硝化反硝化过程中N_2O释放影响因素

结合N2O的产生机理,分析温度、含水率、NO2--N和底物质量浓度、pH和碱度、O2以及基质等因素对N2O释放的影响,试图探讨不同因素对N2O释放的影响规律,以期对生化过程中N2O的控制提供理论和技术支持。N2O的释放是温度、含水率、C/N、O2浓度、反应底物质量浓度、基质以及传输过程交互作用的结果。含水率、C/N、基质及温度等可通过不同途径影响溶解氧的质量浓度而影响N2O释放量;pH、NO2--N、NH3-N及温度等通过影响硝化、反硝化细菌的活性或对各阶段酶的抑制作用而影响N2O释放;土壤利用类型、植被种类、污水脱氮过程各参数等,会间接影响硝化和反硝化过程从而影响N2O的释放。     

废水生物脱氮中N2O和NOx的产生和作用

废水生物脱氮中N2O和NOx来源于硝化、反硝化、厌氧氨氧化和化学反硝化等过程．电子受体和供体浓度、pH、缓冲剂类型、有机负荷、微生物种类及其相互作用等都会影响这些气态中间产物的产生．NO2能够氧化氨和强化好氧和厌氧氨氧化，NO能够阻止C2H2对好氧氨氧化活性的抑制，两者对好氧氨氧化活性的恢复至关重要．所有这些表明，废水生物脱氮的气态中问产物N2O和NOx在氮的生物转化中具有重要的正面作用，甚至必不可少．基于NO2曝气技术和Brocadia anammoxidans与Nitrosomonas协同作用的废水生物脱氮新技术开发是今后一段时间的重要研究方向．图4参35     

农田土壤硝化-反硝化作用与N2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况.结果表明,小麦生育期土壤温度及含水量较低,无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高.土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量.玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量有较大的改善,反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升.通常情况下土壤反硝化损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平.在玉米十叶期追肥后的较短时间内,N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量,说明至少在这一阶段中,硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用.在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中,硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面.     

农田土壤硝化-反硝化作用与N_2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况。结果表明,小麦生育期土壤温度及含水量较低,无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高。土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量。玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量有较大的改善,反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升。通常情况下土壤反硝化损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平。在玉米十叶期追肥后的较短时间内,N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量,说明至少在这一阶段中,硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用。在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中,硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面。     

氮输入对纳帕海沼泽湿地土壤氨挥发和反硝化的影响

选取纳帕海常见湿地植物茭草（Zizania caduciflora）和水葱（Scirpus validus）]及其生长土壤为对象,通过培养实验,研究了3个不同氮输入水平[0g-m^2（对照,NO）、20g-m^2（N20）、40g-m^2。（N40）]对茭草和水葱湿地土壤氨挥发和反硝化的影响。结果表明：氮输入促进了茭草和水葱湿地土壤氨挥发化作用,增加了湿地土壤氨挥发的累积量。适量的氮输入对湿地土壤氨挥发促进显著。在培养前期适量氮输入下的氨挥发积累量高于高水平氮输入的,随着培养时间的延长,后期适量氮输入下的积累量明显下降;而高水半氮输入处理下氨挥发积累量的明显增加,适量氮输入下茭草氨挥发积累大于水葱。氮输入增强了菱草和水葱湿地土壤反硝化作用,加快了反硝化N2O的排放。适量的氮输入促进茭草反硝化作用和反硝化损失量增加明显,培养的前期的适量氮输入处理下的反硝化作用和反硝化N2O的排放增强不明显,随着培养时间的延长,高水平氮输入处理下的反硝化损失量越明显,并且水葱较茭草更为明显。后期适量氮输入下的反硝化损失速率和反硝化损失量高于高水平氮输入,适量氮输入较高水平氮输人促进明显,高水平的氮输入限制了反硝化损失,反硝化N2O的排放总量下降,土壤中氮富集增大。     

