湿地土壤NH3挥发、N2O释放过程及影响因素

湿地土壤NH3挥发及N2O释放过程与氮的气态损失密切相关,其对于氮循环的生态意义重大。综述了湿地土壤NH3挥发、N2O释放过程及影响因素的研究动态。当前湿地土壤NH3挥发及N2O释放研究主要集中在挥发/释放特征与一般影响因素的探讨上。影响湿地土壤NH3挥发及N2O释放的因素主要包括土壤理化学性质、环境因素、水文过程、生物群落和人类活动等。鉴于当前相关研究中存在的问题,在今后研究中应亟需加强的领域包括:①NH3挥发及N2O释放的驱动机制;②NH3挥发及N2O释放应用模型表征;③全球变暖、降水改变等对NH3挥发及N2O释放过程的影响;④人类活动对NH3挥发及N2O释放过程的作用机制。

长期不同施肥下我国旱地红壤N2O释放特征及其对土壤性质的响应

为评价长期不同施肥下红壤N2O释放特征及其与土壤性质的关系,以湖南祁阳摞荒地(CKo)、不施肥对照(CK)、单施氮磷钾化肥(NPK)、施有机肥(M)、有机肥配施化肥(NPKM)和秸秆配施化肥(NPKS)6个处理的红壤为研究对象,进行为期30d的培养,测定其N2O释放量、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、NH4+-N、NO3--N含量及其pH值。结果表明:6个处理的N2O释放量差异显著(P<0.05),大小排序为NPK>NPKS>M≈NPKM>CK>CKo。施用有机态氮与等量无机态氮相比,前者N2O释放量较低。N2O释放量与土壤性质的关系较为复杂,其与铵态氮、硝态氮和碱解氮呈极显著正相关(P<0.01),而与C/N、pH值呈极显著负相关(P<0.01)。多元回归和通径分析进一步显示,全氮、C/N、碱解氮、硝态氮和pH值与N2O的释放量直接相关。本研究表明长期施肥及其土壤性质显著影响红壤N2O释放量。

新型覆土材料的CH4氧化能力与N2O释放能力

在垃圾卫生填埋处理技术中,覆土材料的选择对处理成本和技术都至关重要.探究了新型覆土材料（矿化垃圾＋牛粪＋木屑）的CH4氧化能力,并进一步分析了温度、含水率、初始φ（CH4）和好氧厌氧等环境因素对CH4氧化能力的影响.结果表明：1新型覆土中矿化垃圾的填埋龄不同,其CH4氧化能力也有所差异,填埋龄较久的覆土B（10 a）、C（15 a）在培养时间内对CH4去除率和氧化速率均明显高于覆土A（5 a）;2当温度为30℃、含水率为35%时,新型覆土的CH4氧化能力最高;3用米歇尔-门坦方程表征CH4降解的过程,R2（相关系数）为0.993,CH4氧化速率最大值为5.21μmol/（g·h）,半速常数为5.48%;4厌氧环境中新型覆土具有CH4氧化能力,而厌氧环境中CH4去除率相对好氧环境更慢,培养20 d后,厌氧环境CH4去除率为83%;5当土壤孔隙含水率分别为46%、70%时,覆土干湿交替导致的N2O和CO2释放量远小于CH4氧化量,故N2O增温效应可忽略.由矿化垃圾＋牛粪＋木屑组成的新型覆土材料的CH4氧化速率最大值比现有覆土材料高1~2个数量级,其可应用于不同类型填埋场,特别是降雨较多的南方垃圾填埋场,可有效减缓垃圾填埋气CH4的释放影响.

