河流库区沉积物-水界面营养盐及气态氮的释放过程和通量

以九龙江北溪西陂电站库区为例,于2013年不同季节开展原状泥柱静态培养、气态氮水柱剖面观测和通量模拟实验,结合水和沉积物理化参数和微生物参数,研究河流库区沉积物-水界面营养盐及气态氮的释放过程和通量.结果表明,库区沉积物NH+4和PO3-4总体表现为释放行为[平均NH+4通量(480±675)mg·(m2·d)-1,平均PO3-4通量(4.56±0.54)mg·(m2·d)-1],而NO-3和NO-2表现为吸附行为.洪水季节带来大量的有机质沉积在库区,造成枯水期沉积物无机氮磷向上覆水体释放.湖泊区气态氮释放以N2为主(>98%),沉积物-水界面N2释放通量平均为(15.8±12.5)mg·(m2·d)-1.水柱N2净增量有明显的空间差异和垂向分布规律,受沉积物-水界面生地化过程(反硝化和厌氧氨氧化作用)和流动水团的综合影响.下游站位存在较强的硝化作用,N2O相对富集,主要受水中氨氮占无机氮的比例控制.     

南方丘陵地区竹林河岸系统的氮矿化、反硝化作用研究

采用原位培养法和乙炔抑制-静态土柱培养法,对南方丘陵地区竹林河岸系统的矿化、反硝化作用进行了研究.结果表明,研究区土壤氮矿化速率为-0.28～0.30mg·kg^1·d^-1（以N计,下同）,且与土壤含水量存在显著正相关（p〈0.05）.在系统中,与入口区与中部区的土壤氮矿化作用平均强度相比,毗邻河道的河岸区更为强烈....     

鸡粪好氧堆肥氨氧化霉菌的筛选及氮转化能力的研究

为明确鸡粪好氧堆肥过程氨氧化霉菌的存在情况及其氮转化能力,以鸡粪好氧堆肥中分离的10株霉菌为对象,采用氨氧化霉菌培养基筛选氨氧化菌株;对所选菌株进行生长量及氮转化指标的测定及相关分析,以明确菌体生长与氨氧化作用的关系;对确定的高效氨氧化菌株进行氮转化能力测定,并做回归堆肥的效果验证.结果表明,所试菌株均能氧化NH4+-N生成亚硝态氮和硝态氮,证明在鸡粪好氧堆肥过程中存在氨氧化霉菌,且提示该环境的霉菌可能具有普遍的氨氧化能力;氨氧化霉菌生成的亚硝态氮和硝态氮总量、菌体干重、菌体凯氏氮量间均存在着显著的正相关;确定的2株高效氨氧化菌株M25-22(Penicilliumsp.)与M40-4(Aspergillussp.)在培养基中培养144h后,均能使NH4+-N降低0.3mg·mL-1以上,生成亚硝态氮和硝态氮总量约在1.1×10-3mg·mL-1和1.5×10-3mg·mL-1;2株菌回归堆肥后,均能使堆肥体系中NH4+-N含量明显降低,硝态氮及总氮含量明显增加,这对减少堆肥过程氮素损失具有实际意义.     

In situ nitrogen removal processes in intertidal wetlands of the Yangtze Estuary

Estuarine and intertidal wetlands are important sites for nitrogen transformation and elimination. However, the factors controlling nitrogen removal processes remain largely uncertain in the highly dynamic environments. In this study, continuous-flow experiment combined with ¹⁵N isotope pairing technique was used to investigate in situ rates of denitrification and anaerobic ammonium oxidation (anammox) and their coupling with nitrification in intertidal wetlands of the Yangtze Estuary. The measured rates varied from below the detection limit to 152.39 µmol N/(m²·hr) for denitrification and from below the detection limit to 43.06 µmol N/(m²·hr) for anammox. The coupling links of nitrogen removal processes with nitrification were mainly dependent on nitrate, organic carbon, sulfide, dissolved oxygen and ferric iron in the estuarine and intertidal wetlands. Additionally, it was estimated that the actual nitrogen removal processes annually removed approximately 5% of the terrigenous inorganic nitrogen discharged into the Yangtze Estuary. This study gives new insights into nitrogen transformation and fate in the estuarine and intertidal wetlands.     

