Nitrification intensity and ammonia-oxidizing bacteria and archaea in different wetland plant rhizosphere soils

In order to explore the nitrogen removal process in constructed wetlands(CW s),the moisture,ammonia nitrogen(NH4+-N),nitrate nitrogen(NO3"-N)and nitrification intensity in three wetland plant rhizosphere soils(Acorns calamus,Typha orientalis,Iris pseudacorus)were investigated at a relatively normal temperature range of15to25The relative abundance of ammonia-oxidizing bacteria(AOB)and ammonia-oxidizing archaea(AOA)were also achieved using fluorescence in situ hybridization(FISH).It is found that T.orientalis achieves the highest nitrification intensity of2.03m g(h?kg)while the second is I.pseudacorrs(1.74m g/(h?kg)),and followed by A.calamus(1.65m g/(h?kg))throughout the experiment.FISH reveals that the abundance of bacteria(1010g_1wet soil)is higher than that of archaea(109g_1wet soil),and AOBare the dominant bacteria in the ammonia oxidation process.The abundance of AOB in te rhizosphere soils from high to low T.orientalis(1.88x1010g"1),I pseudacorus(1.23x1010g1),A.calamus(5.07x109g"1)while the abundance of AOA from high to low ae I.pseudacorus(4.00x109g1),A.calamus(3.52x109g"1),T.orientalis(3.48x109g"1).The study provides valuable evidence of plant selection for nitrogen removal in CWs.

种植水稻对池塘沉积物中养分和氨氧化古菌的影响

为科学管理和利用池塘长期养殖产生的沉积物,实行池塘养殖和种植适度轮换是利用底泥养分和改善池塘底质的重要途径。将基本情况完全相同的9个池塘停止养鱼,进行种植水稻改良底质试验,以空置为对照(CK)、设种稻不晒田(T1)和晒田(T2)两个处理,检测试验过程沉积物的主要化学性质和氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)的丰度及水稻收获后AOA的群落多样性和结构差异。结果表明,与CK相比,T1(或T2)处理下沉积物中TN、TP和OM显著减少,分别降低了26.58%(31.04%)、58.84%(58.38%)和11.17%(16.11%);T2与T1相比,显示种稻过程中晒田可以加速沉积物中TP和OM的去除;沉积物硝化强度和AOA丰度整体上呈现先增后减的趋势,其中,与CK相比,T1、T2的沉积物硝化强度在水稻分蘖期和拔节孕穗期显著提高,AOA丰度在分蘖期显著增加;种植水稻可以显著提升沉积物AOA的α多样性和OTU数量,增加许多新的AOA种群,T1主要增加了Candidatus nitrosocosmicus cluster(占总序列的3.84%),T2主要增加了Candidatus nitrosotenuis cluster(占总序列的3.24%)。以上结果表明,种植水稻可以有效缓解池塘沉积物养分富集危害,可作为池塘可持续生产的配套措施。

Meta分析放牧对中国草地土壤氮素矿化和硝化作用的影响

氮素矿化和硝化作用对草地土壤氮素转化过程具有重要影响。放牧干扰影响草地土壤氮素矿化和硝化作用。本研究基于Meta分析方法,对已开展的59个放牧影响中国草地土壤氮素矿化作用、55个放牧影响中国草地土壤氮素硝化作用影响的试验结果进行整合分析。结果表明:放牧降低草地土壤氮素矿化、硝化作用,平均效应值分别为—0.09和—0.08,降幅分别为8.61%和7.69%,但均未达到显著性检验水平;不同放牧强度对草地土壤氮素矿化作用和硝化作用平均效应值的影响呈现出轻度放牧>重度放牧>中度放牧;土壤全氮含量显著影响矿化作用平均效应值,可解释4.91%的效应值变异;土壤有机碳和全氮含量显著影响硝化作用平均效应值,分别可以解释18.35%和19.17%的效应值变异。本研究旨在为明晰放牧草地氮素循环提供理论基础。

