水稻根际硝化作用的生态与生物反硝化

本文研究了不同类型稻田及不同ＮＨ４＾＋浓度等生态因子对水稻根际硝化、反硝化作用的影响，研究结果表明，乌栅土的硝化细菌、硝化强度以及反硝化细菌、反硝化强度均大于黄泥土；过高浓度（４０ｍｇＮ／１００ｇ干土）的ＮＨ４＾＋－Ｎ会抑制硝化细菌的生长繁殖，从而降低了硝化活性，造成ＮＨ４＾＋、ＮＯ２＾－、ＮＯ３＾－的积累，这对微生物及水稻的生长发育均不利，甚至还会造成农田、水域等环境污染。     

生物法脱除好氧出水中的亚硝态氮

从溶解氧、温度、水力停留时间、pH值、C／N五个方面对一株好氧反硝化菌脱除生活污水处理过程中好氧出水中亚硝态氮的效果进行了研究讨论。从实验数据得出，当DO为2．5．温度为30℃，HRT为7h，pH为8，C／N比为6时，出水中亚硝态氮含量达到最低值。     

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。     

氮肥在水稻根际的硝化-反硝化损失的评价

稻田土壤的硝化一反硝化作用可以发生在:(1)土壤表面的氧化层和土表以下的还原层;(2)水稻根际的氧化层和其外的还原层。前者已有很多研究资料,而后者则还缺乏直接的测定。     

好氧反硝化菌的分离及其在土壤氮素转化过程中的作用

在土壤厌氧条件下发生的生物反硝化作用是影响作物对土壤氮素利用率和影响环境质量的重要氮素转化过程.本研究从土壤中分离到在好氧条件下也能进行反硝化的3株细菌.其中1株为严格好氧的异养菌,编号为AD26.另外2株为兼性菌,分别为AD7和AD60.根据其形态和生理生化特征初步鉴定为假单胞菌属（Pseudomonas sp.）.在好氧培养的液体培养基中AD26和AD7在24h内能通过反硝化作用使硝态氮表观损失率分别达到21%和18%.而在好氧的土壤培养中,二个菌株在3 d内能使土壤中硝态氮表观损失率达到56%,同时少有反硝化中间产物的积累.因此,在农业生产中不应忽视在好氧条件下的生物反硝化作用.     

一株根际解磷菌的筛选鉴定及溶磷促生作用

从黄河三角洲地区盐碱化耕地的 5 种农作物根际土壤中分离筛选高效解磷菌,为开发盐碱地生物肥料提供菌种资源。结合解磷圈筛选法和钼锑抗比色法评价菌株的解磷能力;采用含不同 NaCl 浓度的 LB 培养基测定菌株的耐盐性。利用菌株的形态学特征、生理生化特性和 16S rDNA 基因序列分析方法进行鉴定;采用液体摇床培养试验测定菌株对多种难溶性磷源的溶解能力。以盐碱化土壤为供试土壤,检验菌株在盐碱土壤中的应用潜力。共分离出 27 株解磷细菌,其中菌株 B19 被鉴定为杓兰泛菌(Pantoea cypripedii),该菌在 0% ～ 4% 的 NaCl 浓度下生长良好,最高可耐受 6% 的盐浓度。B19 具有较强的解磷能力,在 Ca₃(PO₄)₂为磷源的无机磷固体培养基上30 ℃培养 3 d 解磷圈的直径(D)为 18 mm,与菌落直径(d)比达 3.17;PVK 液体培养试验表明,菌株 B19 对多种难溶性磷源都有较强的溶解能力,对 Ca₃(PO₄)₂、AlPO...     