碳氮比对AOA-SBR同步脱氮除磷性能及N2O释放的影响

通过逐步减少外加碳源降低进水碳氮比(C/N)、降低好氧曝气速率、延长好氧和缺氧阶段停留时间的方式,在厌氧/好氧/缺氧交替运行的SBR反应器(AOA-SBR)内,成功实现了生活污水同步脱氮除磷过程(SNDPR),并利用化学计量学方法考察了不同反应条件下AOA-SBR内PAOs、GAOs间竞争特性,确定了系统脱氮除磷性能及N2O释放。结果表明:C/N降低同时减少好氧曝气量,增加好氧停留时间,有利于AOA-SBR内PAOs增殖,促进了反硝化除磷过程;C/N由7.0降至3.3,反应器平均TN去除率均达到80%以上,平均TP去除率则由65.2%增至81.2%。不同C/N条件下,AOA-SBR内厌氧、缺氧、好氧阶段微生物内源物质变化均呈现PAOs-GAOs共存特性,高COD/N条件下(COD/N=7.0),AOA-SBR倾向于富集GAOs的内源物质变化特性。高C/N条件促进了DGAOs内源反硝化过程,N2O释放量增加,低COD/N条件下(COD/N=3.0),DPAOs大量增殖,DGAOs-DGAOs两者耦合内源反硝化过程,促进了N_(2)O还原,减少了N2O释放;C/N由7.0降至3.3,N_(2)O释放量由2.23 mg/L降至1.05 mg/L,产率由7.21%降至3.94%。DGAOs内源反硝化与DPAOs反硝化除磷过程协同,能够充分利用原水中碳源,破解城市生活污水脱氮瓶颈。

降雨和土壤湿度对贵州旱田土壤N_2O释放的影响

以南方亚热带代表性旱田土壤 贵州玉米 油菜轮作田、大豆 冬小麦轮作田和休耕地为观测对象 ,研究土壤N2 O释放通量季节变化与降雨和土壤湿度的关系 .同时 ,采用DNDC模型定量探讨了未来降雨量变化对土壤N2 O释放的潜在影响 .结果表明 ,降雨与N2 O释放峰间存在明显的驱动 响应关系 ,N2 O释放通量与降雨量和土壤湿度间存在正相关性 .模型检验结果表明 ,夏秋季土壤N2 O释放通量与降雨量变化呈正相关 ,而降雨量的大幅度增加或下降将引起冬春季土壤N2 O释放通量的微弱下降 .

卫生和生物反应器填埋场夏季N_2O释放的研究

采用静态箱/气相色谱(GC)法现场监测了杭州市天子岭废弃物处理总场卫生填埋场和生物反应器填埋单元夏季的N2O释放通量,并讨论了相关影响因素.研究发现:卫生填埋场覆土后N2O释放通量(以N2O-N计)随垃圾填埋龄的增加而大幅降低,其均值(18.07μg/(m2.h))为生物反应器填埋单元(5.57μg/(m2.h))的3倍多.垃圾填埋龄、覆土土质与结构及填埋场操作方式是影响填埋场N2O释放的主要因素,这些因素均主要通过改变覆土的理化特性而影响N2O的释放.采用多元线性逐次回归分析得到:卫生填埋场N2O与覆土含水率和有机碳(SOC)质量分数构成的线性方程显著相关(R2=0.86,P<0.01);生物反应器填埋单元N2O的释放通量与覆土含水率、碳氮比(w(C)/w(N))和w(NO3-)构成的线性方程显著相关(R2=0.89,P<0.01).

施氮对水稻土N_2O释放及反硝化功能基因(narG/nosZ)丰度的影响

以紫潮泥和红黄泥两种不同质地的水稻土壤作为研究对象,通过室内培养试验,分析施用硝态氮肥对N2O释放和反硝化基因(narG/nosZ)丰度的影响,并探讨反硝化基因丰度与N2O释放之间的关系。结果表明,施用硝态氮显著增加两种水稻土的N2O释放量。在72h培养过程中,施氮改变了紫潮泥反硝化基因(narG/nosZ)的丰度,但并未明显影响红黄泥反硝化基因(narG/nosZ)丰度。通过双变量相关分析发现,除了紫潮泥narG基因外,其它的反硝化基因丰度和N2O释放之间并没有显著相关性。

