不同有机物料对土壤N2O排放的影响与调控

通过向土壤施加15N标记的莴笋残体(处理R)、废纸浆(处理P)及二者混合物(处理RP),并利用不同的压力使其成为3种不同容重处理的土壤样本,进行密闭培养,定时测定土壤N2O排放量及土壤溶液中NO3-与NH4 的动态变化,以探讨N_2O的产生与调控机制.结果表明,8d N2O释放量为R处理最大,RP处理其次,P处理最小.短期内(8d)R处理N2O释放最大量为空白对照(CK)的15倍,增加了土壤反硝化作用;P处理在同期内不能增加N2O释放量,证明这种废纸浆可少量(<2.5%)施用于农田中.RP与CK、P处理比较,可以刺激微生物活性和增加土壤反硝化作用;与R处理相比较,可以增加氮的固定.增加有机质的添加量使同一容重水平的RP处理N2O释放量高于R处理.70%的土壤样本随容重增加N2O释放量增加.土壤容重的增加同时影响了废纸浆的分解速率和土壤溶液中NO3-与NH4 浓度.     

硝化作用对盐碱湿地N_2O排放的影响及其环境因子分析

湿地是温室气体氧化亚氮(N2O)重要的源或汇,盐碱湿地作为湿地的重要组成部分,研究其N2O排放对于探究盐碱湿地N2O产生的硝化作用机制及评估其在温室效应中的作用具有重要意义。本文对代表性盐碱湿地——扎龙芦苇沼泽湿地生长季的N2O释放量及相关环境因子进行了研究。结果表明,生长季N2O通量呈波动性下降趋势,最大值出现在7月中旬,平均排放通量为(37.49±15.75)μg·(m2·h)-1,表现为N2O的释放“源”。N2O通量与不同深度土层温度存在显著正相关关系(P0.05),且上层土温对N2O排放的影响程度高于深层土;淹水期期间N2O通量与积水深度呈显著负相关关系(P0.05);且土壤TOC和TN含量较低,N2O通量与0~40 cm土层NH4+-N含量呈显著正相关关系(P0.05),而与NO3--N含量没有关系,硝化作用程度要比反硝化强;此外,土壤氨氧化菌活性与0~20 cm土层温度存在极显著正相关关系(P0.01),且N2O通量与氨氧化菌活性也呈极显著的线性正相关关系(P0.001),表明盐碱湿地的N2O释放受硝化作用影响巨大。     

生活污水短程生物脱氮过程中N2O的产生与控制方法

 为降低和控制实际污水处理厂中N2O产生量,通过长期试验和间歇试验对SBR法实际生活污水全程及短程脱氮过程中N2O的主要产生源和影响因素进行了研究.结果表明:生活污水短程硝化反硝化过程中有N2O产生,并且N2O主要产生于短程硝化过程中,即氨氧化过程中,而反硝化作用没有N2O产生,且能够将氨氧化结束时,活性污泥中累积的溶解性N2O进一步还原为N2.短程硝化过程中,N2O产生量随进水氨氮浓度的升高而显著增加.DO浓度对N2O的产生与释放有重要的影响,DO浓度高于2mg/L和低于0.5mg/L N2O产生量均较低.DO低于0.5mg/L时,一方面,降低了曝气作用对N2O的吹脱,延长了N2O在活性污泥中的停留时间;另一方面,在活性污泥絮体内部形成缺氧区,促进了同步硝化反硝化,在硝化作用的同时,加强了反硝化作用对N2O的还原作用,利于N2O的减量控制.     