Mn对超富集植物短毛蓼和水蓼生长、Mn吸收及氮素代谢的影响

摘要：采用水培的方法,研究了不同浓度Mn（0.0003、0.5、1、2、4、8 mmol•L-1）对Mn超富集植物短毛蓼（Polygonum pubescens Blume）和水蓼（Polygonum hydropiper L.）叶片铵态氮、硝态氮、游离脯氨酸、可溶性蛋白质含量及氮素代谢关键酶：硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合酶（GOGAT）和谷氨酸脱氢酶（GDH）活性的影响。结果表明,随着Mn处理浓度的增加,短毛蓼和水蓼的根、茎、叶中Mn含量显著增加（p < 0.05）,在相同Mn处理浓度下短毛蓼中的Mn含量均大于同部位水蓼中的Mn含量。在Mn处理浓度小于1 mmol•L-1时,Mn对短毛蓼的株高、株重影响不明显,但对水蓼的影响显著（p < 0.05）,表明短毛蓼比水蓼更耐Mn污染。Mn处理显著降低了短毛蓼硝态氮含量（p < 0.05）,提高了可溶性蛋白质含量,8 mmol•L-1的Mn处理显著提高了水蓼硝态氮、铵态氮、可溶性蛋白质含量以及短毛蓼、水蓼游离脯氨酸含量,在Mn浓度为8 mmol•L-1时,短毛蓼、水蓼叶片中游离脯氨酸的含量分别为对照的1.18倍和1.68倍,表明游离脯氨酸在解Mn毒害过程中起重要作用。Mn引起了短毛蓼和水蓼氮素代谢关键酶活性的变化,显著降低了水蓼叶片NR、短毛蓼叶片GS活性（p < 0.05）;在Mn处理浓度为1 mmol•L-1时,短毛蓼叶片NR活性最高,为对照的1.91倍,而2、4、8 mmol•L-1 Mn处理显著降低了短毛蓼和水蓼GOGAT活性（p<0.05）。另外,Mn处理显著提高了短毛蓼和水蓼叶片GDH活性（p < 0.05）,在Mn处理浓度为8 mmol•L-1时,短毛蓼、水蓼叶片GDH的活性分别为对照的16.29倍和1.29倍。     

摇蚊幼虫与霍普水丝蚓扰动对河流沉积物中氮、磷、氧释放的影响

定量研究河床沉积物中的生物扰动对污染物的影响效应,对于维护河流健康具有重要的理论指导作用.基于室内实验模拟摇蚊和霍普水丝蚓对河床沉积物的扰动过程,研究两种生物扰动作用对沉积物中氮、磷释放以及生物扰动对上覆水中溶解氧的影响.在相同的沉积物环境中分别放入单一物种,实验结果显示,相对于空白组,摇蚊幼虫组的上覆水中氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为2.32、0.787、0.105 mg · L^-1,霍普水丝蚓组的氨氮、总氮、总磷平均净增量分别为0.72、0.462、0.063 mg · L^-1,表明摇蚊幼虫和霍普水丝蚓的扰动作用均能促进沉积物中氨氮、总氮、总磷向上覆水中的释放,且摇蚊幼虫对污染物释放的作用效果比水丝蚓更明显;当摇蚊幼虫和水丝蚓混合放入后,摇蚊幼虫对沉积物中氨氮、总氮、总磷释放起主要促进作用;在混合实验组(摇蚊23条,霍普水丝蚓47条)中,氨氮、总氮、总磷的平均净增量均低于单一物种的摇蚊组和水丝蚓组,表明在该组中,摇蚊幼虫和霍普水丝蚓在沉积物中共同扰动作用对氮、磷释放的促进效果减弱;对上覆水中溶解氧浓度而言,摇蚊所占比例越高,溶解氧浓度就越低,且上覆水中的溶解氧浓度变化,会影响生物扰动对沉积物氮、磷释放的效果.     

水耕植物过滤法净水系统底泥硝化反硝化潜力

通过测定水耕植物过滤法(Hydroponic Bio-filter Method,HBFM)水质净化系统中底泥的硝化、反硝化潜力以及底泥中亚硝酸菌和硝酸菌密度,定量研究了该系统底泥的硝化及反硝化潜力沿水流方向的变化规律.结果表明,中游底泥硝化潜力最大,为4.76×10^-6 g/(g·h);上游底泥反硝化潜力最大,为8.1×10^-7 g/(g·h);底泥中亚硝酸菌的密度分布与硝化潜力的分布一致.结果还表明,提高HBFM系统氮去除能力的关键在于改变硝化反硝化区域分布,从而提高系统的反硝化能力.     

