小白菜硝酸盐含量与NO_3^-/NH_4^+及氮代谢关键酶的相关性

采用液体培养实验研究了不同NO_3^-与NH_4^+浓度比(分别为50:50、75:25和100:0)对10个品种小白菜(Brassica chinensis L.)的硝酸盐含量、光合系统参数及氮代谢关键酶活性的影响。结果表明,随着硝铵比的增加,小白菜总干质量逐渐增加(除品种天津小白菜和大头清江白菜的总干质量随硝铵比的增加先降低后升高,品种香港春秀甜白菜(236)和正旺达88的总干质量先升高后降低外),与c(NO_3^-):c(NH_4^+)为50:50比较,增幅分别为12.66%~76.88%(c(NO_3^-):c(NH_4^+)为75:25)和17.98%~95.07%(c(NO_3^-):c(NH_4^+)为100:0);小白菜叶和根中的硝酸盐含量增加,而叶柄硝酸盐含量则表现出先增加后下降的趋势,小白菜硝酸盐的含量叶柄(3 882.62~5 448.81 mg/kg)>叶(2 004.86~4 146.50 mg/kg)>根(505.39~2 188.68 mg/kg)。小白菜叶片中硝酸盐含量与硝酸还原酶活性成显著负相关,而与亚硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性成显著正相关。小白菜叶片中硝酸盐的含量随着净光合速率(Pn)和胞间二氧化碳浓度(Ci)的增加而下降,随蒸腾速率(Tr)的增强而增加。

硝酸盐反射仪和SPAD法对玉米氮素营养诊断的比较

精准的营养诊断是了解作物氮素营养及推荐施肥的基础。本文在田间滴灌条件下利用SPAD叶绿素仪(SPAD-502 Plus)和硝酸盐反射仪(RQ flex10)两种诊断方法对玉米关键生育时期的氮素营养诊断进行研究,旨在筛选出适宜的诊断方法,并依据诊断值建立滴灌玉米不同生育时期的施肥模型。试验设置0 kg(N)·hm^(-2)(N0)、225 kg(N)·hm^(-2)(N225)、330 kg(N)·hm^(-2)(N330)、435 kg(N)·hm^(-2)(N435)和540 kg(N)·hm^(-2)(N540)5个施氮水平,在不同生育时期测定了玉米叶片SPAD值和叶鞘NO_3^-含量,并分别与施氮量、植株全氮含量、产量进行方程拟合,比较两种诊断方法对玉米氮素营养的响应。研究结果表明:1)玉米叶片SPAD值和叶鞘NO_3^-含量均随施氮量的增加而显著升高,且在拔节期对施氮量的响应最敏感。叶鞘NO_3^-含量对施氮量变化的响应较SPAD值大,其与施氮量及玉米产量的拟合度均高于SPAD值,说明硝酸盐反射仪法对滴灌玉米氮素丰缺的反应更灵敏。2)玉米全氮含量与叶片SPAD值呈显著线性关系,而与叶鞘NO_3^-含量则以线性加平台表示。当叶鞘NO_3^-含量小于186 mg·L^(-1)时,植株全氮与NO_3^-间呈显著线性相关;当叶鞘NO_3^-含量大于186 mg·L^(-1)时,植株全氮随NO_3^-含量增加趋于不变。3)本农作区滴灌玉米最佳经济施氮量为402.5 kg·hm^(-2),对应的玉米产量为17 049 kg·hm^(-2)。玉米拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期的临界叶鞘NO_3^-含量分别为729.3 mg·L^(-1)、536 mg·L^(-1)和81.2 mg·L^(-1)。SPAD叶绿素仪和硝酸盐反射仪均可对滴灌玉米进行氮素营养诊断,但硝酸盐速测值能更敏感地反映氮素丰缺状况,基于硝酸盐反射法进行作物氮素营养诊断及推荐施肥具有较好的准确性与适用性。