农田土壤N2O产生的关键微生物过程及减排措施

氧化亚氮(N2O)作为一种重要的温室气体,其全球排放总量仍然在持续上升.它不仅可以产生温室效应,还可以间接破坏臭氧层,使其在全球气候变化和生态环境变化研究中备受关注.土壤生态系统是大气中N2O的最重要排放源.本文详细论述了农田土壤中反硝化作用、硝化作用、硝化微生物的反硝化作用以及硝酸盐异化还原成铵作用等过程产生N2O的微生物学机制,并从土壤理化性质(土壤pH、氮素、有机质、土壤温度和湿度)和土壤生物等方面对农田土壤N2O排放的影响进行综述,在此基础上对农田土壤N2O的减排措施进行总结,并就今后农田土壤N2O排放的研究重点和方向进行了展望,为调控农田土壤温室气体排放、氮转化过程和提高氮素利用效率提供科学依据.     

北方典型灌区不同灌期农田系统中氮素迁移特征分析

以内蒙古河套灌区杭锦后旗解放闸灌域为研究区,分析2009年夏灌和秋浇前后土壤中、浅层地下水和土壤渗滤液中的硝态氮、总氮的分布特征,研究不同灌期农田系统中氮素的迁移规律及其影响因素.结果表明:夏灌对氮素的稀释作用明显,反硝化作用也会降低地下水中硝态氮的浓度,此外玉米地块的氮流失在夏灌时相对明显;秋浇是农田氮素淋失的主要阶段,一方面是硝态氮 (NO3-N) 在灌水作用下向下淋失,另一方面是土壤中的NO3-N 在反硝化作用下转变成N2O、N2和O2释放;夏灌与秋浇两次灌水前后地下水中总氮 (TN) 的峰值滞后于NO3-N,表明氮素的流失除以NO3-N的形式发生之外,部分氨氮以及有机氮等其他形式的氮素在灌溉驱动下也发生一定程度的纵向流失.     

硝化作用对盐碱湿地N2O排放的影响及其环境因子分析

湿地是温室气体氧化亚氮(N_2O)重要的源或汇,盐碱湿地作为湿地的重要组成部分,研究其N_2O排放对于探究盐碱湿地N_2O产生的硝化作用机制及评估其在温室效应中的作用具有重要意义.本文对代表性盐碱湿地——扎龙芦苇沼泽湿地生长季的N_2O释放量及相关环境因子进行了研究.结果表明,生长季N_2O通量呈波动性下降趋势,最大值出现在7月中旬,平均排放通量为(37. 49±15. 75)μg·(m2·h)-1,表现为N_2O的释放"源". N_2O通量与不同深度土层温度存在显著正相关关系(P 0. 05),且上层土温对N_2O排放的影响程度高于深层土;淹水期间N_2O通量与积水深度呈显著负相关关系(P 0. 05);且土壤TOC和TN含量较低,N_2O通量与0～40 cm土层NH+4-N含量呈显著正相关关系(P 0. 05),而与NO-3-N含量没有关系,硝化作用程度要比反硝化强;此外,土壤氨氧化菌活性与0～20 cm土层温度存在极显著正相关关系(P 0. 01),且N_2O通量与氨氧化菌活性也呈极显著的线性正相关关系(P 0. 001),表明盐碱湿地的N_2O释放受硝化作用影响巨大.     

不同水文条件下黄河口滨海湿地土壤真菌群落的分布特征

为了探究不同水文条件下黄河口滨海湿地土壤真菌群落多样性和结构特征,通过内转录区间(ITS)高通量测序技术对淡水恢复芦苇湿地(FPW)、非淹水芦苇湿地(NPW)、潮汐芦苇湿地(TPW)和盐地碱蓬湿地(TSW)土壤的真菌群落多样性和结构进行对比分析.结果 表明,非淹水芦苇湿地土壤中真菌OTUs数量最高(902),但4种湿地...     