废水生物脱氮中N_2O和NO_x的产生和作用

废水生物脱氮中N2O和NOx来源于硝化、反硝化、厌氧氨氧化和化学反硝化等过程.电子受体和供体浓度、pH、缓冲剂类型、有机负荷、微生物种类及其相互作用等都会影响这些气态中间产物的产生.NO2能够氧化氨和强化好氧和厌氧氨氧化,NO能够阻止C2H2对好氧氨氧化活性的抑制,两者对好氧氨氧化活性的恢复至关重要.所有这些表明,废水生物脱氮的气态中间产物N2O和NOx在氮的生物转化中具有重要的正面作用,甚至必不可少.基于NO2曝气技术和Brocadiaanammoxidans与Nitrosomonas协同作用的废水生物脱氮新技术开发是今后一段时间的重要研究方向.图4参35     

填埋场渗滤液灌溉对粘壤土N2O释放的影响

以生活垃圾填埋场渗滤液和粘壤土为实验材料,研究了不同的渗滤液灌溉量、灌溉后土壤中矿物氮含量和反硝化酶活性对粘壤土N2O释放的影响.结果表明:渗滤液灌溉可促进土壤中N2O的释放,投加渗滤液的土壤样品N2O的释放通量是投加(NH4)2SO4溶液的2-3倍.粘壤土含水率为25%并且保持氧含量的条件下,渗滤液灌溉土壤后,土壤中N2O主要在硝化过程中产生.相关性统计分析表明:N2O释放通量与NO-2和渗滤液灌溉量呈显著正相关(分别为r=0.928,p＜0.001;r=0.425,P<0.05),而与土壤中NO-3和反硝化酶活性无显著相关性.     

吸附-生物降解(AB)工艺的改造

AB工艺凭借其独特的优点,在城市污水处理中得到许多应用。但在我国低浓度、低C／N比的城市污水处理中遇到许多问题。以广州某城市污水处理厂AB工艺的应用情况为例,探讨了AB工艺改造的方法及其研究进展,在此基础上提出SND(同时硝化反硝化生物脱氮)技术应用于AB工艺改造的新思路,为我国城市污水处理厂的改造和优化提供一种新的方案。     

热带亚热带土壤氮素反硝化研究进展

热带亚热带独特的土壤性质可能使得反硝化机理有别于温带土壤.文章综述了热带亚热带地区土壤氮素生物反硝化的研究进展,试图更好地了解该地区土壤反硝化在全球氮（N）循环以及在全球环境变化和生态系统响应互作中的角色.热带亚热带土壤反硝化强度普遍较温带地区弱,且随着土地利用方式和耕作管理措施的不同而呈现较大的时空变异性.影响土壤水分状况和土壤碳（C）、N 转化特性和速率的因素即为区域和农田尺度上的反硝化影响因素.湿润型热带亚热带土壤由于含有丰富的氧化物而致使土壤氧化还原势较高,这也是导致该地区土壤反硝化势较温带地区较低的关键土壤因素之-.然而土壤pH 值不是该地区土壤反硝化势较低的主要限制因素.有机C 矿化过程较土壤全氮含量和土壤C/N 比在决定湿润型亚热带土壤反硝化势方面更为重要.愈来愈多的证据表明热带亚热带土壤反硝化的生态环境效应不同于温带地区,热带亚热带地区土壤反硝化对全球变暖的贡献应综合考虑其对其它温室气体（如CH4,CO2）排放和氮沉降的影响.热带亚热带土壤生态系统具有-些防止土壤氮素反硝化损失的机制和保氮策略.然而,热带亚热带生态系统对全球变化的响应机制及其生物地球化学调控机制仍然不清楚,这些研究对于反硝化和其它同时发生的氮转化过程模型的精确构建至关重要.     