超声波污泥过程减量研究现状及其与新型生物脱氮工艺联用措施探讨

剩余污泥产量的逐年攀升已成为困扰我国污水处理行业发展的严峻问题,超声波技术(即高强度超声波)因具有从源头减少污泥产量的优点而倍受研究者重视。介绍了超声波污泥过程减量技术的原理及主要影响因素,综述了为提高污泥过程减量率和降低能耗的超声波改进技术研究现状,包括超声波与物化方法、与传统污水生物处理工艺的联用法。针对超声波与传统污水生物处理工艺联用存在污泥减量和出水水质恶化的矛盾,结合低强度超声波能够提高污泥生物活性并促进短程硝化过程的优点,总结出一种不同强度超声波耦合新型污水生物处理工艺(短程硝化-反硝化,短程硝化/短程反硝化-厌氧氨氧)的方法并对其技术优势进行探讨。

设施种植年限对土壤铵态氮、硝态氮及硝化强度的影响

为了解设施蔬菜种植年限对土壤矿质氮含量及硝化强度的影响及各指标间的相关关系,以露地菜田土壤(0年)为对照,以不同种植年限设施菜田土壤(5、10、15、20年)为供试土壤,分别测定其铵态氮含量、硝态氮含量及硝化强度,以明确设施蔬菜种植年限对土壤自身速效养分供应能力的影响,为不同年限设施菜田定点施肥管理措施的制定提供依据。结果表明,无论是露地栽培还是设施栽培,0~20 cm土层的土壤铵态氮含量、硝态氮含量和硝化强度均高于相同种植年限20~40 cm土层,且设施种植年限越长,矿质氮的表聚特征越明显。与露地菜田相比,相同土层各设施菜田土壤的矿质氮含量均显著提高,随种植年限的增加,呈先升后降的趋势,0~20 cm土层矿质氮含量(w,后同)于15年时达最大值513.45 mg·kg^(-1),20~40 cm土层矿质氮含量于10年时达最大值353.21 mg·kg^(-1)。硝化强度与铵态氮含量呈显著正相关,除种植年限为15年的设施菜田外,其余设施菜田土壤的硝化强度均高于相同土层露地菜田土壤,以10年设施菜田最大。应减少设施菜田氮肥投入,并控制其硝化强度,避免蔬菜产品及地下水的硝酸盐污染。

潜流型人工湿地硝化和反硝化作用强度研究

对芦苇、美人蕉、空白潜流型人工湿地中硝化、反硝化作用强度进行了对比研究.结果表明,潜流型湿地硝化作用强度受温度影响显著,且与总氮、氨氮去除率显著相关.各湿地硝化、反硝化作用强度的空间分布具有明显分层现象,湿地表层高于深层.芦苇湿地表层硝化作用强度呈中间高、两端低的变化趋势;深层则沿程递减;反硝化作用强度沿程变化不明显.垂直流湿地平均硝化作用强度高于水平流湿地;有植物湿地高于空白湿地;芦苇湿地高于美人蕉湿地.植物根系分泌物直接影响硝化作用强度,根际硝化作用强度由根面至非根区递减.潜流湿地具有较强的反硝化潜力,反硝化作用强度明显高于硝化作用强度.

区分土壤中硝化与反硝化对N_2O产生贡献的方法

土壤是产生N2O的最主要来源之一。硝化和反硝化反应是产生N2O的主要机理,由于硝化和反硝化微生物同时存在于土壤中,因而硝化和反硝化作用能同时产生N2O。N2O的来源可通过使用选择性抑制剂,杀菌剂以及加入的标记底物确定。通过对生成N2O反应的每一步分析,主要从抑制反应发生的催化酶和细菌着手,总结了测量区分硝化、反硝化和DNRA反应对N2O产生的贡献方法。并对15N标记底物法,乙炔抑制法和环境因子抑制法作了详细介绍。