水盐环境对黄河口淡水湿地土壤碳、氮、磷生态化学计量特征的影响

碳(C)、氮(N)、磷(P)是土壤重要的营养元素,其生态化学计量特征可以反映土壤供肥能力和质量状况,在揭示生态系统稳态机制中具有重要作用.水盐环境对河口湿地生态化学计量特征具有重要影响,但土壤C、 N、 P生态化学计量特征对水盐环境变化的响应仍不清楚.以黄河口湿地为研究对象,采用土柱移位培养法,将淡水湿地土壤分别移位至不同潮滩部位(高潮滩、中潮滩和低潮滩)的盐沼湿地,研究水盐环境对C、 N、 P生态化学计量特征的影响.结果表明,移位23个月后,淡水湿地土壤含水量(SWC)和电导率(EC)与C、 N、 P生态化学计量特征均发生了不同程度的变化.土壤SWC在高潮滩和中潮滩降低(P<0.05),在低潮滩升高(P<0.05); EC在3种潮滩上均有不同程度的升高(P<0.05).土壤有机碳(TOC)和全氮(TN)在高潮滩显著降低(P<0.05),全磷(TP)则在中潮滩和高潮滩显著降低(P<0.05); C∶N在高潮滩和中潮滩及C∶P和N∶P在高潮滩显著降低(P<0.05); C、 N、 P生态化学计量比在低潮滩变化均不显著(P>0.05).水盐环境主要...     

放牧对草原十壤N2O产生及微生物的影响

利用AIM乙炔抑制法 ,首次测试了我国内蒙古放牧和非放牧羊草草原土壤N2 O产生的微生物过程 ;通过分析不同类型草原土壤N2 O产生的微生物过程和相关微生物菌群的季节变化 ,研究了放牧行为对于草原土壤N2 O微生物产生过程的影响 .放牧行为改变了土壤结构 ,有利于土壤微生物反硝化作用的发生 ,在一定程度上降低了草原土壤N2 O的排放 .揭示了内蒙古草原土壤N2 O产生是以异养硝化作用过程为主的微生物过程 ,解释了内蒙古典型草原土壤N2 O通量较低和其季节变化的微生物学机理     

硝化类型对污水脱氮过程中N2O产生量的影响

采用好氧-缺氧SBR系统,研究实际生活污水脱氮过程中N2O的产生与释放情况,重点考察硝化类型对脱氮过程中N2O产生量的影响.结果表明,实际生活污水脱氮过程中N2O主要产生于硝化阶段,而反硝化阶段有利于降低N2O产生量.硝化类型对脱氮过程中N2O产生量有显著影响.全程硝化和短程硝化过程中N2O-N产生量分别为1.87,0.90mg/L,短程硝化过程中N2O产生量远低于全程硝化过程中N2O产生量.在DO浓度不受限制的情况下,应用实时过程控制,实现短程硝化反硝化,可降低污水脱氮过程中N2O产生量.     

闽江河口养殖塘水体溶存氧化亚氮浓度及扩散通量研究

水产养殖生态系统由于其高氮负荷而成为氧化亚氮(N_2O)的潜在释放源.本文以福建闽江河口养虾塘为研究对象,采用静态顶空-气相色谱法测定分析了表层水体溶存N_2O浓度和饱和度,基于薄边界层模型计算了水-气界面N_2O扩散通量,在此基础上结合气象要素与水环境因子分析其主要影响因素.结果表明,养殖塘水体溶存N_2O浓度和饱和度的均值分别为17.96 nmol·L~(-1)和198.03%,时间变化上表现为养殖中期显著高于养殖末期和初期,且具有一定的日变化特征.相关分析表明,N_2O浓度及饱和度与温度、水体NH~+_4-N和叶绿素a浓度呈显著正相关(p0.05),与气压、风速和水体pH值呈显著负相关(p0.05).LM86、W92和RC01模型估算的养殖塘水-气界面N_2O扩散通量的均值分别为20.80、183.75和298.52 nmol·m~(-2)·h~(-1),3种扩散通量均呈现出随着养殖时间推移显著增加的特征,风速和水体溶存N_2O是影响河口养殖塘N_2O扩散通量的重要因子.N_2O扩散通量与扩散系数的取值密切相关,但不同模型方程计算得出的扩散系数存在显著差异,比较发现,RC01模型更适合河口区养殖塘水-气界面N_2O扩散通量估算.本研究结果可为完善水产养殖生态系统的N_2O排放清单编制和近海水环境保护提供一定的科学依据.     

