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.     

茶园一株异养硝化-好氧脱氮菌的鉴定及特性研究

经过菌株富集培养、 分离纯化等一系列步骤,从山东茶园土壤中筛选出一株菌株F1,通过对其进行16S rRNA测序及生理生化指标的测定,结合负染电镜观察结果,参照《伯杰细菌鉴定手册》鉴定该菌株属于黄杆菌属。同时对其硝化和反硝化脱氮能力进行了研究。结果表明,菌株F1能在利用有机物的同时进行硝化和反硝化脱氮作用。经过60 h的培养,在硝化培养基上对氨氮的去除率达到84.54%,对亚硝酸盐的去除率达到91.87%; 在反硝化培养基上对硝酸盐的去除率达到79.17%,对亚硝酸盐的去除率达到84.30%; 在以铵态氮为初始氮源的条件下脱氮能力最强。     

水分和温度对旱地红壤硝化活力和反硝化活力的影响

采集第四纪红色粘土发育和第三纪红砂岩发育的红壤,分别在4C冰箱内保存(O),室温下湿润(M)和淹水(F)培养110天后测定硝化细菌、反硝化细菌、硝化势、反硝化势和反硝化酶活性。结果表明,低温有利于保持硝化细菌和反硝化细菌的数量,但显著抑制它们的硝化和反硝化活力。湿润有利于保持硝化细菌的硝化活力,而淹水则有利于保持反硝化细菌的反硝化活力,但均不利于硝化细菌和反硝细菌的存活。由此说明,不同的研究目的和需要测定的项目,应采用不同的土壤样本保存方法。     

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。     

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%。     

不同植物种类、碳氮源供给和pH对人工湿地真菌反硝化的影响

【目的】认识碳、氮和pH及其与植物的交互作用对垂直流人工湿地真菌反硝化作用的影响,为真菌反硝化作用的调控提供依据。【方法】采用4种常见的水生植物（黄菖蒲、美人蕉、水葱和伞草）,在20个垂直流人工湿地中设置了4种单独栽培处理。运行5个月后,分别从20个湿地中收集0-30 cm的细砂样品,利用微宇宙培养的方法,检验不同碳源、氮源补充和pH梯度对细砂样品中真菌反硝化潜力的影响。【结果】双因素方差分析表明,垂直流人工湿地中碳源、氮源与植物种类之间的相互作用对真菌反硝化潜力作用不明显（P 0.05）,而pH与植物种类之间的相互作用对真菌反硝化潜力作用显著（P 0.05）。7种碳源中的葡萄糖和琥珀酸钠的应用最能促进湿地填料中真菌反硝化潜力的提高（P 0.05）,而在4种氮源中亚硝酸钠是最能提高真菌反硝化潜力的氮源（P 0.05）。与未进行酸碱处理（pH 6.89）相比,调节pH到2.8显著降低了真菌反硝化潜力（P 0.05）,而调节pH到5.6或8.4均不同程度地提高了真菌反硝化潜力。【结论】本研究突出了葡萄糖、琥珀酸钠和亚硝酸盐在调节真菌反硝化潜力中的重要性,并发现在pH 5.6~8.4范围内,湿地填料中的真菌反硝化潜力较大。     

设施栽培土壤氧化亚氮释放及硝化、反硝化细菌数量的研究

研究表明 ,设施栽培土壤N2O释放通量比露地栽培土壤高 1.39倍 ;灌水处理N2O释放较未灌水处理高 1.17倍。随着氮肥的增加 ,N2O释放量急剧上升 ,其回归方程 y =256.96 +1.47x,r=0.9951** 。 2种肥料施入土壤的5d内 ,施有机肥 (酵素菌肥 )的土壤N2O的释放量高于施化肥的处理。通过检测硝化细菌和反硝化细菌数量的变化发现 ,施尿素处理的硝化和反硝化细菌数量比对照低 ,但是随着时间的推移 ,反硝化细菌数量又有上升的趋势 ;施用有机肥 (酵素菌肥 )处理的硝化细菌数量低于施用尿素处理 ,但反硝化细菌数量则明显高于尿素处理。     

