内蒙古温带草原羊草叶片功能特性与光合特征对外源氮输入的响应

以内蒙古锡林河流域羊草草原典型植被羊草(Leymus chinensis)为研究对象,探讨了4个不同氮素输入水平(0、5、10和20g·m-·2a-1)下羊草叶片功能特性与光合特征的响应,并分析了外源氮输入背景下草地生态系统固碳潜势的变化.结果表明:中等水平施氮(10g·m-·2a-1)显著增加了羊草叶面积、叶绿素相对含量、叶氮浓度与净光合速率,但与中氮相比,高氮(20g·m-·2a-1)输入下却有所下降;施氮不仅对叶片净光合速率有一定程度的促进作用,而且延长了光合作用高峰期的持续时间;随着氮素添加梯度的增加,羊草叶片蒸腾速率降低,瞬时水分利用效率增高,气孔导度增大,胞间CO2浓度逐渐减小.从光合固碳的角度来看,适量的外源氮素输入有利于草地生态系统固定更多的CO2.     

沼泽湿地植物光合特性及固“碳”潜势对外源氮输入的响应

以沼泽湿地典型草甸植被小叶章(Calamagrostis angustifolia)为研究对象,在三江平原进行了野外培养实验,探讨了4个不同氮素输入水平(0(NO)、6(N6),12(N12)、24(N24)g·m-2· a-1)下沼泽湿地植物生长与光合特性的响应特征,并从光合固"碳"的角度分析了小叶章沼泽湿地的固"碳"潜势.结果表明,外源氮输入明显促进了小叶章的株高、叶面积及植株数,显著增加了碳的生物量积累,到植物生长季结束,N6、N12和N24三个施氮水平下,小叶章地上部分生物量分别比对照增加了58.79%、133.11%和190.55%.同时,小叶章叶片全氮含量、叶绿素、可溶性蛋白和游离氨基酸含量也显著增加,净光合速率明显提高,分别比对照增加了20.70%、26.69%和53.54%.从光合固"碳"的角度来看,外源氮输入能够促使沼泽湿地植物通过光合作用固定更多CO2.     

氮素调控对冻融过程中土壤N2O排放的影响

应用室内冰柜模拟冻融过程,研究了不同氮素形态(铵态氮、硝态氮和酰胺态氮)和浓度(40、200和800 mg/L)对潮土N2O排放通量的影响.结果表明,随土壤冻结时间的延长N2O排放通量缓慢降低,土壤融化初期出现一个土壤N2O排放通量高峰,而后随土壤逐渐融化的进行N2O排放通量缓慢升高.3种氮素浓度条件下,铵态氮、硝态氮和酰胺态氮冻融过程中土壤平均N2O排放通量分别为119.01、205.28、693.95μg.(m2.h)-1,611.61、1 084.40、1 820.02μg.(m2.h)-1和148.22、106.13、49.74μg.(m2.h)-1,而对照处理仅为100.35μg.(m2.h)-1.随氮素浓度的增加,铵态氮、硝态氮源土壤N2O累积排放通量分别比对照增加17.49%、40.09%、425.67%和563.38%、915.28%、1458.6%,且施加的浓度越高累积排放量越大,但达到稳定N2O排放通量的时间向后推移.随浓度增加酰胺态氮处理土壤N2O排放通量随浓度增加而降低.建议潮土越冬水中铵态氮和硝态氮浓度应分别小于200 mg/L和40 mg/L,酰胺态氮的浓度不限,从而减少土壤N2O的排放.     

大气CO2浓度升高对几种土壤微生物学特征的影响

利用中国扬州开放式空气CO2浓度升高(FACE)平台,研究大气CO2浓度升高对土壤微生物活性及群落功能多样性的影响.结果表明,在常氮施肥处理中,大气CO2浓度升高有增加微生物量碳的趋势,而在低氮施肥处理中大气CO2浓度升高的影响不大.在常氮、低氮施肥处理中,大气CO2浓度升高对微生物量氮均没有显著影响,有增加微生物C/N的趋势.在常氮施肥处理中,大气CO2浓度升高显著增加脱氢酶活性,而在低氮施肥处理中的影响不显著.在低氮施肥中大气CO2浓度升高显著增加酸性磷酸酶活性,在常氮施肥处理中的影响不显著.除在常氮施肥、大气CO2浓度升高时,Shannon指数、Simpson指数和微生物利用的碳源有显著变化外,其他处理中土壤微生物群落功能多样性的变化很小.     