青藏高原高寒湿地春夏两季根际与非根际土壤反硝化速率及nirS型反硝化细菌群落特征分析

反硝化是生态系统氮循环的关键过程.目前对于生态系统氮排放及反硝化细菌群落的研究大多基于人为影响显著的环境,对于人为干扰较低的自然生态系统的研究较少.本研究选取青藏高原黄河源区不同海拔（唐克、久治、玛多和达日）不同季节（春季和夏季）的高寒湿地植物根际与非根际土壤作为研究对象,采用¹⁵N同位素标记法测定反硝化速率,高通量测序技术测定nirS反硝化细菌群落组成及相对丰度,并探究环境因子（气温、海拔）和土壤理化性质（pH、土壤有机碳、铵态氮、硝态氮和亚硝态氮）对nirS型反硝化细菌群落的影响.结果表明,高寒湿地土壤反硝化速率范围为0.80~14.98 nmol·（g·h）^-1,对总N₂释放的贡献率为11.23%~71.16%.唐克、久治和达日的土壤样品,均呈现出根际土壤反硝化速率高于非根际的趋势（P<0.05）.Proteobacteria是青藏高原高寒湿地植物根际和非根际土壤中主要的反硝化细菌门;在属水平上,各土壤样本中相对丰度最高的是一种未分类的变形杆菌（unclassified Proteobacteria,2.86%~29.41%）,这表明主导青藏高原高寒湿地反硝化作用的可能有一些独特的未被鉴定的反硝化菌属,相对丰度其次为假单胞菌属（Pseudomonas,2.45%~26.52%）和贪铜菌属（Cupriavidus,0%~34.14%）.基于距离的冗余分析结果表明,高寒湿地的反硝化细菌群落结构主要受到海拔、pH、NO₂^-含量影响（P<0.05）;相关分析表明反硝化速率和Shannon指数与pH呈显著负相关（P<0.05）,且主要反硝化菌群相对丰度受到温度和pH的影响.本研究结果可为进一步了解青藏高原高寒湿地这一特殊生境中的氮循环提供参考依据.     

黄河上游灌区连作稻田N2O排放特征及影响因素

黄河上游灌区高产连作稻田氮肥的过量施用引起土壤氮素盈余,进而导致稻田N2O排放量增大.为了探明水稻连作模式下稻田N2O排放特征及影响因素,采用静态箱-气相色谱法,开展了为期2年的连作水稻田试验研究.试验共设置3个施氮处理,包括常规氮肥300kg.hm-2(N300)、优化氮肥240kg.hm-2(N240)和对照不施氮肥(N0),并在稻田连作的第2年,对N240处理灌溉节水30%.2年连作试验结果表明,水稻生长季稻田N2O排放主要发生在水稻施基肥后及水稻生长的中后期,在稻田灌水泡田后N2O排放速率达最大值.稻田高氮肥(300kg.hm-2)施用显著增加N2O的排放量,优化氮肥(240kg.hm-2)处理可有效降低土壤N2O排放量(p<0.01).水稻生长季稻田淹水状态时N2O排放量极低,稻田灌溉节水会相应增加土壤N2O排放量.土壤温度变化对稻田N2O的生成和排放会产生较大影响,但受稻田肥水管理等因素的影响,温度与N2O排放量相关性不显著.灌区稻田土壤N2O排放通量与田面水NO3--N含量变化及耕层0～40cm土壤NO3--N积累量变化有显著的相关性.稻田连作显著增加了耕层土壤剖面0～40cm土层NO3--N的积累量,耕层土壤NO3--N积累量的增加进而加大了土壤N2O排放的风险.在宁夏黄灌区稻田常规灌水和高氮肥(300kg.hm-2)水平下,2年连作稻田水稻生长季土壤N2O总排放量分别达55.98×104kg.a-1和51.48×104kg.a-1,在100a时间尺度上的全球增温潜势(GWPs)均值为16.02×107kg.hm-2(以CO2计),表明黄灌上游灌区高氮肥施用导致稻田N2O排放量增大,由此引起的增温潜势严重.     

