沉积物-水界面氮的源解析和硝化反硝化

掌握沉积物-水界面氮的循环过程,对有效控制地表水氮污染具有关键的作用.通过采集西湖不同季节的柱状芯样,利用氮、氧同位素技术及稳定同位素源解析模型(stable isotope analysis in R,SIAR)并结合乙炔抑制法研究沉积物-水界面氮的来源及迁移转化.结果表明,硝酸盐(NO_3~-)和氨氮(NH_4~+)在沉积物-水界面均存在浓度梯度,NO_3~-自底层水向间隙水扩散,是为沉积物累积;NH_4~+自间隙水向底层水扩散,是为沉积物释放.西湖底层水硝化作用明显,硝酸盐来源包括生活污水(粪肥)、土壤氮、化肥和降雨,生活污水(粪肥)是主要来源,其在夏季贡献率高达60.8%.间隙水中特别高的δ15N值反映西湖沉积物-水界面存在强烈的反硝化作用.西湖沉积物-水界面硝化速率和反硝化速率的平均值分别为2.85 mmol·(m~2·d)~(-1)和23.51μmol·(m~2·d)~(-1),沉积物-水界面在水体氮素去除过程中作用显著.硝化速率和反硝化速率时空变化显著.温度和溶解氧是影响西湖沉积物-水界面氮迁移转化的主要因素.     

河口区域反硝化作用研究进展

反硝化作用是河口区域去除NO-3的重要途径.其产物之一N2O是一种温室效应很强的温室气体.本文综述了河口区域反硝化作用在N元素生物地球化学循环过程中的重要作用,概述了不同测定反硝化速率的方法,并提出了各种方法的优缺点.总结了反硝化作用的影响因素:O2浓度,NO3-,有机质,温度,生物等.在这些因素的影响下,反硝化存在着区域性,季节性以及昼夜性差异.最后,提出了目前研究中存在的不足及发展方向.     

水位变化对湖泊沉积物营养释放的影响

水位波动可有效调节湖泊生态系统的结构与功能,干湿交替过程引起的沉积物生物地球化学循环途径的改变是其重要机制之一。大量研究结果表明,干湿交替将加速沉积物有机碳的分解,强化沉积物硝化与硝化作用的偶联,促进沉积物磷的酶促水解和厌氧解离,从而增加再度淹没之后水中溶解有机碳和生物可利用性磷的浓度,并减少溶解无机态氮的浓度。有机质的分解是上述过程的关键步骤。因此,必须系统描述湖泊水陆界面土壤和沉积物基本理化性状与水生生物特征,分析干旱过程中沉积物生物地球化学循环途径的变化,了解淹没过程中水柱营养状态与浮游生物群落对沉积物营养释放的响应,从而揭示水位波动调控富营养化过程的机制,即诱发营养脉冲或维系其持续补给,改变营养阈值,进而导致稳态转换。     

太湖流域典型河流沉积物的反硝化作用

用15N同位素配对法对太湖流域江苏和上海境内主要河流沉积物的反硝化作用及其影响因素进行研究.结果表明,河流沉积物反硝化作用具有显著空间差异.25℃时,河流总反硝化速率Dtot在0～4.03mmol.m-.2d-1之间;10℃时,Dtot在0～2.27mmol.m-.2d-1之间,平均值分别为0.79mmol.m-.2d-1和0.26mmol.m-.2d-1.相关性分析显示,沉积物的反硝化作用与沉积物氮含量和实验过程中的耗氧速率(SOD)呈显著相关关系(p<0.01).以总反硝化速率大小为依据将沉积物分成4组后的相关分析表明,反硝化速率与原位上覆水中的NO3--N含量之间亦存在显著的相关关系(p<0.05),预示着反硝化作用对水体氮负荷起到的氮汇作用.     

反硝化实验方法研究综述

氮磷是富营养化评价和预测的主要指标之一,由氮磷引发的水体快速富营养化和污染是当今全球面临的一个重大环境问题.沉积物是水体生态系统中N的归宿场所之一,反硝化作用是脱氮的重要机制.本文重点介绍了沉积物-水界面上反硝化常用的实验方法(乙炔抑制法,氮气通量法,同位素对法等)以及它们的优点和存在的缺陷,并指出了今后反硝化实验的研究方向.     