纳米钯铜改性毛竹炭三维电催化还原水中硝酸盐氮的机理研究

为揭示三维粒子电极对电催化还原水中硝酸盐氮(NO_(3)-N)的贡献及机理,以毛竹生物炭为模板,通过钯铜盐浸渍、焙烧及氢气有限表面还原等手段,制备了纳米钯铜改性毛竹炭(Nano-Pd/Cu-BC),以其为三维粒子电极搭建三维电催化还原体系,以强化传统电催化还原体系(无三维粒子电极)对NO_(3)-N的去除效果.结果表明:①制备的Nano-Pd/Cu-BC保留了毛竹天然的遗态分级多孔结构特征,表面存在均匀分散的纳米Pd0和纳米Cu^(0)金属粒子.②三维电催化还原体系对水中NO_(3)-N具有更高的去除率,在反应240 min内,对NO_(3)-N的质量催化活性达0.069 mg/mg,较传统电催化还原体系提升5.35倍.③三维电催化还原体系N2的生成率为13.4%,较传统电极电催化还原体系提升2.84倍.研究显示,采用Nano-Pd/Cu-BC搭建的三维电催化还原体系可以提升水中NO_(3)-N的去除率和N2生成选择率.

泡沫Cu-Zn电极电催化还原硝酸盐氮

采用阴极电沉积法制备载锌泡沫铜双金属复合电极,并通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱和X线衍射仪(XRD)对载锌泡沫铜(泡沫Cu-Zn)电极进行表征。将泡沫Cu-Zn电极作为阴极,Ir-Ru/Ti板作为阳极,在无隔膜反应器中进行废水中硝酸盐氮(NO_(3)^(-)-N)电化学还原实验,考察电流密度、溶液pH、Cl^(-)浓度对NO_(3)^(-)-N还原效果的影响,研究NO_(3)^(-)-N还原机制。结果表明:Zn纳米颗粒以不规则絮状结构成功地沉积在泡沫铜表面。对于质量浓度为700 mg/L的NO_(3)^(-)-N模拟废水,在电流密度为20 mA/cm^(2)、不调节废水pH和NaCl投加量为1.5 g/L条件下,电解6 h后,将NO_(3)^(-)-N质量浓度由初始的700 mg/L降至约4 mg/L,去除率达到99%左右,无副产物亚硝酸盐氮(NO_(2)^(-)-N)产生,最终副产物氨氮(NH_(4)^(+)-N)质量浓度约64 mg/L,N_(2)选择率约90%。

反硝化颗粒污泥处理电镀废水中硝态氮的中试研究

采用絮状污泥培育的反硝化颗粒污泥处理实际电镀废水中的硝态氮,通过逐步提升反硝化负荷,培养反硝化颗粒污泥,以评估该污泥的脱氮效果及其性状变化,进而探索其在电镀废水脱氮处理中的实际应用潜力。试验结果显示,在进水COD的质量浓度为400~520 mg/L,NO_(3)^(-)-N的质量浓度为50~100 mg/L,NO2--N的质量浓度为0.2~2.3 mg/L,pH值为6.5~7.2,反应器溶解氧的质量浓度小于0.2 mg/L,上升流速为2~6 m/h的条件下,当脱氮负荷提升至3.4 kg[NO_(3)^(-)-N]/(m^(3)·d)时,硝态氮的去除率高达95%以上,且Δρ(COD)/Δρ(NO_(3)^(-)-N)平均值仅为3.85∶1。系统稳定运行时间长达30 d,处理后出水中NO_(3)^(-)-N的质量浓度低于5 mg/L。此外,处理电镀废水后,反硝化颗粒污泥中的钙、铜、镍、铁含量均有显著上升。同时,成熟的颗粒污泥的VSS/SS值明显降低,颗粒污泥的粒径主要集中在1.0~2.8 mm范围内。反硝化颗粒污泥在处理电镀废水时展现出脱氮负荷高、出水NO_(3)^(-)-N浓度低、Δρ(COD)/Δρ(NO_(3)^(-)-N)低以及脱氮效果稳定等特点,可显著提高处理电镀废水NO_(3)^(-)-N的效率。

