复合垂直流人工湿地基质理化性质对nirS和nirK型反硝化菌多样性的影响

深入研究复合垂直流人工湿地基质理化性质及其对相关脱氮反硝化微生物的影响,可为解析人工湿地污水处理及提高脱氮效率提供理论依据。2020年12月采集贵州喀斯特地区复合垂直流人工湿地4口池(一级垂直流下行池、一级垂直流上行池、二级垂直流下行池、二级垂直流上行池)的基质样品,用Illumina高通量测序技术获得反硝化功能基因序列,分析其种群组成和多样性特征,并采用冗余分析揭示反硝化菌群落与基质理化性质之间的相关性。结果表明,复合垂直流人工湿地中4口池的基质理化性质存在显著差异;pH在4口池中均呈中性,溶解氧(DO)呈先下降后升高趋势,下行池的基质电导率(EC)均比上行池要高;总氮(TN)、总磷(TP)含量随着人工湿地梯级呈显著下降趋势,未出现厌氧现象;NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N含量在二级垂直流下行池中大量积累并达到峰值。在多样性分析中,nirS、nirK型反硝化菌丰度随着人工湿地梯级呈先降低后升高的趋势,多样性随人工湿地级数逐渐降低,且下行池丰度多样性显著高于上行池。基质中nirS型反硝化菌共5门9属,nirS型为6门14属,变形菌门是nirS、nirK型反硝化菌群的共同优势菌门,相对丰度为55.36%~65.72%、30.06%~45.66%。nirS、nirK型反硝化菌共有OTUs数分别为392、245,并与反硝化菌群OTUs数目趋势一致,从多角度表明nirS型反硝化菌群丰度明显高于nirK型,且共有OTUs占有率高达41.6%和41.7%,表明各级池中反硝化菌群相似度较高。冗余分析表明基质中nirS和nirK反硝化菌群的构建主要受pH、NH4+-N、DO、TP、TN影响,且nirS型对pH、nirK型对NH4+-N的响应更为强烈。

不同季节艾比湖湿地盐角草根际nirS-型与nirK-型反硝化细菌群落组成分析

旨在了解艾比湖湿地盐生植物盐角草根际与非根际中不同类型反硝化细菌的分布及其随季节变化情况,为温带干旱地区荒漠盐化生态系统的代表—艾比湖湿地在生态植被恢复过程中,由微生物推动的土壤氮素循环过程提供数据支撑。采集了艾比湖湿地夏、秋、春三个季节的盐角草根际和非根际土壤样本,通过高通量测序技术,比较分析了nirS-型和nirK-型两种类型的反硝化细菌的多样性和群落结构特点;利用RDA(redundancy analysis)探究了土壤理化因素对反硝化细菌多样性及群落结构的影响。艾比湖湿地盐角草根际与非根际中,nirS-型和nirK-型反硝化细菌多样性最高的为秋季根际土壤样本;各土壤样本中的反硝化细菌多样性均呈现根际>非根际。盐角草各土壤样本中的nirS-型反硝化细菌在门分类水平上隶属于变形菌门(Proteobacteria),厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria),而nirK-型反硝化细菌在门水平上分类仅包括了Proteobacteria和Firmicutes。Proteobacteria在各土壤样本中的占比均较高;其中Gamma-Proteobacteria的盐单胞菌属(Halomonas)和假单胞菌属(Pseudomonas)是各土壤样本所共有的nirS-型反硝化菌的优势菌属,但它们在每个土壤样本中的相对丰度各有差异。Alpha-Proteobacteria的根瘤菌属(Rhizobium)是盐角草各土壤样本中较为广泛存在的nirK-型反硝化细菌。艾比湖湿地盐角草各土壤样本中的反硝化细菌群落结构存在着一定的差异。RDA结果显示含水量、有机质、全氮和铵态氮等对各土壤样本中的nirS-型反硝化细菌的多样性影响较大,含水量、有机质、全氮、碱解氮等是nirK-型反硝化细菌多样性的主要影响因素。土壤电导率、全磷、全钾、全氮和碱解氮协同影响nirS-型反硝化细菌的群落结构,有机质、速效钾、速效磷、pH和硝态氮是nirK-型反硝化细菌群落结构组成的主要影响因素。艾比湖湿地反硝化细菌呈现季节性变化,nirS-型和nirK-型反硝化细菌以不同的主要菌属,共同推进湿地反硝化作用。而对于湿地生态系统的保护,则需要进行长期而广泛的土壤状态评估和土壤反硝化微生物菌群的动态监测。