Effects of cathode potentials and nitrate concentrations on dissimilatory nitrate reductions by Pseudomonas alcaliphila in bioelectrochemical systems

The effects of cathode potentials and initial nitrate concentrations on nitrate reduction in bio- electrochemical systems （BESs） were reported. These factors could partition nitrate reduction between denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium （DNRA）. Pseudomonas alcaliphilastrain MBR utilized an electrode as the sole electron donor and nitrate as the sole electron acceptor. When the cathode potential was set from -0.3 to -I.1 V （vs. Ag/AgC1） at an initial nitrate concentration of 100 mg NO~-N/L, the DNRA electron recovery increased from （10.76 ± 1.6）% to （35.06 ± 0.99）%; the denitrification electron recovery decreased from （63.42 ± 1,32）% to （44.33 ± 1.92）%. When the initial nitrate concentration increased from （29.09 ± 0.24） to （490.97 ± 3.49） mg NO3-N/L at the same potential （-0.9 V）, denitrification electron recovery increased from （5.88 ± 1.08）% to （50.19 ±2.59）%; the DNRA electron recovery declined from （48.79 ±1.32）% to （16.02 ± 1.41）%. The prevalence of DNRA occurred at high ratios of electron donors to acceptors in the BESs and denitrification prevailed against DNRA under a lower ratio of electron donors to acceptors. These results had a potential application value of regulating the transformation of nitrate to N2 or ammonium in BESs for nitrate removal.     

Cd对小白菜生长及氮素代谢的影响研究

采用水培的方法,研究了不同Cd2 水平(0、1、2.5、5、10 mg·L-1)对小白菜叶片中铵态氮、硝态氮、可溶性蛋白质、游离脯氨酸、叶绿素、部分营养元素含量以及蛋白水解酶、硝酸还原酶、谷氨酰胺转化酶与合成酶活性的影响.结果表明,低浓度的Cd处理(1 mg·L-1)刺激了小白菜的生长,提高了小白菜的生物量、叶绿素含量以及硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶与转化酶活性.Cd处理降低了小白菜对Cu、Ca、Fe、Mg的吸收,但促进了P的吸收.10 mg·L-1的Cd处理显著降低了可溶性蛋白质含量、硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和转化酶活性(p＜0.05),提高了蛋白水解酶活性,不利于叶片中铵态氮与硝态氮的同化,造成叶片中铵态氮和硝态氮的累积.小白菜叶片中游离脯氨酸含量与铵态氮含量成极显著正相关(p＜0.01),说明小白菜叶片中游离脯氨酸的累积在一定程度上缓解了铵的毒害.     

崇明东滩湿地土壤硝酸盐异化还原成铵过程及其影响因素

以崇明东滩湿地为研究对象,采用同位素示踪结合泥浆实验,研究了从低潮滩向高潮滩变化的土壤硝酸盐异化还原成铵过程(DNRA)及其影响因素.结果表明,土壤硝酸盐异化还原成铵的潜在速率为0.17～0.71 nmol·g~(-1)·h~(-1),表现为低潮滩位较高、高潮滩位较低的空间变化特征.相关性分析表明,酸盐异化还原成铵潜在速率与氧化还原电位、可溶性有机碳、硝酸盐和硫化物呈显著相关性.此外,nrfA基因丰度与硝酸盐异化还原成铵潜在速率呈显著相关性.逐步回归分析发现,可溶有机碳和总有机碳是影响硝酸盐异化还原成铵潜在速率和nrfA基因丰度的关键性环境因子,分别贡献了总变异的78.8%和50.3%.通过估算得出,东滩湿地硝酸盐异化还原成铵过程将硝酸盐转化成铵盐的潜力为2.5～10.4 t·km~(-2)·a~(-1),贡献了长江口每年无机氮输入量的0.68%～2.85%,因此,硝酸盐异化还原成铵过程在控制河口湿地氮赋存方面具有着重要的作用.河口潮汐作用导致的湿地环境特征与有机质和硝酸盐含量的变化影响着硝酸盐异化还原成铵过程,进而对河口湿地生态系统中氮动态产生较大的影响.     

