氨氧化过程中稻壳生物炭抑制酸性农田土壤N2O排放

为探明在土壤环境有利于氨氧化作用发生的条件下,稻壳生物炭对酸性农田土壤N₂O排放的影响,将生物炭分别按质量比0%（对照）、2%、5%和10%与土壤充分混匀,开展为期17d的室内静态土壤培养实验,研究土壤N₂O排放速率的日变化以及整个培养期间的N₂O累积排放量.同时,测定了培养终态土壤样品的pH值、NH₄⁺-N、NO₃^--N、NO₂^--N和溶解性有机碳（DOC）含量,分析稻壳生物炭对土壤N₂O排放影响的机理.结果表明,不同稻壳生物炭添加量均显著抑制了酸性农田土壤的N₂O排放（P<0.001）,且以5%和10%处理的抑制作用最明显;与对照处理相比,2%、5%和10%处理的N₂O累积排放量分别减少了87.68%、94.59%和96.90%.培养前后土壤pH值、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量的变化表明,稻壳生物炭显著促进了土壤的硝化作用,尤其是5%和10%处理.线性回归分析表明,土壤N₂O排放速率与NO₂^--N含量显著正相关（P<0.01）,且NO₂^--N含量对N₂O排放速率的解释程度为45%.由于稻壳生物炭促进了土壤的硝化作用,使NO₂^-更易转化为NO₃^-,减少了NO₂^-积累,进而减少了通过硝化菌反硝化作用途径产生的N₂O.培养结束时,5%和10%处理的DOC含量显著高于对照处理,但培养过程中,稻壳生物炭并未显著促进土壤有机碳矿化.     

SBR工艺污水生物脱氮过程中N2O的释放特征

N₂O是一种可以导致严重全球变暖的主要温室气体,污水的生物除氮处理过程被认为是N₂O释放的重要来源。探究了缺氧-好氧（A/O）模式下SBR系统中N₂O的释放特征和主要来源。结果表明:N₂O的释放主要发生在SBR系统的好氧阶段,其最大释放速率达到2.02 μg/（min·g）,累积释放量为8.2 mg,好氧运行120 min时,测得NO₂--N的累积浓度达到了最高值7.5 mg/L,NO₂--N的积累和N₂O的释放呈正相关性。细菌群落分析发现,A/O-SBR系统好氧阶段的一些优势菌被鉴定为黄杆菌（Flavobacteria）,它们中的部分种群具有好氧反硝化的作用,然而NO₂--N累积会抑制该类细菌的亚硝酸还原酶（Nos）活性,进而使N₂O进一步还原为N₂的途径受阻而释放N₂O。因此,在污水生物处理过程中,应减少或避免NO₂--N的积累。     

饱和持水量条件下不同氮添加对森林土壤氮素净转化的影响

为了研究在饱和持水量条件下不同氮沉降形态和水平对森林土壤氮素净转化及土壤N₂O排放的影响,选取中亚热带地带性森林红壤为研究对象,采用室内模拟试验方法,设置110%饱和持水量（WHC）的土壤水分,添加不同形态氮[（NH₄）₂SO₄、NaNO₃、NH₄NO₃]和不同含量[0 mg/kg（CK）、20.0 mg/kg（LN）、66.7 mg/kg（HN）,以干土计]的氮素,进行为期14 d的室内培养（20℃）.结果表明,与CK相比,（NH₄）₂SO₄和NaNO₃处理对土壤净氮矿化和氨化的影响不大,而（NH₄）₂SO₄处理的净硝化量在高氮水平下为负值,说明硝化很弱,但该处理的净氨化量高于其他处理,特别是NaNO₃处理的净氨化量较高,认为很可能存在NO₃--N异化还原为铵（DNRA）.NaNO₃处理能显著提高土壤净硝化量而显著降低w（SON）（SON为土壤可溶性有机氮）,NH₄NO₃处理同时降低了土壤w（NH₄+-N）和w（NO₃--N）,表现为氮固定作用,并且高氮水平的土壤w（MBN）（MBN为微生物量氮）显著高于低氮水平;NaNO₃和NH₄NO₃处理的土壤N₂O排放速率和培养周期内的累积排放量均显著高于CK,并且高氮水平显著高于低氮水平,而（NH₄）₂SO₄处理与CK相当,并且高氮水平下的N₂O累积排放量低于低氮水平.研究显示,在过饱和土壤水分条件下,混合形态氮对土壤氮素净转化格局影响较大,含NO₃-形态氮明显促进土壤N₂O的排放,尤其是高氮水平.研究结果可为评价全球气候变化下特别是降雨情况下沉降氮形态对土壤氮素转化的影响提供重要参考.      