长期施肥对土nir S型反硝化细菌的影响及其与N_(2)O排放的关系

土壤反硝化作用是土壤N_(2)O产生的重要过程,亚硝酸盐还原酶(NIR)催化的亚硝态氮(NO_(2))还原为一氧化氮(NO)是反硝化作用的关键环节,研究长期施肥对反硝化微生物的影响及其与N_(2)O排放的关系对于全面理解土壤反硝化过程具有重要意义。基于28年的旱作雨养长期施肥试验,通过常规监测、定量PCR和高通量测序等探讨了长期不同施肥(不施肥CK、偏施肥的单施氮肥N和氮钾配施NK、以及氮磷钾平衡施肥NPK)下土N_(2)O排放和nir S反硝化细菌群落特征及两者之间的关系。结果表明:长期化肥施用(N,NK和NPK)均显著提高了N_(2)O累积排放量,其中平衡施肥(NPK)最高。长期化肥施用对nir S基因丰度和nir S型反硝化细菌的α-多样性无显著影响,但长期平衡施用化肥提高了uncultured_bacterium_2303和Rhodanobacter_sp._D206a的相对丰度,降低了unclassified_k_norank_d_Bacteria和unclassified_p_Proteobacteria的相对丰度,从而改变了nir S型反硝化细菌的群落结构组成。雨养旱作条件下,土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、有效磷(AP)和pH等土壤性质是土nir S型反硝化细菌群落结构组成变化的主要影响因素。土nir S型反硝化细菌群落结构组成对土壤N_(2)O排放具有显著影响,而nir S基因丰度和nir S型反硝化细菌多样性并没有显著影响。

还田秸秆种类对稻田N_(2)O排放及nosZ型反硝化细菌群落结构的影响

为探究还田秸秆种类对稻田土壤N_(2)O排放和nosZ型反硝化细菌群落结构的影响,通过盆栽试验,采用静态暗箱-气相色谱法和Illumina Miseq高通量测序法,观测了单施化肥(NS)、油菜秸秆还田配施化肥(RS)和蚕豆秸秆还田配施化肥(BS)处理下稻田土壤N_(2)O排放特征及土壤nosZ型反硝化细菌群落结构的组成。结果表明,NS、RS和BS处理的稻田土壤N_(2)O累积排放量分别为4.28、5.07、1.51 kg/hm2,且BS处理显著低于NS和RS处理(P<0.05),但NS和RS处理差异不显著。Veen分析结果显示,相比NS和RS处理,BS处理增加了土壤nosZ型反硝化细菌在目、属、种水平的组成类群。NS、RS和BS处理的根瘤菌目(Rhizobiales)的相对丰度分别是4.30%、3.33%和7.59%,norank_p__environmental_samples目的相对丰度分别是0.57%、0.22%和1.89%,且BS处理的根瘤菌目和norank_p__environmental_samples目的相对丰度均显著高于RS处理(P<0.05)。NS、RS和BS处理的norank_p__environmental_samples科的相对丰度分别是0.22%、0.11%和1.67%,且BS处理显著高于RS处理(P<0.05)。相关性分析结果显示,N_(2)O累积排放量与根瘤菌目和norank_p__environmental_samples目的相对丰度呈极显著负相关(P<0.01),与norank_p__environmental_samples科的相对丰度呈显著负相关(P<0.05)。综上所述,相比单施化肥和油菜秸秆还田,蚕豆秸秆还田在目、属、种水平上增加了nosZ型反硝化细菌的种类,同时增加了根瘤菌目和norank_p__environmental_samples目以及norank_p__environmental_samples科的相对丰度,降低了N_(2)O排放。

