基于BaPS技术的高山草甸土硝化和反硝化季节变化

应用气压分离(BaPS)技术测定了川西北高山草甸土硝化和反硝化季节动态变化.结果表明:植物生长季节内,土壤总硝化、反硝化和N2O释放率的变化趋势一致,即从6月份(硝化率:N 8.40 mg kg-1 d-1;反硝化率:N 0.48 mg kg-1 d-1;N2O释放率:N 84.48 靏 kg-1 d-1)开始增加,7月份(N 19.36 mg kg-1 d-1;N 0.60 mg kg-1 d-1;N 100.13 靏 kg-1 d-1)达到最大值,然后开始下降,到9月份(N 1.81 mg kg-1 d-1;N 0.24 mg kg-1 d-1;N 40.09 靏 kg-1 d-1)降为最小值.氮素物质基础(NO3--N和NH4 -N)不是影响该高山草甸土硝化和反硝化的主要因素,土壤温度和湿度是该高山草甸土硝化、反硝化作用的主要影响因子.     

固定化反硝化菌在低污染水处理中脱氮性能研究

在面源低污染水的原位修复领域,人工湿地生物脱氮过程受温度、p H波动影响以及NO2--N积累抑制反硝化脱氮效果等问题,因此强化系统脱氮性能在实际工程应用中具有重要意义。固定化微生物技术具有环境变化适应能力以及耐毒害能力强等优点。该研究通过分离筛选高效反硝化菌,对其进行DNA序列分析鉴定及其种属和系统发育地位分析,并以包埋法加以固定,考察固定化反硝化菌在不同温度、p H、DO和C/N下的反硝化性能,分析各因素变化对固定化反硝化菌脱氮效果的影响,探究各影响因素对固定化反硝化菌脱氮性能的作用机理,以期为固定化反硝化菌强化人工湿地脱氮性能提供参考。经反硝化能力测定,筛选得到的高效反硝化菌株对NO3--N、TN的去除率分别为98.83%、98.36%,NO2--N积累量仅为0.28mg·L~(-1),24 h内脱氮效率为8.59 mg·L~(-1)·h~(-1),经16S r RNA测序结果表明该菌株与Pseudomonas stutzeri A1501的最大相似度为99.7%。采用PVA、SA为材料包埋固定该菌株,固定化反硝化菌的生物量为15.67 g·L~(-1),颗粒密度为0.93 g·m L~(-1)。通过对固定化反硝化菌处理低污染水的性能研究得知,p H、T、DO的波动对固定化反硝化菌的脱氮效果影响均小于游离反硝化菌,固定化反硝化菌在p H为7,θ为30℃,DO为0.87~1.54 mg·L~(-1),C/N为5时的脱氮效果最好。     

双氰胺在四川3种主要土壤上的硝化抑制作用

采用室内培养试验方法,在不同浓度双氰胺(DCD)处理条件下,对四川3种主要土壤(紫色土、黄壤、灰潮土)的N2O释放量,NH4+-N及NO3--N含量动态变化进行了研究.结果表明,DCD对3种土壤N2O释放及土壤NO3--N含量有明显抑制作用,随DCD浓度增加,其抑制效果越显著.DCD同时能推迟NO3--N含量达到高峰,使土壤NH4+-N含量在较长时间保持相对较高水平,提高氮肥利用率,减少氮素流失.DCD在3种土壤上硝化抑制效果存在差异,表现为紫色土＞灰潮土＞黄壤.同时提出DCD在3种土壤上的适宜添加量,紫色土上为普通碳铵施入量的0.5%,黄壤和灰潮土上为0.3%.     

大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响

利用中国唯一的FACE(Free-Air Carbon dioxide Enrichment,开放式空气CO2浓度增高)平台,研究大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响.位于无锡的中国稻麦轮作农田生态系统FACE试验平台于2001年6月开始运行,设有FACE与Ambient(普通空气对照)2个处理,FACE区CO2浓度比Ambient区高200 μmol·mol-1,每个处理含低氮与常氮2个氮肥水平.在轮作水稻和小麦各3季之后,发现大气CO2浓度增高下,常氮水平上土壤的NO3--N质量分数降低,NH4+-N质量分数增高;而低氮水平上土壤的NO3--N质量分数增高,NH4+-N质量分数没有显著差异.然后分别在土壤样品中加入NH4+-N,好气培养42 d后通过测定土壤中的NO3--N、NO2--N总质量分数来研究土壤的硝化活性.结果显示,不管在CO2浓度增高下还是对照条件下,增加氮肥施用量均增强了土壤的硝化活性;且与对照相比,大气CO2浓度增高在常氮水平上降低了土壤的硝化活性,在低氮水平上却增强了土壤的硝化活性,说明大气CO2浓度增高对农田土壤硝化活性的影响与N肥供应水平有关.     

