碳源及碳氮比对异养反硝化微生物异养反硝化作用的影响

碳源(甘油和柠檬酸钠)及碳氮比对纯培养的异养反硝化菌HP1 (Pseudomonasalcaligenes)异养反硝化能力影响的试验表明,碳源种类对硝酸还原酶活性没有明显影响,对氧化亚氮还原酶活性有影响。批式培养方式下最适C/N为8,菌株HP1可以利用NO-3 作为唯一氮源进行反硝化作用,证明HP1至少有2种硝酸还原途径。连续培养方式下温度对菌株HP1异养反硝化作用中间产物的积累有影响,不同C/N时均有NH+4 积累,C/N为3时还有NO-2 的积累。

雌激素污染对水体微生物反硝化作用的影响

针对世界各国水体雌激素污染日趋严重的环境问题,文章选择典型天然环境雌激素——17β-雌二醇(E2)为污染源,构建实验室厌氧水体微生态系统,分析E2污染对水体微生物反硝化速率、反硝化终端产物比例和厌氧微生物活性的影响规律。结果表明,E2污染对水体微生物的反硝化速率和活性存在显著性显著抑制作用,但反硝化终产物中N2O的比例得到明显促进。因此,在厌氧条件下,微量E2污染会影响厌氧微生物活性和反硝化作用,对水体的氮素循环产生影响。

^15N-标记的气相色谱-同位素比质谱与气相气谱-质谱联用鉴定微生物反硝化作用

以好氧反硝化菌-产碱杆菌(Alcaligenesfaecalis)在15 N-KNO3标记反硝化培养下所产气体与培养管中空气的混合气体为分析对象,在样品中N2/O2,CO2,N2O,H2O基线分离的基础上,利用气相色谱-同位素比质谱对混合气体中N2进行高精密度的δ15 N分析,同时利用气相色谱-质谱联用的选择离子模式对混合气体中N2O进行高灵敏度的同位素丰度监测,可对微量N2和/或N2O的生成进行确认,从而基于反硝化作用的主要代谢产物N2和/或N2O的生成,提出了15 N标记的微生物离体反硝化作用鉴定与确认的方法与程序。本方法程序特别适用于未知微生物反硝化作用的鉴定及反硝化菌株的确认。在合适的15 N-标记的底物及培养条件下,本方法可用于硝化细菌反硝化作用产生的N2的确认。

氮素浓度和水分对水稻土硝化作用和微生物特性的影响

为了明确不同氮素浓度和水分对土壤硝化作用和微生物特性的影响,特别是高氮素浓度下的响应特异性,以红壤水稻土为供试土壤,设置4个硫铵用量水平[0(CK)、120 mg(N).kg-1(A1)、600 mg(N).kg-1(A2)、1 200 mg(N).kg-1(A3)],调节土壤水分为饱和持水量(WHC)的40%、60%和80%,研究了短期内不同氮素浓度和不同水分条件下土壤硝化作用、微生物生物量碳和微生物功能多样性的变化。结果表明:在40%、60%和80%WHC水分条件时,硫铵A2、A3浓度处理土壤硝化率和硝化速率普遍较低,硫铵A1浓度处理硝化率和硝化速率随土壤含水量的升高而升高;同含水量时随硫铵用量的升高而显著降低。在40%、60%和80%WHC水分条件时,微生物生物量碳随硫铵浓度的升高而降低;同浓度硫铵用量水平时,微生物生物量碳的变化基本表现为:60%WHC>80%WHC>40%WHC。分析发现不同水分和硫铵处理之间存在交互作用。BIOLOG分析显示:不同氮素浓度和不同水分处理,60%WHC下A1处理的平均吸光值(AWCD)和Shannon、Simpson、McIntosh指数最大,其次为60%WHC的硫铵CK处理,而不同水分下硫铵A2、A3处理,其AWCD值和Shannon、Simpson、McIntosh多样性指数都较低,进一步说明过量施肥导致微生物活性降低。不同氮素浓度和水分条件下土壤微生物和生化性状不同,过量施用化肥后将有可能造成土壤微生物性状和生化功能衰减。