不同施氮水平对再生水灌溉土壤释氮节律的影响

土壤供氮能力是影响土壤氮素利用效率的一个重要指标,再生水灌溉和施氮水平均影响着土壤供氮能力,研究不同施氮水平对长期再生水灌溉土壤氮素的转化特征可为合理施肥及农产品增产增效提供理论依据.本研究选择河南新乡洪门试验站温室大棚内长期再生水灌溉和清水灌溉土壤,试验共设8个处理:A(N200)(施氮量200 mg·kg-1)、A(N160)(施氮量160 mg·kg-1)、A(N140)(施氮量140 mg·kg-1)、A(N100)(施氮量100 mg·kg-1)、A(N0)(施氮量0 mg·kg-1)、E(清水灌溉常规施氮)、CK(清水灌溉不施氮)、Re CK(再生水灌溉不施氮),采用实验室内常温培养法,分别在培养的7、14、21、28、35、42 d测定土壤铵态氮、硝态氮及全氮含量,并分析了土壤氮素矿化量和氮素矿化速率的变化,通过Freundlich线性等温吸附模型及一级动力学方程拟合了土壤吸附参数Kd和氮素矿化势N0.结果发现,培养前期土壤氮素矿化较快,释放的氮量较高,中后期变化较慢,土壤供氮平稳,同一时段不同处理间土壤累积矿化氮量存在显著差异(p0.05),表明不同外源氮肥输入对土壤氮素的矿化能力影响显著,A(N160)处理的供氮能力最强;同时,在培养前期Re CK处理的土壤氮素矿化累积量显著高于CK处理,表明再生水灌溉较清水灌溉促进了土壤氮素的矿化,显著提高了土壤氮素活性;土壤氮素的矿化速率随着培养时间的增加而逐渐降低,但降幅依次减小并趋于平稳,且不同施氮处理再生水灌溉土壤氮素矿化速率显著高于清水灌溉;不同土壤肥力水平(B0)、外源施氮A(N160)调控,土壤氮素矿化潜势可表达为N0=B0+117.5072t-0.1062.因此,外源氮肥输入显著影响了土壤氮素释放节律,再生水灌溉辅以适宜的施氮量可促进土壤氮素矿化,提高土壤氮素活性.     

施氮水平对黄土旱塬区麦田土壤呼吸变化的影响

为评价土壤呼吸对施氮的响应,于2008年3月~2009年3月,监测了黄土旱塬区长期不同施氮水平条件下小麦连作系统中土壤呼吸日变化、季节变化以及不同生育期土壤可溶性碳(dissolved organic C,DOC)、微生物量碳(soil microbial biomassC,MBC)、土壤有机碳(soil organic C,SOC)和土壤全氮(soil total N,STN)的含量变化.研究涉及5个施氮水平(以N计)0(N0)、45(N45)、90(N90)、135(N135)和180(N180)kg/hm2.结果表明,施氮量为0~90 kg/hm2时,土壤呼吸速率随施氮量的增加而显著升高;90~135 kg/hm2时,土壤呼吸速率随施氮量的增加略有增加;135~180 kg/hm2时,随着施氮量的增加土壤呼吸呈降低趋势.在一年监测期间,N0、N45、N90、N135、N180波动范围(以CO2计)分别为0.27~2.01、0.36~2.26、0.58~2.56、0.65~2.94和0.58~2.6μmol/(m2.s).在季节变化尺度上,土壤呼吸具有显著的活跃期(3~10月)和微弱期(11月~次年2月).施氮显著影响DOC、MBC含量变化.土壤呼吸速率与DOC、MBC呈显著正相关,而与土壤碳氮比(C/N)呈显著负相关关系.     

