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。     

生物反应器电子受体反硝化聚磷PAOs-GAOs竞争及N2O释放特性

利用厌氧-缺氧-好氧序批式生物反应器（Anaerobic/Anoxic/Oxic-Sequencing Batch Reactor, An/A/O-SBR）,以乙酸钠为电子供体,NO3-/NO2-为电子受体,控制反硝化电子受体电子需求为90 mmol/L,经长时间驯化,考察了不同电子受体驯化SBR反硝化除磷及N2O释放特性,并利用化学计量法确定了聚磷菌（Phosphorus Accumulating Organisms, PAOs）和聚糖菌（Glycogen Accumulating Organisms, GAOs）间竞争关系。结果表明,NO3-还原过程中,SBR系统总氮（Total Nitrogen, TN）和总磷（Total Phosphorus, TP）去除率均达95%以上,平均N2O产率为2.4%,PAOs转化碳源（CODin）和反硝化脱氮比例分别为62.0%和76.2%。NO2-增加,厌氧段糖原（Gly）酵解性能增强,Gly消耗与碳源转化比例（ΔGly/CODin）由0.67增至0.80,PAOs活性受抑制,聚磷（Poly-P）合成减少,GAOs竞争优势增强。NO2--N为30 mg/L,SBR内TP去除率降至50.5%,PAOs转化碳源和脱氮比例分别降至36%和50.6%。PAOs-GAOs共生体系内,GAOs反硝化脱氮过程,削弱了高NO2-对PAOs反硝化除磷的抑制,缺氧阶段NO2-/HNO2积累耦合GAOs反硝化脱氮比例增加,导致高NO2-下TP去除率下降和N2O产率增加。     

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。     

区分土壤中硝化与反硝化对N2O产生贡献的方法

土壤是产生N2O的最主要来源之一.硝化和反硝化反应是产生N2O的主要机理,由于硝化和反硝化微生物同时存在于土壤中,因而硝化和反硝化作用能同时产生N2O.N2O的来源可通过使用选择性抑制剂,杀菌剂以及加入的标记底物确定.通过对生成N2O反应的每一步分析,主要从抑制反应发生的催化酶和细菌着手,总结了测量区分硝化、反硝化和DNRA反应对N2O产生的贡献方法.并对15N标记底物法,乙炔抑制法和环境因子抑制法作了详细介绍.     

区分土壤中硝化与反硝化对N2O产生贡献的方法

土壤是产生N2O的最主要来源之一。硝化和反硝化反应是产生N2O的主要机理,由于硝化和反硝化微生物同时存在于土壤中,因而硝化和反硝化作用能同时产生N2O。N2O的来源可通过使用选择性抑制剂,杀菌剂以及加入的标记底物确定。通过对生成N2O反应的每一步分析,主要从抑制反应发生的催化酶和细菌着手,总结了测量区分硝化、反硝化和DNRA反应对N2O产生的贡献方法。并对15N标记底物法,乙炔抑制法和环境因子抑制法作了详细介绍。     