亚热带土壤氮素反硝化气态产物研究

亚热带可变电荷土壤化学性质与温带地区恒电荷土壤有诸多不同特点,使得反硝化具有一些与温带土壤不同的特性,进一步深入研究亚热带土壤反硝化气体产物的组成比例、主要影响因素和机理,将有助于加深对亚热带环境条件下土壤N循环的理解和认识,以及为正确评价亚热带土壤反硝化环境效应提高科学依据。因此,就亚热带土壤厌氧培养条件下反硝化的气态产物问题进行了探讨。土样采自江西典型亚热带红壤地区,在加入K15NO3（10 atom%15N,加入N量为200 mg·kg-1）条件下进行了7 d 30℃、密闭、淹水、充N2的严格厌氧培养试验。试验结果表明：随培养时间推移,15N回收率逐渐下降,土壤总残留的15NO3-质量分数和回收率之间存在显著正相关关系（p〈0.001）,表明反硝化作用越弱的土样回收率越高。总气态氮损失率的估计值和实测值都随培养时间延长呈上升趋势,两者之间存在显著正相关性（p〈0.001）。根据稳定性同位素15N示踪试验结果初步估计,厌氧培养7 d内反硝化作用产生的气态产物中N2O占总气态氮损失的17.1%,N2占8.7%,估计NO可能是主要的反硝化产物之一。以未能回收的氮计算,NO约占总气态氮损失的67.5%~78.6%,平均为74.1%。反硝化气态产物中NO和N2O总量占总气态氮损失的91.3%。NO、N2O和N2分别占总施入氮量的18.6%、4.4%、2.0%。因此,亚热带土壤氮素反硝化过程中主要气态产物可能为NO和N2O,而非对环境无害的N2。     

施用不同尿素对稻季不同层次土壤溶液中氮形态的影响

在太湖地区乌栅土上,利用大型原状土柱比较研究了不同尿素品种、施肥量(0、普通尿素150、300和包膜尿素100、150 kg·hm-2,以N计算)处理对稻季不同层次(30、65、80 cm)土壤氮素动态变化的影响.结果表明:所有处理渗漏水中NO3--N质量浓度均低于饮用水标准,常规施肥未显著增加氮的淋溶损失;各处理在不同层次土壤均发生反硝化作用;包膜尿素促进土壤反硝化强度,在65 cm和80 cm处尤为明显.施用包膜尿素可能增强浅层地下水的反硝化作用而降低水体NO3--N质量浓度.其影响机理及在对其它类型土壤上氮素淋失和反硝化的影响,值得进一步研究.     

热带亚热带土壤氮素反硝化研究进展

热带亚热带独特的土壤性质可能使得反硝化机理有别于温带土壤.文章综述了热带亚热带地区土壤氮素生物反硝化的研究进展,试图更好地了解该地区土壤反硝化在全球氮（N）循环以及在全球环境变化和生态系统响应互作中的角色.热带亚热带土壤反硝化强度普遍较温带地区弱,且随着土地利用方式和耕作管理措施的不同而呈现较大的时空变异性.影响土壤水分状况和土壤碳（C）、N 转化特性和速率的因素即为区域和农田尺度上的反硝化影响因素.湿润型热带亚热带土壤由于含有丰富的氧化物而致使土壤氧化还原势较高,这也是导致该地区土壤反硝化势较温带地区较低的关键土壤因素之-.然而土壤pH 值不是该地区土壤反硝化势较低的主要限制因素.有机C 矿化过程较土壤全氮含量和土壤C/N 比在决定湿润型亚热带土壤反硝化势方面更为重要.愈来愈多的证据表明热带亚热带土壤反硝化的生态环境效应不同于温带地区,热带亚热带地区土壤反硝化对全球变暖的贡献应综合考虑其对其它温室气体（如CH4,CO2）排放和氮沉降的影响.热带亚热带土壤生态系统具有-些防止土壤氮素反硝化损失的机制和保氮策略.然而,热带亚热带生态系统对全球变化的响应机制及其生物地球化学调控机制仍然不清楚,这些研究对于反硝化和其它同时发生的氮转化过程模型的精确构建至关重要.     