小麦苗期根系分泌物对根际反硝化细菌的影响

本文通过无菌水培试验，研究了两种不同基因型小麦菌期根系分泌物对反硝化细菌优势种生长量和反硝化活性的影响。结果表明：两种不同基因型的小麦根系对反硝化细菌均有明显的根际效应，其菌数和反硝化活性又以郑引１号大于宝丰７２２８；根分泌物中氨基酸组分两者相似，但其总量也以郑引１号大于宝丰７２２８，对根际反硝化细菌产生直接影响。而反硝化活性不受菌株耐药标记的影响。     

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。     

哈密瓜根际耐高温促生菌的筛选及其促生效应研究

从哈密瓜根际土壤中筛选高效耐高温促生菌株,并通过盆栽试验来探究其促生效应。利用改良难溶性无机磷固体培养基、透明圈法和钼锑抗比色法评价菌株的解磷能力。以哈密瓜为试验材料进行盆栽试验,设定CK(不接种菌剂)、接种菌株F40(阴性对照)、F1、F9、F70和B25共6个处理,探究接种菌株对哈密瓜的生长以及土壤化学性质的影响。从哈密瓜根际土壤中共筛选出4株耐高温解磷菌,其中菌株F9经鉴定为烟曲霉     

水分调控对水稻根际土壤反硝化作用的影响

以水稻农田生态系统为研究对象,采用室内盆栽试验,研究干湿交替、浅水层连续灌溉以及控水3种水分管理模式引起的水分变化对水稻根际土壤反硝化作用过程的影响。结果表明:浅水层连续灌溉模式下的反硝化强度、反硝化速率、反硝化势的平均值为2.19 mg/（kg·d）,118.54 mmol/（m²·d）,28.42 mol/（m²·d）,而干湿交替模式以及控水模式下,反硝化强度平均值仅为连续灌溉模式的64.40%,52.34%,反硝化速率平均值为连续灌溉模式的69.02%,59.73%,反硝化势平均值为连续灌溉模式的77.39%,81.43%,即3种水分管理模式下,水稻根际土壤反硝化强度、反硝化势以及反硝化速率均表现为连续灌溉 > 干湿交替 > 控水模式。随着水稻的生长,3种水分管理模式下的水稻根际土壤反硝化强度、反硝化势以及反硝化速率均呈现递减趋势,表现为分蘖期 > 孕穗期 > 成熟期;相关分析表明,根际土壤反硝化强度、反硝化势及反硝化速率与系统中NO₃^-浓度有显著相关性,由此可见,3种水分模式下,水分及其植物生长导致底物NO₃^-浓度的差异是影响水稻根系土壤反硝化作用过程的因子。     

Accumulation of Denitrifying Bacteria and Enhancement of Denitrification Activity in Deep Subsurface Soil in Relation to the Geological Profile

We investigated the denitrification activity and the distribution of the denitrifying bacteria of a boring survey site located on a volcanic plateau, where the geological profiles from surface to deep subsurface soil at the groundwater level had been examined. There were differences between the water quality in the Ito pyroclastic flow deposit (Shirasu) layer (44.2 to 54.5 m) and that in the Osumi pumice fall deposit (Pumice) layer (below 54.5 m) corresponding to the impermeable layer of unconfirmed groundwater: The nitrate concentration was less than 1 mg kg⁻¹ in the Shirasu layer and more than 10 mg kg⁻¹ in the Pumice layer (Kubota et al. 2005). Denitrification activity decreased from the surface to the loam layer and was enhanced in the Shirasu layer and the Haraigawa clay impermeable layer at a depth of 65 m. It was observed that the highest potential denitrification activity (10³ ng-N₂O d⁻¹ g⁻¹) in the impermeable layer was almost equal to that of a Kuroboku surface soil with slurry application. Viable counts of the sonic-samples, which indicated the presence of bacterial group with soil particles attached, increased in the impermeable layer. The ratios of viable or denitrifying bacterial counts in the sonic-samples to those in the wash-samples were significantly higher in the impermeable layer than those in the surface layer. These results suggest that the hydrogeological conditions enhanced the denitrification activity in the impermeable layer, the niches of which might be relatively anaerobic and have a sufficient supply of substrates to enable the denitrifying bacterial populations to multiply.     