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。     

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。     

高氨氮浓度下湿地植物筛选及脱氮效果研究

为研究潜流人工湿地处理农村生活污水的脱氮效果,实验采用氨氮浓度为20、30、40、50 mg.L-1的人工配置生活污水,通过实验室盆栽法研究7种典型水生植物风车草（Cyperus alternifolius）、花叶芦竹（Arundo donax var.）、再力花（Thalia dealbata）、东方香蒲（Typha orientalis Presl.）、千屈菜（Spiked Loosestrlfe）、黄花鸢尾（Iris pseudacorus）、梭鱼草（Pontederia cordata）的生长状况、发育规律以及对污水中氮的同化吸收作用,结合植物本身的形态指标,对处理农村生活污水的高效脱氮型潜流湿地的植被的脱氮效果进行综合评定。结果表明：植物在20 mg.L-1的处理中长势最好,各植物的形态指标随氨氮浓度的增加而递减;黄花鸢尾（Irispseudacorus）在NH3-N浓度50 mg.L-1以上的条件下不能生长,花叶芦竹（Arundo donax var.）在NH3-N浓度30 mg.L-1以上的条件下不能生长,梭鱼草（Pontederia cordata）在NH3-N浓度20 mg.L-1以上的条件下不能生长;植物脱氮效果随氨氮浓度的增加而递减。综合评定7种植物的脱氮效果,比较好的是再力花（Thalia dealbata）、东方香蒲（Typha orientalis Presl.）、风车草（Cyperus alternifolius）这3种植物。     

潜流人工湿地中3种基质对氮磷净化的影响

通过潜流人工湿地装置,采用间歇运行方式考察不同停留时间下土壤、砾石、炉渣基质在以NO3--N、NH4+-N和PO4--P为主要氮组分的模拟污水对污水中氮的净化效能,并研究湿地系统基质与pH变化、NO3--N和NH4+-N净化效率的关系。结果表明,当水力停留时间为10d时,土壤-炉渣湿地的N,P净化效能高于以其他基质构建的湿地。在试验周期内,各基质的人工湿地系统NH4+-N的净化效率均高于NO3--N的净化效率,氮素的净化效能上层大于下层,湿地系统中pH值先降低后升高的拐点可作为NH4+-N氧化反应结束的指示参数。     

不同人工湿地基质对磷的吸附性能研究

通过基质磷素吸附动力学、等温吸附以及基质饱和吸附后磷素解吸实验,研究陶瓷滤料、红泥、水洗砂、炉渣4种人工湿地基质净化磷素的效果,评价其基质磷素饱和吸附后磷素解吸可能造成的二次污染风险。结果表明,在溶液磷（P）浓度为5-150mg·L·^-1条件下,Langmuir和Freundlich等温吸附方程均能很好地描述陶瓷滤料和红泥两种基质的磷素吸附过程,陶瓷滤料用Langmuir方程比Freundlich方程的拟合程度更好,红泥则相反。4种基质对磷素的吸附量顺序依次为红泥〉陶瓷滤料〉炉渣〉水洗砂。从磷素的解吸率来看,4种基质释磷顺序依次为炉渣〉水洗砂〉陶瓷滤料〉红泥,水洗砂和炉渣吸附磷素后的解吸率较高,其他两种基质磷素解吸的比例很低。综合评价,陶瓷滤料更适合作为人工湿地污水除磷的基质。     

石佛寺人工湿地对水体中富营养物质去除效果分析

以石佛寺人工湿地为研究对象,通过对湿地内各项水体富营养指标监测数据的分析,研究人工湿地对辽河水中富营养物质的去除效果。结果表明:2009年石佛寺人工湿地建成以来,水库出口处水体富营养情况明显好于湿地建成前,其中DO含量明显增加,有机物COD_Mn,BOD₅及营养盐NH₃-N,TN和TP的含量有显著降低。辽河水流经湿地内部,部分时段水体中DO含量的变化率出现负值,但湿地出口处DO含量均达到7.0 mg/L以上;湿地对有机物及营养盐具有良好的去除效果,且去除效果在汛期好于非汛期,2009—2011年的去除率均达到正值,对有机物COD_Mn,BOD₅的最大去除率分别可达到48.3%,65.8%,对营养盐NH₃-N,TN和TP的最大去除率分别可达到78.1%,88.2%和72.0%;2012—2013年部分时段的去除率出现了负值,说明随着湿地运行时间的延长,植物死亡后的腐烂分解会导致富营养物质的二次释放。     

