( 4 )与水稻单作比较 ,花生 /水稻间作可以改善土壤的氮素营养。     

土壤低分子量有机酸及其生态功能

本文综述了土壤低分子量有机酸的研究进展。它主要来源于动植物残体的分解、植物根系的分泌和微生物的合成,其组成复杂,主要包括脂肪族和芳香族两大类,含量一般为微摩尔至毫摩尔级。土壤低分子量有机酸具有重要的生态功能,如促进矿物溶解和成土作用;降低土壤根际环境pH;影响土壤微生物和酶的活性;促进根际环境养分转化,增加植物对P、Fe等营养元素的吸收;缓解Al离子对植物的毒害;影响重金属在土体中的迁移行为和在植物中的吸收量,以及具有重要的植物化感效应。文章最后提出了今后值得加强研究的方面。     

氮磷钾肥料在土壤中转化过程的交互作用 Ⅱ.硫酸铵在水稻土中的转化

通过室内培养实验,研究了Ca(H2PO4)2和KCl对(NH4)2SO4在土壤中转化的影响。结果表明,Ca(H2PO4)2对(NH4)2SO4转化的影响较小。Ca(H2PO4)2对未施氮土壤中硝化作用的正效应,以及对施氮培养前期土壤中硝化作用的负效应可能与土壤pH的变化有关。施用KCl显著影响供试水稻土中(NH4)2SO4的转化,主要表现为:(1)施钾导致培养初期土壤中水溶性铵的增加与交换态铵的减少,与铵钾的代换作用有关,培养后期这两种形态铵的共同增加则与钾抑制硝化作用有关。(2)施钾既显著地抑制了氯化钠提取过程中土壤铵的释放,也抑制了培养过程中土壤固定态铵的释放。施钾对风干土样水溶性铵的影响与鲜样中不同,也与施钾抑制土壤风干过程中铵的释放有关。(3)钾铵同时施用,施钾促进了铵的固定。(4)施钾显著抑制了硝化作用,本文实验条件下,其直接作用机制可能并不是钾抑制了土壤中固定态铵的释放。单施钾肥会显著降低未施氮土壤中无机氮的有效性。由以上结果推测,氮钾肥配施将不仅有利于减少硝态氮的淋洗和反硝化脱氮作用,而且可增强土壤中铵的缓冲能力。这也表明土壤中钾对铵态氮肥转化的影响,可能是生产实践中氮钾肥配合施用可提高氮肥利用率的原因之一。     

用~(15)N示踪法研究不同土壤水分条件下小麦对氮的吸收利用

本研究结果表明,同一施氮量处理小麦地上生物量、茎叶产量和籽粒产量随土壤水分含量的增加而提高,在同一土壤含水量下,这３ 种产量则随氮素肥料施用量的增加而增加。小麦成熟后地上部吸收总氮量的方差分析显示出施氮处理和水分处理对小麦吸氮量的影响达到显著水平,同一施氮处理小麦地上部吸氮总量随土壤含水量的增加而增加,在３ 种土壤水分含量条件下,小麦的吸氮量均随施尿素氮肥量的增加而提高。施尿素处理的土壤Ａ 值随土壤含水量的增加而降低;尿素与猪粪配施处理的土壤Ａ 值则随土壤含水量的增加而增加。在相同施肥量下,尿素氮的利用率随土壤含水量的增加而提高,当田间持水量分别为５０ ％ 、７０ ％ 和９０ ％ 时,小麦对土壤中氮素利用率分别为１３３０ ％ 、２７９７ ％ 和３２２６ ％ ,尿素与猪粪配施处理在３ 种土壤水分条件下的氮肥利用率分别为１９９６ ％ 、２９９０ ％ 和３４３９ ％ 。说明在水分缺乏的情况下,尿素氮的利用率受土壤水分条件的制约,土壤水分充足及无机氮肥与有机肥配施可以提高氮肥的利用率。     