污水生物处理过程氧化亚氮的形成机理及减量策略研究进展

在“碳中和”的大背景下，污水生物处理过程中氧化亚氮(N₂O)的释放已经引起了人们的广泛关注，探究N₂O的产生机理和寻找缓解N₂O释放的策略也成为研究的热点.分析污水处理过程中能够产生N₂O的微生物及其特性，以及硝化过程和反硝化过程N₂O的产生机理，并从N₂O释放影响因素的角度总结缓解污水生物处理过程中N₂O释放的策略.随着对N₂O产生和消耗的研究不断深入，N₂O缓解释放的策略不再局限于工艺参数优化，微生物群落结构调控和完全反硝化过程强化也成为N₂O减排策略研究的热点.生物处理硝化过程不能消耗N₂O，只能通过减少N₂O产生的方式来降低N₂O的排放；与硝化不同，N₂O是反硝化过程的中间产物，这也就意味着反硝化过程能够消耗N₂O，因此反硝化过程作为N₂     

基于BaPS技术的高山草甸土硝化和反硝化季节变化

应用气压分离(BaPS)技术测定了川西北高山草甸土硝化和反硝化季节动态变化.结果表明:植物生长季节内,土壤总硝化、反硝化和N2O释放率的变化趋势一致,即从6月份(硝化率:N 8.40 mg kg-1 d-1;反硝化率:N 0.48 mg kg-1 d-1;N2O释放率:N 84.48 靏 kg-1 d-1)开始增加,7月份(N 19.36 mg kg-1 d-1;N 0.60 mg kg-1 d-1;N 100.13 靏 kg-1 d-1)达到最大值,然后开始下降,到9月份(N 1.81 mg kg-1 d-1;N 0.24 mg kg-1 d-1;N 40.09 靏 kg-1 d-1)降为最小值.氮素物质基础(NO3--N和NH4 -N)不是影响该高山草甸土硝化和反硝化的主要因素,土壤温度和湿度是该高山草甸土硝化、反硝化作用的主要影响因子.     

亚热带土壤氮素反硝化气态产物研究

亚热带可变电荷土壤化学性质与温带地区恒电荷土壤有诸多不同特点,使得反硝化具有一些与温带土壤不同的特性,进一步深入研究亚热带土壤反硝化气体产物的组成比例、主要影响因素和机理,将有助于加深对亚热带环境条件下土壤N循环的理解和认识,以及为正确评价亚热带土壤反硝化环境效应提高科学依据。因此,就亚热带土壤厌氧培养条件下反硝化的气态产物问题进行了探讨。土样采自江西典型亚热带红壤地区,在加入K15NO3（10 atom%15N,加入N量为200 mg·kg-1）条件下进行了7 d 30℃、密闭、淹水、充N2的严格厌氧培养试验。试验结果表明：随培养时间推移,15N回收率逐渐下降,土壤总残留的15NO3-质量分数和回收率之间存在显著正相关关系（p〈0.001）,表明反硝化作用越弱的土样回收率越高。总气态氮损失率的估计值和实测值都随培养时间延长呈上升趋势,两者之间存在显著正相关性（p〈0.001）。根据稳定性同位素15N示踪试验结果初步估计,厌氧培养7 d内反硝化作用产生的气态产物中N2O占总气态氮损失的17.1%,N2占8.7%,估计NO可能是主要的反硝化产物之一。以未能回收的氮计算,NO约占总气态氮损失的67.5%~78.6%,平均为74.1%。反硝化气态产物中NO和N2O总量占总气态氮损失的91.3%。NO、N2O和N2分别占总施入氮量的18.6%、4.4%、2.0%。因此,亚热带土壤氮素反硝化过程中主要气态产物可能为NO和N2O,而非对环境无害的N2。     

灰泥土中不同氮肥品种反硝化损失与N2O排放量的差异

在实验室培养条件下，采用土壤培养-乙炔抑制法测定尿素、碳酸氢铵、硫酸铵和氯化铵4种氮肥品种在灰泥土中反硝化损失和N2O排放量的差异。结果表明，氮肥品种间的N2O排放量和反硝化损失量存在极显著差异。尿素、碳铵和氯化铵的N2O排放量极显著高于硫铵，占施肥量的3．88%-4．14％；尿素和碳铵的反硝化损失量分别为施肥量的5．8％和3．7％，极显著高于硫铵和氯化铵；但氯化铵的反硝化损失量显著低于CK。     