秸秆生物质炭对稻田土壤剖面N2O和N2浓度的影响*

氧化亚氮（N2O）和氮气（N2）是淹水稻田土壤剖面反硝化过程的重要气态产物,可通过土水界面向大气排放,也可随水向下淋溶。秸秆生物质炭施入稻田后会改变土壤理化及微生物学性质,影响反硝化过程及N2O和N2产排。本研究依托2010年夏建立的连续秸秆生物质炭还田的稻麦轮作农田试验,通过埋设淋溶管收集土壤剖面溶液,采用气相色谱和膜进样质谱分别定量溶液中N2O和exN2（反硝化产生N2量）,观测了2018和2019年水稻季不同秸秆生物质炭施用量（CK：每季0 t·hm-2;1BC：每季2.25 t·hm-2;5BC：每季11.3 t·hm-2;10BC：每季22.5 t·hm-2）下0~1 m土壤剖面溶液中N2O和exN2浓度的时空变化,评估了长期施用秸秆生物质炭对稻田土壤剖面反硝化作用及其主要气态氮产物exN2随水流失的影响。结果表明,两个稻季CK处理N2O浓度以60 cm处较高,exN2浓度则随土壤深度增加呈降低趋势。秸秆生物质炭处理能降低剖面N2O和exN2浓度,以10BC处理最为明显。其中,N2O浓度降低以60 cm处较大,exN2浓度降低随土壤深度增加而加大。施用秸秆生物质炭对土壤剖面溶液无机氮（NO3-+NH4+）含量无明显影响,但5BC和10BC处理增加了可溶性有机碳（DOC）和溶解氧（DO）浓度以及氧化还原电位（Eh）。CK处理下土壤剖面溶液N2O和exN2浓度变化与DOC、硝态氮（NO3-）及DO有关;秸秆生物质炭处理下则主要受DO和Eh控制。exN2淋溶量（按1 m深度计算）CK处理下为2.3 ~5.5 kg·hm-2,相当于无机氮和有机氮（DON）淋溶量的32%~34%,5BC和10BC处理则降低为1.7 ~3.7 kg·hm-2和1.1~1.9 kg·hm-2,上述结果表明,反硝化产生N2随水淋溶量不容忽视,秸秆生物质炭还田可改善淹水稻田土壤剖面的通气状况,增加DO,提高Eh,进而有效减少深层反硝化及其主要气态产物exN2随水流失的风险。     

免耕对农田土壤N_2O排放影响及作用机制研究进展

免耕在促进农业可持续发展和有效分馏大气碳的同时还可影响土壤N2O排放,但迄今为止关于免耕对农田土壤N2O排放影响的研究结果却不尽一致,正效应间或负效应都存在。本文综述了免耕条件下土壤理化性状和生物性状的变化及其对N2O排放的影响,并指出实施免耕后土壤反硝化强度变化程度的不同是导致免耕对N2O排放影响效应不同的主要原因,最后提出了一些有待研究的问题。     

碳源与底物对不同层次土壤产生N2O能力的影响

底层土壤的反硝化作用是土壤排放N2O的重要来源，同时也是影响浅层地下水硝酸盐含量的重要因素，通过一系列室内培养试验，研究了一种农用土壤不同土层在碳源和NO3含量不同情况下产生N2O的能力。结果表明，试验用土壤的不同土层均具有进行反硝化作用产生N2O的能力，底层土壤产生N2O的能力大于根区土壤；单独添加葡萄糖、NO3或同时添加葡萄糖和NO3，对土壤N2O和CO2释放的影响与土壤层次和观测时间有关；向土壤添加葡萄糖和NO3，各个土层释放N2O的能力均显著提高；从产生N2O和CO2能力的角度而言，不同层次土壤的微生物区系间存在较大差异。采用短期（24h之内）饱和泥浆好气培养法，可以区分土壤微生物区系在产生N2O方面的差异。     

机器学习在氮循环领域的应用研究进展

氮循环是地球圈层中水-土-气-生多介质、多界面的复杂过程，与土壤健康、粮食安全、全球变暖、空气污染、水体质量等环境问题密切相关。近年来，得益于计算机技术的快速发展和海量、多源数据的产生，机器学习迅速成为研究氮素循环强有力的工具。本文系统梳理了机器学习的功能性概念，包括典型开发流程和学习应用场景等；总结了机器学习的典型应用算法，包括经典机器学习（如随机森林、支持向量机等）和深度学习（如卷积神经网络、长短期记忆网络等）；并综述了机器学习在氮循环研究领域的应用研究进展，包括大气、水体、土壤和植物/作物等介质的氮素代谢机制、模拟氮素循环过程及管理氮素流动等。未来基于大数据和机器学习技术的特征工程和模型融合的研究，将会给氮循环领域的数据分析与建模带来巨大变革。同时，将机器学习与基于物理过程的模型相结合解决氮循环过程中的复杂问题，可为服务国家“双碳”战略以及控制全球变暖、空气污染等环境问题提供重要支撑。     