不同质地小麦根际土壤有机碳、氮含量及特性研究

测定了两种不同质地土壤小麦根际土及非根际土中不同形态有机碳、氮的含量及特性。结果表明,粘壤土及砂质壤土两种不同质地土壤小麦根际土中有机碳、可溶性有机碳(WEOC),土壤全氮、可溶性有机氮(WEON)、游离氨基酸及硝态氮和铵态氮均显著高于非根际土;根际土及非根际土中WEON的含量均高于硝态氮及铵态氮含量,其在根-土界面氮素转化中的作用值得关注。不同质地土壤相比,粘壤土中各指标的含量均显著高于砂质壤土。根际土有机碳矿化累积量及矿化率均高于非根际土;培养期间粘壤土释放的CO2量明显低于沙质壤土,这可能与粘壤土粘粒含量高,对土壤有机碳的保护作用有关。     

反硝化脱氮除磷-侧流磷回收工艺效能

为了调查反硝化同步脱氮除磷-侧流磷回收新工艺的工艺效能,该试验在该工艺稳定运行条件下评价其污染物(化学需氧量、总氮、NH+4-N和PO3-4-P)去除能力和磷回收能力。结果表明:当进水中化学需氧量、总氮、NH+4-N和PO3-4-P的质量浓度为239.2~259.5、39.6~43.8、38.2~41.8和8.72~11.40 mg/L,出水中相应的质量浓度分别为15.2~21.6、8.5~9.6、3.6~4.7和0.31~0.49 mg/L,满足国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准;COD主要在厌氧池被去除,NH+4-N主要在好氧硝化池中去除;污水中磷的去除主要由诱导结晶磷回收和生物除磷两部分组成;整个工艺中,磷去除效率为95.9%,其中诱导结晶磷去除率占总去除效率的71.5%,表明该工艺具有较大磷回收潜力。此外,后置曝气池可对出水中COD、NH+4-N和PO3-4-P浓度起着把关作用,有助于提高出水水质。     

提高水稻耐盐能力的根际核心菌株筛选及应用

根际微生物能通过多种途径增强作物对盐胁迫的适应性。为获得能显著提高水稻耐盐性的根际促生菌并探究其应用效果,选择耐盐品种湖南籼和盐敏感品种南粳46两个水稻品种,分别比较了耐盐水稻和盐敏感水稻在自然盐土和灭菌盐土中的生理指标,然后基于16S rRNA基因扩增子测序,通过根系细菌群落差异分析和共现网络分析,鉴定了在耐盐水稻根际富集且与耐盐性相关的关键类群。随后,采用根际微生物宏培养方法从耐盐水稻根际筛选出关键细菌类群的可培养菌株。最后通过盆栽试验评估了菌株增强盐敏感水稻耐盐能力的作用效果。结果表明,自然盐土中耐盐水稻株高和根长均显著高于灭菌土壤中的植株,而脯氨酸含量则显著低于灭菌土壤中的植株,表明耐盐水稻品种根际的微生物群落在增强水稻耐盐能力中具有重要作用。扩增子测序分析发现耐盐水稻品种和盐敏感水稻品种根际微生物群落差异显著,差异分析明确黄杆菌科（Flavobacteriaceae）和假单胞菌科（Pseudomonadaceae）为耐盐水稻根际富集的关键细菌类群。通过设置盐胁迫下盐敏感水稻发芽试验和苗期水培试验,筛选出普氏假单胞菌P34和大安金黄杆菌C18两株功能菌。最后通过盆栽试验证明C18和P34作为直接接种剂或种子包衣剂均能在盐胁迫下显著促进盐敏感水稻生长。综上,C18和P34具有良好的增强水稻耐盐能力的潜力,可作为开发盐碱地专用的种子包衣及微生物肥料的候选菌剂。     

不同水肥条件下硝态氮在土壤剖面中垂直分布规律研究

试验选择2块不同肥力的地块来研究冬小麦收获后硝态氮在1m土壤剖面中累积状况。研究结果表明:有机无机肥料配合使用能有效地降低硝态氮在土壤中的累积;硝态氮在肥力高的地块比在肥力低的地块累积量小;只有综合考虑施肥,灌溉等影响因子才能降低硝态氮在土壤中的累积。     