碳源及碳氮比对异养反硝化微生物异养反硝化作用的影响

碳源(甘油和柠檬酸钠)及碳氮比对纯培养的异养反硝化菌HP1(Pseudomonas alcaligenes)异养反硝化能力影响的试验表明，碳源种类对硝酸还原酶活性没有明显影响，对氧化亚氮还原酶活性有影响。批式培养方式下最适C／N为8，菌株HP1可以利用NO3^-f作为唯一氮源进行反硝化作用，证明HP1至少有2种硝酸还原途径。连续培养方式下温度对菌株HP1异养反硝化作用中间产物的积累有影响，不同C／N时均有NH4^ 积累，C／N为3时还有NO2^-的积累。     

高温自养硝化反硝化工艺研究

利用筛选的耐高温亚硝化单胞菌结合适量的市政污水厂活性污泥,通过逐步提高温度进行曝气、驯化、挂膜,获得能够在38～47℃条件具有高氨氧化活性的硝化生物膜,在进水氨浓度120～180mg/L,氨氧化率达到90%～99.9%;将该生物膜回复常温硝化,显示其氨氧化活性较差,氨氧化率仅35%～70%.对其氨氧化产物分析发现,低于43℃时被氧化的氨氮为117～143mg/L,亚硝酸盐和硝酸盐积累较高,总浓度在115～135mg/L;但随着温度升高至44～45℃,亚硝酸盐积累显著下降到5.6～27.9mg/L,NO3--N低于2mg/L;至47℃稳定运行期间,NO2--N维持在10mg/L以下,NO3--N在2mg/L以下.对反应器中消耗的碱度的分析表明,当温度从43℃逐渐升高时,碱度消耗明显下降,由7.16～9.14mg(CaCO3)/mg(NH4+-N)降至4.08～5.19mg(CaCO3)/mg(NH4+-N).结合大量的NH4+-N被氧化且氨氧化产物中又只有少量的NO2--N和NO3--N,以及碱度消耗明显下降的特征,推测在高温条件下发生了自养硝化反硝化脱氮现象.     

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(r2=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(r2=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。     

不同水分管理模式下水稻土氮素形态转化与N2O释放的关系

在实验室培养条件下,对稻田土壤在4种水分管理模式下施用尿素后N素形态转化和N2O的释放情况进行测定。结果表明,N2O的释放峰值与NH4+-N浓度峰值同时出现,即尿素迅速水解为NH4+-N的同时N2O就大量释放。且不同水分管理模式都迅速达到N2O释放的高峰,但不同模式的峰值存在明显差异,其顺序为:干湿交替>临界饱和水>淹水管理>旱作管理。研究结果还表明,NO2--N浓度在第7天达到峰值时并没有出现相应的N2O释放峰,这可能与土壤的较高pH有关。60%WFPS处理以及干湿交替培养的落干期NO3--N浓度会持续增加,并随着NO3--N浓度峰值的出现,N2O的释放也出现一个峰值。     

Early responses of soil ammonium and nitrate nitrogen to forest gap harvesting of a Pinus massoniana plantation in the upper reaches of Yangtze River北大核心CSCD