鸡粪好氧发酵氮转化与相应细菌数量变化规律的研究

为明确鸡粪好氧发酵过程各类氮转化细菌变化及其与氮素转化间的关系,本研究全程测定了氨化、异养亚硝化、异养硝化和好氧反硝化4类细菌数量、有机态氮、氨态氮、硝态氮等含量变化。结果证明,该过程各类氮转化细菌以中温菌居多,最适生长温度35℃。其中,升温段35℃之后,菌数随温度上升而下降;降温段35℃之前,菌数随温度下降而上升。研究的各类氮转化细菌中,氨化细菌最耐热,是高温期发挥作用的主要类群。发酵全程各类氮转化菌数与相应氮素转化量的关系为:升温段,氨化细菌、亚硝化和硝化菌数增加时,氨态氮和硝态氮的增幅较快;此3类菌数降低时,氨态氮和硝态氮的增幅较缓;降温段,氨化细菌数量与氨态氮含量变化之间无相关表现;发酵全程硝态氮含量变化与亚硝化、硝化细菌数量变化呈正偏相关,与反硝化细菌数量变化呈负偏相关。     

硝化抑制剂和通气调节对土壤N2O排放的影响

采用室内培养方法,研究了土壤水分含量和温度对硝化反应速度、N2O排放及施用硝化抑制剂(N-Serve)和土壤掺砂对N2O排放的影响。结果表明,硝化反应速度随温度升高而加快,30℃时反应进行最快;水分对硝化反应速度的影响不显著。N2O排放通量随温度和水分含量升高而加大,最高排放通量出现在水分含量28.5%,20℃或30℃时。30℃、低水分(14.2%)时,N2O排放量较低,15d累积排放量为126.4.mg/kg,且主要来自硝化反应,施用N-Serve可使总排放量减少65.0%;水分含量增加到28.5%,反硝化反应发生,N2O排放量急剧增加,15d累积排放量达764.4.mg/kg;施用砂子或N-Serve,总排放量分别减少82.9%、62.1%。因此,低水分时,施用N-Serve可抑制硝化反应;高水分时,施用砂子或砂子与N-Serve配合,可有效抑制N2O排放。     

Biochar mitigates N2O emissions by promoting complete denitrification in acidic and alkaline paddy soils

Biochar is an efficacious amendment for mitigating nitrous oxide (N₂O) emissions in soils. Nevertheless, the underlying mechanisms responsible for reduced N₂O emissions by biochar in paddy soils remain inadequately elucidated. Here, using two typical paddy soils with contrasting pH values (5.40 and 7.56), the N₂ and N₂O fluxes and the associated functional genes were investigated in soil amended with varying amounts of biochar (0%, 0.5%, and 5%, weight/weight) via soil slurry incubation integrated with the N₂/Ar technique and qPCR analysis. The results showed that N₂O fluxes were significantly (p < 0.05) reduced by 0.65–3.64 times following biochar amendment, concomitant with a significant (p < 0.05) increase in N₂ fluxes (5.47–46.14%) in both acidic and alkaline paddy soils. As a result, the N₂O/(N₂O + N₂) ratios were significantly (p < 0.05) reduced by 1.53–4.65 fold in both soil types. In acidic paddy soils, the enhanced denitrification rates and the decreased N₂O/(N₂O + N₂) ratios exhibited a strong correlation with increased pH values. In alkaline paddy soil, these changes were ascribed to the enhanced nosZ Clade I gene abundance and nosZ/(nirS + nirK) ratio. Our findings reveal that biochar primarily mitigates N₂O emissions in paddy soils by promoting its reduction to N₂.     

pH 升高对红壤硝化过程产生 N2O 的影响

对红壤添加NaOH培养获得不同pH系列的土壤.通过室内培养试验.研究了3种pH条件下土壤的N_2O排放和无机N的变化情况.结果表明:硝化活性随土壤pH升高而增强:pH升高增加了土壤N_2O的释放;纯化学过程对N_2O散发的贡献随pH的升高而降低;Nitrapyrin在pH 4.8和pH 6.0时表现山硝化抑制作用,在pH 8.5时抑制效果不明显,且提高了培养期间pH8.5土壤N_2O的释放量.     