不同覆盖旱作水稻对后茬大麦生长和土壤氮素的影响

通过田间试验研究水稻不同覆盖旱作栽培方式对后茬大麦生长及土壤氮素动态变化的影响。结果表明，盖草处理后茬大麦表层土壤硝态氮含量最高，而土壤铵态氮含量由高到低依次为：水作〉盖草〉覆膜〉裸露，且硝态氮、铵态氮从表层（0～20cm）到底层（60～80cm）依次降低。具有明显的层次性。各处理都表现出0～40cm土层氮素表观盈余，水作、盖草和裸露处理后茬分别比覆膜处理后茬高40．5％，39．5％和36．1％。大麦籽粒产量以盖草处理后茬摄高，分别比水作后茬和裸露后茬增加837kg／hm^2和251kg／hm^2。后茬大麦各生育阶段对氮素的累积吸收量均以前茬盖草早作处理最高。覆膜、盖草和裸露旱作水稻后茬大麦的氮肥利用率分别比水作稻后茬大麦高16．1％，17．5％和13．8％。土壤氮素转化和大麦产量均表明，半腐解秸秆覆盖旱作水稻-大麦轮作是一种较合理的种植模式。     

不同氮效率小麦品种根系特征及根际土壤酶活性的分析

为探明不同氮效率小麦（Triticum aestivum L.）品种根系特征及其对根际土壤酶活性的响应,以30年的长期定位试验为平台,于2018—2020年采用大田试验的方法,在不同氮效率品种筛选的基础上,以氮高效小麦品种郑麦113、偃高21和氮低效小麦品种丰德存5号、周麦27为试验材料,在不施氮肥（N0）和正常施氮肥（N1）条件下研究其根系特征、氮素吸收利用及根际土壤酶活性的差异。结果表明,各品种小麦的根系活力均在孕穗期达到最大值,N0、N1水平下氮高效小麦品种根系活力的平均值分别比氮低效小麦品种增加了16.13%～24.22%、10.22%～62.49%。N1水平下小麦根长、根表面积和根体积明显高于N0水平。郑麦113、偃高21、周麦27的氮吸收效率显著高于丰德存5号,而周麦27的氮利用效率较低。两种氮水平处理下,郑麦113和偃高21的根际土壤β-葡萄糖苷酶（BG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）和多酚氧化酶（POX）活性整体显著高于丰德存5号和周麦27(P<0.05),且根际土壤酶活性与根系形态指标均呈正相关关系。这说明郑麦113和偃高21较高的根系活力、根长、根表面积和根体积促...     

Simulating nitrate retention in soils and the effect of catch crop use and rooting pattern under the climatic conditions of Northern Europe

This model analysis of catch crop effects on nitrate retention covered three soil texture classes (sand, loamy sand, sandy loam) and three precipitation regimes in a temperate climate representative of northern Europe (annual precipitation 709–1026 mm) for a period of 43 years. Simulations were made with two catch crops (ryegrass and Brassica) with different rooting depths, and soil N effects in the next spring were analysed to 0.25, 0.75 and 2.0 m depth to represent the catch crop effect on following crops with different rooting depths. Nitrate retained without a catch crop was generally located in deeper soil layers. In the low precipitation regime the overall fraction of nitrate retained in the 0–2.0 m soil profile was 0.23 for the sandy soil, 0.69 for the loamy sand and 0.81 for the sandy loam. Ryegrass reduced leaching losses much less efficiently than Brassica, which depleted nitrate in the 0–0.75 m soil layer more completely, but also in the deeper soil layer, which the ryegrass could not reach. A positive N effect (N_eff, spring mineral N availability after catch crop compared with bare soil) was found in the 0–0.25 m layer (that is shallow rooting depth of a subsequent main crop) in all three soil texture classes, with on average 10 kg N/ha for ryegrass and 34 kg N/ha for Brassica. Considering the whole soil profile (0–2.0 m deep rooting of next crop), a positive N_eff was found in the sand whereas generally a negative N_eff was found in the loamy sand and especially the sandy loam. The simulations showed that for shallow‐rooted crops, catch crop N_eff values were always positive, whereas N_eff for deeper‐rooted crops depended strongly on soil type and annual variations in precipitations. These results are crucial both for farmers crop rotation planning and for design of appropriate catch crop strategies with the aim of protecting the aquatic environment.