除草剂对土壤氮素循环的影响

土壤微生物参与土壤氮素循环的生物学与生物化学过程,对氮素形态转化与去向产生很大影响。在现代农作物生产上农田普遍施用除草剂,除草剂进入土壤生态环境中影响土壤微生物种群数量、活性和土壤氮素循环过程,在一定程度上改变氮素各去向的比例。因此,除草剂的施用对植物氮素吸收利用和土壤氮的环境释放具有一定效应。文章综述了除草剂对生物固氮、土壤氮矿化与转化、氨挥发、硝化反硝化、温室气体N2O排放、植物的氮吸收利用、土壤氮损失等方面的影响,并提出了今后进一步研究的方向,为减少氮素损失和温室气体排放以及除草剂使用的安全性评价提供参考。     

白洋淀湖泊湿地氧化亚氮的排放通量初探

湿地是温室气体氧化亚氮(N2O)的源或汇, 研究湿地N2O排放通量的时空变化特性对探究N2O的排放活跃区及减小温室效应有着重要的意义.采用静态箱-气相色谱法对白洋淀湖泊湿地N2O排放通量的时空变化特性及其影响因素进行了初步研究,结果表明白洋淀湖泊湿地N2O的排放呈现明显的时空变化特性,夏季N2O的排放量最大,且湖滨带是其排放的活跃区;白洋淀湖泊湿地优势植被芦苇的生长状况影响N2O的产生与排放,其鲜质量增加量与N2O的排放通量呈负相关性;土壤含水率的变化与N2O的排放通量有着较好的相关性,土壤含水率升高,N2O的排放通量增加;白洋淀湖泊湿地水中亚硝态氮质量浓度与N2O的产生和排放关系密切,随着亚硝态氮质量浓度的增加N2O的排放通量呈对数增长.     

太湖沉积物反硝化功能基因丰度及其与N_2O通量的关系

温室气体N_2O的生成和排放与反硝化功能微生物关系密切,探讨沉积物反硝化微生物功能基因丰度及其与N_2O通量的关系有助于更好地理解沉积物N_2O生成与排放的微生物学机制。以太湖为研究对象,采用定量qPCR(Quantitative PCR)技术测定了太湖沉积物反硝化功能基因(nirK、nirS、norB和nosZ)丰度,阐明了太湖沉积物反消化功能基因丰度的季节变化规律,并分析了反硝化功能基因丰度与沉积物N_2O通量及其他环境因子的关系。结果表明:太湖沉积物反硝化功能基因丰度呈现夏秋季高冬春季低,具有明显的季节变化特征,norB基因丰度最高,均值为9.03×10~9 copies·g~(-1),其次为nir S基因(1.14×10~9copies·g~(-1)),nirK和nosZ基因丰度均值分别为3.04×10~8copies·g~(-1)和1.09×10~8copies·g~(-1)。沉积物TN和NO_2~-是影响反硝化功能基因丰度的重要环境因子。夏秋季沉积物N2O通量为-0.12-0.04nmol·g~(-1)·h~(-1),均值为-0.05nmol·g~(-1)·h~(-1),与反硝化功能基因(nir K、nir S和nir B)丰度呈显著正相关(P0.05),表明反硝化过程消耗了N_2O。冬春季沉积物N_2O通量为-0.05-0.48 nmol·g~(-1)·h~(-1),均值为0.27 nmol·g~(-1)·h~(-1),与反硝化功能基因丰度不具显著相关性,表明反硝化作用可能不是N_2O产生的主要过程。     

白洋淀水陆交错带N20还原酶基因（nosE）与反硝化活性的垂直分布研究

为深入剖析水陆交错带N2O释放热区的机理,选择白洋淀一处典型水陆交错带为研究对象。通过对其纵剖面（0～80cm）分层土壤样品的理化指标、反硝化速率（DNR）、N2O产生速率及N2O还原酶基因（NosZ）丰度和多样性的分析发现,在水陆交错带陆域纵剖面中,表层土壤（0～10cm）的反硝化速率（DNR）和N2O产生速率均最高,分别为65．8和9．41nmol·g^-1·h^-1（以N及dw计）;表层（0～10cm）和亚表层（10～20cm）土壤的nosZ基因丰度最高（分别为1．00×10^10genecopies·g^-1dw和9．23×10^9genecopies·g^-1dw）且没有显著性差异（p〈0．05）。生物多样性指数表明,表层土壤的nosZ基因生物多样性高于底层;在系统发育树中,表层和底层土壤的nosZ基因序列并没有明显的界限。Pearson相关性分析表明,在典型水陆交错带陆域纵剖面中,nosZ基因丰度与N2O／N2O＋N2）呈负相关关系（r=0．766,p〈0．05）,表明在水陆交错带区域nosZ基因丰度是N2O转化的指示指标。     

