有机无机肥配施对玉米-豇豆种植系统土壤N2O排放的影响

在等施氮量条件下,比较有机肥与无机肥施用后旱地玉米-豇豆复种系统土壤硝化与反硝化作用、N_2O排放与作物产量的变化,有助于正确认识肥料施用对N_2O排放的影响,为制定大田合理的丰产减排措施提供理论依据。本研究通过田间试验,利用静态箱技术和BaPS气压过程分离技术研究了不同肥料类型处理(无机肥、有机肥、有机无机肥配施)下玉米-豇豆种植系统土壤N_2O排放、硝化与反硝化作用的变化特征。结果表明:1)相对于单施无机肥或有机肥,有机无机肥配施可显著降低土壤硝化作用速率;在玉米生长季,有机无机肥配施处理平均土壤硝化作用速率分别比化肥和有机肥处理显著降低了28.74%和13.96%,豇豆生长季显著降低了24.66%和13.28%。土壤反硝化作用速率在各施肥处理间差异不显著。2)有机无机肥配施显著降低土壤N_2O排放;在玉米生长季,有机无机肥配施处理分别比无机肥处理和有机肥处理显著降低33.44%和32.29%,在豇豆生长季分别显著降低27.00%和15.14%。3)相关分析表明,土壤N_2O排放与硝化作用速率呈极显著相关,而与反硝化作用速率呈不显著相关。4)有机无机配施处理玉米和豇豆产量最高。因此,有机无机肥配施能有效降低玉米-豇豆系统土壤N_2O排放和提高作物产量,是一项丰产低N_2O排放的施肥技术,但长期有机无机肥配施对土壤N_2O排放和作物产量的影响还需要进一步研究。     

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。     

寒冷地区多级垂直流人工湿地系统设计及氮磷去除效率

为了解决北方寒冷地区人工湿地冬季效率低、运行不稳定的问题,设计建设了两个多级垂直流人工湿地系统(multistage vertical-flow constructed wetlands,MVCWs),处理北京房山区居民生活污水,通过工程设计以及添加碳源强化系统脱氮效果,增加磷吸附基质等措施,提高系统稳定性和污染物的去除效率。研究结果表明,湿地系统Ⅰ化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)的平均去除率为87.3%;总磷(total phosphorus,TP)的平均去除率为91.9%;总氮(total nitrogen,TN)的平均去除率为68.9%,能够全年稳定运行。湿地系统Ⅱ采取半间歇式运行方式,在0.5 m3/(m2·d)的水力负荷条件下,对COD、TN、TP的平均去除率分别为92.5%、53.8%、77.2%。湿地系统Ⅱ厌氧单元添加62 kg木块后,COD/TN从0.93上升到1.85,比添加31 kg木块单元对TN的去除率提高15.6%。木块作为厌氧阶段的外加碳源,有效促进了垂直流人工湿地系统对氮的去除。通过垂直流人工湿地多级合理的单元设计,在厌氧阶段添加碳源有利于反硝化脱氮以及添加吸附磷的基质,提高冬季没有植物参与时高效除氮、磷,有效地保证对各种污染物的去除效率。使该研究中的人工湿地系统能够全年稳定运行,该研究结果可为人工湿地在中国北方的推广应用提供参考。     

东鱼河春季沉积物反硝化脱氮作用与N2O排放研究

为研究东鱼河春季沉积物的反硝化脱氮作用以及N_2O产生速率,于2017年5月沿东鱼河采集沉积物和表层水样,分别采用乙炔抑制法和培养法分析测定了反硝化作用和N_2O产生速率,利用顶空法提取水样中N_2O结合双层扩散模型法估算水体N_2O的排放通量,并结合水体理化性质探讨了主要影响因素。结果表明:东鱼河春季沉积物反硝化潜势为7 305.8～26 947.7μmol/(m~2·h),但从上游到下游沿程均呈先增高后波动降低的趋势;沉积物反硝化速率为86.6～694.2μmol/(m~2·h),显著低于对应点位的反硝化潜势(P0.01),且二者的沿程变化规律不一致;反硝化速率仅与沉积物中NH_4~+含量呈显著正相关关系(P0.05),表明其受沉积物和上覆水理化性质的综合影响,且可能存在硝化—反硝化的耦合作用。沉积物N_2O产生速率在19.8～144.3μmol/(m~2·h);水体表现为大气N_2O的排放源,排放通量为170.9～667.8mol/(m~2·h),显著高于对应点位沉积物N_2O的产生速率(P0.01),且与上覆水的DO和NO_2~-含量具有显著正相关关系(P0.05),表明东鱼河在春季除沉积物产生N_2O外,其上覆水中氮转化过程亦是向大气排放N_2O的重要途径之一。     