牛粪堆肥过程中nosZ型反硝化细菌动态变化

采用高通量测序技术,研究牛粪堆肥过程中不同时期与不同深度的nosZ型反硝化细菌群落组成的动态变化与多样性,并通过冗余分析(Redundancy analysis,RDA)和Spearman相关性分析,揭示了堆肥过程中nosZ型反硝化细菌与理化指标之间的相关关系。结果表明,堆肥不同时期nosZ型反硝化细菌群落结构差异显著,反硝化细菌群落多样性和丰富度均呈先降低后升高的趋势,在堆肥降温期不同深度的反硝化细菌群落结构和多样性指数差异显著。此外,理化因素显著影响堆肥反硝化菌群的群落结构与多样性,螯台球菌属(Chelatococcus)与温度呈极显著正相关(P<0.01),Polymorphum与硝态氮呈极显著正相关(P<0.01),生根瘤菌属(Mesorhizobium)与含水率和C/N呈极显著负相关(P<0.01)。反硝化细菌的多样性与温度、pH、氨态氮呈极显著负相关(P<0.01),与硝态氮呈极显著正相关(P<0.01)。反硝化细菌的丰富度与温度呈极显著负相关(P<0.01)。综上所述,堆肥时间和深度均为影响nosZ型反硝化细菌群落结构的重要因素,且该菌群群落结构变化受理化因子的显著影响。

袁河水体nirS型反硝化细菌群落时空特征

为探究河流反硝化细菌群落与水化学指标之间的关系及群落形成机制,沿江西省境内的袁河选择干流16个采样点,按照丰枯水期采集32个混合表层水样,采用高通量测序技术测定nirS型反硝化细菌群落组成及相对丰度,并对比分析水化学指标对nirS型反硝化细菌群落组成特征的影响差异.结果显示:(1)袁河nirS型反硝化细菌群落丰富度和多样性枯水期远高于丰水期,多样性上游高于中下游.(2)袁河nirS型门水平优势反硝化细菌群落为变形菌门(Proteobacteria,81.10%).属水平unclassified_p_Proteobacteria丰度最高.丰枯水期多个高丰度菌属(unclassified_c_Betaproteobacteria、脱氯单胞菌属Dechloromonas等)属于β-变形菌纲(Betaproteobacteria),且高丰度菌属丰度枯水期显著高于丰水期;枯水期主要优势菌属丰度在各河段间差异较大,丰水期差异小.(3)袁河水化学指标与nirS型反硝化细菌群落具有显著相关性.RDA和相关性分析结果表明,枯水期电导率和溶解性有机碳对袁河水体反硝化细菌群落结构影响显著;丰水期温度、电导率以及溶解氧与反硝化细菌优势菌属丰度存在密切的相关关系.(4)中性群落模型拟合结果表明丰水期、枯水期和两季的群落变异分别有67.8%、75.1%和67.2%可以用中性群落模型来解释.本研究表明袁河丰枯水期存在大量未分类的nirS型反硝化细菌群落,变形菌门为优势反硝化菌群,确定性过程和随机过程共同塑造了袁河不同水文季节反硝化细菌群落.(图8表4参56)

作物茬口对黑土农田土壤反硝化细菌数量及群落结构的影响

【目的】反硝化作用导致农田土壤氮素损失和温室气体N2O的排放。研究不同作物茬口对土壤反硝化细菌群落结构的影响,旨在揭示作物茬口影响N2O排放的相关机制。【方法】定位试验位于黑龙江省海伦市前进乡光荣村(47°23′N,126°51′E),种植方式包括玉米连作(CC)、大豆连作(SS)以及玉米-大豆轮作,每年一季。取样时,轮作体系玉米已倒茬三次、大豆两次。采集CC、SS以及轮作体系中的大豆茬口(SSC)和玉米茬口(CSC)的表层土壤(0—15 cm)样品,利用实时定量PCR(qPCR)和高通量测序技术,分析土壤中的nirS和nirK型反硝化细菌丰度和群落组成。【结果】在4个作物茬口土壤中,CC处理的反硝化速率最高,玉米-大豆轮作体系中SSC和CSC处理的反硝化速率显著高于SS处理。轮作体系两个茬口SSC和CSC处理的nirS和nirK型反硝化细菌基因丰度多显著高于SS处理,而与CC处理多差异不显著。PCoA结果显示,SSC和CSC处理的nirS型反硝化细菌群落间差异显著,而CC和SS处理的nirK型反硝化细菌群落间存在显著差异。RDA分析结果表明,NO_(3)^(-)-N和C/N分别是nirS和nirK型反硝化细菌群落分异的最主要驱动因子。SEM分析结果显示,nirS型反硝化细菌群落与反硝化速率呈显著正相关(R^(2)=0.92),而nirS和nirK型基因丰度与土壤反硝化速率无显著相关关系。【结论】作物茬口显著影响黑土农田土壤反硝化细菌群落和丰度组成。反硝化细菌群落组成而非反硝化细菌丰度是反硝化速率变化的决定性因素,nirS型反硝化细菌对土壤反硝化作用贡献更大。