农田土壤N2O排放和减排措施的研究进展

氧化亚氮(N2O)是一种受人类活动影响的重要温室气体。农业土壤是其主要的排放源之一,土壤中硝化和反硝化作用是N2O产生的主要过程。N2O的排放受多种因素的影响,农业活动尤其是施用化学氮肥是农田N2O排放量增加的主要因素。提高氮肥利用率,使用硝化抑制剂等措施将有助于减少N2O的排放量,更有效的减排措施还有待进一步的研究与应用。     

NaCl盐度对A2/O工艺去除废水污染物和系统微生物的影响

为了提高含盐废水的有机物去除率和脱氮效率,考察NaCl盐度对A~2/O工艺污染物去除和微生物群落的影响,采用高通量测序技术分析了厌氧区、缺氧区和好氧区的微生物群落结构,结合有机物去除和脱氮效率的变化探讨不同盐度下A~2/O工艺优势种群的演替规律,以期揭示含盐废水生物脱氮机理。结果表明:1)随着NaCl盐度的增大,A~2/O工艺污染物去除率下降,当盐度由0增大至40 g/L时,A~2/O反应器厌氧、缺氧和好氧区域COD去除率分别由52%、80%和56%下降至30%、50%和40%;厌氧区和好氧区NH4+-N去除率分别由33%和61%下降至11%和39%;缺氧区NO3--N去除率由63%下降至47%。2)与无NaCl废水相比,加入NaCl后,微生物的多样性降低;高盐度(40 g/L)与低盐度(0、10 g/L)处理的微生物群落结构差异较大;缺氧区陶氏菌属和副球菌属、好氧区梭菌属和硝化螺旋菌相对丰度的降低是导致A~2/O工艺脱氮效率下降的主要原因;厚壁菌门中的部分菌属(如Lactobacillus、Streptococcus、Tepidibacterium、Veillonella、Lachnoclostridium、Zoogloea)相对丰度增大,具有较强的耐盐性;随着盐度的增大,与脱氮相关的微生物(如变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门等)一直是A~2/O工艺厌氧区、缺氧区和好氧区的优势菌门,保证了不同盐度下A~2/O工艺始终具有一定的脱氮效能。     

亚硝酸盐添加对土壤硝化和反硝化基因转录活性及N2O排放的影响

设施菜田土壤氧化亚氮（N2O）脉冲式排放期间通常伴随着亚硝酸盐（NO2-）的大量积累,为揭示NO2-对设施菜田土壤N2O排放的影响机制,以两种典型蔬菜种植区土壤（碱性土壤/酸性土壤）为研究对象,通过室内培养试验,对比厌氧和好氧培养条件下添加NO2-后两种土壤无机氮转化与N2O、氮气（N2）和二氧化碳（CO2）等气体排放,以及氨氧化单加氧酶α亚基调控基因（amoA）、亚硝酸盐还原酶调控基因（nirK和 nirS,统称nir）和N2O还原酶调控基因（nosZ）的丰度和转录情况。结果显示：受pH等环境因素影响,土壤中NO2-含量并不一定与N2O排放之间存在相关性,但添加NO2-的处理显著增加了两种土壤的N2O排放量和N2O/(N2O+N2)指数（IN2O）（P<0.05）。碱性土壤中,60 mg?kg-1外源NO2-对土壤CO2排放无明显抑制作用,厌氧培养条件下nirK基因、好氧培养条件下amoA和nirS基因均出现了添加NO2-后转录拷贝数显著高于空白处理的现象,而nosZ基因无此现象。酸性土壤中,amoA转录活性整体较低,好氧空白处理时nirS基因转录拷贝数随培养时间的延长而增加（P<0.05）;60 mg?kg-1外源NO2-明显降低了酸性土壤的CO2排放量、相关基因的丰度及转录拷贝数。上述结果显示,土壤中积累的NO2-会通过诱导nir基因转录与N2O还原酶竞争电子和抑制N2O还原酶活性等途径,增加土壤的IN2O,影响有氧条件下N2O的排放途径,研究结果将为探索设施菜田土壤氮素高效利用和N2O减排提供科学依据。     

