氮肥-垃圾渗滤液复合影响区非饱和-饱和带全剖面氮素分布特征及微生物响应

农田氮肥和垃圾填埋场渗滤液是我国地下水氮素污染的两大来源,从氮肥-垃圾渗滤液复合影响区域内采集6份土壤剖面-地下水样品,分析非饱和-饱和带全剖面中氮素的分布特征,来清晰判识该类典型区域的氮素跨介质污染特征和途径,同时通过高通量测序进行氮循环功能微生物分析,来解析氮循环功能微生物对氮素分布的响应.结果发现,在高施肥量采样点中,土壤中的硝态氮（NO₃^--N）和溶解性有机氮（Dissolved Organic Nitrogen,DON）含量均显著高于低施肥量采样点（p<0.01）,NO₃^--N大量分布在深度0~240 cm的土壤中（p<0.05）,部分NO₃^--N下渗进入地下水,高施肥量采样点地下水中NO₃^--N浓度在总溶解性氮（Total Dissolved Nitrogen,TDN）中占比达31.93%~84.70%,硝化菌在氮循环功能菌中占比为27.08%~87.99%,说明氮肥是该区域地下水NO₃^--N的主要来源.铵态氮（NH₄⁺-N）在非饱和带深度0~20 cm和400~460 cm的范围内含量较高（p<0.05）,垃圾填埋场下游的地下水NH₄⁺-N浓度均超标,在TDN中占比为26.40%~59.71%.统计分析表明,垃圾填埋场渗滤液可能是造成地下水中NH₄⁺-N浓度空间差异的重要因素,并很可能是导致地下水位波动带附近出现NH₄⁺-N高积累的主要原因（p<0.05）.这些结果将有助于复合影响区氮素的污染评估和防控.     

低温期浅水湖泊氮的分布及无机氮扩散通量:以白洋淀为例

本文以我国华北地区最大的浅水湖泊白洋淀为研究对象,探究其低温期沉积物-水界面无机氮的分布特征,分析沉积物孔隙水中无机氮扩散通量对上覆水水质的影响.结果表明,低温期白洋淀表层水总氮（TN）平均浓度范围为4.83~8.23 mg·L^-1,氨氮（NH₄⁺-N）平均浓度维持在0.21~0.34 mg·L^-1之间,硝氮（NO₃^--N）平均浓度在0.01~2.75 mg·L^-1之间.TN污染较严重,超过地表水Ⅴ类水质标准.表层沉积物TN平均含量在681~4365 mg·kg^-1之间,其中有机氮（TON）为氮素的主要存在形式,占总氮比例61.6%~93.1%.NH₄⁺-N为无机氮（TIN）的主要存在形式,平均含量范围为28.9~116.3 mg·kg^-1,NO₃^--N含量整体较低,平均值范围为5.2~23.7mg·kg^-1.低温期白洋淀0~30 cm沉积物孔隙水中NH₄⁺-N浓度是上覆水中的3~16倍,呈现逐渐累积趋势.沉积物-水界面NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N扩散通量范围分别为-0.55~4.09、-1.44~3.67和-0.88~0.04 mg·（m²·d）^-1,冬季低温期仍具有潜在释放风险.低温期沉积物中积累大量的NH₄⁺-N,可能会在温度升高后影响白洋淀上覆水体水质.因此研究低温期白洋淀沉积物-水界面氮的分布特征和沉积物中无机氮的内源释放风险对于改善白洋淀水质和认识浅水湖泊内源氮污染具有重要意义.     