3,5-二甲基吡唑(DMP)施用后土壤硝化作用潜势及微生物群落动态变化研究

采用室内培养试验方法,从3,5-二甲基吡唑施用后土壤硝化作用潜势、参与氮转化的主要生理菌群、土壤微生物群落的数量及其生理活性等的动态变化入手,研究了新型硝化抑制剂3,5-二甲基吡唑(DMP)的施用对土壤硝化作用及生物学质量的影响。结果表明,适量DMP的施用可在一定时间内显著降低土壤的硝化作用潜势和土壤氨氧化菌的数量,刺激土壤三大微生物群落的增殖,但细菌、真菌和放线菌对DMP的剂量反应不同。土壤细菌数量呈现随DMP用量增加而增加的趋势,真菌和放线菌数量在培养28d之前则以中等剂量处理的为最高。超高量DMP的施用则强烈抑制土壤氨氧化菌的生长,土壤硝化作用潜势在整个培养期间一直维持在一个较稳定的低水平状态,且在施用前期对真菌和放线菌的增殖及总的微生物生理活性表现了一定的抑制效应,微生物商降低,qCO2值增大;在施用14d后,这种负效应逐渐缓解,进而表现出一定的刺激效应。DMP施用对土壤反硝化细菌影响不大。

硫酸铵施用量和温度对红壤稻田土硝化作用及微生物特性的影响

以红壤稻田土为供试土壤,设置不同硫酸铵(简称硫铵)施用量,分别在15、25、35℃条件下培养,研究短期内土壤硝化作用、微生物生物量和微生物功能多样性的变化。结果表明,在相同硫铵施用量下,不同温度处理土壤NH4+含量差异不显著;温度变化对于对照和常规硫铵用量(折纯N 120 mg·kg-1)处理土壤NO3-含量有显著影响,但对中、高量(折纯N 600和1 200 mg·kg-1)处理无显著影响。对照和常规硫铵用量处理土壤硝化速率均随温度升高而显著增加;中、高量硫铵处理土壤硝化速率普遍较低,且不同温度之间差异不显著;相同温度条件下,硝化速率随硫铵施用量的升高而降低。中、髙量硫铵处理对土壤微生物生物量碳有显著影响,且土壤微生物生物量碳随硫铵施用量的增加而显著降低;相同硫铵施用量下,不同温度处理土壤微生物生物量碳由高到低大致为25、15和35℃。BIOLOG分析显示,中、高量硫铵处理平均吸光值和多样性指数均较低,各处理中以25℃时对照处理的平均吸光值和Shannon、Simpson、McIntosh指数最大,其次为25℃时常规硫铵用量处理。过量施用硫铵有可能造成土壤生物结构和功能衰变。

熏蒸处理对土壤微生物及硝化作用的影响

在田间条件下用溴甲烷(68.1g/m2)、威百亩(7.5mL/m2)进行土壤熏蒸,调查两种药剂对土壤微生物及硝化作用的影响。结果表明:两种熏蒸剂对土壤放线菌无抑制作用,对细菌总量影响较小,但亚硝酸细菌受到强烈抑制,土壤的硝化作用受到明显影响;同时,土壤中真菌的数量及种类变化显著。熏蒸后9周,处理区土壤中的微生物基本恢复正常。

铁-碳共基质环境对污水铁型反硝化效率和微生物群落的影响

构建共基质亚铁型反硝化系统,通过梯度实验探究共基质条件下低浓度有机碳(0,3,6,9,12mg/L)对不同Fe/N(2,3,4)条件下铁型反硝化的作用规律和机制,为提升铁型反硝化的效能提供理论参考.结果表明,本实验中有机碳源的最佳浓度为9mg/L.在Fe/N=3和4时,脱氮效率相比未添加碳源时分别提升22.7%和9.1%,促进效果随着外加碳源浓度和Fe/N的升高而减弱.添加有机碳对微生物群落的多样性和均匀度影响较小,随着浓度的升高系统中的自养型细菌如Rhodanobacter和混合营养型细菌如Comamonas,Thauera在生态网络中的总节点度始终高于异养型反硝化菌.C/Fe=0.140和0.187(即碳源浓度为6mg/L和9mg/L)时生态网络中协同和共生关系超过65%,碳源分别实现了单位浓度增益效果最高和反硝化效能最高,自养过程对系统反硝化的贡献度分别为39.2%和56.5%,均为主导地位.系统中主导NO3-,NO2-和NO还原的功能基因丰度的上升,也是提升铁型共基质反硝化系统脱氮效能的重要原因.