百年来滇池沉积物中不同形态氮分布及埋藏特征

为探讨百年来滇池沉积物氮的组成、分布以及埋藏特征,2014年7月在滇池采集6根沉积柱进行氮形态及年代测定.结果表明滇池沉积物总氮含量高,为1 263.68~7 155.17 mg·kg~(-1),硝氮及氨氮含量低,分别为10.00~144.00 mg·kg~(-1)和9.20~146.50 mg·kg~(-1).沉积物中有机氮为主要存在形态,含量为255.80~5 644.25 mg·kg~(-1),平均占总氮含量的91.26%;滇池沉积物总氮污染严重,于70年代开始形成且90年代后期加剧,并呈现滇池南部北部中部的分布特征;近100年来滇池沉积物平均沉积速率为0.092~0.187 g·(cm~2·a)~(-1),随时间先增加后降低再升高,空间上由北向南逐渐降低.沉积物中总氮埋藏速率则随时间逐渐增加,在1990年后几乎呈直线增长,且由南向北逐渐降低;据估算,1900~2014年滇池沉积物总氮埋藏量达92 139.15 t,其中有机氮埋藏量为86 745.62 t,硝氮埋藏量为2 464.16 t,氨氮埋藏量为2 929.37 t.     

水华对沉积物中氮的转化和去除的影响

湖泊富营养化和水华暴发已经成为突出的环境问题之一,了解水华对湖泊氮素的转化和去除的影响,对于削减湖泊氮负荷至关重要.本文研究了水华对沉积物中氮转化和氮转化相关功能基因的影响,并采用结构方程模型分析了水华影响湖泊中氮转化和去除的途径.结果表明,与厌氧氨氧化相比,反硝化作用是太湖沉积物氮削减的主要途径,对沉积物中总溶解性氮去除率的解释度为42. 3%.水华可以直接造成沉积物中TDN和TOC量的增加,提高厌氧氨氧化菌、nir S和nir K的基因丰度,并且间接提高沉积物中氨氮和硝酸盐的浓度,通过增强厌氧氨氧化和反硝化过程加速沉积物中氮的去除.     

深圳湾生态系统多环芳烃（PAHs）特征及其生态危害

2004年在深圳湾海域采集海水、悬浮物、表层沉积物和柱状沉积物样品,并分析其中15种多环芳烃的含量及其相关参数,同时采用210Pb法测定柱状沉积物的年龄.结果表明,海水、悬浮物、表层沉积物和柱状沉积物中总的PAHs含量分别为(69.4±24.7)ng·L-1、(429.1±231.8)ng·g-1、(353.8±128.1)ng·g-1和(321.1±134.6)ng·g-1,各介质优势组分均为菲、荧蒽和芘;1948～2004年期间,深圳湾柱状沉积物中PAH各单体的浓度总体上一直在增加,PAHs的平均沉积通量为89.9ng/(cm2·a);PAH各单体在沉积物/海水中的分配系数(Koc)与其相应的辛醇/水比(Kow)存在明显的正相关性,即可用PAH的Kow值来预测深圳湾海域PAH的Koc.目前,水体与沉积物中PAH含量对该海域的水生生物尚未构成威胁.     

紫色土旱坡地氮流失通量对减肥配施秸秆的响应

紫色土旱坡地被认为是三峡库区泥沙和面源污染的主要来源地,加强对紫色土旱坡地壤中流和地表径流中氮流失特征的研究,对防控三峡库区的面源污染有重要的现实意义.依托中科院成都山地所忠县石宝寨试验站的紫色土旱坡地定位径流小区,设置不施肥（CK）、常规施肥（T₁）、优化施肥（T₂）和减肥配施秸秆（T₃）这4种不同的处理,通过监测在油菜-玉米轮作制度下紫色土旱坡地壤中流和地表径流的流失通量、各次径流不同氮形态的流失浓度和流失通量,研究紫色土旱坡地氮流失通量对减肥配施秸秆的响应.结果表明,壤中流径流量占总径流量的比例达到60.14%~88.56%,壤中流氮流失通量占全氮流失通量的72.88%~92.35%.铵态氮主要通过地表径流的方式流失,硝态氮主要通过壤中流的方式流失且是氮流失的主要形态.不同处理的铵态氮和硝态氮流失通量均呈现出T₁ > T₂ > T₃ > CK,T₃处理的氮流失通量为20.07 kg·（hm²·a）^-1,较T₁和T₂分别下降了43.59%和39.55%.减肥配施秸秆显著降低了紫色土旱坡地铵态氮、硝态氮和全氮的流失通量,对紫色土旱坡地雨季径流中氮流失有显著的消减效应.     