反硝化实验方法研究综述

氮磷是富营养化评价和预测的主要指标之一，由氮磷引发的水体快速富营养化和污染是当今全球面临的一个重大环境问题。沉积物是水体生态系统中N的归宿场所之一，反硝化作用是脱氮的重要机制。本文重点介绍了沉积物—水界面上反硝化常用的实验方法(乙炔抑制法，氮气通量法，同位素对法等)以及它们的优点和存在的缺陷，并指出了今后反硝化实验的研究方向。     

外加碳源影响水体异养反硝化脱氮的研究进展

近年来,水体硝酸盐污染受到世界范围内的广泛关注,从去除硝酸盐污染和降低脱氮成本两个方面考虑,生物反硝化法是比较经济、实用的方法。目前,反硝化过程主要是通过异养反硝化作用实现,碳源作为反硝化过程的电子供体,是影响反硝化过程的主要因素,当污水中碳氮比偏低时,需要考虑添加额外碳源提高异养反硝化作用速率,保证反硝化过程的正常进行。针对现有问题综述常用的几种主要外加碳源以及它们对反硝化作用的影响,为今后寻找到更加经济、有效的外加碳源提供参考。     

微生物在城市湿地氮循环系统中的作用研究

城市湿地是城市生态系统的重要组成部分,微生物作为城市湿地生态系统中的重要组成成分,是温地污水处理的主要因子,在降解污染中起着不可替代的作用。本文以哈尔滨松北区城市湿地为研究对象,通过实验对研究区域的湿地微生物种类进行初步鉴定,发现有5种微生物具有硝酸盐还原活性,为硝化菌类。分析了城市湿地氮循环系统中微生物效应,湿地微生物在城市湿地氮循环系统中对氮污染的优化控制十分重要,指出在城市湿地氮循环系统中微生物的硝化和反硝化作用是氮降解的主要过程,同时厌氧氨氧化过程存在着减缓氮污染的可能性。     

太湖主要环湖河道沉积物反硝化潜力及其控制因子

河流反硝化作用是水体氮素去除的重要途径,对流域氮负荷削减具有重要意义.为探究河网区河道的反硝化脱氮能力及其主要控制因子,本研究调查了太湖14条主要环湖河道的水质和沉积物特征,通过泥浆培养实验,利用氮氩比的方法和膜接口质谱仪分析技术,测定了14条环湖河道的沉积物反硝化潜力.结果表明,太湖环湖河道的反硝化潜力为-9.93~35.71 μmol·L^-1·d^-1,均值为（20.79±14.79） μmol·L^-1·d^-1,南部河道的反硝化潜力显著低于北部河道,负值代表沉积物的吸附或固氮行为.水柱中的硝态氮浓度、溶解氧、溶解性有机碳（DOC）和沉积物中的碳含量均会对沉积物反硝化潜力产生影响.相关分析结果表明,硝态氮浓度对河道反硝化作用的影响有限,反硝化作用对硝态氮底物的响应遵从米氏动力学模型（R²=0.77）的规律.而在太湖氮负荷严重的西部和北部河道区,水体中的DOC是反硝化潜力的主要限制因素.改善氮的去除环境对促进水体氮去除过程和区域氮管理具有重要意义,在氮负荷严重的流域河道,水体的DOC应该得到更多的关注.     

上覆水中碳氮浓度对黄河沉积物反硝化速率的影响

通过室内培养测定泥水界面N₂通量,研究了黄河沉积物的反硝化速率,分析了沉积物反硝化速率与上覆水碳、氮浓度和耗氧速率的响应关系。结果表明,对照处理（CK）平均反硝化速率为14.81±9.43 μg N/m2/h。碳、氮添加处理中,N1（4.5 mg N/L）和C1（2.4 mg C/L）沉积物反硝化速率最高,均值分别为21.99±12.45和24.33±14.38 μg N/m2/h。理论上,NO₃-N和溶解性有机碳添加浓度分别为9.8和4.0 mg/L时沉积物反硝化作用最大,且反硝化作用的最佳碳氮比为2.3。不同碳、氮水平上沉积物反硝化速率与耗氧速率的响应关系并不一致。低碳氮水平下反硝化速率与耗氧速率显著正相关;低碳、高氮水平下反硝化速率与耗氧速率不相关;而高碳、低氮水平下反硝化速率则与耗氧速率显著负相关。     

天津市不同污染特征典型河流沉积物反硝化对比研究

使用乙炔抑制法对天津市不同污染特征代表性的城市内河南运河、北塘排污河以及城郊东丽区自然河流底部沉积物的反硝化速率和潜力及其冬(3月)夏(8月)季节变化进行了测定。结果表明:1)夏、冬两季天津市不同污染特征的河流沉积物反硝化速率存在着显著的空间差异(p0.05)。夏季排污河沉积物的反硝化速率明显高于较清洁河流,而冬季相反;2)就全年数据来看,各河流沉积物夏季反硝化速率高于冬季,其中北塘排污河表现出最大的季节差异;3)北塘排污河沉积物相较另外两条河流具有较高的反硝化潜力;4)各样点河流沉积物反硝化速率及潜力基本表现为随深度的增加而降低。相关性分析发现河流沉积物反硝化速率与有机碳呈显著正相关(p0.05),因此天津市不同类型河流沉积物有机碳或是影响反硝化过程,导致时空差异的重要因素。天津市河流沉积物反硝化潜力是反硝化速率的1.50~22.8倍,且排污河沉积物脱氮潜力较清洁河流大。     