复合硫基质驱动自养反硝化脱氮除磷效能与微生物群落结构

针对单一硫基质驱动自养反硝化性能的缺陷,采用单质硫(S^(0))与天然铁硫矿石(FeS、Fe_(1-x)S、FeS_(2))两种矿物作为生物填料,构建3组复合硫基质填充床反应器(B1、B2、B3),探究了启动与稳定运行期间反应器对市政尾水深度脱氮除磷的效果与微生物群落结构的特征。结果表明,3组反应器均表出现较高的脱氮性能,NO_(3)^(-)-N去除率均随反应器水力停留时间(HRT)的延长而提高,当反应器HRT分别为1h(B1)、12h(B2)和9h(B3)时,均实现20mg/L NO_(3)^(-)-N完全去除。PO_(4)^(3-)-P与脱氮过程中产生的铁离子形成铁磷沉淀物而被去除,且PO_(4)^(3-)P的去除率与脱氮效果呈正相关。复合硫基质反应器的SO_(4)^(2-)/NO_(3)^(-)低于单一硫基质自养反硝化系统,硫酸盐产生量相应降低,且pH保持在6.3以上,无需添加pH缓冲剂。微生物群落结构分析表明,Thiobacillus(硫杆菌属)和Ferritrophicum(铁氧化菌属)是3组反应器中硫自养反硝化菌的优势菌属,在B1、B2和B3反应器的相对丰度分别为16.07%和31.24%、30.07%和50.19%以及30.20%和11.62%。复合硫基质提高了微生物群落丰度和物种多样性,从而表现出良好的脱氮除磷效果。

不同碳源反硝化脱氮性能及微生物群落研究

针对污水处理厂深度处理时碳源选择困难和投加量成本高的问题,该研究利用反硝化生物过滤器研究不同碳源对污染物的去除效果,考察了3种碳源(乙酸钠、乙醇、甲醇)在不同水力停留时间(HRT)、碳氮比(C/N)、进水NH_(4)^(+)-N浓度下的脱氮性能和反应器不同高度处的微生物群落结构。结果表明:在低C/N条件下,随着HRT的增加,以乙酸钠、乙醇、甲醇为碳源的3个系统的出水NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N去除效率逐渐升高,3个系统中甲醇系统的NO_(2)^(-)-N的积累程度最低。随着C/N的逐渐增加,3个系统出水NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N的浓度都逐渐降低。乙酸钠和甲醇系统分别在C/N为6和5时出水TN浓度<1.5 mg/L,满足地表水Ⅳ类水质标准。随着进水NH_(4)^(+)-N浓度升高,NO_(2)^(-)-N积累程度增加,从而导致出水TN浓度升高。碳源的不同导致门水平下3个系统的优势门丰度明显不同,属水平下差异性则更加明显,反硝化菌的总相对丰度顺序为乙酸钠系统>乙醇系统>甲醇系统。研究结果可为污水处理厂碳源的选择和投加量提供理论参考。

添加硝化抑制剂DMPP对红壤水稻土硝化作用及微生物群落功能多样性的影响

通过室内培育试验,研究了不同施氮水平下添加硝化抑制剂(DMPP)处理对红壤水稻土NH4+-N、NO3–-N含量、微生物生物量碳及微生物群落功能多样性的影响。结果表明:56天培养期内,不同处理的NH4+-N含量总体呈下降趋势,而NO3–-N含量呈上升趋势。随施氮水平提高,培养期内NH4+-N平均含量从0 mg/kg处理的24.10 mg/kg增加到400 mg/kg处理的412.10 mg/kg,NO3–-N平均含量从0 mg/kg处理的41.88 mg/kg增加到400 mg/kg处理的99.83 mg/kg。添加DMPP显著抑制硝化作用进行,抑制效果随施氮量增加而提高,400 mg/kg施氮水平下,添加DMPP硝化率和硝化速率比不添加DMPP处理分别下降了29.0%和44.3%,下降幅度远大于其他施氮水平处理。施氮水平也影响土壤微生物生物量碳和微生物群落功能多样性。施氮量从0 mg/kg增加到400 mg/kg,土壤微生物生物量碳下降了12.5%,AWCD值下降了78.4%,Shannon指数下降了22.3%;与不添加DMPP处理相比,添加DMPP处理的土壤微生物生物量、AWCD值、Shannon指数分别提高了2.1%、23.9%、7.8%,尤其在400 mg/kg施氮水平下,提高的幅度更加明显。