海洋沉积物中反硝化细菌的分离鉴定及反硝化性能研究

利用良好的通气条件对反硝化细菌进行富集筛选,同时利用二苯胺试剂和Griess试剂显色反应分别检测NO₃--N的降解和NO₂--N的产生情况,并结合产气量筛选出具有良好耐氧性且反硝化性能优异的菌株. 最终从南海海域沉积物中筛选得到具有较强反硝化能力的细菌,并对目的菌株进行分子鉴定及反硝化能力测试. 结果表明,目的菌株F-8-1能较好地降解培养基中的NO₃--N和NO₂--N,产气快. 气相色谱检测发现,气体样品中的φ(N₂)非常高,接近100%,且未检测出其他氮氧化物气体. 16S rDNA序列分析表明,菌株F-8-1与假单胞菌属具有99%的序列相似性和很高的同源性.菌株F-8-1在有氧及高盐环境中生长良好.      

秸秆还田方式对东北农田土壤NH3挥发和N2O排放的影响

秸秆还田是有效利用资源、增加土壤有机质含量和培肥地力的有效措施,但也会影响土壤NH₃挥发和N₂O的排放.探索不同秸秆还田方式对NH₃挥发和N₂O排放的影响对于减少土壤氮素损失和保护生态环境具有重要意义.采用田间小区试验,利用Los Gatos Research（LGR）超便携NH₃分析仪和密闭式静态箱-气相色谱法探究不同秸秆还田方式下土壤NH₃挥发和N₂O排放的特征,试验设4个处理（覆盖还田,即表面覆盖玉米秸秆,0~20和20~40 cm土壤分层扰动后填回,记为JG0-0;常规还田,即秸秆与0~20 cm土壤混合,20~40 cm土壤扰动后填回,记为JG0-20;深还田,秸秆与20~40 cm土壤混合,0~20 cm土壤挖出后填回,记为JG20-40;对照处理,即无玉米秸秆还田,0~20和20~40 cm土壤分层扰动后填回,记为CK）.结果表明:①相比于CK,不同秸秆还田方式均显著降低了土壤NH₃挥发量,增加了土壤N₂O排放量.与CK相比,JG0-0、JG0-20和JG20-40处理下土壤NH₃累积排放量分别减少了12.38%、9.87%和5.73%;土壤N₂O累积排放量分别增加了30.19%、82.82%和36.53%,其中JG0-0和JG20-40处理之间无显著性差异.②JG20-40处理下玉米产量显著高于其他处理,比CK增加了23.15%,JG0-0处理下玉米产量高于CK和JG0-20处理,但并未达到显著水平.③对于NH₃和N₂O这两种气体的总累积排放量,各处理间均达到显著性差异.与CK相比,JG0-0、JG0-20和JG20-40处理下NH₃和N₂O总累积排放量分别增加了16.67%、52.08%和22.92%.④不同秸秆还田方式下的氮素气态损失率均高于CK,JG0-0、JG0-20和JG20-40处理下氮素气态损失率分别比CK增加了17.50%、52.50%和22.50%.因此,综合考虑土壤NH₃挥发量、N₂O排放量和玉米产量等因素,JG0-0处理优于JG20-40、JG0-20处理.      