攀枝花干热河谷区不同海拔高度农田土壤nirS型反硝化细菌的群落结构分析

【目的】探明攀枝花干热河谷地区不同海拔高度农田土壤的反硝化细菌群落结构和丰度特征。【方法】以攀枝花干热河谷地区1600 m、1800 m和2000 m三个海拔高度的农田土壤为研究材料,通过末端限制性片段长度多态性(TRFLP)技术分析不同海拔高度农田土壤的nirS型反硝化细菌群落结构和丰度。【结果】不同海拔梯度农田土壤pH均小于7,土壤有机碳、全氮、速效钾和铵态氮的含量随海拔升高而降低,碱解氮、有效磷和硝态氮含量随海拔升高先增加后降低;群落结构丰富度随海拔增加呈上升趋势,而香侬指数和均匀度呈现出先上升后下降的趋势;T-RFLP分析结果显示,35 bp的T-RFs相对丰度最大,随海拔增加而减少,其次是40 bp的T-RFs,随海拔增加而增加;系统发育分析显示,β-变形菌门为该区域优势反硝化细菌;冗余分析结果显示,土壤硝态氮和有效磷是驱动该区域土壤nirS型反硝化细菌群落组成的主要因子。【结论】攀枝花干热河谷区不同海拔高度农田土壤中的nirS型反硝化细菌群落结构变化明显(P<0.05),且受土壤硝态氮和有效磷显著影响(P<0.05)。研究结果可为深入认识干热河谷地区农田土壤反硝化细菌对海拔高度的响应机制提供理论依据。

石家庄市春季景观水体nirS型反硝化细菌群落特征分析

选取石家庄市主城区4个典型景观水体作为研究对象,在对水体水质特征分析的基础上,运用Illumina高通量测序技术对景观水体中的nir S型反硝化细菌种群结构和多样性进行测定,探究春季景观水体水质与nir S型反硝化细菌群落的相互关系.结果表明,4个景观水体中氮素含量为4.43~13.83 mg·L^-1,氮素污染较严重;基于三维荧光光谱的特征指数分析,4个景观水体均呈现出较强的自生源及弱腐殖质特征;Illumina高通量测序结果表明,不同景观水体中nir S型反硝化细菌大多为变形菌门,在优势菌属上差异显著;unclassified_Bacteria(53.52%)、假单胞菌(Pseudomonas)(60.48%)和红杆菌属(Rhodobacter)(46.94%)分别为裕西、水上和长安公园水体中的优势菌属,unclassified_Bacteria(36.19%)和unclassified_Proteobacteria(23.44%)为世纪公园水体中的优势菌属;冗余分析(RDA)结果表明,裕西公园反硝化细菌主要受硝氮、总氮和溶解氧的影响,水上公园反硝化细菌受总磷的影响较大,长安公园反硝化细菌主要受氨氮和亚硝氮的影响,世纪公园反硝化受总磷、亚硝氮和氨氮的影响较大.综上表明,春季不同景观水体的水质以及nir S型反硝化细菌的群落结构差异显著,通过开展景观水体水质、反硝化群落以及影响因素的研究,有助于对城市水系的水质特征以及反硝化群落结构的认识,对基于该水质特征的高效反硝化菌剂的研发具有指导意义.