控制排水和施氮量对旱地土壤氮素运移转化的影响

为了研究控制排水和氮肥共同作用对旱地土壤氮素运移转化的影响,在湖北荆州丫角排灌试验站进行微区对照试验,以控制水位水平(30、50、100cm)和3个施氮水平(H:68.25/145.6kg/hm2;C:52.5/112kg/hm2,L:36.75/78.4kg/hm2,前面数值是施磷酸二铵量,后面为施硫酸钾复合肥量)为试验变量,组合成H30、H50、H100、C30、C50、C100、L30、L50、L100等9个处理测定了土壤剖面分层NO3-N、NH4+-N含量。对观测结果进行分析表明,常规施氮水平下,自由排水处理各土层NO3-N含量最高、50处理各土层NO3-N含量最低;低施氮水平下30处理NH4+-N含量最高;同一水位处理高施氮水平NH4+-N含量最低。同一施氮水平下,控制水位30cm的NH+4-N含量大于50cm的NH+4-N含量大于100cm的NH+4-N含量。同一施氮水平下实行控制排水可以增加氮素稳定性;实行控制水位处理时,不需增加或减少施氮量、常规施氮条件下氮素稳定性保持最高;而在自由排水时,减少施氮量,能够增加耕层土壤氮素稳定性。

离子选择电极阵列测定土壤中硝态氮

土壤硝态氮反映土壤短期氮素供应水平,实时了解土壤硝态氮的含量为精准农业和农业面源污染防控提供支撑,因此,在线实时检测土壤硝态氮方法突破就显得十分迫切。土壤硝态氮中的硝酸根离子在土壤中的高水溶性和流动性为全固态硝酸根离子选择电极高敏感检测土壤中硝态氮提供了条件,固态硝态氮离子选择电极的离子选择膜反应硝酸根离子在被测溶液中的浓度。采用全固态硝酸根离子选择电极ELIT NO_(3)^(-),且与温度电极和pH电极融合组成电极阵列对土壤饱和溶液中的硝酸根离子进行检测。设计了高输入阻抗运算放大电路对电极信号进行采集,并通过微处理控制蠕动泵完成土壤硝态氮待测溶液连续流动测定及实时传输结果。实验结果表明,电极响应时间≤15 s,斜率-51.63 mV/decade,线性范围10^(-5)~10^(-2.2) mol/L,最低检测限10^(-5.23) mol/L。相对标准差在0.78%~4.5%,加标回收率均在90.0%~110%。与紫外可见分光光度法测试结果相比,相关系数(R^(2))为0.9952,为土壤硝态氮在现场检测奠定技术基础。

基于RZWQM模型的夏玉米水氮管理优化及淋溶过程模拟

为优化我国华北平原地区夏玉米种植的水氮管理方案,利用通过位山引黄灌区下游临清市2019-2020年夏玉米田间试验得到的数据,在RZWQM模型中对水分、养分以及生长模块进行参数率定和验证。结果表明:经过模拟参数优化后,土壤含水率、NO_(3)^(-)-N含量与作物产量的均方根误差(RMSE)和平均相对误差值(MRE)均在可接受范围内。利用校准后的RZWQM模型,模拟24种不同水氮条件下的作物产量、水氮利用效率和NO_(3)^(-)-N淋溶过程,综合考虑作物产量、水氮利用以及环境效应,推荐水氮管理方案为灌水量166 mm、施氮量180 kg/hm^(2),研究为位山引黄灌区下游的农田水肥管理优化提供了理论依据。

微生物光电化学池去除硝酸盐氮:以PANI/TiO2-NTs为光阳极

利用微生物光电化学池(MPEC)去除污染物是一种经济高效环保的方法.本实验在制备获得聚苯胺/二氧化钛纳米管阵列(PANI/TiO2-NTs)复合光电极的基础上,构建了由PANI/TiO2-NTs光阳极和生物阴极组成的MPEC系统,并对其去除硝酸盐氮(NO3^--N)的性能进行研究.结果表明,PANI负载时间为80 s时,PANI/TiO2-NTs电极光电性能最佳,相比于TiO2-NTs电极光电流密度增大约一倍,PANI的修饰有效提高了光能利用率.构建的MPEC系统能在无外加电压的条件下利用光能驱动实现自养反硝化脱氮,NO3^--N的生物降解符合准一级反应动力学方程.光响应电流密度越大,系统反硝化脱氮性能越好,NO3^--N初始浓度为25 mg·L^-1时,当光响应电流密度从0.17 mA·cm^-2增加至0.67 mA·cm^-2,平均反硝化速率从0.83 mg·(L·h)^-1增大到2.83 mg·(L·h)^-1.对生物阴极微生物膜进行了高通量测序,发现Pseudomonas所占比例最大(27.37%)为优势菌属.分析认为PANI/TiO2-NTs光阳极产生的光生电子通过外电路传递到阴极,Pseudomonas、Alishewanella和Flavobacterium等具有自养反硝化能力和电化学活性的微生物可直接利用电极上的电子作为唯一的电子供体进行自养反硝化脱氮.