Fe (Ⅱ)对反硝化过程及其功能微生物群落的影响

以华南稻田土壤为研究对象,通过室内模拟控制实验,研究了Fe （Ⅱ）对厌氧稻田土壤中反硝化过程及其功能微生物群落结构组成与相对丰度的影响.结果表明,加入Fe （Ⅱ）减缓了土壤中NO₃^-的还原,但促进了NO₂^-的还原和N₂O的生成;同时Fe （Ⅱ）只在Soil+Fe （Ⅱ）+NO₃^-处理中发生氧化.通过定量PCR结果发现,Fe （Ⅱ）的加入提高了亚硝酸盐还原基因nirS和N₂O还原基因nosZ的拷贝数;但降低了细胞膜硝酸盐还原基因narG的拷贝数.通过高通量和克隆文库分析发现,Fe （Ⅱ）的加入主要对napA-周质硝酸盐还原微生物群落结构有明显影响,Soil+NO₃^-处理中优势菌是Dechloromonas,而Soil+Fe （Ⅱ）+NO₃^-处理中为Azonexus、Dechloromonas和Azospira.Fe （Ⅱ）对厌氧稻田中的反硝化过程及其功能微生物群落具有显著影响,这对了解华南红壤地区稻田体系中的氮元素循环与铁元素转化的关系具有重要意义.     

深圳再生水补水河流溶解N2O空间分布和产生机制

为了探究在再生水回补城市河流的条件下河流N₂O的微生物产生过程及其空间变化特征,以深圳市西乡河为研究对象,分析了河水中c（溶解性N₂O）、c（NH₄+-N）、c（NO₃--N）、δ15Nbulk-N₂O、δ18O-N₂O、同位素异位体位嗜值（site preference,SP）及其他环境因子,并基于端元混合模型和同位素分馏模型定量计算硝化和反硝化作用对河水中N₂O贡献百分比.结果表明:①随着流速降低,西乡河河水从上游的好氧环境逐渐发育成中下游的厌氧环境.②再生水进入西乡河后河水c（溶解性N₂O）从1.36 μmol/L沿程降至0.19 μmol/L;相关性分析表明,影响c（溶解性N₂O）的主要因素为ρ（DO）（R2=0.800,P < 0.01）和c（CH₄）（R2=-0.736,P < 0.01）.③硝化和反硝化作用对河水中N₂O贡献率分别为14.36%~80.53%和19.47%~85.64%;N₂O的来源在好氧河段中以硝化作用为主,在厌氧河段则以反硝化作用为主;N₂O还原成N₂的比例与ρ（DO）具有显著负相关关系（R2=-0.782,P < 0.01）.研究显示,再生水回补城市河流引入了较高质量浓度的N₂O和NO₃--N,而河道的厌氧环境促进河水中N₂O还原成N₂,下游河流成为N₂O的汇.      

土壤化学反硝化及N2O产生机理研究进展

传统观点认为土壤氮素转化要有微生物的参与,但越来越多的研究发现,非生物转化在一些特定条件下同样发挥着不可忽略的作用,该途径下N₂O产生量甚至超过生物学过程而占主导作用.作为一种重要的非生物土壤氮素转化方式,化学反硝化产生途径虽然已经被发现近一个世纪,但在现代生态学研究中通常因研究分散而往往被忽视.鉴于此,对土壤化学反硝化及N₂O产生机制、影响因素的研究进展进行总结,并对化学反硝化的不足和薄弱环节提出展望.结果表明:土壤化学反硝化及N₂O产生的机制主要包括高价氮还原和羟胺分解两种作用;影响土壤化学反硝化的因素主要包括pH、温度、反应底物浓度、有机质、固相界面及金属离子,如高pH、固相界面和Cu2+的存在均会促进化学反硝化过程;不同形态Fe直接参与化学反硝化生成N₂O的途径不同,主要包括Fe2+还原NO₂-和NO₃-,Fe3+氧化NH₂OH.然而,现有研究对于化学反硝化机理的边界划分等问题仍不明确,因此,建议强化羟胺在土壤化学反硝化途径中作用机理的基础性研究,以及多因素综合影响下化学反硝化强度和N₂O产生特征方面的应用性研究.      