氮添加影响下新疆天山雪岭云杉林土壤酶活性及其与环境因子的相关性

氮沉降可能影响森林土壤性状及代谢活性,为进一步了解氮沉降下森林土壤生化过程与生境相互作用机制,探究天山雪岭云杉林土壤酶活性及土壤环境因子对氮沉降的响应特征,本文以天山雪岭云杉森林土壤为研究对象,采用氮沉降梯度法开展施氮试验,分析不同施氮水平下土壤酶活性与土壤环境因子的特征,并结合冗余分析方法讨论了土壤酶活性与土壤环境因子的相关性.结果表明：①土壤酶活性均随施氮量增加表现出先上升后降低的趋势,除土壤酸性磷酸酶外,其余均在低氮处理下达到最大值.②外源氮添加导致土壤pH值降低,低氮或中氮处理后土壤电导率、土壤有机碳、土壤铵态氮、土壤铵态氮、土壤全磷和土壤C/N含量升高,土壤N/P呈现不规律下降.③土壤酶及其与土壤环境因子相关性分析结果显示,土壤含水量、土壤有机碳、土壤铵态氮、土壤全磷和土壤C/N均与土壤酶活性呈显著相关性,其中仅土壤C/N与土壤酶活性呈显著负相关,其余各项环境因子与土壤酶均呈极显著正相关;土壤pH值及土壤N/P与土壤酶活性无显著相关性.新疆天山雪岭云杉在施氮背景下,影响土壤酶活性的重要因子为土壤有机碳和土壤铵态氮.     

施氮强度对不同土壤有机碳水平桉树林温室气体通量的影响

施氮或氮沉降对土壤温室气体通量影响已有比较深入的研究,但施氮对不同有机碳水平的土壤温室气体通量影响及其差异的研究较少.本研究以我国南方广泛种植的桉树人工林为对象,采用野外控制实验和室内分析,比较研究4种施氮处理(对照C:0 kg·hm-2;低氮L:84.2 kg·hm-2;中氮M:166.8 kg·hm-2;高氮H:333.7 kg·hm-2)对土壤有机碳水平存在显著性差异的2块桉树林样地土壤-大气界面温室气体(CO2、N2O和CH4)通量的影响.结果表明:1施氮对CO2和N2O排放通量有明显"激发效应",氮肥施用一个月后各个施氮处理土壤CO2和N2O排放通量出现最大值,随着时间推移至生长季后期CO2和N2O排放通量逐渐降低,差异逐渐缩小.施氮对CH4吸收通量的影响不显著(P>0.05).2施氮强度和土壤有机碳水平均显著促进了CO2和N2O排放(P<0.001),但对CH4吸收没有显著影响(P>0.05);高土壤有机碳水平样地CO2和N2O排放通量显著高于低水平土壤有机碳样地(P<0.01).3施氮和土壤有机碳水平对CO2和N2O排放通量的影响存在显著的交互作用(P<0.05).与低土壤有机碳水平样地比较,高土壤有机碳水平样地CO2和N2O排放通量对施氮更为敏感:低氮水平就能显著促进CO2和N2O的排放.上述结果表明:施氮对桉树林温室气体排放通量的影响既与施氮强度有关,也与土壤有机碳水平密切相关.估算不同施氮水平下的温室气体通量变化时,由土壤有机碳不同带来的温室气体通量差异不可忽视.     