黄河口滨岸潮滩湿地植物-土壤系统有机碳空间分布特征

了解黄河三角洲滨海湿地有机碳状况是开展我国典型砂质和淤泥型海滩湿地生物地球化学过程及湿地生态修复研究的基础,通过对黄河三角洲自然保护区新生滨海湿地植物-土壤系统有机碳的空间分布特征及其影响因子的研究表明,不同类型湿地植物碳含量差异性不大,而植物碳密度变化幅度较大,且其空间变化趋势与植物生物量空间分布格局相似,均呈M型.表层土壤有机碳含量范围在0.75～8.35 g·kg-1之间,明显低于淡水沼泽湿地生态系统, 土壤有机碳密度分布趋势与土壤有机碳含量基本一致.相关分析表明,pH值与土壤有机碳密度呈负相关,土壤TN、C/N、含盐量与土壤有机碳密度呈线性正相关性,而土壤有机碳密度、土壤TN、C/N、pH值、含盐量与植物碳密度相关性不显著.     

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.     

放牧对草原土壤N2O产生及微生物的影响

利用AIM乙炔抑制法,首次测试了我国内蒙古放牧和非放牧羊草草原土壤N₂O产生的微生物过程;通过分析不同类型草原土壤N₂O产生的微生物过程和相关微生物菌群的季节变化,研究了放牧行为对于草原土壤N₂O微生物产生过程的影响.放牧行为改变了土壤结构,有利于土壤微生物反硝化作用的发生,在一定程度上降低了草原土壤N₂O的排放.揭示了内蒙古草原土壤N₂O产生是以异养硝化作用过程为主的微生物过程,解释了内蒙古典型草原土壤N₂O通量较低和其季节变化的微生物学机理.     

黄河口新生湿地土壤Fe和Mn元素的空间分布特征

2009年5月,在今黄河入海口北部的新生湿地区域,依据植被类型设置9个采样区,研究了不同植物群落下湿地土壤Fe和Mn含量的空间分布特征.结果表明,不同类型湿地土壤的Fe、Mn含量在水平分布上由三棱蔗草-朝天委陵菜湿地到光滩呈波动上升趋势,在垂直分布上则表现为不同的波动变化特征.成土母质决定湿地土壤Fe、Mn含量的空间分布,而海水、植被和土壤细颗粒对其也有重要影响.相关分析表明,Fe、Mn之间以及二者与粉粒、TN、NO-3-N和有机质呈极显著正相关(P<0.01),与黏粒呈显著正相关(P<0.05),说明Fe、Mn与N具有较好的共存性,土壤细颗粒和有机质是影响土壤Fe、Mn分布的主导因素.黄河口新生湿地的Fe含量范围为16.49~33.11 g·kg-1,均值为22.54 g·kg-1,与苏北潮滩湿地,中国黄土高原黄土和中国土壤的背景值相近,但略低于长江口湿地,红树林湿地和内陆湖泊湿地.Mn含量范围为305.87~711.39mg·kg-1,均值为451.09 mg·kg-1,低于中国黄土高原黄土和中国土壤的Mn含量背景值.     