强还原与生物炭对土壤酶活性和温室气体排放的影响

本研究设置未修复对照（CK）、土壤强还原处理（RSD）、生物炭修复（BC）以及RSD与生物炭联合修复（RSD+BC）,采用培养实验对比研究不同修复处理对设施蔬菜地土壤酶活性和温室气体（CO₂和N₂O）排放的影响.结果表明：相比CK,RSD和RSD+BC处理显著提高了β-葡萄糖苷酶（βG）、纤维二糖水解酶（CBH）、过氧化物酶（PEO）、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）和酸性磷酸酶（AP）的活性以及酶C：P与酶N：P值（P<0.05）,而BC处理对上述5种胞外酶活性的影响并不显著.同CK相比,RSD、BC和RSD+BC处理的CO₂排放量分别提高了10.6、1.1和12.2倍;RSD处理的N₂O排放量亦显著增加,但BC和RSD+BC处理的则显著降低（P<0.05）.与RSD相比,RSD+BC处理的N₂O排放量和综合温室效应（GWP）显著减少了86.9%和37.8%.结构方程模型分析表明：βG与土壤可溶性有机碳（DOC）对CO₂累积排放量具有直接正效应,且βG与CBH通过影响DOC含量间接影响CO₂排放;NO₃^--N和NH₄⁺-N对N₂O累积排放量具有直接显著负效应.综合考虑土壤酶活性和温室气体减排,RSD+BC联合修复效果更佳.     

长期施肥对稻田不同土层反硝化细菌丰度的影响

为了探讨长期施肥对稻田不同土层关键反硝化功能种群丰度的影响及核心驱动因子,以湖南宁乡长期施肥定位试验田为平台,选取不施肥（CK）、全量化肥（NPK）和秸秆还田（ST）3个处理,结合实时荧光定量PCR（qPCR）技术,系统分析了稻田不同土层（0~10,10~20,20~30,30~40cm）关键反硝化功能基因（narG、nirK和nirS）的丰度及其与土壤理化性质的内在联系.结果表明,相比于不施肥处理（CK）,施肥处理（NPK和ST）在0~40cm土层土壤SOC、TN、NO₃^--N、NH₄⁺-N和Olsen-P分别显著增加了2.2%~83.6%,3.5%~58.3%,70.8%~222.1%,0.9%~83.7%和16.5%~94.5%,pH值下降了0.31~0.67个单位;长期施用化肥和秸秆使narG、nirK和nirS基因丰度分别增加0.75~7.18倍,1.57~3.02倍和0.53~3.81倍,其中秸秆还田对反硝化细菌数量的影响比单施化肥更显著;稻田narG、nirK和nirS反硝化型细菌的丰度随土层深度增加而逐渐降低,具有明显的垂直分布特征;RDA分析结果显示,土壤养分如SOC和TN是影响水稻土narG、nirK和nirS反硝化型细菌垂直分布的关键因子,而pH值是调控反硝化细菌在稻田底土分布的核心驱动因子.研究结果可为提升稻田土壤肥力和减少稻田氮素损失和温室气体排放提供理论依据.     