沼液化肥全氮配比对土壤微生物及酶活性的影响

通过田间试验,研究了N-P2O5-K2O（120-90-135 kg/hm2）施用量相同的条件下,沼液化肥不同全氮配比（沼液全氮分别占0%、15%、30%、45%和100%）对旱地红壤微生物（细菌、真菌、放线菌）数量、酶（脲酶、脱氢酶）活性和硝化强度的影响。结果表明,随沼液全氮比例的增加,土壤细菌、放线菌、真菌数量均呈倒＂U＂形增加,且较单施化肥处理（未施沼液）分别提高3.88%~40.78%、1.64%~31.15%、28.21%~79.49%。随着花生生育进程的推进,脲酶活性随沼液全氮比例增加而升高;脱氢酶活性先降低,开花期后升高。沼液全氮45%处理显著提高了花生结荚期和收获期土壤脲酶、脱氢酶活性和硝化强度。利用主成分分析对土壤微生物活性进行综合评价,依据主成分解释总变量和碎石图提取了2个主成分反映原变量的92.13%的信息。第1主成分主要综合了细菌、真菌、放线菌数量、微生物总量和硝化强度的信息;第2主成分主要综合了脲酶、脱氢酶活性的信息。主成分综合得分图直观地显示了等氮磷钾条件下沼液化肥全氮配比对旱地红壤微生物活性的综合影响。具体为BS30〉BS45〉BS100〉BS15〉NPK〉CK。因此,等氮磷钾条件下沼液全氮15%~100%处理有利于提高土壤微生物活性,特别是沼液全氮30%处理,同时其花生籽粒产量也达到了最大值（2 875 kg/hm2）。

处理低污染水的复合人工湿地脱氮过程

为了解人工湿地处理低污染水的脱氮过程,以洱海流域邓北桥湿地为例,采用水质分析、细菌数量分析与硝化反硝化强度分析相结合的方法,研究了复合型人工湿地处理低污染河水过程中的氮转化过程及污染物去除效果.结果表明:在氧化塘-表流湿地-潜流湿地-表流湿地的复合型人工湿地中,ρ(NH3-N)和ρ(TN)呈逐级降低的趋势,NH3-N和TN的平均去除率分别可达53.24%和48.21%.氧化塘和表流湿地的硝化强度显著高于潜流湿地,二级表流湿地中硝酸菌数量和表层硝化强度均为各工艺单元中最高的,分别为93.00×105g-1和8.42×102mg(m3.h);潜流湿地中ρ(DO)较低,其反硝化作用强度为各单元最高的,其中表层反硝化强度为32.70×102mg(m3.h),深层反硝化强度为32.09×102mg(m3.h).该复合型人工湿地中反硝化的主要单元为潜流湿地.

控释肥和添加剂对双季稻温室气体排放影响和减排评价

【目的】稻田生态系统的温室气体排放一直是气候变化领域的研究热点,对发展低碳农业和缓解全球变暖具有重要意义。研究控释肥和添加剂对双季稻(Oryza sative L)温室气体排放和产量的影响,旨在综合评价其减排效果,筛选既能保证产量又能有效减排的施肥措施。【方法】以华中江汉平原地区双季稻为研究对象,设置6种不同控释肥或添加剂处理,包括①习惯施肥作为对照,②硫包膜控释尿素,③树脂包膜控释尿素,④缓释碧晶尿素,⑤尿素中加入质量分数1%的硝化抑制剂二甲基吡唑磷酸盐(DMPP),⑥施肥时泼洒与尿素等量的1:200倍稀释有效微生物菌剂培养液(EM菌剂),采用自动静态箱-气相色谱法对温室气体排放通量进行长期连续监测,同步观测土壤无机氮素和产量,得出不同施肥处理的温室气体(CH4和N2O)排放特征,由内插加权法求得排放总量,最终计算出综合温室效应和排放强度。【结果】不同施肥处理下CH4和N2O排放通量具有较为明显的季节变化规律。早稻CH4排放总量以树脂包膜控释尿素最低,晚稻以碧晶尿素最低;而早稻和晚稻N2O排放总量均以硝化抑制剂DMPP最低。综合两个季节,各施肥处理的综合温室效应(以CO2当量100年算)差异显著(P<0.05),其中常规施肥>硫包膜控释尿素>硝化抑制剂DMPP>EM菌剂>碧晶尿素>树脂包膜控释尿素;控释肥和添加剂处理对比常规均有不同程度的减排效果,其中树脂包膜控释尿素减排效果最高为56.2%,碧晶尿素次之为45.6%,且晚稻减排效果明显高于早稻。早稻控释肥和添加剂处理产量与常规施肥差异不显著,晚稻则存在显著增产,增产幅度为13.5%—16.2%。各处理的温室气体排放强度GHGI以树脂包膜控释尿素最低,与常规施肥差异极显著(P<0.01)。【结论】双季稻不同施肥处理CH4和N2O的排放总量差异显著,控释肥和添加剂处理均能达到不同程度的减排。控释肥和添加剂处理对早稻增产效果差异不显著,对晚稻增产效果差异显著,减排效果也高于早稻。综合考虑经济效益和减排效果,可得出在当前的稻田管理条件下施用包膜控释肥、抑制剂和生物菌剂,能保证产量并有效降低温室气体排放,是水稻低碳高产可行的施肥措施。