水库沉积物贫营养型好氧反硝化菌(Pseudomonas sp.)分离及其对微污染水体脱氮效率分析

为探究深水水库沉积物微生物功能特征及利用价值,于2019年在实验室对小湾水库表层沉积物微生物进行了驯化分离,并分析了其中一株细菌的脱氮效率.结果表明,分离出的细菌XW731经鉴定属于假单胞菌属（Pseudomonas sp.）,是一种贫营养型好氧反硝化菌;在分别以NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N为唯一氮源时,该菌对NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N去除率分别为33.6%、68.5%和9.1%;以NH₄⁺-N和NO₃^--N为氮源时,对NH₄⁺-N和NO₃^--N去除率分别为66.4%、89.6%,同步硝化反硝化能力更强.将该菌投加到两种城市微污染水体后测试表明,该菌对城市河道水体的NH₄⁺-N和NO₃^--N去除率分别为38.3%和42.4%,对城市降雨水体的NH₄⁺-N和NO₃^--N去除率分别为22.2%和7.7%.     

高效异养硝化-好氧反硝化菌Glutamicibacter sp.WS1低温下对多种氮源的脱氮特性及氮代谢机制

针对污水处理厂冬季生物脱氮效率低、出水水质不达标的问题,从活性污泥中分离出1株耐低温异养硝化-好氧反硝化菌株Glutamicibacter sp.WS1.采用PCR技术扩增该菌株的脱氮功能基因,研究其对不同氮源的低温脱氮效能,通过单因素实验探究环境因子对其低温好氧反硝化性能的影响,并利用氮平衡解析其氮代谢路径.结果表明,菌株WS1含有氮代谢相关的功能基因amoA、napA、nirS和nirK;在15℃低温条件下,菌株WS1在以NH₄⁺-N、NO₃^--N、NO₂^--N+NO₃^--N和NH₄⁺-N+NO₃^--N为氮源时,对各无机氮的去除率分别为100%、98.10%、99.87%+100%和100%+94.92%;菌株WS1的最佳反硝化条件：柠檬酸钠为碳源、C/N为16、pH为8、ρ（DO）为4.5~6.8 mg ·L^-1和温度为30℃;在低温（15℃）和低C/N （10）条件下,菌株WS1对NO₃^--N的去除率达到92.50%;异养硝化-好氧反硝化/好氧反硝化和同化作用是菌株WS1去除不同氮源底物的主要途径,其中大部分的无机氮（47%~56%）通过异养硝化-好氧反硝化/好氧反硝化作用转化为了气态氮.菌株WS1在低温污水脱氮领域具有广阔的应用前景.     

负载NH4+-N生物炭对土壤N2O-N排放和NH3-N挥发的影响

利用生物炭吸附面源污染水体NH₄⁺-N并将其进行还田可实现此氮资源由水体到农田的安全有效迁移,而探索负载NH₄⁺-N生物炭对N₂O-N排放和NH₃-N挥发的影响则对于减施化肥和降低土壤氮素损失意义重大.本研究采用土柱试验,设置4个处理：对照（不施氮肥,CK）、单施化肥（NPK）、负载氮+化学磷钾肥（N-BC+PK）和生物炭+化肥（BC+NPK）.结果表明,相较NPK和BC+NPK处理,N-BC+PK处理N₂O-N累积排放量、NH₃-N累积挥发量、气态氮素累积损失量（以N计）分别显著降低了33.62%和24.64%、70.64%和79.29%、64.97%和73.75%（P<0.05）.特别需要说明的是,BC+NPK处理相比NPK处理显著增加了NH₃-N累积挥发量（P<0.05）.综上所述,负载NH₄⁺-N生物炭可显著减少N₂O-N排放和NH₃-N挥发,且其减排效果显著优于传统的生物炭化肥配施.本研究结果将为富营养化水体NH₄⁺-N农田回用和土壤气态氮素减排提供理论依据和数据支持.     