亚热带稻区大气氨/铵态氮污染特征及干湿沉降

氨气(NH3)是重要的碱性气体,是气溶胶和雨水中铵态氮的重要前体物质.在高强度的NH3及酸性气体排放下,我国亚热带双季稻区大气中氨氮(NH_3~-N)、气溶胶及雨水中铵态氮污染特征及其干湿沉降量还不尚清楚.本研究在我国亚热带丘陵区一个典型双季稻区,同步监测大气中NH3、气溶胶中铵态氮以及雨水中铵态氮浓度及相关气象因子,旨在明确各种大气氨/铵组分浓度特征及其影响因素,并定量计算氨/铵态氮的干湿沉降量.结果表明,大气中NH_3~-N、大气颗粒物PM10中铵态氮以及雨水中铵态氮年平均浓度分别为5.7μg·m~(-3)、12.8μg·m~(-3)和0.8 mg·L~(-1),氮沉降量分别为8.38、5.61和9.07kg·(hm~2·a)-1.稻田施氮肥显著提高NH_3~-N浓度,且NH_3~-N浓度与气温表现出显著正相关;颗粒态铵态氮浓度与NH_3~-N浓度无显著相关,表明研究区NH_3~-N浓度不是形成颗粒态铵态氮污染的主要限制因子;雨水中铵态氮浓度主要与颗粒态铵态氮浓度成正相关,与降雨量成负相关.采样点较高的大气氨/铵态氮浓度和沉降量说明当地的大气氨/铵污染比较严重,大气氨/铵态氮沉降已成为农田氮素的重要来源,需要在氮素养分管理中加以考虑.     

氮沉降增加对青藏高原林地氮淋溶通量的影响

森林生态系统对大气氮沉降升高的响应机制是国内外学者研究的热点问题之一,近年来中国学者相继在温带森林和热带森林建立了氮沉降增加影响的野外实验平台,但关于氮沉降增加对青藏高原地区森林土壤氮素淋溶通量影响的野外原位研究匮乏。基于此,该研究于2012-2013年生长季,在青藏高原林芝地区云冷杉林通过野外模拟试验,研究了3种水平(0、15和30 kg/(hm~2·a)(以N为计,下同))及3种形态((NH_4)_2SO_4、NH4Cl和KNO_3)氮沉降增加对土壤可溶性氮素淋溶通量的影响。结果表明:林芝地区不同形态氮素的淋溶通量均存在显著的季节和年际变化特征,铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO_3~--N)的生长季月淋溶通量为0.02～0.6 kg/hm~2,可溶性总氮(TDN)、可溶性总有机氮(DON)月淋溶通量为0.07～2.0 kg/hm2,不同形态氮淋溶通量峰值均出现在7-9月;森林穿透雨中硝态氮沉降通量的增加,对氮素淋溶通量具有明显的促进作用,造成NO_3~--N显著淋失(p0.05),且这种促进作用在施加低剂量硝态氮肥的处理上更为明显(p0.01);大气氮沉降增加对DON和TDN淋溶通量有显著的抑制作用,且随着氮沉降量的增加其抑制作用也随之增加。     

苏北某市垃圾填埋场周围地下水氮污染及其形态研究

通过对垃圾填埋场地下水氮污染状况的监测,分析了垃圾填埋场渗滤液的水质特征及其对地下水氮污染的影响。结果表明:垃圾渗滤液含有高浓度的NH4+-N,渗滤液进入土壤后,大量共存离子的竞争吸附减弱了土壤胶体对NH4+-N的吸附能力;土壤中有机质增加后,土壤胶体对NH4+-N的吸附性降低,吸附量减少;且高浓度NH4+-N的存在抑制了硝化作用,从而使大量的NH4+-N未能被土壤胶体吸附转化就随渗滤液继续迁移至地下水中,导致地下水的氮污染主要以NH4+-N为主。     

基于苔藓氮含量及d15N分析探讨农村大气氮沉降状况

2009~2010年在江西抚州市崇仁县10个乡镇采集了85个细叶小羽藓样品,通过对苔藓氮含量及氮同位素(d15N)的测定,估算了该地区大气氮沉降水平,并探讨了大气氮输入的主要来源.结果表明,研究区苔藓平均氮含量变化范围为2.24%~3.43%,其中农业覆盖率较大郭圩乡和礼陂镇苔藓氮含量均超过3%(平均值分别为3.07%、3.43%).研究区大气氮沉降的变化范围为29.62~54.39kg/(hm2·a),反映了大气氮沉降成为农村生态系统氮输入的重要补充.苔藓平均d15N值为-3.11‰~0.078‰,指示研究区主要受农业氨源的影响.崇仁县城区苔藓d15N为-1.7‰,低于其它农业乡镇(d15N为0‰±1‰),表明该地区还受到城市污水和人畜排泄物所释放的氨影响;孙坊镇苔藓d15N 变化范围为-5.89‰~0.61‰,提示大气氮沉降除受到农业排放的氨作用以外,还存在露天垃圾填埋场挥发氨的贡献.     