外源硝态氮对典型耕作土壤冻结过程N2O排放的影响

为明确外源硝态氮添加对典型耕作土壤冻结过程N₂O排放的影响,应用室内冰柜模拟土壤冻结过程,研究在室温-冻结过程中硝态氮添加(0、80、200和500 mg/kg)对3种典型耕作土壤(黑土、潮土和黄土)N₂O排放影响的特征. 结果表明:外源硝态氮的添加促进了黑土和潮土的N₂O排放,在200 mg/kg硝态氮添加处理下,黑土和潮土的N₂O排放通量比CK(对照)分别增加了849%和676%;但在添加高浓度(500 mg/kg)硝态氮时,黑土和潮土的N₂O排放通量分别比200 mg/kg处理降低39.3%和21.2%,表现为显著抑制. 随冻结过程的进行,黑土和潮土的N₂O排放通量均逐渐降低并接近零排放. 黄土N₂O排放通量在室温-冻结过程中变化范围很小,甚至出现负排放. 多因素方差分析结果表明,土壤类型显著影响N₂O累计排放量,而土壤pH和C/N是其中重要的影响因子. 根据室内培养试验结果,为减排N₂O,建议在深秋整地施肥时期尽量避免在潮土和黑土中施用硝态氮肥. 黄土的N₂O排放似乎对外源硝态氮的添加反应不明显,这有待在大田气候-植物-土壤综合条件下进一步验证.      

曝气灌溉条件下土壤N2O排放特征及影响因子分析

为了明确曝气灌溉下土壤N₂O排放特征及主要影响因子,实验设置了2个灌水量（70%和90%田间持水量）和2个增氧水平（5,40mg/L）,采用静态箱法和qPCR技术对土壤N₂O通量及土壤关键功能基因进行测定,研究不同灌水量和增氧水平对土壤充水孔隙度、溶解氧、氧化还原电位（Eh）、矿质氮及氨氧化古菌（AOA）、氨氧化细菌（AOB）和反硝化基因（narG和nosZ）的影响.结果表明：培养过程中,各处理N₂O排放通量均呈现先增加后降低的趋势,于灌溉后1d达到峰值;曝气量和灌水量的增加可显著增加土壤N₂O的排放通量和排放峰值.灌溉造成土壤含水量增加的同时,降低了土壤溶解氧和Eh;曝气可提高土壤溶解氧和Eh,改善土壤通气性（P<0.05）,而对土壤充水孔隙度无显著影响.土壤充水孔隙度、Eh、NO₃^--N含量是曝气灌溉下驱动土壤N₂O排放的主要理化因子.曝气显著增加了AOA的基因拷贝数,且N₂O排放与AOA的基因拷贝数呈显著正相关关系（P<0.05）.研究结果为进一步明确曝气灌溉对土壤N₂O排放的影响机制和曝气灌溉模式下农田N₂O排放管理提供支撑.     

卫生和生物反应器填埋场夏季N2O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(18.07 μg/(m2·h))为生物反应器填埋单元(5.57 μg/(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).      

灌溉方式对设施土壤温室气体排放的影响

为了寻求在高产、高效、节水的同时能够最大程度促进温室气体减排的灌溉方式,以长期定位灌溉设施蔬菜(以番茄为例)栽培土壤为研究对象,探讨覆膜滴灌、节点式渗灌、沟灌3种不同灌溉方式对土壤温室气体(N₂O、CO₂、CH₄)排放特征的影响,以及温室气体排放与土壤温度和湿度两大环境因子的相关性,并运用产气比概念对温室气体累积排放量进行比较.结果表明:①在番茄生长季,不同灌溉方式下N₂O排放总量表现为沟灌(25.33 kg/hm2)>覆膜滴灌(23.87 kg/hm2)>节点式渗灌(10.04 kg/hm2),土壤温度适宜条件下,N₂O排放通量与土壤湿度呈极显著相关(P<0.01).②CO₂排放通量随着气温升高及植株生长而逐渐增大,具有明显的季节性变化.不同灌溉方式下CO₂排放总量表现为节点式渗灌(11.84 t/hm2)>沟灌(10.45 t/hm2)>覆膜滴灌(9.53 t/hm2);覆膜滴灌和节点式渗灌处理下CO₂排放通量与土壤温度呈极显著相关(P<0.01),沟灌处理下二者呈显著相关(P<0.05).③在番茄整个生长季期间,土壤总体表现为大气CH₄的汇,不同灌溉方式下CH₄吸收总量表现为节点式渗灌(1.98 kg/hm2)>覆膜滴灌(0.93 kg/hm2)>沟灌(0.71 kg/hm2),CH₄排放通量与土壤湿度呈显著相关(P<0.05).研究显示,采用覆膜滴灌方式不仅可以达到高产、高效、节水的目标,而且综合排放的温室气体量最少,可达到土壤温室气体最大程度的减排效果,减缓全球气候变暖趋势,是一种最佳的灌溉方式.      