休耕对抚仙湖周边农田土壤剖面和浅层地下水中氮累积的影响

减少外源氮投入能有效降低农田土壤氮累积和地下水氮污染,休耕是减少外源氮投入的重要措施之一.为探讨农田休耕对土壤剖面和浅层地下水中氮累积的影响,以抚仙湖周边农田土壤剖面和浅层地下水为研究对象,分析了休耕前（2017年12月）和休耕后（2020年8月和2021年4月）农田0~100 cm土壤剖面氮累积和浅层地下水中氮浓度的变化及其两者的关系.结果表明:休耕显著降低了土壤剖面氮含量和储量,休耕后0~30、30~60和60~100 cm土壤剖面TN、ON、DTN、NO₃ ^--N和NH₄ ⁺-N含量分别降低18.4 %~36.5 %、16.1 %~26.8 %、54.0 %~130.2 %、59.5 %~90.8 %和60.1 %~110.6 %.休耕前0~100 cm土壤TN、ON、DTN、 NO₃ ^--N和NH₄ ⁺-N储量分别为（17.20 ±0.97）t·hm^-2、（15.50 ±1.23）t·hm^-2、（0.68 ±0.06）t·hm^-2、（266.8 ±31.17）kg·hm^-2和（18.7 ±3.04）kg·hm^-2,休耕后各形态氮储量分别下降了25.5 %、23.3 %、44.7 %、80.1 %和59.9 %.休耕也改变了浅层地下水中氮浓度和形态构成,休耕后地下水中TN、ON、NO₃ ^--N和NH₄ ⁺-N浓度分别下降了88.4 %、82.7 %、92.1 %、65.8 %,ON/TN和NH₄ ⁺-N/TN从休耕前的26 %和6 %升高至休耕后的39 %和17 %,而NO₃ ^--N/TN从休耕前的61 %降至休耕后的41 %.地下水氮浓度和形态变化与休耕前后土壤中DTN、NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N和地下水中pH、ORP、DO等因素密切相关.可见,休耕有效降低了农田土壤剖面氮累积,缓解了浅层地下水氮污染,有利于防止高原湖泊的水质恶化.     

底栖动物（苏氏尾鳃蚓Branchiura sowerbyi和椭圆萝卜螺Radix swinhoei）对不同氮负荷程度沉积物脱氮的影响

沉积物-水界面的底栖动物的生物扰动对微生物反硝化和厌氧氨氧化过程具有重要影响.本研究在两种不同氮负荷程度系统中,比较两种扰动功能不同的底栖生物（苏氏尾鳃蚓Branchiura sowerbyi和椭圆萝卜螺Radix swinhoei）的生物扰动对反硝化和厌氧氨氧化的影响以及沉积物-水系统中氮素的去除效果.结果表明,在负荷1和负荷2系统中,尾鳃蚓和螺促进沉积物反硝化菌丰度增加0.61~2.48倍,厌氧氨氧化菌丰度增加0.53~1.89倍,尾鳃蚓和螺促进系统氮去除量分别增加了16.64~32.18 mg和15.34~39.25 mg,其中负荷2系统中氮的去除量更大;尾鳃蚓的扰动促进上覆水的氮素（NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN）浓度提高了17.67%~230.54%,而螺对上覆水NO₃^--N和TN浓度没有显著影响;在负荷1和负荷2系统中, 螺组的厌氧氨氧化菌丰度都高于尾鳃蚓组, 且厌氧氨氧化菌所属的浮霉菌门相对丰度增加10.00%~15.12%.研究结果可为减缓淡水生态系统氮污染和富营养化水体修复提供参考和依据.     

异养硝化细菌Acinetobacter junii WZ17的脱氮特性及动力学研究

异养硝化-好氧反硝化细菌Acinetobacter junii WZ17脱氮效果良好,为确定其脱氮特性及动力学过程,利用“样条插值法”研究了菌株生长阶段,并采用Logistic模型和修正的Gompertz模型对菌株生长及氮素去除过程进行拟合,结合反硝化过程中间产物,分析菌株脱氮途径.结果显示,菌株WZ17以NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N唯一氮源时,生长适应期分别为2.89、3.13和3.13 h,最大去除速率分别为8.47、5.76和5.18 mg·L^-1·h^-1,生长和底物去除过程分别符合Logistic模型（R²>0.9）和修正的Gompertz模型（R²>0.9）.硝化过程中,NO₃^--N和NO₂^--N的积累量仅为0.13和0.14 mg·L^-1,反硝化过程中,NO₂^--N的积累量为1.55 mg·L^-1.“样条插值法”的运用可以准确地划分菌株WZ17的生长阶段,菌株WZ17对NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N均具有较好的去除效果,反硝化途径为NO₃^--N→NO₂^--N→N_xO_y.     