潮汐流人工湿地基质硝化反硝化强度研究

潮汐流人工湿地（Tidal flow constructed wetland,TF-CW）是一种新型人工湿地生态系统,并且在氮去除方面受到了广泛的关注。通过对比4种不同进水方式TF-CW对NH4＋-N和NO3--N两种氮形态的处理效果,并分析基质硝化反硝化强度与去除效果之间的相关性以及不同处理深度基质的硝化反硝化强度。结果显示：4种进水方式的湿地模拟装置对NH4＋-N的平均去除率差异性显著且与硝化强度差异性一致,闲置时间/反应时间为2∶1（D）的进水方式下基质的平均硝化强度最大,为（1.68±0.29）mg·kg^-1·h^-1,4种模拟装置的基质平均反硝化强度差异性也显著（P=1.202×10^-5）,连续流进水方式反硝化强度最大,为（2.99±1.58）mg·kg^-1·h^-1;TF-CW基质硝化强度与NH4＋-N的去除率有明显的正相关性（r^2=0.849 7,P=4.285×10^-14）,反硝化强度与NO3^- -N的出水浓度呈明显负相关关系（r^2=0.844 8,P=6.939×10^-14）;装置上部0-30 cm的处理阶段硝化强度最大,随深度增加变化逐渐减小,反硝化强度在中部的30-60 cm阶段较高。本研究为TF-CW设计改善其运行效果奠定了理论基础,在进行人工湿地设计时需综合考虑NH4^＋ -N和NO3^- -N的整体去除效果,将潮汐流人工湿地与连续流人工湿地进行组合并合理配置,对污染物的去除更加全面有效。

烟地土壤氮素的氨化作用与硝化作用的强度变化

通过大田试验,探讨了不同施肥量下烟地土壤氮素氨化作用与硝化作用强度随烤烟生育期的变化规律,并在盆栽条件下,测定了不同土壤类型对土壤氮素氨化与硝化作用强度变化的影响。结果表明,烟地土壤氮素氨化作用与硝化作用强度的变化趋势与施肥量的多少、烟地土壤类型的不同无关。在烟草的伸根期,烟地土壤硝化作用强度最大,大田试验中高、中、低肥力下各表现为0.43 mg/kg、0.42 mg/kg0、.38 mg/kg。伸根期后硝化作用强度逐渐降低,至现蕾期时降至最低点,三种肥力下各表现为0.12 mg/kg、0.064 mg/kg0、.054 mg/kg,随后又大幅度回升。烟地的氨化作用强度则表现为在烤烟生长初期较低,大田试验中高、中、低肥力下各表现为0.23 mg/kg、0.16 mg/kg0、.047 mg/kg。随着烤烟生育期的变化,氨化作用强度逐渐增大,至使其成熟中期出现最高峰,三种肥力下各表现为7.87 mg/kg6、.46 mg/kg6、.02 mg/kg,随后呈下降趋势。

香蕉假茎多酚类物质对尿素氮在土壤中形态转化的影响

采用土壤培养法研究了9种香蕉假茎多酚类物质(PBP)及双氰胺(DCD)对尿素在土壤中形态转化的影响。结果表明:PBP3～9及DCD均能显著降低土壤硝化势、增加土壤铵态氮吸附量,且PBP3～9的硝化势显著低于DCD。PBP6和PBP9对尿素水解的抑制能持续2d,DCD及其它处理则不能;PBP4～9及DCD均能维持土壤较高的铵态氮贮存量达49d以上;各PBP系列物质均能降低土壤硝化强度,且PBP2～9处理的土壤硝态氮含量显著低于DCD处理。