周村水库主库区热分层初期氮素降低的驱动因子分析

为了探究周村水库热分层前期氮素的变化趋势及其驱动因子,于2016年2~4月定期对周村水库主库区进行水质指标监测,并在采样点采集新鲜水样和表层沉积物,实验室模拟水库氮素变化过程中,水体和沉积物的反硝化作用量.结果表明周村水库在热分层初期,库区总氮浓度由(2.28±0.09)mg·L~(-1)降至(1.08±0.09)mg·L~(-1),硝氮浓度由(1.66±0.09)mg·L~(-1)降至(0.25±0.06)mg·L~(-1),氨氮浓度总体变化不大,亚硝氮的浓度几乎不变.与此同时,叶绿素没有明显增加,藻类的影响不大;氮素降低主要由于好氧反硝化菌的反硝化作用造成.热分层初期水库的温度逐渐增加、DO、pH的变化以及以小分子量为主的有机物组成均利用好氧反硝化菌的生长繁殖,菌数从1.06×105cfu·L~(-1)增加到8.33×106cfu·L~(-1),使得水库的反硝化作用增强,水库氮素下降;与此同时的模拟实验中,仅有水体好氧反硝化菌作用时,培养瓶的总氮去除量为0.7 mg,水体和表层沉积物共同作用时,总氮去除量为3.3 mg,水体与表层沉积物的反硝化去除氮量之比大体为1∶4,表层沉积物的反硝化作用是水库氮素去除的重要因素.     

缺氧MBBR耦合部分厌氧氨氧化强化城市生活污水深度脱氮

缺氧MBBR是强化传统城市污水处理系统脱氮的一种方法,本研究通过向城市污水后置反硝化SBR中投加填料构建了缺氧双污泥系统,实现了城市生活污水部分厌氧氨氧化深度脱氮.在250d的运行中脱氮性能逐渐提高并实现稳定,出水总氮在5 mg·L~(-1)左右. 211～250 d的平均硝氮、氨氮和总氮去除率分别为(97. 7±2. 9)%、(93. 3±2. 9)%和(94. 3±2. 7)%.长期运行中观测到氨氮和硝氮的同步去除.针对氨氮去除途径进行分析,系统同化、硝化作用微弱.缺氧MBBR中存在厌氧氨氧化活性且对脱氮有不可忽视的作用.实时定量PCR结果进一步说明缺氧MBBR中厌氧氨氧化菌富集,特别是缺氧填料生物膜中厌氧氨氧化菌丰度由初始的4. 37×10~7copies·g~(-1)增长到了2. 28×10~(10)copies·g~(-1).本研究表明缺氧填料生物膜在厌氧氨氧化的富集强化城市污水深度脱氮中或许具有可应用的潜能.     

宛山荡农田土壤氮迁移过程反硝化与厌氧氨氧化

为探究中国南方农田土壤氮迁移过程的反硝化与厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX)速率变化和脱氮贡献本研究采集宛山荡麦稻轮作区农田不同层深土壤及农田、沟道、河岸带和湖泊沉积物等不同土地利用类型土壤样品,分析其理化性质采用Illumina MiSeq测序和实时荧光定量PCR (quantitative real-time PCR,qPCR)技术探究土壤样品的微生物群落组成和功能基因丰度应用同位素培养实验测定各样品的潜在反硝化与厌氧氨氧化速率(以N_2计,下同).结果表明,土壤反硝化速率与TOC、NH_4~+-N和NO_3~--N含量均显著正相关(P0.05),与nirS、nirK及nosZ等功能基因丰度亦呈显著正相关(P 0.05).农田表层土壤反硝化速率为(11.51±1.04) nmol·(g·h)~(-1),显著高于农田其他土壤层以及其他土地利用类型(P 0.05),而农田土壤中厌氧氨氧化速率在20～30 cm层最高,达到(0.48±0.07) nmol·(g·h)~(-1).此外,反硝化作用是农田表层土壤氮损失的主要原因,占91.9%～99.7%,而厌氧氨氧化在深层土壤N_2的产生过程中占有重要地位.     