玉米芯和稻草秸秆强化潜流人工湿地对低C/N污水的处理效果

人工湿地在处理低C/N污水时存在碳源缺乏而严重限制反硝化进行的问题.为了补充反硝化需要的碳源,选择了玉米芯和稻草秸秆作为外加碳源引入湿地系统,对比两种碳源对湿地脱氮的强化效果.结果表明,通过11 d的纯水浸提释放实验发现,碳素累积释放量：稻草秸秆［（145.17±9.44） mg·g^-1］>玉米芯［（57.41±5.04） mg·g^-1］;氮素累积释放量：稻草秸秆［（2.31±0.09） mg·g^-1］>玉米芯［（0.66±0.08） mg·g^-1］.在观测的时间内,玉米芯和稻草秸秆累积释放碳氮比平均值分别为94.78和63.64.相比于稻草秸秆,玉米芯更适合作为外加碳源.在为期58 d的潜流人工湿地实验中,发现除了第8~12 d,添加玉米芯和稻草秸秆人工湿地出水中ρ（COD）超过50 mg·L^-1外,其它时间都低于50 mg·L^-1.在观测期间,添加玉米芯人工湿地的NO₃^--N去除率为93%~99%,具有良好的反硝化性能.而添加稻草秸秆人工湿地在运行后期NO₃^--N去除率最低只有76.8%,反硝化速率明显下降.对照组NO₃^--N去除率只有76.2%~77.7%,出现了明显碳源不足的现象.碳源不足还造成了NO₂^--N的蓄积.添加稻草秸秆和对照组人工湿地中NO₂^--N的出水质量浓度分别是玉米芯人工湿地的2.5~6倍和6~26倍.与添加稻草秸秆比,添加玉米芯可以使人工湿地中NO₂^--N出水质量浓度得到更显著地降低（P<0.05）.玉米芯、稻草秸秆和对照组人工湿地TN去除率分别为83.75%~93.49%、76.59%~78.85%和67.85%~72.56%,三者之间存在显著性差异（P<0.01）.最后,通过对玉米芯进行了稀碱加热预处理,使玉米芯的碳素累积释放量提高到（93.73±17.49） mg·g^-1,累积释放的碳氮比提高至175.8,进一步提高了玉米芯的释碳性能,表现为更合适的外加碳源.     

不同形态厌氧氨氧化菌处理磁分离出水脱氮性能及微生物群落结构变化分析

采用两种不同形态（固定生物膜和颗粒态）的厌氧氨氧化菌（AnAOB）,考察了其对磁分离出水的脱氮性能、氮负荷的差异,同时从分子生物学的角度分析了微生物群落结构的变化.结果表明：采用自模拟污水,35℃恒温、不同水力停留时间（HRT）条件下,两个反应器对NH₄⁺-N和NO₂^--N的去除率均大于90%.此外,反应器内的微生物群落结构也发生改变,固定生物膜和颗粒反应器中Candidatus Kuenenia菌属消失,Candidatus_Brocadia、Candidatus_Jettenia成为体系厌氧氨氧化优势菌属,相对丰度分别上升至0.89%、0.63%（固定生物膜）和8.79%、2.92%（颗粒）.采用磁分离出水,随着HRT的降低,两种形态的厌氧氨氧化菌对NH₄⁺-N和NO₂^--N去除率均在80%以上.反应器中厌氧氨氧化菌Candidatus_Brocadia、Candidatus_Jettenia的相对丰度明显下降,最终稳定维持在0.7%左右,并伴随异养菌的出现.     