纤维素、秸秆和木屑对农田土壤硝化作用及微生物的影响

采用微宇宙试验方法,研究了纤维素(CL)、秸秆(ST)和木屑(SD)单独及分别与尿素配施处理(CL-N、STN和SD-N)对土壤硝化作用的影响,并结合高通量测序,探究不同处理中土壤细菌群落结构的变化。结果表明,这些处理中铵态氮含量、硝态氮积累量和细菌群落结构均发生了变化。0～14 d时纤维素、秸秆和木屑处理可溶性铵态氮含量显著降低; 14 d后纤维素、秸秆和木屑处理硝态氮积累量显著低于对照(CK),纤维素+尿素(CLN)、秸秆+尿素(ST-N)和木屑+尿素(SD-N)处理硝态氮积累量显著低于单加尿素处理(CK-N)。56 d时CLN处理中土壤细菌群落Chao 1和Obs指数较高,且CL和CL-N处理细菌群落结构变化最大;与CK相比,Nitrosospira(亚硝化螺菌属)、Nitrosococcus(亚硝化球菌属)、Nitrososphaera和Nitrospira(硝化螺菌属)在不同处理中都是负响应;群落多重比较分析表明,CK处理会显著富集一些硝化微生物,CL、ST和SD处理显著富集纤维素降解菌,而CL-N、ST-N和SD-N均富集有慢生根瘤菌。综上可知,纤维素、秸秆和木屑能有效滞留氮素,减少土壤氮素损失,改变土壤微生物群落结构。

过硫酸氢钾复合物对对虾养殖底泥硝化作用、氨氧化微生物丰度和群落结构的影响

采用在模拟池塘中投放过硫酸氢钾复合物(KMPS)进行对比实验的方法,探究KMPS对养殖底质硝化作用的影响。通过对氨氮和亚硝态氮含量的检测,探究对不同时期氮素转化的影响,低频率高剂量投放组中的氨氮和亚硝态氮含量显著降低,而高频率低剂量组中氨氮和亚硝态氮的含量显著上升。高频率低剂量KMPS的投放使氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)丰度降低,而低频率高剂量KMPS的投放不会造成丰度降低,而且还表现出部分时期AOB丰度的上升。进一步对群落结构进行分析发现KMPS的投放使AOA群落中Nitrosopumilu属相对丰度降低,Nitrososphaera属的相对丰度上升,这种相对丰度的变化与KMPS的投放方式无关;但AOB群落受到KMPS投放方式的影响,低频率高剂量的KMPS投放下AOB群落优势属相对丰度显著提高。以上结果均说明低频率高剂量KMPS的投放起到了促进底质硝化作用的效果。同时,可为KMPS用于对虾养殖池塘底质改良开辟一个新的途径。

北京松山林地nirK型反硝化微生物群落立地及林型效应

[目的]探究北京松山林地土壤nirK型反硝化微生物群落特征及影响因子,为华北暖温带森林土壤生态系统氮循环过程和环境变化提供依据。[方法]在北京松山国家级自然保护区选择油松林、山杨林、蒙古栎林3种典型林型,分别设置3块(20 m×20 m)标准地进行调查,采集0~20 cm表层混合土样,分析土壤性质并提取土壤微生物总DNA,PCR扩增反硝化过程关键酶亚硝酸盐还原酶的编码基因nirK片段,采用第2代高通量测序分析不同林型土壤nirK型反硝化微生物群落组成和多样性,探究林型和土壤性质对反硝化微生物群落特性的影响。[结果]1)从油松林、山杨林和蒙古栎林9个土壤样本中共得到nirK基因有效序列993 401条、优质序列770 328条。3种林型土壤nirK基因共检测出7门78属,在已鉴定的微生物中各林型优势菌为变形菌门,其相对丰度在3种林型中均达50%,在油松林中最高为58.2%;优势属主要为慢生根瘤菌属、中生根瘤菌属和红假单胞菌属,总相对丰度达50%以上,其中核心菌属为慢生根瘤菌属。2) nirK型反硝化微生物α多样性分析显示,油松林Shannon(7.59±0.56)、 Simpson(0.98±0.01)、 Chao1(2 164.24±214.08)指数均显著高于山杨林(5.23±0.26、 0.89±0.02、1 650.56±136.69)和蒙古栎林(5.76±0.38、 0.93±0.02、 1 621.36±156.70)(P<0.05)。基于Bray-Curtis距离算法并采用PCoA分析显示,不同林型土壤反硝化微生物群落组间差异大于组内。3)林分因子、土壤性质与土壤反硝化微生物的冗余分析结果表明,土壤碱解氮、硝态氮和有机质等土壤性质是影响nirK型反硝化微生物群落组成的关键因子(P<0.05)。[结论]北京松山油松林、山杨林和蒙古栎林土壤nirK型反硝化微生物群落组成、多样性存在明显差异,林型与碱解氮、硝态氮和有机质等土壤性质是影响土壤nirK型反硝化微生物群落特征的重要因素。