澜沧江沉积物氨氧化及反硝化微生物丰度

为了探究梯级水库开发对河流沉积物中氮循环微生物的影响,本文针对澜沧江流域氨氧化细菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)和nirS型反硝化微生物丰度进行了研究,采集了云南省盐井至橄榄坝19个点位的沉积物样品,测定了研究区域内自然河流、水库河段、重要支流的AOB-amoA、AOA-amoA和nirS基因的丰度,同时测定了沉积物、间隙水及水体理化因子.结果显示:19个点位沉积物AOB-amoA基因丰度范围为0.82×10^(7)~4.25×10^(7)copies/g,AOA-amoA基因丰度范围为0.83×10^(7)~6.87×10^(7)copies/g,nirS基因丰度范围为0.72×10^(7)~7.32×10^(7)copies/g;AOA/AOB介于0.35~2.17之间,AOA在数量上相比于AOB并不占优势.AOA-amoA、AOB-amoA和nirS丰度在自然河段、水库段和支流没有显著差异,说明人工水利设施的建设对氨氧化微生物丰度空间分布并无显著影响.沉积物间隙水氨氮、总磷和总氮是影响AOA丰度的主要环境因子;AOB丰度主要受水温、沉积物总氮、总磷和沉积物总有机碳影响;nirS型反硝化微生物丰度主要受间隙水总氮和沉积物总有机碳影响.

施肥对设施菜地nirK型反硝化细菌群落结构和丰度的影响

采用末端限制性片段多态性分析（T-RFLP）和实时荧光定量PCR（Real-timePCR）方法,研究了甘肃武威设施菜地不同施肥条件下0-20cm、20-40cm土层中土壤nirK型反硝化细菌群落结构和丰度的变化。结果表明：施肥对土壤中nirK型反硝化细菌的群落结构具有明显影响,且对70、156、190bp片段所代表设施菜地土壤优势种群影响最显著。施肥对0-20cm土层nirK型反硝化细菌丰度有明显影响,其最大值出现在全有机肥（M）处理、为每克干土2.16107个拷贝数,分别是对照（CK）和全化肥（NPK）处理的2.04和2.02倍。设施菜地土壤0-20cm与20-40cm土层nirK型反硝化细菌的优势种群及其基因丰度均存在显著差异,且设施菜地土壤中nirK型反硝化细菌的群落结构和丰度与大田差异明显。土壤pH值、有机质及硝酸盐含量均影响nirK型反硝化细菌的群落结构和丰度。系统发育分析结果表明,土壤中除存在与厌氧反硝化细菌亲缘相近的nirK型反硝化微生物外,还存在与好氧反硝化菌亲缘关系相近的nirK型反硝化微生物,如根瘤菌属、苍白杆菌属、土壤杆菌属等。

土壤熏蒸剂对土壤硝化、反硝化作用的影响

采用化学分析和变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术,以大田威百亩、棉隆、溴甲烷、硫酰氟熏蒸100 d土壤为研究对象,探究土壤熏蒸对土壤硝化活性、反硝化活性及amoA基因型硝化型细菌、nirS基因型反硝化细菌群落结构影响。研究表明,威百亩、棉隆、硫酰氟熏蒸剂处理下,土壤硝化活性与对照无显著差异;而溴甲烷处理的硝化活性比对照降低13.19%,差异显著(P<0.05);熏蒸剂之间土壤硝化活性无显著差异。4种熏蒸剂之间以及与对照之间土壤反硝化活性无显著差异。4种熏蒸剂中溴甲烷处理土样amoA型硝化细菌多样性指数、均匀度显著低于对照土样和其他3种熏蒸剂处理土样;而丰富度指数无显著差异。威百亩、棉隆和硫酰氟熏蒸土样之间及与对照之间amoA型硝化细菌3种生态指数无明显差异。4种熏蒸剂处理土壤nirS型反硝化细菌多样性指数、均匀度与对照无显著差异(P>0.05);熏蒸剂之间存在显著差异(P<0.05)。研究表明,溴甲烷对土壤硝化活性的抑制是通过抑制amoA型硝化细菌的多样性而实现,其他3种熏蒸剂对土壤硝化活性无显著影响。4种熏蒸剂对土壤反硝化活性无显著影响。