长期施肥对土壤酶活性和氮磷养分的影响

10年定位试验的结果表明，有机肥与化肥配合施用能提高土壤有机质和氮磷养分含量，增强土壤蛋白酶、脾酶、转化酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性。其中，土壤蛋白酶、腺酶、转化酶的活性与土壤NH4+-N和有机质，土壤磷酸酶的活性与土壤有效磷和有机质呈显著或极显著正相关。有机肥和化肥长期配合施用，可为作物生长创造一种良好的土壤环境。在水稻生育期，土壤蛋白酶、脲酶和转化酶的活性随水稻生育期递进而降低;土壤磷酸酶的活性在水稻拔节期至抽穗期最高，分蘖期和成熟期较低。土壤的酶活性与氮、磷养分的有效化密切相关。     

土壤中低分子量有机酸在物质循环中的作用

本文为近三十年来有关土壤低分子量有机酸研究的扼要回顾。主要综述了森林和农业土壤中低分子量有机酸的组成特点、数量、来源及影响因素;侧重阐述了其在土壤矿物风化与形成、养分活化与迁移、土壤酸化与铝毒、以及与重金属相互作用等一系列物理和化学的影响机制;并提出了进一步研究需关注的问题。     

开封市土壤动物及其对土壤污染的响应

将开封市城市用地划分为农田、公共绿地、文教用地、居住用地和工业用地五种类型,作为五个采样区,采集了土壤和土壤动物样品,运用土壤理化分析和生态分析的方法,研究了城市生态系统土壤中动物类群特征,以及土壤动物对土壤污染的响应。结果发现不同土地利用类型中土壤动物的组成不同,农田、城市绿地和文教用地中土壤动物的优势类群均为弹尾目、前气门亚目和线虫;居住用地为弹尾目和前气门亚目;工业用地为弹尾目和线虫。土壤动物的数量与pH值具有良好的相关性。土壤动物的多样性指数与土壤污染程度具有显著的负相关性,可以利用多样性指数指示土壤综合污染程度。     

红壤的供氮能力及化肥氮的去向

采用盆栽试验 ,研究了由第四纪红色黏土和红砂岩发育的不同侵蚀程度红壤以及施用有机或无机肥 1 0年以上培肥的红壤在不加外源氮肥条件下的自然供氮能力 ,以及施用1 5N肥源后肥料氮在土壤 -作物系统中的去向。结果表明 :红砂岩发育红壤 (红砂土 )的矿化量和供氮量显著高于第四纪红黏土 (红黏土 ) ,同一母质中轻度侵蚀红壤的矿化量和供氮量又显著高于重度侵蚀红壤。培肥后红壤的矿化量和供氮量显著提高 ,其中有机培肥红壤高于无机培肥红壤。侵蚀红壤的氮肥利用率低 ,土壤残留氮率较高 ,氮肥损失率不大 ,其中红砂土的氮肥残留率明显低于红黏土 ,而氮肥损失率却显著高于红黏土。培肥后红壤的氮肥利用率明显增加 ,其中有机培肥红壤的氮肥利用率和残留率显著高于无机培肥的红壤 ,而氮肥损失率却明显低于无机培肥红壤。     

尿素和KNO3对水稻土无机氮转化过程和产物的影响 Ⅰ无机氮转化过程

用15N分别标记尿素和KNO3,研究了淹水条件下 ,黄泥土和红壤性水稻土的无机氮转化过程及尿素和KNO3对氮素转化过程的影响。结果表明 ,淹水条件下 ,土壤中存在15NH 4 的成对硝化和反硝化过程。红壤性水稻土15NH 4 硝化只检测到15NO- 2 ,但有反硝化产物15N2 生成 ,因此 ,很可能存在着好气反硝化过程。15NO- 3浓度的下降符合一级反应方程 ,黄泥土的速率常数几乎是红壤性水稻土的 1 0倍。反硝化过程和DNRA过程共同参与15NO- 3的还原。加入尿素提高土壤pH ,增加黄泥土DNRA过程对反硝化过程的基质竞争能力 ,但反硝化过程仍占绝对优势。加入尿素或KNO3改变土壤pH是导致对无机氮转化影响有所不同的主要原因 ,浓度的作用较为次要。