农田土壤N2O排放的连续自动测定方法

本文介绍了农田N2O排放连续自动测定系统的方法原理、系统整体构造和气路配置,并通过对华北平原旱地土壤夏玉米季N2O排放的连续观测,比较了连续自动测定方法与传统手动间歇取样测定方法的差异。结果表明,夏玉米季N2O排放具有明显的日排放规律,且在三叶期和十叶期施肥后存在明显的释放高峰;通过选取7:20、8:30、9:40、10:50、12:00、13:20、14:30、15:40、16:50和18:00不同采样时间的测定结果,分别模拟了间隔为3d和6d的排放总量,结果表明,间隔取样的累积排放结果与连续观测结果的差异,与采样当天中具体的采样时间紧密相关,间隔估算结果随着采样时间的延后具有先升高后降低的趋势,与N2O的日排放规律相一致。本研究中,不同时间间隔对估算结果影响不明显。     

Effects of N placement,carbon distribution and temperature on N2O emissions in clay loam and loamy sand soils

Changes in the profile distribution of soil C stocks for conventional versus no‐tillage can affect N₂O losses. Uncertainty remains whether deep N placement into a wetter layer in humid areas would affect N₂O losses. This study evaluated the effects of soil carbon profile distribution (inverted, normal), depth of nitrogen placement (5 cm, 15 cm), temperature (10, 20 and 30 °C) and soil texture (clay loam, loamy sand) on N₂O emissions from soil cores in a 216‐h incubation after simulated rainfall. N₂O losses were larger from the clay loam than from the loamy sand, and cumulative N₂O emissions from the inverted profile, with greater C levels at depth, were more than those from the profile with more C near the upper surface. Cumulative N₂O losses from the inverted clay loam profile with deep N placement (1.16 mg N per kg dry soil; 0.71% of applied N) on average were almost double those in the loamy sand (0.62 mg N per kg dry soil; 0.42%). The smallest N₂O losses were measured from the profiles with more C close to the upper surface with a shallow placement of N for the clay loam (0.19 mg N per kg dry soil; 0.12%) and loamy sand (0.33 mg N per kg dry soil; 0.23%). An exponential relationship between N₂O fluxes and temperature was measured. We conclude that large N₂O losses may occur under the combination of greater soil C content at deeper layers (ploughed soils) and moist profiles after N application (humid regions). Deep N placement appears to aggravate rather than ameliorate these concerns.     

加气灌溉水氮互作对温室芹菜地N2O排放的影响

为揭示加气条件下不同灌溉和施氮量对设施菜地N2O排放的影响,提出有效的N2O减排措施,该研究以温室芹菜为例,设置充分灌溉(1.0 Ep,I1;Ep为2次灌水间隔内φ20 cm标准蒸发皿的累计蒸发量)和亏缺灌溉(0.75 Ep,I2)2个灌溉水平和0 (N0)、150 (N150)、200 (N200)、250 kg/hm2 (N250)4个施氮水平,采用静态箱-气相色谱法对各处理土壤N2O的排放进行监测,并分析不同灌溉和氮肥水平下土壤温度、湿度、矿质氮(NH4+-N和NO3--N)、硝化细菌和反硝化细菌的变化,以及对土壤N2O排放的影响.结果表明:充分灌水温室芹菜地N2O排放显著(P＜0.05)高于亏缺灌溉;施氮显著(P＜0.05)增加了土壤N2O排放,N150、N200和N250处理的N2O累积排放量分别是N0处理的2.30、4.14和7.15倍.设施芹菜地N2O排放与土壤温度、湿度和硝态氮含量呈指数相关关系(P＜0.01),与硝化细菌和反硝化细菌数量呈线性相关关系(P＜0.01),而与土壤铵态氮没有显著相关关系.灌水和施氮提高芹菜产量的同时,显著增强了土壤N2O排放.综合考虑产量和温室效应,施氮量150 kg/hm2、亏缺灌溉为较佳的管理模式.该研究为设施菜地N2O减排及确定合理的水氮投入量提供参考.