To understand the short-term effects of forest gap by human harvesting on soil available nutrient in Pinus massoniana plantations, the variations of soil ammonium nitrogen (NH4+-N) and nitrate nitrogen (NO3-N) concentrations in the gap center and gap edge during growing season were observed in seven gaps of different size (Gl: 100 m2; G2:225 m2; G3:400 m2; G4:625 m2; G5:900 m2; G6:1225 m2; G7:1600 m2) and pure understory of a 39-year-old masson pine plantation in a hilly area of the upper reaches of Yangtze River. The results showed that in the early stage of gap formation, the gap size had significant effect on NH4+-N, the season changes on NP3--N, and the interaction effect of gap size and seasonal variation on NH4+-N and NO3--N. The difference of NH4+-N and NO3--N between the gap center and gap edge was not significant. (I) The NH4+-N content was 4.30-11.99 mg kg-1, and NO3--N content was 2.57-10.81 mg kg-1. There was no obvious difference in NH4+-N and N03--N among gaps of different size in early or late growing seasons, when both increased first and decreased afterwards in the middle of growing season. The gaps of 100∼400 m2 area had a higher content of available nitrogen. (2) The seasonal dynamic differed between NH4+-N and NO3--N, with the former lower in middle growing season whereas the latter higher in the middle growing season but lower in the end of growing season. The soil NH4+-N was higher than NO3- -N in the early and late periods, but lower in the middle period. (3) The soil NH4+-N and NO3--N in parts of gaps were lower than understory in the early and late growing season. (4) Correlation analyses showed that NH4+-N had significant positive correlation with microbial biomass nitrogen (MBN), and NO3--N with soil temperature, MBN and organic matter. But the impact of soil water content on available nitrogen was not significant. These results suggested that soil temperature and microbial activity variation caused by gap harvesting are the main factors affecting soil available nitrogen content of Pinus massoniana plantations.     

喷氨同时脱除NO和N_2O过程的化学动力学模拟

本文采用化学动力学模拟的方法,对广泛应用于燃煤锅炉的喷氨脱硝技术进行了研究,首次发现在燃煤锅炉的烟气中喷入氨气不仅可以降低NO_x的排放量.而且可以同时降低N_2O的排放量.文中还就喷氨初期的烟气温度、烟气中的含氧量和水份、NO和N_2O的初始浓度、烟气中的CO含量以及喷氨量对喷氨同时脱除NO和N_2O效果的影响进行了计算分析,确定了喷氨同时脱除NO和N_2O的最佳条件.对喷氨过程的化学反应机理进行的分析表明,该过程之所以能同时脱除NO和N_2O,是因为在NH_3的分解和NO的还原过程中产生了一定浓度的H和OH离子,从而加速了N_2O的热分解过程.     

潜流人工湿地理化性质及不同形态氮素的空间分布

对潜流人工湿地系统的可溶解氧、pH、氧化还原电位以及水温等理化因子和不同形态氮素的空间分布进行了较全面研究。结果表明,潜流人工湿地上部溶解氧高于下部;湿地下部pH较小,主要在6.9～7.2之间;氧化还原电位表现为上部前端氧化,下部后端还原;湿地装置内下部温度总体比上部要高,前端表现得尤其明显;湿地前端上部是COD和氨氮降解的主要场所,在前端下部区域硝氮的浓度低而亚硝氮、氨氮的浓度相对较高;湿地系统中亚硝氮含量较低,仅在前端中下部有所积累;总氮浓度在湿地前端较高而后端较低,其去除率在根本上依赖于反硝化作用的强度。     

离子交换树脂袋法研究森林土壤硝态氮及其对氮沉降增加的响应

用离子交换树脂袋法，研究了鼎湖山三种森林（马尾松林、马尾松针叶阔叶混交林和季风常绿阔叶林）土壤硝态氮对外加氮的响应特征。结果表明，土壤硝态氮显著地受森林类型、季节和氮处理的影响。整体而言，阔叶林土壤硝态氮极显著高于马尾松林和混交林，而马尾松林和混交林之间的差异则不显著。三种森林土壤硝态氮的季节变化均表现为春季和夏季极显著高于冬季和秋季，而冬季又显著高于秋季。外加氮处理提高土壤硝态氮水平，其中在马尾松林和阔叶林氮处理效应显著。所得结果与直接采集土壤或土壤水测定的硝态氮含量的结果一致，表明离子交换树脂袋法是评价土壤硝态氮水平行之有效的手段之一。     