生物炭添加对曝气人工湿地脱氮及氧化亚氮释放的影响

尽管增加曝气会提升潜流人工湿地中溶解氧(DO)浓度,改善污染物去除效果,但由于湿地中氧扩散条件差,易引起DO分布不均,导致氧化亚氮(N_2O)的排放.生物炭由于孔隙率大、比表面积大,近年来逐渐被应用于传统湿地系统,实现强化脱氮和温室气体减排.为了探讨生物炭对曝气潜流湿地的影响,本实验在温室内构建曝气生物炭潜流湿地(SW),以常规曝气潜流湿地(CW)作为参照,探究生物炭投加对湿地系统脱氮性能及N_2O排放的影响.结果表明,SW系统曝气段平均DO浓度为2.66 mg·L~(-1),较CW提高了0.42 mg·L~(-1).SW系统平均出水NH_4~+-N和总氮(TN)浓度为0.17 mg·L~(-1)和1.98 mg·L~(-1),去除率分别达到99.5%和95.0%,较CW提高了5.1%和6.9%.生物炭的投加对湿地系统有机物污染去除效果无显著影响(P0.05),出水化学需氧量(COD)稳定在25 mg·L~(-1),去除率达到94.0%.SW系统中N_2O的平均释放速率为0.27 mg·(m~2·h)~(-1),较CW系统降低了70.7%.因此,生物炭投加可作为一种有效的控制手段来强化曝气湿地系统脱氮,实现N_2O气体减排.     

秋季黄河口滨岸潮滩湿地系统CH4通量特征及影响因素研究

2009年秋季(9、10月),运用静态暗箱-气相色谱法对黄河口滨岸潮滩湿地系统的CH4排放通量进行了观测,并对影响CH4通量特征的关键因子进行了识别.结果表明,在空间上,秋季高潮滩、中潮滩、低潮滩和光滩的CH4通量范围分别为-0.206～1.264、-0.197～0.431、-0.125～0.659、-0.742～1.767 mg.(m2.h)-1,均值为0.089、0.038、0.197和0.169mg.(m2.h)-1,均表现为CH4排放源,但源功能整体表现为低潮滩>光滩>高潮滩>中潮滩;在时间上,9、10月的CH4排放通量范围分别为-0.444～1.767、-0.742～1.264 mg.(m2.h)-1,均值为0.218、0.028 mg.(m2.h)-1,除9月高潮滩表现为CH4弱汇外,其它潮滩的CH4通量均明显高于10月.研究发现,黄河口滨岸潮滩湿地环境因素变化比较复杂,CH4排放通量受多重因素控制.不同潮滩湿地在9、10月CH4排放通量的差异可能主要与温度(特别是气温)以及植被生长状况的差异有关,而水盐条件和潮汐状况对潮滩湿地系统CH4通量特征的影响也不容忽视.     

模拟氮沉降对内蒙古克氏针茅草原N2O排放的影响

随着工农业和社会的快速发展,我国成为全世界氮沉降最高的国家之一,温带草原地区的氮沉降水平局部可能超过3g·(m~2·a)~(-1).为研究氮沉降对我国典型草原生态系统氮循环的影响,在内蒙古太仆寺旗的克氏针茅草原,对土壤氧化亚氮(N_2O)的排放进行了为期1 a测定;同时,对该天然草地施加Na NO_3~-N以模拟氮沉降增加,进行了6个水平:CK(对照)、N_2[2g·(m~2·a)~(-1)]、N5[5 g·(m~2·a)~(-1)]、N10[10 g·(m~2·a)~(-1)]、N_25[25 g·(m~2·a)~(-1)]和N50[50 g·(m~2·a)~(-1)]的野外控制实验.结果表明,在自然氮沉降条件下,该生态系统N_2O的排放主要取决于土壤含水量和土壤温度,通过参数拟合估计全年N_2O-N排放量为0.10 g·(m~2·a)~(-1),约为当地氮沉降量的3%.而提高氮沉降可以显著提高N_2O的排放,特别是在高氮处理下(N_25和N50),N_2O的年排放量与模拟氮沉降量呈线性关系.我国温带典型草原较高的温室气体N_2O排放值得关注.