外源碳氮输入对沟道底泥反硝化潜势与阈值影响——以宁夏引黄灌区排水沟为研究对象

采集宁夏引黄灌区排水沟道底泥,开展上覆水土柱培养试验,分别模拟0,5,10,20mg/L 4种外源氮输入梯度和0,100mg/L 2种外源碳输入梯度处理下沟道水质的变化情况.在水力停留培养47d内对上覆水NO₃^--N、NH₄⁺-N、DOC及反硝化速率进行测定,并计算氮素消纳量以评估底泥反硝化脱氮潜势与阈值.结果表明：上覆水NO₃^--N浓度随时间延长而降低（P<0.01）,且同时段内上覆水NO₃^--N浓度在外源碳添加较无碳源条件下显著降低（P<0.05）,试验末期NO₃^--N浓度在无碳源和添加碳源条件下分别下降52.1%,93.6%;添加碳源条件下上覆水NO₃^--N浓度在20d时已稳定至较低水平,而未添加碳源处理NO₃^--N浓度在试验47d后仍有较大消纳空间;无碳源和添加碳源条件下底泥反硝化氮素消纳量阈值分别为263.7,865.6μmol/L,氮素累积消纳量占培养柱体系内总氮量的比率随外源碳氮的增加而增大（P<0.05）,未添加碳源条件下反硝化过程可以消纳培养土柱体系内10.3%~11.4%的氮量,而在添加碳源后提高至17.7%~37.3%本研究可为引黄灌区农业面源污染高效治理提供科学依据.     

农村河道微生态系统构建及原位修复底泥

我国农村河道底泥氮磷元素蓄积严重,物化修复技术存在污染物去除不彻底、易破坏水生生态系统等问题。采用生物生态修复技术不仅能抑制底泥污染释放,还能恢复水生生态系统,强化水体自净功能。构建了由"玉米秸秆生物炭固定化脱氮菌-苦草/伊乐藻-中华田园螺"组合的泥水界面复合微生态系统,并探究了该系统对底泥和上覆水中污染物的去除效果及对底泥微生物群落结构的影响。结果表明:复合微生态系统能有效降低底泥中的氮磷污染,运行62 d后底泥OM、TN和TP去除率分别为85.41%、77.40%和54.98%,可将OM、TN、TP严重污染水平的底泥分别修复至轻度污染、中度污染和清洁水平;同时微生态系统对上覆水氮素具有较好的去除效果,上覆水NH₄+-N、TN浓度均达到GB 3838—2018《地表水环境质量标准》Ⅲ类水标准。微生态系统的构建提高了河道底泥系统中的生物多样性,底泥污染的Chloroflexi （绿弯菌门）相对丰度降低,具有降解污染物能力的Proteobacteria （变形菌门）相对丰度提高。     

抑制剂对淹水土壤反硝化和氨挥发的影响

通过室内培养试验,设置3个硝化抑制剂双氰胺（DCD）（氮肥用量的2.5%（DCD1）、5.0%（DCD2）、7.5%（DCD3））,3个脲酶抑制剂氢醌（HQ）（氮肥用量的0.1%（HQ1）、0.3%（HQ2）、0.5%（HQ3））和3个硝化抑制剂DCD+脲酶抑制剂HQ联合施用（氮肥用量的2.5%+0.1%（HH1）、5.0%+0.3%（HH2）、7.5%+0.5%（HH3））试验处理,探讨抑制剂联合施用对淹水土壤反硝化和氨挥发过程及其环境因子的影响,并借助通径分析探讨环境因子对反硝化和氨挥发过程的影响程度,探求抑制剂、氮素转化过程及其环境因子之间定量影响关系.结果表明,单独施用硝化抑制剂DCD能显著减少反硝化速率,但是增加氨挥发损失.单独施用脲酶抑制剂HQ能不同程度减少氨挥发损失,但对反硝化作用效果不稳定.而联合施用DCD和HQ,尤其是HH2（5.0%的DCD+0.3%的HQ）联合施用可有效地同时抑制反硝化和氨挥发损失,相比CK,其反硝化和氨挥发速率分别减少31.3%和12.5%.通径分析发现,硝化抑制剂DCD和脲酶抑制HQ主要影响土体NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度、上覆水体NH₄⁺-N和DON浓度,从而影响反硝化和氨挥发速率.     