减氮及硝化抑制剂对菜地氧化亚氮排放的影响

利用静态暗箱—气相色谱法,周年监测集约化菜地四种蔬菜种植过程中N2O的排放和蔬菜产量变化,探究减氮(640、960 kg hm-2 a-1)以及施用硝化抑制剂氯甲基吡啶(CP)对菜地N2O排放的影响。结果表明,与常规施氮(Nn)处理相比,减量施氮(Nr)在不显著降低产量的情况下平均降低菜地N2O排放27.1%;与仅施用尿素的处理相比,在减量和常规施氮水平的基础上添加硝化抑制剂又分别能降低菜地N2O排放总量29.4%、26.0%,降低N2O排放系数60.9%、42.4%,而对蔬菜产量没有显著影响,因此显著降低菜地单位产量N2O排放量32.1%、30.3%,以减氮结合CP(CP-Nr)处理减排效果最佳。因此,减氮结合CP应用于集约化蔬菜生产是一种有效的菜地减排农业措施。

毒死蜱对紫金山森林土壤酶活力及微生物毒性影响研究

毒死蜱是有机磷类农药,对乙酰胆碱酯酶具有抑制作用,在农业虫害防治中应用广泛。为掌握毒死蜱对森林土壤酶活力和土壤微生物生态效应,选择紫金山森林土作为受试土壤,采用室内培养法,研究了毒死蜱对土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶,以及土壤呼吸强度和氮素硝化作用的影响。结果表明:试验期间,1.25 mg a.i.·kg-1、12.5 mg a.i.·kg-1和125 mg a.i.·kg-1毒死蜱对土壤脲酶、酸性磷酸酶总体表现为抑制作用;对土壤蔗糖酶和过氧化氢酶的影响与暴露剂量和暴露时间有关,在60 d时,Z1低剂量处理组(1.25 mg a.i.·kg-1)蔗糖酶和过氧化氢酶可恢复,Z100高剂量处理组(125 mg a.i.·kg-1)抑制作用不能解除。试验初期,毒死蜱对土壤呼吸强度有一定刺激作用随后逐渐恢复;对土壤氮硝化作用影响表现为先促进后抑制,且抑制作用有长期影响。由此可知,毒死蜱使用对紫金山森林土的土壤酶活性和土壤微生物产生毒性效应,具有一定生态风险。

低温域湿地植物根际硝化强度及氨氧化微生物研究

以低温域（0-15℃）下黄菖蒲（Iris pseudacorus）、菖蒲（Acorus calamus）和香蒲（Typha orientalis）3种湿地植物为研究对象,分别取其根际土壤测定硝化强度,并采用FISH（荧光原位杂交）技术,考察植物根际AOB（氨氧化细菌）、AOA（氨氧化古菌）的数量变化规律.结果表明：低温条件下,香蒲根际土壤的硝化强度最高,平均值为1.40 mg（kg·h）,黄菖蒲和菖蒲的平均值均为0.96 mg（kg·h）.湿地植物根际土壤中的细菌数量（数量级为1010）远高于古菌（数量级为108）,其中AOB为优势菌种,3种湿地植物的AOA数量分别约占总古菌数量的46.0%、47.9%和49.7%.3种湿地植物根际AOB的数量（以湿土计,下同）排序为香蒲（2.57×109g-1）〉黄菖蒲（1.23×109g-1）≈菖蒲（1.14×109g-1）,AOA的数量（以湿土计）排序为黄菖蒲（2.78×108g-1）〉香蒲（2.57×108g-1）〉菖蒲（1.15×108g-1）.微生物分布特性和硝化作用效果均表明,不同植物根际氨氧化过程的主要作用微生物具有一定差异,AOA和AOB对于湿地土壤氮转化均具有不可忽视的作用,并与植物本体、土壤硝化过程微环境之间有一定的耦合关系.