应用DNDC模型分析施肥和翻耕方式变化对旱田土壤N_2O释放的潜在影响

以贵州省玉米 油菜轮作田和大豆 冬小麦轮作田为N2 O释放通量测量对象 ,根据DNDC模型能较好地拟合田间N2 O释放通量季节变化及施肥和翻耕对释放的影响 ,采用DNDC模型定量探讨了上述作物生长季节有机肥施用量、N肥施用量及施肥日期、N肥类型和施肥深度、翻耕深度和翻耕日期等变化对亚热带旱田生态系统N2 O释放的潜在影响 .为今后通过改变施肥和耕作方式来控制农业土壤N2 O释放量提供研究基础和参考 .

农田温室气体N_2O释放的水热效应机理初探

利用室内试验研究了农田温室气体N2O释放的水热效应机理。结果表明,西北干旱半干旱地区褐土在较低的湿度范围内(3%～22%),土壤中N2O释放速率与土壤湿度呈正相关;土壤湿度接近田间持水量(22%)时,释放速率最大;超过田间持水量(40%)时,N2O释放速率越来越弱。在较低的湿度范围内(3%～22%),30℃时土壤中N2O的释放速率大于10℃时的;超过田间持水量(40%)时,30℃时土壤中N2O的释放速率小于10℃时的。干燥土壤(3%)存在吸收N2O的现象。

干湿交替频率对不同土壤CO_2和N_2O释放的影响

干旱、半干旱和地中海气候区,乃至一些湿润地区,由干湿交替引起的土壤碳、氮的短暂脉冲式释放很大程度上决定着长时间尺度温室气体释放的总量,是土壤碳、氮温室气体释放的关键过程。选择我国降雨梯度下的森林、农田、草地和荒漠生态系统,采集土样进行实验室统一控制条件下的多重干湿交替循环,对比探讨不同生态系统土壤干湿交替频率对CO2和N2O释放的影响模式。结果表明:(1)干湿交替能够显著的激发土壤中CO2和N2O的释放,森林、农田、草地和荒漠土壤CO2和N2O释放速率对干湿交替的响应模式基本一致,其响应强度与土壤本底中碳和氮的含量有关;(2)在一定培养时间内,随着干湿交替频率的增加,土壤再湿润阶段CO2释放速率降低,但是,气体释放的总量较之于恒湿对照组有所增加。(3)不同土壤N2O的释放总量对干湿交替频率的响应模式表现出很大的差异,其中农田和荒漠土壤响应模式类似。

根际反硝化作用与N_2O释放

对根际反硝化作用及N2O的释放进行了综述。反硝化过程与N2O的产生及释放有密切的关系。反硝化作用产生的N2O量不仅取决于反硝化速率,而且也取决于那些影响反硝化产物N2O/N2比值的参数。在植物根际这一特殊土壤区域中,反硝化作用受NO-3C及O2的综合影响。豆科作物根瘤是一个特殊的根际系统,根瘤菌的反硝化作用及N2O释放应引起更大的关注。植物根际不仅对反硝化作用产生影响,而且对N2O释放也起了重要的通道作用,特别是对渍水土壤有重要的意义。文章最后指出了一些尚需深入研究的问题。

不同光强条件下树木释放N_2O的研究

首次采用封闭罩法 ,对阳生树木 (水曲柳、红松和赤杨 )及阴生树木 (椴树 )的连体及离体枝叶在不同光强下的N2 O释放进行了野外原位观测 .结果表明 ,阳生树木与阴生树木的N2 O释放对光的反应不同 .阳生树木的N2 O释放受光强的调节规律同以往对农作物等的研究结果一致 ;而阴生树木椴树的N2 O释放速率在强光下N2 O释放较多 ,弱光下释放减少甚至吸收大气N2 O ,其N2 O释放速率与光强呈显著线性正相关关系 .