污水氮浓度和NH4+/NO3-比对粉绿狐尾藻去氮能力和植物体氮组分的影响

采用溶液培养法,设置3个氮浓度20、100、200 mg·L-1和3个NH_4~+/NO_3~-比1∶0、0.5∶0.5、0∶1,研究污水氮浓度和NH_4~+/NO_3~-比对粉绿狐尾藻去氮能力和植物体氮组分的影响.结果表明,粉绿狐尾藻的生物量在第1周增长最快,其中氮浓度20 mg·L-1、100 mg·L-1时,生物量以NH_4~+/NO_3~-=1∶0处理最大;氮浓度200 mg·L-1时,以NH_4~+/NO_3~-=0.5∶0.5处理最大.粉绿狐尾藻在第1周对总氮、铵态氮和硝态氮去除速率最高,且随氮浓度升高而增加;氮浓度20 mg·L-1时,铵态氮和硝态氮的去除率无显著差异,氮浓度100 mg·L-1、200 mg·L-1时硝态氮的去除率高于铵态氮.粉绿狐尾藻氮积累量及对水体和底泥氮去除的贡献率均随氮浓度升高而增加,其氮含量和积累量均以第1周增长最快,氮浓度20 mg·L-1时氮积累贡献率以NH_4~+/NO_3~-=0∶1最大,氮浓度100 mg·L-1、200 mg·L-1时以NH_4~+/NO_3~-=0.5∶0.5最大.粉绿狐尾藻体内蛋白质、氨基态氮和硝态氮的含量均随氮浓度的升高而增加,且蛋白质氨基态氮硝态氮;NH_4~+/NO_3~-为1∶0和0.5∶0.5时蛋白质含量较高,NH_4~+/NO_3~-=1∶0时氨基态氮含量最高,NH_4~+/NO_3~-=0∶1时硝态氮含量最高.由此说明,在试验范围内,粉绿狐尾藻的去氮能力随污水氮浓度升高而提高,可以用于高氮浓度污水修复;粉绿狐尾藻喜铵态氮,但在100 mg·L-1以上的高氮浓度下以硝铵等比时生长和去除氮能力最强;粉绿狐尾藻体内氮组分受硝铵比调节,蛋白氮比例最高,铵态氮和硝态氮则分别随污水NH+4和NO-3比升高而提高.     

微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化实验研究

为探清微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化是甲烷好氧氧化偶联反硝化(AME-D),还是甲烷厌氧氧化偶联反硝化(ANME-D),本研究以污水处理厂厌氧污泥为接种物,在微氧条件下以甲烷为碳源进行硝酸盐和亚硝酸盐反硝化的富集培养,考察硝酸盐和亚硝酸盐的反硝化速率,并对富集培养物的微生物群落和甲烷单加氧酶功能基因进行分析.结果表明:微氧条件下硝氮/亚硝氮的还原主要以AME-D过程为主,稳定阶段硝氮和亚硝氮的平均去除速率分别为3.69 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计)和18.04 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计),富集培养物中的优势微生物为甲基球菌科(Methylococcaceae)中的甲基单胞菌属(Methylomonas),相对含量为21.86%.     

Nitrifying population dynamics in a redox stratified membrane biofilm reactor (RSMBR) for treating ammonium-rich wastewater

Nitrogen removal performance and nitrifying population dynamics were investigated in a redox stratified membrane biofilm reactor (RSMBR) under oxygen limited condition to treat ammonium-rich wastewater. When the NHt₄⁺-N loading rate increased from 11.1±1.0 to 37:2 ± 3:2 gNHt₄⁺-N·m⁻²·d⁻¹, the nitrogen removal in the RSMBR system increased from 18.0±9.6 mgN·d⁻¹ to 128.9±61.7 mgN·d⁻¹. Shortcut nitrogen removal was achieved with nitrite accumulation of about 22:3 ± 5:3 mgNO₂⁻-N·L⁻¹. Confocal micrographs showed the stratified distributions of nitrifiers and denitrifiers in the membrane aerated biofilms (MABs) at day 120, i.e., ammonia and nitrite oxidizing bacteria (AOB and NOB) were dominant in the region adjacent to the membrane, while heterotrophic bacteria propagated at the top of the biofilm. Real-time qPCR results showed that the abundance of amoA gene was two orders of magnitude higher than the abundance of nxrA gene in the MABs. However, the nxrA gene was always detected during the operation time, which indicates the difficulty of complete washout of NOB in MABs. The growth of heterotrophic bacteria compromised the dominance of nitrifiers in biofilm communities, but it enhanced the denitrification performance of the RSMBR system. Applying a high ammonia loading together with oxygen limitation was found to be an effective way to start nitrite accumulation in MABs, but other approaches were needed to sustain or improve the extent of nitritation in nitrogen conversion in MABs.