一株硝化脱氮除臭菌的筛选鉴定及其多途径氮代谢功能的研究

从江门某污水处理厂活性污泥中分离出一株能够高效脱除氨气的菌株JN-4.通过菌株形态观察、生理生化及16SrDNA分子鉴定,发现菌株JN-4与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)亲缘关系最为接近,同源性达到99%,认为JN-4为一株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis).好氧培养条件下,以葡萄糖为碳源,JN-4在32h内对NH4+-N和NO2--N的总削减率能够达98.51%和84.50%,体系中总氮的削减率达到63.1%和16.9%,N2的产生量分别为3.72mmol·L-1和0.62mmol·L-1.好氧培养条件下,以KNO3为唯一氮源,NO3--N初始浓度为82.47mg·L-1,32h内体系中NO3--N的总削减率达到96.54%,体系中总氮的削减率达49.6%,产生1.44mmol·L-1的N2,反应中检测到有NH4+-N迅速积累,但会随着时间进行同步转化,可见JN-4不仅能够高效硝化脱氨,同时具有高效好氧反硝化的能力.JN-4在厌氧以及乙酸钠作为碳源的条件下,利用NH4+-N效率大大降低,但是能够在NO3--N存在时进行NO3--N还原(反硝化).JN-4能够进行多途径氮代谢,为一株异养硝化-好氧反硝化偶联的菌株,具有重要的应用价值.     

用苔藓氮含量和氮同位素值指示庐山大气氮沉降

对庐山风景区不同海拔高度(263～1 400 m)上31个石生苔藓(Haplocladium microphyllum)氮含量〔w(TN),以干质量计〕和氮同位素值(δ15N)进行了分析. 苔藓w(TN)与海拔高度(L_altitude)的关系〔w(TN)=3.11-7.85×10-4L_altitude〕表明,在庐山风景区,随着海拔高度的升高,苔藓w(TN)呈逐渐下降趋势. 根据前人研究的苔藓w(TN)与大气氮沉降量的定量关系,估算出庐山山顶和山脚的大气氮沉降量分别为24.61和41.72 kg/(hm2·a). 苔藓δ15N在-4‰～-2‰范围出现的频率最高,表明庐山风景区大气氮沉降主要来源于农业或自然土壤中氮的释放.      

珠江口无机氮湿沉降规律及大气输送的研究

针对2007年3～11月广东中山市横门站的降水资料,分析了珠江口氮湿沉降特征及其来源.结果显示:研究期间横门降水中NH+4-N和NO-3-N的降雨量加权平均浓度分别为0.62和0.41mg·L-1;其季节变化规律表现为秋季最高,其次是春季,夏季最低.降水NH+4-N和NO-3-N的浓度呈显著正相关,与降水pH值呈负相关.利用气团轨迹后推以及天气形势得出,横门陆地性降水氮浓度最高,海洋性降水氮沉降通量最高.云下气团分类结果表明,海洋性NE类气团对横门无机氮湿沉降的输送负荷最大.     

厨余好氧堆肥中的氮素转化与氮素损失研究

试验采用静态好氧工艺对厨余垃圾进行了堆肥化处理,实验结果反映了厨余堆肥各形态氮的转化规律及其氮损失的数量和氨挥发的阶段。堆制期间,厨余堆肥全氮、有机氮的含量呈显著下降趋势,铵氮含量呈上升趋势,硝氮含量变化不大;堆肥结束后,厨余堆肥水溶性氮组分大量提高,堆肥有机氮90%以上以水溶态形式存在,水溶性总氮达到了堆肥全氮的81%;一次发酵前后,厨余堆肥全氮含量下降了26.3%,总氮损失率达50.0%。氨挥发是厨余堆肥氮损失的重要途径,氨挥发主要集中在堆肥高温阶段的中后期。     