不同肥源条件下Zn对农田土壤N2O排放的影响及其机制

为探究锌（Zn）污染对农田土壤氧化亚氮（N₂O）排放的影响,分别以猪粪和尿素为肥源进行室内培养实验,对比分析不同含量Zn （0、50、500、1500和5000mg/kg）对N₂O排放的影响及其机制,并在培养第52d向所有处理再次添加尿素以探究其长期效应,共培养80d.结果表明：第1次添加肥料阶段,在尿素为肥源处理中不同含量Zn均表现为显著抑制作用（P<0.05）,而猪粪为肥源处理中除50mg/kg无显著影响外（P>0.05）,其它含量处理均显著促进N₂O排放（P<0.05）.第2次添加肥料阶段,不同肥源条件下Zn的作用规律一致,即50mg/kg无显著影响（P>0.05）,500和1500mg/kg显著提高N₂O排放而5000mg/kg处理与之相反（P<0.05）.此阶段500、1500和5000mg/kg处理以猪粪和尿素为肥源时其N₂O累积排放量与同肥源对照的比值分别为3.49、3.13、0.01和2.53、2.74、0.04,可见同等含量Zn在猪粪为肥源条件下作用更强,500和1500mg/kg Zn的促进机制为Zn提高了土壤中NH₄⁺-N、NO₃^--N含量以及控制反硝化过程N₂O产生和还原功能基因相对丰度的比值（nirS/nosZ）,而5000mg/kg Zn抑制了土壤中NH₄⁺-N进一步转化为NO₃^--N,从而降低了N₂O排放.     

城市污泥堆肥对土壤温室气体排放的短期影响

采用田间试验,施用2种城市污泥堆肥（含生物质炭和不含生物质炭）,通过静态暗箱-气相色谱法研究污泥堆肥土地利用过程温室气体排放特征,探讨施用污泥堆肥的短期影响作用.结果表明,在观测时间内,N₂O排放主要集中在前3周,约占总排放量的87.9%~95.6%.N₂O排放量均随污泥堆肥施用量的增加而增加（P<0.05）,裸地N₂O排放量高于种植作物处理.施用含生物质炭污泥堆肥能减少土壤N₂O排放,且随着施用量的增加,N₂O减少量越大（P<0.05）.CH₄排放量较低,在试验前期和后期主要为负,总体表现为吸收CH₄.各处理吸收CH₄主要集中在第18d以后,其CH₄吸收量占总吸收量的52.1%~66.7%.施用含生物质炭污泥堆肥处理CH₄吸收量比不含生物质炭污泥堆肥处理低35.2%~62.2%,同时,裸地CH₄吸收量明显高于种植作物处理（P<0.05）.CO₂排放也主要集中在18d以后,约占排放总量的50.5%~61.8%.种植作物能促进CO₂的排放,种植作物处理是裸地的1.34~1.57倍.在观测时间内,污泥堆肥土地利用是CH₄的弱吸收汇,是N₂O和CO₂的排放源,施加污泥堆肥能显著增加土壤N₂O和CO₂的排放.施用生物质炭污泥堆肥短期内能够减少温室气体总排放量,温室气体减排量达到20.41%~62.51%.