潜流人工湿地除氮的生态动力学模拟

对某潜流人工湿地建立生态动力学模型,利用MATLAB编程模拟湿地中氮素的迁移转化过程,确定了主要除氮机制。模拟结果显示,该模型能较好地模拟出水中有机氮、氨氮和硝态氮浓度的变化趋势和范围。进一步进行氮素质量平衡分析可知,该人工湿地的主要除氮机制为硝化、反硝化和植物吸收,有机氮、氨氮和硝态氮的总去除率为60.53%,其中反硝化过程去除43.10%,植物吸收去除13.98%,沉淀去除3.45%。     

蚯蚓和基质种类对人工湿地植物根系特征及净化效果的影响

选择4种常见的人工湿地基质（沙、沙＋土、有机质＋沙、有机质＋沙＋土）,研究加入蚯蚓后不同基质对黄菖蒲最长根长、根体积和基质总孔隙度及其净化CODMn能力的影响。结果表明,不同基质上黄菖蒲的最长根长、根体积存在差异,以有机质＋沙基质上黄菖蒲的最长根长、根体积最大,而沙子基质上黄菖蒲的最长根长、根体积最小,两处理间存在显著差异（P〈0.01）。加入蚯蚓能增加黄菖蒲的最长根长、根系体积、总孔隙度和CODMn的去除率。相关分析显示,黄菖蒲的最长根长、根体积与总孔隙度呈显著正相关（P〈0.01）,且根系体积、最长根长与CODMn去除率也呈显著正相关（P〈0.01）。     

不同营养源对人工湿地基质生物膜培养液pH值的影响

采用恒温摇床培养方法,研究了不同营养源（处理1：尿素＋乙酸钠;处理2：亚硝酸钠＋乙酸钠;处理3：硝酸钾＋乙酸钠;处理4：碳酸氢铵;处理5：硫酸铵＋碳酸氢钠;处理6：磷酸二氢钾＋碳酸氢钠）对复合垂直流人工湿地基质生物膜培养液pH值的影响,探讨了pH值变化过程中生物膜脱氢酶活性和多糖含量的变化规律。结果表明,处理1、4以及5中培养液pH值先下降然后再上升,但下降和上升的幅度不同。处理2、3以及6中培养液pH值添加碳源前在7.30-7.40之间缓慢变化,添加碳源后均上升至9.00左右。在培养液pH值变化的过程中,生物膜脱氢酶活性和多糖含量也发生改变。处理1、2、3中生物膜脱氢酶活性均在pH值上升的过程中达到最高值,而处理4、5、6中脱氢酶活性随pH值的变化呈下降趋势。对于所设6个处理,除处理4中多糖含量在整个试验过程中基本不变外,其余5个处理中多糖含量均在pH值上升过程中一直增加。     

折流式人工湿地对矿区降雨径流的净化研究

根据陕西省渭南市蒲白矿区降雨径流的水质和水量特征,采用新型折流式人工湿地对人工湿地不同运行阶段模拟降雨径流的净化效果进行了对比,分析了COD_Cr,SS,TN,TP,NH₄⁺-N以及重金属Pb,Zn,Cu在湿地系统中的沿程变化,探讨人工湿地的主要去除机制。结果表明:人工湿地对COD_Cr,TP,TN,NH₄⁺-N,SS的平均去除率分别为82.3%,65.9%,71.2%,73.5%,94.8%,对重金属Pb,Zn,Cu的平均去除率分别为91.3%,94.5%,81.2%,对重金属的去除率基本高于对营养元素的去除率;除了TN外,折流式人工湿地系统出水各污染物均达到《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅲ类质量标准,其中TN达Ⅳ类标准,出水重金属Pb,Zn,Cu均能达地表Ⅲ类水标准。降雨径流各污染物主要在人工湿地的第1格被去除,其中,COD_Cr,TP,SS和Pb均有一半以上的去除率发生在第1格。随着人工湿地沿程进水浓度的增加,其去除率逐渐下降。研究表明,折流式人工湿地系统对矿区降雨径流的净化效果显著,并且该湿地系统具有较强抗冲击负荷能力,可用于城市地面径流污染的控制和雨水利用。     

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.