间歇曝气实现上覆水脱氮及氨氮的荧光法表征

为实现河流上覆水有效脱氮及快速表征氨氮的变化,采用间歇曝气研究二十埠河上覆水中氮的转化规律及去除效果,并结合三维荧光技术研究DOM(溶解性有机物)荧光强度与氨氮浓度的关系.工况运行结果表明:间歇曝气实现了上覆水的硝化反硝化脱氮,氨氮在硝化阶段呈现明显下降趋势,在反硝化阶段则呈现明显上升趋势;硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在硝化阶段呈现明显升高而在反硝化阶段呈现明显下降趋势,而总氮呈现一直下降趋势,随着DO(溶解氧)增加,氨氮和总氮去除效果均增加,当DO分别为3.5,4.5,5.5,6.5mg/L时,上覆水中总氮分别降为5.11,1.42,1.13,0.91mg/L,氨氮分别降为4.13,1.30,0.85,0.72mg/L;荧光强度变化表明:低激发波长类酪氨酸和类色氨酸荧光强度变化与氨氮变化均呈现相同趋势,在DO分别为3.5,4.5,5.5,6.5mg/L时,低激发波长类酪氨酸和类色氨酸荧光强度之和与氨氮具有良好的相关性,其相关系数分别为0.974、0.972、0.966、0.984;研究表明,可以通过上覆水中低激发波长类酪氨酸和类色氨酸的荧光强度快速预测氨氮浓度,并根据氨氮变化及时、灵活地控制间歇曝气工艺的运行,为受污染河流提供快速有效的治理技术和科学依据.

中亚热带水热条件对农田置换土壤硝化强度的影响

水热条件是影响土壤硝化过程的主要环境因素。选择我国东部地区3种主要农田土壤(黑土、潮土、红壤),在江西鹰潭设置野外土壤置换试验,模拟研究中亚热带水热条件对不同土壤硝化强度的影响。2006年的试验结果表明:玉米生育期中,水热条件的变化影响土壤硝化强度的变化,从玉米种植前(2006年4月17日)到生长旺盛期(2006年7月10日),月平均气温由19.4℃上升到30.2℃,月降水量由335.6mm减少到59.2mm,3种土壤硝化强度均下降,黑土、潮土和红壤分别下降63.0%～84.8%、42.9%～66.7%和43.7%～46.2%;到玉米成熟期(月平均气温29.25℃,月降水175.6mm),土壤硝化强度又有所升高。土壤类型显著影响了土壤硝化细菌数量和硝化强度,硝化细菌数和硝化强度大小顺序为:潮土>黑土>红壤。土壤pH显著影响土壤硝化强度,相关系数r=0.778(P<0.01)。此外,在玉米生育期,施用N、P、K化肥后,3种土壤的硝化细菌数以及硝化强度均升高。总体上,区域水热状况、土壤性质和施肥均影响土壤硝化强度,而且土壤与气温以及施肥处理之间存在显著的交互作用。

水分和温度对旱地红壤硝化活力和反硝化活力的影响

采集第四纪红色粘土发育和第三纪红砂岩发育的红壤,分别在4C冰箱内保存(O),室温下湿润(M)和淹水(F)培养110天后测定硝化细菌、反硝化细菌、硝化势、反硝化势和反硝化酶活性。结果表明,低温有利于保持硝化细菌和反硝化细菌的数量,但显著抑制它们的硝化和反硝化活力。湿润有利于保持硝化细菌的硝化活力,而淹水则有利于保持反硝化细菌的反硝化活力,但均不利于硝化细菌和反硝细菌的存活。由此说明,不同的研究目的和需要测定的项目,应采用不同的土壤样本保存方法。

集约化猪场废水强化生化处理工艺试验研究

该文采用新型厌氧反应器技术和强化生物脱氮及硝化技术处理猪场废水。试验结果表明:新型厌氧反应器容积CODCr负荷可达8kg/(m3.d)以上,稳定运行CODCr平均去除率为75%;生物脱氮及硝化采用一体式A/O反应器,缺氧段水力停留时间为1h,好氧段水力停留时间为3d,氨氮浓度可控制在10mg/L以下。总出水CODCr平均550mg/L,BOD5平均53.0mg/L,NH3-N平均8.8mg/L,总CODCr去除率87%,总BOD5去除率96%,NH3-N总去除率在98%以上;采用原水碳源优化分配强化生物脱氮,TN去除率为77.11%左右。总出水BOD5/CODCr约0.10,出水CODCr中难生物降解成分占绝大多数,需经过后续物化处理才能达到广东省水污染物控制标准(DB44/26-2001)。