深海微生物硝化作用驱动的化能自养固碳过程与机制研究进展

深海微生物硝化作用通过化能自养固定无机碳,是深海生态系统中重要的能量来源途径,直接影响深海生态系统的食物网结构和深海的碳储库。近年来氨氧化古菌的发现,对这一生物地球化学过程的传统认识提出了新的挑战,同时也带来了新的科学问题,为认识硝化作用化能自养的固碳机制提供了新的研究方向。通过系统评述深海硝化作用驱动的自养固碳过程和机制以及由此带来的生态环境效应,为相关领域的深入研究提供参考。

硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复城市黑臭水体

固定化微生物技术可促进城市黑臭水体中氮磷污染物去除,但硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复黑臭水体研究较少。通过向改性载镧膨润土基复合微生物菌剂(La-Bt基复合菌剂)中添加经S_(2)O_(3)^(2-)驯化培养的硫自养反硝化菌(NR-SOB),试图引入硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复黑臭水体。在La-Bt基复合菌剂投加量为1.5 g/L时,向黑臭水体中分梯度投加不同浓度NR-SOB,研究NR-SOB协同La-Bt基复合菌剂去除黑臭水体污染物效果,并通过高通量测序分析底泥微生物群落结构变化。结果表明,当NR-SOB投加量为0.3 g/L时,对黑臭水体和底泥处理效果较好:上覆水氨氮、TN和TP去除率分别为87.42%、69.85%和71.11%;底泥酸可挥发性硫(AVS)去除率为34.76%,底泥TN和TP去除率分别为45.22%、45.04%;实验结束时底泥中厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度从11.76%降至9.84%,硫杆菌属(Thiobacillus)相对丰度达2.82%,氮硫去除相关微生物菌属比例提升约0.95%。

稻田生态系统生物硝化-反硝化作用与氮素损失

从土壤微生物生理学和土壤生物化学角度综述了稻田生态系统土壤生物硝化反硝化作用与氮素损失的研究进展。

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ＮＨ＿４￣＋浓度等生态用于对水稻根际硝化、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ＮＨ＿４￣＋－Ｎ会抑制硝化细菌的生长繁殖，从而降低了硝化活性，造成ＮＨ＿４￣＋、ＮＯ＿２￣－ＮＯ＿３￣－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。

微生物好氧反硝化脱氮作用研究进展

水体的氮污染不仅可以引起水体富营养化,还可直接影响动物及人体的健康。脱氮是污水处理过程中的一个重要环节熏传统理论认为必须经过好氧硝化和缺氧反硝化两个过程,其工艺环节多熏处理成本高。进年来一些新理论不断提出,如:好氧反硝化熏厌氧氨氧化熏异养硝化等熏使得同步硝化鄄反硝化成为可能。该文综述了国内外有关好氧反硝化脱氮研究的进展。

短期培养下抑制剂烯丙基硫脲对土壤硝化作用及微生物的影响

硝化抑制剂烯丙基硫脲(ATU)对土壤硝化作用及温室效应的影响及机理尚不清楚。采集典型旱地土壤,进行21 d室内微宇宙培养,探究氮肥与不同剂量ATU(分别为氮素用量的1%、5%、10%、15%和20%)配施对土壤硝化作用及N_(2)O和CO_(2)排放通量的影响,并通过实时荧光定量PCR和高通量测序16S rRNA基因技术监测硝化微生物群落变化,同时与传统硝化抑制剂双氰胺(DCD)进行保氮减排效果的对比。结果表明,与未施加氮肥的对照(CK)相比,单施氮肥(N)显著提高土壤硝化强度并促进N_(2)O排放。DCD能显著抑制硝态氮和N_(2)O的积累,抑制效率分别为68.6%和93.3%。而低浓度ATU对土壤硝化作用无影响,仅在高浓度具有抑制效应,且抑制效率最高仅为14.7%。所有ATU处理N_(2)O排放量均显著降低,降幅为60.3%~68.2%,仍远高于DCD处理。处理间N_(2)O和CO_(2)的综合温室效应强弱顺序为N>ATU+N>DCD+N≈CK,不同ATU施用量处理之间差异不显著。相关分析发现氨氧化细菌(AOB),而不是氨氧化古菌(AOA)和全程氨氧化细菌(Comammox),与土壤硝态氮积累和N_(2)O排放显著正相关,与土壤pH显著负相关。高通量测序结果表明Nitrosovibrio tenuis类型AOB对氮肥诱导的硝化过程起主导作用。此外,ATU和DCD还能显著提高Cupriavidus,并降低Patulibacter、Aeromicrobium、Actinomycetospora、Defluviicoccus和Acidipila等微生物属在群落中的相对丰度。该研究为深化土壤碳氮循环理论,合理使用硝化抑制剂以及减缓温室气体排放提供科学依据。