静态好氧高温牛粪堆肥中nirK型反硝化细菌群落动态变化

【背景】堆肥过程中,不同反硝化微生物相互作用产生大量气态氮,不仅导致氮素流失使得堆肥肥效降低,而且造成环境污染。但是目前关于堆肥中反硝化细菌群落结构变化,尤其是群落结构与堆肥理化因子间相关性方面的报道较为欠缺。【目的】对堆肥中反硝化细菌进行研究,旨在揭示反硝化细菌群落动态变化,为深入理解堆肥氮循环机理提供科学数据。【方法】设计一种静态好氧高温堆肥技术处理牛粪和水稻秸秆,利用高通量测序技术研究堆肥中nirK型反硝化细菌群落组成的动态变化,并分析优势反硝化细菌菌属与理化指标之间的相关性。【结果】堆肥全程共17d,各项堆肥理化指标以及生物学指标表明堆肥已经基本腐熟。高通量测序结果表明,在堆肥的不同阶段nirK型反硝化细菌群落结构差异显著。门水平上,堆肥中反硝化细菌属于变形菌门(Proteobacteria)和一未分类门;目水平上,优势类群主要属于根瘤菌目(Rhizobiales)、红杆菌目(Rhodobacterales)和伯克氏菌目(Burkholderiales),其中根瘤菌目(Rhizobiales)的种类最多,而伯克氏菌目(Burkholderiales)的相对丰度最高。Spearman相关性分析表明未分类门的反硝化细菌和未分类科根瘤菌目的反硝化细菌与全碳、碳氮比、含水率以及pH呈显著负相关(P<0.05),与凯氏氮和硝态氮呈显著正相关(P<0.05);其他优势菌属与全碳、碳氮比、含水率以及pH呈显著正相关(P<0.05),与凯氏氮和硝态氮呈显著负相关(P<0.05);未分类科伯克氏菌目的反硝化细菌、未分类纲变形菌门的反硝化细菌、产碱杆菌科的Pusillimonas属和副球菌属(Paracoccus)与铵态氮显著相关(P<0.05)。【结论】静态好氧高温堆肥技术可以缩短堆肥周期。在堆肥的不同阶段nirK型反硝化细菌群落结构差异显著,并且该菌群落结构的变化受到堆肥理化因子的显著影响。本研究有助于揭示堆肥中氮素转化规律,并为改进堆肥工艺提供理论依据。

高原湖泊沉积物中反硝化微生物的群落特征——以包头南海湖为例

为了探明内蒙古高原富营养化城市湖泊中nirS型反硝化细菌群落结构的特异性,利用特异性功能基因nirS对包头市南海湖的表层沉积物进行反硝化细菌多样性测定,在分析各采样点沉积物理化指标的基础上,对各样品中nirS型反硝化细菌群落和多样性进行研究.结果表明,南海湖沉积物Shannon指数变化为3.07~3.41,相比于其他研究,反硝化微生物多样性相对较低.参与反硝化的优势菌属与大多数湖泊保持一致,以假单胞菌属(Pseudomonas)和红杆菌属(Rhodobacter)为主.冗余分析(RDA)指出,城市湖泊中的各种类型的污染物对反硝化优势菌属有明显的促进作用,红杆菌属(Rhodobacter)与硝酸盐氮、亚硝酸盐氮呈正相关,假单胞菌属(Pseudomonas)除受硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的影响外,还与总磷呈较强的正相关.南海湖nirS型反硝化细菌中的主要菌属促进了反硝化作用,加速了南海湖氮素的去除.

电极-生物膜前后置条件下的反硝化脱氮性能比较

进行了电极-生物膜前置和后置条件下去除污水中COD和硝酸盐氮的对比试验。结果表明:在前置或后置条件下,电极-生物膜对COD的去除能力均一般;电极-生物膜后置时,对污水中的硝酸盐氮有较好的去除效果,与前置时相比去除率可提高28.6%。并从微生物营养的角度对电极-生物膜前置和后置条件下的反硝化性能进行了详细分析和比较。