氮与自然

在某种程度上,人类对全球氮循环的改变是很重要的,因为增加的氮极大地改变了许多天然生态系统的组成、生产率和其它性质.增加的氮为什么有这么大的影响力?为什么如此多的天然生态系统都处于缺氮状态?减缓氯相对于其它元素的循环过程,和控制生态系统水平的氮输入输出过程,都使氮供应成为生态系统动态的限制因子.我们讨论了可以减慢氮循环的因子:陆地植物和其它有机体之间的化学计量学差异,蛋白质沉淀防御植物的多度,土壤有机质中C-N键状态.对输入来讲,氮固定的能量消耗及其后果,氮以外的养分供应,对固氮者的优先取食,所有这些都能限制生物固氮者的多度和/或活动.这些过程加在一起,推动和维持着许多天然陆地生态系统的氮限制.     

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.      

城市河流水生植物氮含量和氮同位素记录及其对水体氮污染的响应

城市生产和生活活动排放大量含氮污染物到城市河流中,造成水质下降、水体富营养化.河流水生植物已被广泛用于水体氮污染的评价和去除,但目前水生植物氮利用的过程机制并不十分清楚,这阻碍了利用水生植物的氮素地球化学指标去评价河流水体氮污染状态.本研究采集西南地区流经贵阳市区的南明河河水和水生植物样本,通过分析氮浓度和同位素组成,...     

澜沧江水系氮磷污染及硝酸盐来源解析

有效控制氮磷输入是水质持续改善的关键因素.为识别澜沧江水系水体中氮磷浓度、氮污染物来源及其空间分布特征,在澜沧江流域开展了干流和支流水样的采集,分析流域不同区域水体氮磷浓度,并利用氮氧同位素技术结合稳定同位素SIAR模型,解析了水系不同区域氮素来源及其贡献率.结果表明：①澜沧江水系氮浓度偏低,ρ（TN）分布在0.34~4.18 mg·L^-1之间,从上游至下游有升高趋势;ρ（TP）分布在0.11~2.34 mg·L^-1之间.②澜沧江水系的δ¹⁵ N-NO₃^-和δ¹⁸ O-NO₃^-值分别分布在-5‰~5‰和-16‰~16‰之间,主要落在降雨及肥料和土壤氮范围内,主要存在硝化作用.③澜沧江干流中土壤氮和化学肥料的贡献率分别为37.67%~42.41%和34.22%~38.56%,粪便和生活污水占15.01%~20.79%,大气沉降仅占4.49%~7.32%.中游支流和下游支流中土壤氮的贡献明显高于化学肥料,土壤氮的贡献率达53.97%~61.57%,化学肥料占33.37%~38.30%,而大气沉降、粪便和生活污水的贡献率较低.研究分析了澜沧江水系上、中和下游干流和支流的氮素来源,为该区域的水质管理和污染源治理提供了依据.     

废水中氨氮和总氮的相关性分析研究

为了解废水中氨氮和总氮之间的关系,通过近三年濮阳市6个点位废水中的氨氮和总氮的监测数据,分析了氨氮和总氮之间的线性相关性,得出两者之间的线性系数.结果表明:废水中氨氮和总氮的相关关系较好,相关系数为0.927 0,秋季废水中氨氮和总氮的相关关系最好,其次是春季和冬季,夏季两者的相关性稍差,不同的废水监测点位,氨氮和总氮之间的线性关系有一定差别.     

无机态氮素转化机制及水土体氮源识别方法

氮素在生物生命活动中起着至关重要的作用,是有机分子的基本组成元素,也是土壤的主要养分.对于氮污染的研究首先要明确各种氮形态转化机制,这是解决各种氮科学问题的基础,也是研究者容易忽略的重点.本文论述了氮素在生态系统中的转化过程及作用机制的基础,归纳总结了近年来国内外有关水土中氮源分析的研究方法及氮同位素分馏作用,重点综述了地表水及地下水体中氮源识别方法与应用,包括定性识别和模型识别方法.指出利用水化学方法与多种同位素方法相结合能够有效识别水土氮污染来源.针对传统亚硝化反应中氧原子来源识别中的问题,提出了反应过程的现代观点,解释了二次氧化反应过程中δ~(18)O-NO~-_3的富集原理.提出盆地含水层中原生铵态氮对地下水污染具有重要贡献,并给出了新的研究设想.     