原位土壤中N_2O释放量的测定方法

业已证明硝化和反硝化过程都产生N_2O。为了定量研究土壤中氮素损失途径的相对重要性,迫切需要建立原位土壤中N_2O释放量的测定方法。根据我们的条件,参照有关资料,设计了原位收集N_2O的装置和测定方法,简介如下。

渗滤液灌溉土壤N2O释放及氨挥发的研究

选用2种供试土壤(S1和S2),通过培养试验研究了渗滤液投加土壤后N2O释放、氨挥发及矿物氮的转化,并讨论了土壤理化性质对上述过程的影响.土壤pH值较大程度地决定了氨的挥发,仅投加渗滤液的碱性土S1在培养期的前5 d内测到氨挥发,通过氨挥发共损失了约3.0‰的渗滤液氮.投加同等含量的渗滤液后,不同土壤可导致N2O释放量近20倍的差异(p<0.01).土壤含水率(WFPS)影响了土壤中硝酸盐氮的生成速率,从而制约了N2O释放通量的高低.与WFPS为46%时相比,投加蒸馏水的土壤S1、投加渗滤液的土壤S1和土壤S2在WFPS为70%的条件下N2O的释放通量均值分别提高了6.5(p>0.05)、1.8(p>0.05)和2.2倍(p<0.05).渗滤液投加土壤在10 d培养期内,土壤S1和S2因N2O释放分别损失了41.1‰和2.3‰的渗滤液氮.为此,控制灌溉土壤的含水率(<70%WFPS),并选用酸性土壤可有效地控制渗滤液灌溉下N2O的释放和氨挥发.

氮肥施用对西南地区紫色土冬小麦N_2O释放和反硝化作用的影响

N2O是重要的温室气体之一,由此引起的全球变暖和臭氧层破坏是当今重要的环境问题。采用遮光密闭箱和气相色谱法研究了氮肥施用对小麦地N2O释放和反硝化作用的影响。结果表明,小麦生长季节里,高氮、中氮以及不施氮处理N2O平均排放通量分别为2.71、2.42、1.97 gN.hm-.2d-1;尿素、硫酸铵、硝酸钾3种氮肥品种处理下,平均N2O排放通量分别为2.42、2.14、3.13 gN.hm-2.d-1。小麦生长季节里,高氮、中氮以及不施氮处理平均反硝化速率分别为4.91、4.50、1.67 gN.hm-.2d-1;尿素、硫酸铵、硝酸钾3种氮肥品种处理下,平均反硝化速率分别为4.50、3.68、5.29 gN.hm-.2d-1。氮肥施用明显促进了土壤-植物系统中N2O排放通量和反硝化作用,氮肥施用量水平和N2O排放通量、反硝化作用呈正相关。硝酸钾对N2O排放通量和反硝化作用贡献最大,硫酸铵最小。研究还表明,小麦地N2O释放和反硝化作用与季节有一定相关性,温度较高季节排放量及反硝化作用明显,反之则较弱。

进水氨氮负荷对污水生物脱氮过程中N_2O释放的影响

进水氨氮负荷是污水生物脱氮过程中N2O释放的重要影响因素。在稳定运行的序列间歇式活性污泥反应器(SBR)内,考察了进水氨氮负荷对污水生物脱氮过程中N2O释放速率、累积释放量和转化率的影响。结果显示,相比于缺氧段,进水氨氮负荷的增加对好氧段N2O的释放有较大影响,且N2O的释放速率、累积释放量和转化率均随进水氨氮负荷的增加而增大。当进水氨氮负荷从45.6g/(m3·d)增加到78.6g/(m3·d)时,系统的总N2O累积释放量和总N2O转化率增加并不明显,仅增加3.95mg、0.99百分点;而当进水氨氮负荷从78.6g/(m3·d)增加到117.6g/(m3·d)时,系统的总N2O累积释放量和总N2O转化率分别增加了25.24mg、4.49百分点。因此,在实际污水处理过程中,当进水氨氮负荷偏高(>117.6g/(m3·d))时,系统的N2O释放量可能大幅增加,需要采取减少进水氨氮负荷的方法来避免N2O释放。