污水厂尾水受纳河段沉积物反硝化速率及对外源碳的响应

为揭示污水厂尾水排入对河流沉积物反硝化的影响,于2018年10月-2019年6月,在合肥市板桥河的蔡田铺污水处理厂尾水排放口上、下游河段设置4个采样点位,隔月采集上覆水和表层沉积物样,解析沉积物反硝化速率及其时空变化特征,识别主要影响因素;同时,通过对外源碳（葡萄糖）响应的分析,评估沉积物反硝化过程的碳限制性.结果表明,4个采样点的反硝化速率在数值上存在一定的差异性,但并未达到显著性水平（p>0.31）;4个采样点位沉积物反硝化速率都表现为随碳浓度梯度增加而增大、随培养时间延长而下降的特点,表明受纳河段沉积物反硝化作用具有一定的碳限制性,且这种限制具有季节性特征,并以春季和秋季表现得最为明显;上覆水中温度和NO₃^--N浓度对反硝化速率影响较大,沉积物理化指标对反硝化作用的影响较为显著,且在重要和较重要影响因素方面,尾水排放口上、下游存在明显差异性.     

环境因子对长江口滨岸沉积物反硝化速率影响

利用多年在长江河口滨岸湿地开展相关研究工作获得的反硝化速率和各类环境参数数据,对数据进行归纳整理,采用相关性分析和主成分分析,将沉积物反硝化作用和环境因素间的相关性进行量化,并筛选出影响长江口沉积物反硝化作用的两大重要因素。研究表明沉积物反硝化速率和温度(T)、沉积物有机碳(SOC)、总氮(STN)呈现Pearson正相关关系(p70.01,p70.05,和p70.05),与水中盐度(S)、溶解氧(DO)及沉积物C/N呈明显负相关关系(p70.05,p70.05,和p70.01)。尽管沉积物中的N_2O自然产生速率和环境参数间没有表现出相关性,但沉积物的反硝化速率和N_2O的自然产生速率却和C/N呈明显负相关(p70.01)。主成分分析结果表明温度和盐度是影响长江口潮滩沉积物反硝化速率的两大主导因素,同时也是亚热带季风河口的主要环境参数。     

好氧反硝化芽孢杆菌筛选及其反硝化特性

从对虾养殖池塘中筛选出多株具有好氧反硝化性能的芽孢杆菌,其中芽孢杆菌YX-6能够在14 h内将ρ(亚硝酸盐氮)由10 mg/L降至0;ρ(DO)为5.2～5.8 mg/L时,该菌对亚硝酸盐氮的去除率接近100%.试验选取具有降氮功能的芽孢杆菌作为阳性对照菌,比较研究了芽孢杆菌YX-6在不同pH,温度,ρ(亚硝酸盐氮)和盐度时的好氧反硝化性能.结果表明,芽孢杆菌YX-6的好氧反硝化性能显著高于阳性对照菌(P<0.05).通过对芽孢杆菌YX-6的形态学观察、生理生化及16S rDNA分子鉴定,初步鉴定其为凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)      

城市河道沉积物中残留医用抗生素对反硝化潜势的抑制作用及机制

研究了南明河贵阳城区段中沉积物的5种残留医用抗生素对沉积物反硝化潜势的影响,并采用荧光定量PCR及高通量测序方法检测了5种反硝化过程中的关键功能基因丰度以及编码nirS基因的细菌群落结构,探讨了抗生素残留影响反硝化潜势的微生物学机制.结果表明,南明河沉积物中5种目标抗生素中,诺氟沙星(norfloxacin,NFX)的浓度最高((537.13±212.69) ng·g~(-1)),并且对沉积物中反硝化潜势有显著抑制效果(p0.05).进一步分析表明,NFX对反硝化潜势的抑制作用主要是通过抑制编码nirS细菌主导的亚硝酸盐还原阶段而实现的.本研究揭示了城市河道沉积物中的残留抗生素可能会削弱河道的反硝化脱氮能力从而加重河流氮污染状况,为评估抗生素污染的微生态效应提供了依据.     

铁型反硝化脱氮技术研究进展

传统反硝化工艺是非常有效的废水脱氮技术,具有反应快、效率高等优点,但受废水中有机碳源浓度影响较大.废水中碳源不足不能满足生物反硝化脱氮的需求且会导致总氮(TN)去除率偏低,而投加外源有机碳源会提高处理成本,极易造成二次污染,因而传统反硝化工艺对低碳氮比(C/N)废水脱氮处理具有一定局限性.铁型反硝化脱氮技术作为自养反硝...