石灰预处理对树叶堆肥过程中养分转化的影响

以树叶干质量的0%、1.00%、2.50%和4.00%的石灰预处理树叶,24h后分别将预处理后的树叶与鸡粪联合堆肥,研究不同用量石灰预处理树叶对树叶堆肥过程中养分转化的影响。试验在自制的堆肥反应器内进行,采用间歇式强制通风的方式,进行为期59d的堆肥试验。结果表明:石灰预处理树叶24h可以有效的降低树叶中的有机质质量分数,以4.00%的石灰预处理的树叶其有机质降幅达6.00%;石灰预处理24h后,各处理pH相差不大;EC的变化与pH相似;预处理前后,各处理总氮、总磷和总钾的质量分数相差不大。用石灰预处理后的树叶堆肥有利于堆肥有机质的降解,尤以2.50%石灰预处理的效果最好;有利于堆肥w(C)/w(N)的降低,其降低幅度与石灰用量成正比;有利于减少堆肥过程中氮素的损失,且氮素损失与石灰使用量呈反比;有利于堆肥NH4 -N质量分数的降低;提高堆肥终产品NO3--N的质量分数,其质量分数与石灰用量呈正比;有利于堆肥中钾的浓缩;对堆肥的pH、EC、w(NH4 -N)/w(NO3--N)和总磷的影响不大。综合考虑试验结果后认为,以4.00%石灰预处理的效果最为理想。     

上海市蔬菜地土壤硝态氮状况研究

以上海市郊不同管理方式下菜地表层土壤采样测定土壤硝态氮含量为基础,并以水稻土等土壤作为对照,以期了解上海蔬菜地土壤硝态氮的现状,为菜地的合理施肥提出科学依据。结果表明,由于管理方式不同,土壤的硝态氮的NO3--N质量分数差异明显。大棚蔬菜地土壤中NO3--N明显高于其它其他用地管理方式下的土壤,依次为:w(大棚蔬菜地)>w(露天蔬菜地)>w(传统自留地),而且土壤硝态氮的积累是全剖面性的,而非仅在表层,如在80~100cm土层,大棚土壤硝态氮也为农田的好几倍。而且,大棚蔬菜地土壤盐渍化明显,主要特点之一是硝态氮积累,盐分高的土壤一般硝态氮也高。此外,长期大量的N肥投入引起了土壤酸化。土壤pH与土壤NO3--N质量分数呈线性负相关,经统计检验相关性达极显著水平。     

氮添加对侵蚀退化红壤化学性质及芒萁叶功能性状的影响

蕨类植物芒萁(Dicranopteris dichotoma)是我国南方红壤侵蚀区重要的水土保持植物,但目前氮添加对芒萁叶功能性状及其基部土壤化学性质以及这二者之间关系的影响尚不清楚.以芒萁作为研究对象,采用盆栽实验,设置CK(0 gm^-2a^-1)、N1(1.1 gm^-2a^-1)、N2(2.3 gm^-2a^-1)、N3(3.4 gm^-2a^-1)、N4(4.5 gm^-2a^-1)、N5(5.6 gm^-2a^-1)共6个梯度的氮添加处理,研究氮添加对芒萁主要叶功能性状及其基部土壤主要理化性质的影响,并分析芒萁叶功能性状与土壤化学性质间的相关关系,为南方红壤侵蚀区生态恢复以及可持续发展提供相关科学依据.结果显示:(1)氮添加显著增加土壤全氮、硝态氮和铵态氮含量(P <0.05),显著降低pH值和全磷含量(P <0.05),表明氮添加能提高氮素有效性及导致红壤酸化.(2)氮添加显著增大芒萁叶面积、叶绿素含量与叶氮含量(P <0.05),但未对比叶面积和叶组织密度产生显著影响.(3)芒萁叶面积与土壤pH及其全磷含量呈极显著负相关(P <0.01),与土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量呈显著正相关(P <0.05);叶氮含量与土壤pH呈极显著负相关(P <0.01),与土壤全磷含量呈显著负相关(P <0.05),与土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量呈显著正相关(P <0.05);叶磷含量与土壤pH呈显著正相关(P <0.05),与土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量呈极显著负相关(P <0.01),与土壤全磷含量相关不明显;叶绿素含量与土壤各化学性质指标均未存在显著相关性.上述结果表明,氮添加会提高退化土壤氮素有效性,促进芒萁对土壤氮素的吸收,导致叶氮含量升高;适度的氮添加会提高叶磷含量,但过量的氮添加则会显著降低叶磷含量.(图1表2参62)