西安市典型景观水体水质及反硝化细菌种群结构

选取西安市区6个典型景观水体作为研究对象,在分析景观水体水质指标的基础上,运用Illumina高通量测序技术对景观水体中的nirS型反硝化细菌种群结构和多样性进行诊断,以期探明景观微污染水体水质与反硝化细菌种群结构多样性的偶联机制.结果表明,丰庆公园和劳动公园水体属于劣V类水,而曲江池、木塔寺生态遗址公园、新纪元公园水体符合V类水质标准,永阳公园水体符合Ⅳ类水标准.总氮从1.21~6.50 mg·L^(-1)(P<0.05),永阳公园水体总氮最低,丰庆公园最高.劳动公园水体总磷含量最高,为0.10 mg·L^(-1),曲江池总磷最低,为0.02 mg·L^(-1)(P<0.05).劳动公园水体氨氮为曲江池和丰庆公园的4.44倍(P<0.01).Illumina高通量测序结果表明6个景观水体中nirS型反硝化细菌优势种属差异显著,副球菌属(Paracoccus sp.)、假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、红长命菌属(Rubrivivax sp.)为优势菌群.主成分分析(PCA)表明来自新纪元公园和木塔寺公园水体的nirS型反硝化细菌种群结构主要受水体NH_4^+-N和高锰酸盐指数含量的调控,而NO_3^--N、NO_2^--N、TN、TP和DO对劳动公园和丰庆公园水体的nirS型反硝化细菌的种群结构影响显著;水体pH对永阳公园的nir S型反硝化细菌的种群结构影响显著.结果表明,西安市典型景观水体nir S型反硝化细菌的种群结构受不同水质指标的综合调控.

种植模式影响施肥导致的土壤反硝化势变化及其微生物机制

水田土壤反硝化势(soil denitrification potential,SDP)往往高于旱地土壤,但施肥对水田和旱地SDP的影响差异往往基于不同气候条件下的不同土壤类型获取,其准确性可能受外界条件干扰。以发育自同一母质的相邻水田和旱地长期试验为平台,比较不同施肥模式下水田和旱地SDP的变化及其与功能基因(narG、nirS、nirK和nosZ)丰度及nirS-型反硝化细菌群落组成之间关系的异同。结果表明,在水田中,与常规氮磷钾平衡施肥(NPK处理)相比,缺钾(NP处理)和缺氮(PK处理)的SDP分别提高33.01%和23.57%,而缺磷(NK处理)则降低35.76%,其中NP和NK处理的SDP变化与nirS基因丰度显著相关。这可能与施肥导致的土壤有效磷和氮/磷变化有关,而PK处理的SDP变化与nirS-型反硝化细菌Azospira sp. NC3H-14丰度的显著升高有关。在旱地中,与NPK处理相比,NP、NK和缺氮钾的P处理SDP分别提高13.94%、26.51%和25.41%,NK和P处理的SDP变化既与narG基因丰度显著增加相关,也与不同的nirS-型反硝化细菌丰度增加有关,其中NK处理与Azospira sp. NC3H-14和Ideonella sp. NC3L-43b丰度增加有关,P处理与Azospira sp. NC3H-14、Rhodanobacter sp. D206a和Rubrivivax gelatinosus丰度增加有关;而土壤无定形氧化铁含量的变化可能是影响narG基因丰度的主要因素。直接比较相同环境条件下的水田和旱地结果可以发现,水田中施肥导致的SDP变化主要与反硝化微生物群落组成变化有关,而旱地中则可能同时受制于功能基因和反硝化微生物群落组成的变化。