好氧颗粒污泥短程硝化处理养殖废水及N_2O释放特性

好氧颗粒污泥可通过特殊的厌/好氧空间结构实现短程硝化,而短程硝化和好氧颗粒结构都可能导致温室气体N_2O释放.试验研究了处理养殖废水过程中好氧颗粒污泥短程硝化性能,及利用微电极探针定量分析N_2O过程释放特性.稳定运行期间,COD与氨氮平均去除率分别为76.8%和94.4%,短程硝化效率可达88.9%.根据微电极探针和气相色谱分析结果,好氧颗粒污泥系统厌氧和好氧阶段N_2O生成量分别占46.4%和53.6%,但短程硝化系统的N_2O释放主要来源于曝气吹脱作用;系统内N_2O中氮的释放量占进水氮的比例为2.1%,好氧颗粒污泥并未显著强化N_2O释放.

人工湿地处理渗滤液N2O的释放规律及控制

采用培养试验和现场研究，考察了垃圾填埋场渗滤液经人工湿地系统处理过程中N2O的释放规律．在投加同等质量浓度渗滤液条件下，碱性黏土样Soil 1中N2O释放通量为酸性砂土样Soil 2的近18倍（P〈0．01），与孔隙含水率为46％时相比，投加蒸馏水的土样Soil 1，投加渗滤液的土样Soil 1和投加渗滤液的土样Soil 2在孔隙含水率为70％的条件下，其N2O释放通量平均值分别提高了6．5（P〉0．05），1．8（P〉0．05）和2．2倍（P〈0．05）．选用9种土壤投加渗滤液培养后统计分析表明：N2O释放通量与土壤pH，w（有机质）和碳氮比[（w（C）／w（N）]呈显著正相关，而与土壤中w（砂粒）呈显著负相关，3种湿地处理渗滤液后，夹竹桃（Nerium indicum Mill）湿地中N2O释放通量最高，其年均值（以MO2-N计）为（298±234）μg／（m^2·）（P〈0．05），分别比高羊茅（Festuca arundinacea Schreb）和狗牙根（Cynodon daetylon）湿地N2O年均释放量高出0．5（P〉0．05）和6．6倍（P〈0．05）．在关注去除污水中氮元素的同时，也要重视由此引发的二次污染问题，建议人工湿地系统采用酸性砂土，种植的植物采用阳光穿透性强的针叶类植物，以减少处理污水过程中N2O的释放．

温度、湿度及通气状况对土壤中N_2O释放量影响的研究

采用乙炔抑制法,利用气相色谱仪测定土壤中 N_2O 释放量,并研究其影响因素。测定结果表明:温度、湿度及通气状况对土壤中 N_2O 释放量的影响具有显著差异,并且交互作用的差异也达到极显著水平。由温度、湿度与土壤中 N_2O 最大释放量的逐步回归方程式看出,在嫌气条件下温度对反硝化作用的影响比湿度的影响较为显著,而好气条件下湿度的影响要比温度的影响显著。

一种新的植物N_2O释放光调节模式

植物释放N2O可能是大气N2O的重要来源。植物N2O释放与体内的NO3-还原过程有关,并且受光照强度的调节。较低光强有利于植物产生N2O。作者根据自己的研究结果和他人的工作,提出一个新的N2O释放与光合作用光反应和CO2同化作用关系以及呼吸作用关系的模式。在非光合作用器官,NO3-还原所需要的还原力和碳架来自呼吸作用,而在光合器官则主要来自光合作用。在光合器官中,N2O产生于NO3-还原和NO2-还原过程。硝酸还原对光合作用的CO2同化既有依赖关系,又有竞争关系。当光照较弱时,光合作用提供的还原力不足,对NO2-还原的抑制大于NO3-还原,因此有利于NO2的产生。