钢渣构造人工湿地运行初期无机氮转化特点研究

以钢渣为主要基质构建小型潜流湿地,探索湿地运行初期对污水中低浓度无机氮的去除效果及氮转化特点.结果表明,钢渣湿地对氨氮型污水中总氮(TN)、氨氮(NH⁺₄-Ｎ)和硝氮(ＮＯ^-₃-Ｎ)的去除速率分别是0.12、 0.07和0.10 　g·(m²·d)^-1,亚硝氮(ＮＯ^-2-Ｎ)积累速率是0.04 　g·(m²·d)^-1;荧光原位杂交方法没有在钢渣基质上检测到硝化细菌,NH⁺₄-Ｎ去除的主要途径是在高pH (>10)的水环境下挥发到上层土壤,由土壤层去除;钢渣湿地对硝氮型污水中TN的去除速率是0.23 　g·(m²·d)^-1,ＮＯ^-₃-Ｎ的去除速率是0.48 　g·(m²·d)^-1,ＮＯ^-₃-Ｎ在钢渣湿地内主要通过反硝化去除,反硝化过程中出现ＮＯ^-2-Ｎ积累,积累速率为0.22 　g·(m²·d)^-1.钢渣湿地运行初期对硝氮型污水的处理能力高于氨氮型污水,钢渣可作为一种强化反硝化基质应用于ＮＯ^-₃-Ｎ的去除或其他组合工艺中.     

高浓度含氮废水生物脱氮新工艺研究

采用厌氧氨氧化-UASB工艺处理高浓度含氮废水,这是一种全新的生物脱氮工艺。厌氧氨氧化-UASB反应器、厌氧氨氧化-UASB-生物膜反应器在相同的进水条件和温控条件下稳定运行,实现了对氮素的持续去除能力,NH4^＋-N、NO2^--N、TN去除率分别保持在99．9％、99．9％、90．0％以上,稳定运行阶段出水pH值均保持在8．5附近。NH4^＋-N去除量与NO2^--N去除量、NO2^--N生成量的比值可以指示厌氧氨氧化反应器性能的演变。ANAMMOX菌在生长过程中需消耗碱度,因此反应器内pH值的变化可以反映生物反应的相对强度。生物膜的培养有利于ANAMIVIOX菌积累,UASB-生物膜反应器运行效果明显优于不具有生物膜的普通UASB反应器。     

低温条件生物膜与活性污泥复合工艺强化生物脱氮性能的中试研究

中试采用生物膜与活性污泥复合工艺对中国北方某城镇污水处理厂的污水进行处理,考察其在低温条件下对污水中的有机物及含氮污染物的去除能力.结果表明,当进水COD和NH+4-N浓度分别为53~140 mg/L和21~78 mg/L时,生物膜与活性污泥复合工艺出水COD和NH+4-N浓度分别在24~48 mg/L和0.5~3 mg/L范围内,满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准(冬季COD<50 mg/L,NH+4-N<8 mg/L),而该污水处理厂原有工艺出水COD和NH+4-N浓度分别在20~73 mg/L和9~20 mg/L之间.因此,在低温条件下,生物膜与活性污泥复合工艺能够提高对污染物的去除能力.     

河流底泥中DO和有机质对三氮释放的影响

通过大型静态土柱模拟实验,研究氮在上覆水和孔隙水中的分布特性和释放特性,在控制氧气和底泥w(有机质)的条件下,连续观测氨态氮、亚硝态氮和硝态氮(简称三氮,三者之和为总无机氮)质量浓度变化,并对其垂向分布特性进行分析,发现水体底泥释放氨态氮与反硝化作用达到平衡的时间受通氧条件影响明显;总无机氮质量浓度(ρ(TIN))在各柱的孔隙水、水土界面处和上覆水中的变化各异;在w(有机质)高的底泥中,有机质是影响总无机氮释放的最大因子,而在w(有机质)低的条件下,DO是影响总无机氮释放的最大因子.