转基因水稻秸秆还田对土壤硝化反硝化微生物群落的影响

转基因作物可能通过根系分泌物和植株残体组成的改变及外源基因的转移释放令土壤微生物群落产生变化,影响土壤微生物的生态功能。氨氧化细菌和反硝化细菌是驱动土壤硝化和反硝化过程的关键微生物,其群落结构的变化直接关系土壤氮素的转化与利用。本研究利用荧光定量PCR和PCR-DGGE技术分析了转cry1Ac/cpti双价抗虫基因水稻‘Kf8’秸秆还田降解过程中,土壤氨氧化细菌和反硝化细菌群落丰度与组成的变化,探讨转基因水稻是否存在影响稻田土壤氮素转化与N2O排放的可能。结果显示:无论是氨氧化细菌amo A基因还是反硝化细菌nirS基因,其丰度在转基因水稻‘Kf8’与非转基因水稻‘Mh86’的秸秆还田土壤中都没有显著差异;转基因水稻‘Kf8’和非转基因水稻‘Mh86’秸秆还田降解过程中0~10 cm土层中的amo A基因丰度均显著高于10~20 cm及20~30 cm土层(P<0.05);各深度土层中的nirS基因丰度均存在随秸秆还田时间延长而增加的趋势。水稻秸秆还田降解过程中,转基因水稻‘Kf8’的土壤氨氧化细菌和反硝化细菌的群落多样性指数及组成,均与非转基因水稻‘Mh86’没有显著差异。相关分析结果表明土壤氨氧化细菌和反硝化细菌群落组成均与水稻秸秆还田时间存在显著相关性(P=0.002),反硝化细菌群落组成还与土层深度显著相关(P=0.024)。本研究表明转cry1Ac/cpti抗虫基因水稻秸秆还田对稻田土壤硝化和反硝化关键微生物群落不会产生明显影响。就土壤微生物群落而言,转cry1Ac/cpti抗虫基因水稻秸秆还田不存在影响土壤氮素转化与N2O排放的可能。

李家河水库春季分层期nirS型反硝化菌群特征分析

为探究水源水库春季分层期(3~5月)nirS型反硝化细菌群落结构组成及其与水质的关系,以李家河水库为例,采用原位监测耦合Illumina高通量测序技术,分析了水体水质及反硝化细菌群落相对丰度及结构特征.结果表明:(1)通过高通量测序,鉴定为4门13属,优势菌门为变形菌门(Proteobacteria),相对丰度在52.5%~70.6%,时间尺度总体呈降低趋势(P<0.05),空间尺度上表层和中层高于底层(P<0.05),表层与中层无差异(P>0.05);识别出具有反硝化功能细菌8属,其中优势菌属(相对丰度>1%)为脱氯单胞菌属(Dechloromonas)和假单胞菌属(Pseudomonas),脱氯单胞菌属相对丰度在时间上呈先降低后升高的趋势,假单胞菌属在时间上呈先升高后降低的趋势,此2属在空间上无差异(P>0.05);细菌多样性及丰富度变化基本一致,时间上呈先升高后减低的趋势,空间上随深度逐渐升高;(2)本研究期间水库水体ρ(总氮)为2.35~2.91 mg·L^(-1),氮素污染较为严重,3月和4月垂向水体总氮基本一致且呈降低趋势,5月ρ(总氮)高于3月和4月且表层最高;(3)冗余分析(RDA)表明,主要驱动因素为水温、溶解氧、硝氮和氨氮,且氨氮与脱氯单胞菌属呈明显负相关.综上,通过对水源水库nirS型反硝化群落以及其影响因素的研究,有助于解析微污染水源水库反硝化细菌的群落变化特征,可对未来水源水体氮污染生物修复提供理论研究依据.

纳米铁系材料与反硝化细菌复合去除地下水硝酸盐氮研究

采用不同液相还原法制备了纳米Fe、纳米Fe/Ni和油酸钠包覆型纳米Fe粒子,并将其与反硝化细菌复合应用于地下水中硝酸盐氮的去除研究中.分别考察了不同纳米铁系材料与反硝化细菌复合体系去除硝酸盐氮的反应速率及对脱氮产物生成的影响.同时,从核糖核酸(RNA)水平考察了不同纳米铁系材料对反硝化细菌的影响.结果表明,纳米Fe/Ni复合体系脱氮速率最快,6d内对硝酸盐氮的去除率可达到100%,最终产物主要为氨氮,占体系总氮的69%;而纳米Fe和油酸钠包覆型纳米Fe复合体系9d可将硝酸盐氮100%去除,氨氮的转化率分别为52%和16%.另外,从反应前后反硝化细菌总RNA浓度的变化情况看,纳米Fe/Ni复合体系、纳米Fe复合体系和油酸钠包覆型纳米Fe复合体系的反硝化细菌总RNA浓度分别降低了93%、40%和34%,可见3种纳米铁系材料对反硝化细菌毒性大小顺序为:纳米Fe/Ni>纳米Fe>油酸钠包覆型纳米Fe.