稳定纳米铁与反硝化菌耦合去除地下水中硝酸盐的研究

利用液相还原法制备壳聚糖稳定纳米铁、油酸钠稳定纳米铁和普通纳米铁,在无氧条件下将其分别与反硝化细菌耦合用于地下水中硝酸盐污染物的去除研究,探讨不同纳米材料与反硝化菌的耦合体系去除硝酸盐的速率和产物,并通过测定体系中反硝化细菌总RNA浓度的变化来研究纳米材料对反硝化菌的毒害作用.结果表明,耦合体系均在9 d内将硝酸盐完全去除,反应过程中有大量亚硝酸盐产生,但随着反应的进行又逐渐消失,3种耦合体系的脱氮产物中均有氨氮产生,油酸钠稳定纳米铁体系、普通纳米铁体系、壳聚糖稳定纳米铁体系产生的氨氮比例分别为15%、37%和58%.反应后3种耦合体系中反硝化菌总RNA浓度的降低率分别为壳聚糖稳定纳米铁体系37%、纳米铁体系30%、油酸钠稳定纳米铁体系21%,可见不同纳米材料对细菌毒性大小顺序为:壳聚糖稳定纳米铁＞普通纳米铁＞油酸钠稳定纳米铁.综合反应速宰、产物和对细菌的毒性各个方面因素,油酸钠稳定纳米铁与反硝化细菌的耦合效果最好.     

Advances in Nitrogen Denitrification and N2O Emission in Agro-ecosystem

Nitrification and denitrification are two key links of nitrogen flow cycle in soil.N2O and N2,generated from biochemical process of nitrogen,can cause not only the nitrogen losses and reduction of nitrogen use efficiency,but also the boosted concentration of greenhouse gases,severely endangering the environment.Accordingly,nitrification-denitrification has been more and more concerned from whether an agricultural view,or an environmental one.Referring to the related literatures published at home and abroad in recent years,we overviewed the denitrification-caused N loss and N2O emission in various agro-ecosystems,and based on which we put forward countermeasures to reduce the denitrification-caused N loss and N2O emission and its research prospects in the future.     

角茴香根和地上部水浸液对杂草反枝苋的化感作用

以常见杂草反枝苋为受体植物,采用培养皿滤纸法,通过测定角茴香根水浸液和地上部水浸液对杂草反枝苋的种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明:不同浓度的角茴香根和地上部水浸液均对反枝苋种子的萌发和幼苗的根长产生了明显的抑制作用,且随着浓度的增加抑制作用增强,当各水浸液的浓度大于0.030 g.mL-1时,即可对反枝苋种子72 h萌发的抑制率达到50%以上;当各水浸液处理浓度大于0.010 g.mL-1时,反枝苋幼苗的根长便低于对照的50%。角茴香根水浸液对反枝苋幼苗的下胚轴产生低促高抑的浓度双重效应,当根水浸液浓度小于0.030 g.mL-1时,促进反枝苋下胚轴的生长;当根水浸液浓度大于0.030 g.mL-1时,抑制反枝苋下胚轴的生长。研究发现,角茴香根和地上部水浸液均对反枝苋表现出明显的化感作用。     

不同级配基质方式下垂直流人工湿地净化效果及渗透性能研究

本研究设置了基质正、反级配垂直流人工湿地,通过测定系统对CODcr、TN、TP、NH+4-N等指标的去除效率、有效孔隙率和渗透系数的变化来比较两种级配方式下垂直流人工湿地净化效果和系统渗透性能.结果表明,两种级配方式下,垂直流湿地系统对污染物去除的综合效果优于单一粒径的无烟煤湿地系统;反级配系统在除磷方面存在优势,正级配系统在COD.去除方面显著强于反级配系统,在脱氮方面两者不存在显著性差异;反级配系统的有效孔隙率在各层的降幅变化不大,而正级配系统表层及上层有效孔隙率的降幅显著大于中层和底层;正级配系统渗透系数的变化显著高于反级配系统,且出现了持续性表面滞水现象.以上结果均表明,反级配垂直流湿地系统可以在保证净化效率的同时,缓解湿地基质堵塞,有效延长基质的使用寿命.     

干旱地区农田生态系统中N2O排放研究

综述了土壤水分和通气、土壤质地、土壤pH值、土壤温度及土壤微生物等因素对农田N2O排放的影响,指出了继续深入研究这些因素对农田N2O排放的综合影响机理及其与N2O排放量之间的数量关系应是未来的研究重点。     

好氧反硝化有效微生物群的筛选及特性研究

[目的]为生物快速脱氮、净化水处理提供有用的菌源和技术。[方法]通过反硝化培养基定向筛选,从厕所旁土壤中分离获得好氧高效反硝化有效微生物群,并研究其脱氮特性。[结果]该有效微生物群命名为OAI-EM,其反硝化速率为143.71mg/(L.d)。OAI-EM在以淀粉为有机碳源时,反硝化速率达到了144mg/(L.d),Cu2+、Ni2+和Hg2+能抑制OAI-EM的反硝化作用,而Fe3+、Zn2+和Mn2+能激活OAI-EM的反硝化作用。高浓度硝酸盐也能抑制OAI-EM的反硝化作用,并且随着C/N的增加,OAI-EM的反硝化速率和硝酸盐去除率均有所增加。在C/N为25:1的条件下,OAI-EM的硝酸盐去除率达到100%,反硝化速率为184mg/(L.d)。[结论]该有效微生物群具有培养基成分简单、反硝化速率快等优点,有较好的应用前景。