有机碳支持的水源水生物脱氮影响因素研究

针对水源水中硝酸盐氮(NO3-N),采用批实验开展了生物脱氮研究,考察了碳源种类对生物脱氮的影响,并考察了豌豆秆作为固体碳源时颗粒铁、碳源用量、NO3-N初始浓度和水温等因素对生物脱氮的影响。实验结果表明:甲醇、豌豆秆和木屑完全脱氮的时间分别为2天、7天和30天;三种碳源均会引起亚硝酸盐氮的短暂积累,但最大积累量出现的时间不同;在模拟水中富含溶解氧时,含有颗粒铁的反应瓶在2天内可以实现完全脱氮,而对照瓶仅去除45.7%的NO3-N;第2天时,1g豌豆秆时NO3-N去除率为47.8%,3g时去除率为71.9%,而5g时去除率为99.6%;低浓度和高浓度时的豌豆秆生物脱氮速率分别是11.28mg/L/d和10.91mg/L/d;15℃时的豌豆秆生物脱氮速率约为33℃时的1/3,27℃时的脱氮速率约为33℃时的3/4。碳源种类、颗粒铁、豌豆秆用量和水温显著影响豌豆秆生物脱氮效果;在既定浓度范围内(5.65mg/L-21.92mg/L),NO3-N初始浓度对生物脱氮基本无影响。

零价铁与甲醇支持的生物-化学法去除富氧水中的硝酸盐氮

针对富氧水中硝酸盐氮(NO-3-N),采用零价铁(ZVI)和甲醇支持的生物-化学联合法开展了批实验研究,探讨了ZVI类型、CH3OH∶N比、初始溶解氧(DO)浓度、初始NO-3-N浓度和水温等5个因素对联合法除氧脱氮效果的影响。结果表明,ZVI的除氧能力由高至低依次为:ZVI-C(0.124 d)>ZVI-A(0.141 d)>ZVI-B(0.179 d)。ZVI支持的联合法NO-3-N去除率由高至低依次为:ZVI-A(99.6%)>ZVI-C(95.3%)>ZVI-B(92.2%)。CH3OH∶N≤3.5∶1时,联合法去除<52.0%的NO-3-N;CH3OH∶N=10∶1时,去除100%的NO-3-N;CH3OH∶N=200∶1时,去除70.2%的NO-3-N。当初始DO浓度介于3.6~5.3 mg/L之间时,联合法的NO-3-N去除率介于98.8%~99.6%之间。在任意时刻,低底物浓度(5.2 mg/L)时的NO-3-N去除率低于高浓度(21.1 mg/L)时的去除率;低底物浓度下完全脱氮所需时间比高浓度下长2 d。15.0℃时联合法需要7 d可以达到完全脱氮,然而在27.5℃时则需要5 d。低温时亚硝酸盐氮浓度最大值(4.4 mg/L)显著高于高温时的最大值(1.1 mg/L)。ZVI类型、CH3OH∶N、初始NO-3-N浓度和水温显著影响联合法的脱氮效果,而初始DO浓度对联合法的影响不大。

硫自养反硝化深度处理污水厂生化出水中的NO_(3)^(-)-N

针对呼和浩特市某污水处理厂A^(2)O工艺出水中残余的NO_(3)^(-)-N,利用生物滤池进行单质硫自养反硝化中试研究。结果表明,单质硫自养反硝化工艺启动周期短(15 d)、去除NO_(3)^(-)-N能力强,NO_(3)^(-)-N去除负荷(以N计)基本可保持在200 g/(m^(3)·d)以上。在启动过程中,Thiobacillus逐渐成为优势菌属,硫自养反硝化反应成为了生物滤池的主要代谢路径。此外,水温对该工艺性能有一定影响,当水温<15℃时生物滤池内的微生物群落结构会受到一定影响,平均NO_(3)^(-)-N去除负荷迅速降至122.7 g/(m^(3)·d),即使延长水力停留时间,系统亦无法恢复至最佳状态。