贫营养好氧反硝化菌株的脱氮特性及氮/碳平衡分析

针对生物法处理贫营养水源水存在脱氮效率不高,脱氮过程电子转移不清楚等问题,以具有高效脱氮功能的贫营养好氧反硝化菌Acinetobacter junii ZMF5为研究对象,探究了菌株脱氮性能、环境适应性及反硝化过程中的电子转移.结果表明:①菌株ZMF5具有高效的异养硝化和好氧反硝化能力,氨氮和硝氮去除速率分别为0.211 mg·(L·h)~(-1)和0.236 mg·(L·h)~(-1),并且在反应过程中无中间产物的累积;②通过氮素去除率以及菌株生长动力学分析,菌株ZMF5对不同类型的碳源均有一定的利用效果,在低C/N、低pH、低温的条件下仍表现出较好的氮去除性能;③氮平衡分析可知,比起碳水化合物羧酸盐化合物更能促进好氧反硝化过程的发生,使菌株脱氮途径发生变化,转化为气态氮(38.81%)的比例大于同化作用的氮(29.81%);④碳平衡分析可得,在反硝化过程中大部分碳源用于电子供体,而用于硝氮还原的电子较少,不同类型的碳源通过不同的还原势、电子供体的丰度和分子量来调节电子向硝酸盐呼吸链的转移.琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii ZMF5)将为微污染水源水体氮污染控制工程提供一定的菌源保障.     

地表水中氨氮和总氮的相关性分析

为了解地表水中氨氮和总氮之间的相关关系,通过2010年濮阳市6个监测点位地表水的氨氮和总氮的监测数据,分析了氨氮和总氮之间的相关性,结果表明:地表水氨氮和总氮两个监测因子之间的相关关系为冬季最好R为0.9270,春、秋其次R分别为0.8980和0.8695,最后是夏季为0.6780。氨氮和总氮之间的比例系数波动范围较大为0.040～1.138,各不同季节的平均值为0.38。     

地表水中含氮化合物变化及迁移规律初探

文章研究了上海某污染河道污染断面及其下游断面河水中几种含氮化合物及其底泥中总氮的含量变化,初步探索含氮化合物的转换规律及迁移。研究发现在污染断面,河水难以得到自净的机会,底泥中的总氮持续累积;在研究河流的下游断面,地表水中的含氮化合物含量变化与上游污染断面不完全一致,说明上游水体中的含氮化合物在向下游迁移,但迁移的同时,河道水质也受到其它含氮污染源的影响,并且由于水质的好转,溶解氧含量升高,同时发生了氨的硝化;而随着上覆水体的水质好转,底泥中的总氮含量也略有下降。     

石生苔藓氮含量和氮同位素指示贵阳地区大气氮沉降的空间变化和来源

对贵阳市区到农村地区4个方向的石生苔藓氮含量和氮同位素组成进行了对比分析.苔藓氮含量变化范围为0.85%～2.97%,并从市区(2.24%±0.32%)往外明显降低(1.27%±0.13%),表明贵阳市区氮沉降最高、往外逐渐降低,但在较远的农村地区(> 25 km)苔藓氮含量出现回升(平均1.33%～1.75%),反映了农村地区大气氮输入有所增加.苔藓氮同位素均为负值(-2.50‰～-1.39‰),并从市区到农村地区明显升高.市区苔藓较负的氮同位素比值(平均-8.87‰～-8.59%o)主要指示了城市排泄物和污水所释放的氨源贡献,而郊区和农村地区苔藓较高的氮同位素信号(平均-3.83‰～-2.48‰)主要反映了农业氨源的影响,苔藓氮含量回升可能与农业活动增强有关.此外,贵阳地区苔藓氮同位素的分布特征与受氧化态氮源控制的地区苔藓氮同位素变化相反,因而,贵阳地区大气氮沉降以铵(NHx)沉降为主,该结论有助于更加准确地认识城市地区大气氮沉降的来源和变化.