中国农田N2O排放的分析估算与减缓对策

介绍了 2种不同方法分析估算的中国农田 N2 O的排放结果 ,并讨论了减缓农田 N2 O排放的对策。用田间测量数据和 IPCC第二阶段方法学估算的中国农田 1995年 N2 O的直接排放量 (以 N计 )分别为 398和 336Gg。应用 IPCC第二阶段方法学分别计算了 194 9年等 10个年份进入中国农田的不同氮源的数量变化 ,表明化学氮肥施用量的增加是中国农田 N2 O排放量逐年上升的主要因素。田间观测结果表明 ,水田是 N2 O不可忽视的源。中国水田 N2 O排放量约占中国农田总排放量的 2 2 % ,水稻生长季水田 N2 O排放量约占农田总排放量的 9%。根据中国农作制 ,施肥和农田水分管理方面的特点 ,调整 N∶P∶ K肥料的比率 ,缩小全国氮肥施用量的地区性差异及应用硝化抑制剂和包膜缓释氮肥 ,将有助于减少农田 N2 O的排放量。     

土壤反硝化过程速率测定方法

土壤反硝化过程是指土壤中的硝酸盐、亚硝酸盐等含氮物质在反硝化微生物的作用下还原成氮气(N_2)、一氧化氮(NO)、氧化亚氮(N_2O)等气体的过程,是氮循环中重要的过程之一.反硝化的中间产物N_2O是一种重要的温室气体,其中从土壤中释放的量占地球总排放量的70%.反硝化作用主要由硝酸盐还原酶(nitrate reductase,Nar)、亚硝酸还原酶(nitrite reductase,Nir)、一氧化氮还原酶(nitric oxide reductase,Nor)和氧化亚氮还原酶(nitrous oxide reductase,Nos)所催化,相应的编码基因分别为nar、nir、nor和nos.多种土壤反硝化速率测定方法因技术、设备、实验设计等原因存在不同优缺点,据此在自己的研究中选择合适的方法至关重要.测定土壤反硝化的方法目前主要有乙炔抑制法、~(15)N同位素示踪法、N_2直接测定法、硝酸盐消失法、质量守恒法和化学计量法等6种方法.乙炔抑制法,操作简单,但是不适合土壤养分含量低的土壤;~(15)N同位素示踪法测定结果比较精确,但是价格昂贵,成本高;N_2直接测定法则需要精密的仪器.今后反硝化过程测定方法的发展不仅是测量方法的改进,也需要注重精密仪器的研发.(表3参62)     

好氧异养硝化菌Acinetobacter sp.YY-5的分离鉴定及脱氮机理

通过异养硝化培养基获得一株高效脱氮细菌,并通过形态学特征、生理生化反应及16S rDNA同源性比较对筛得菌株进行了鉴定;分别以NO3--N和NO2--N为唯一氮源,通过对脱氮过程中各种含氮代谢物的定量及对脱氮相关基因氨单加氧酶基因(amoA)、羟胺氧化酶基因(hao)、周质硝酸盐还原酶亚基基因(napA)的扩增及测序比较,对该菌株的生理途径及脱氮机理进行了研究.结果表明,高效脱氮细菌YY-5不能发生好氧反硝化,但能在3 d内将氨氮由95.23 mg/L降解至1.29 mg/L,降解率达妻98.6%,同时未发现亚硝酸盐氮、硝酸盐氮积累;对该菌主要代谢气体产物进行检测,发现CO2和N2明显增多,无N2O生成;经鉴定,初步判定该菌为不动杆菌属,命名为Acinetobacter sp.YY-5;从该菌基因组中均能扩增出amoA、hao、napA等基因,其中napA与hao基因与已报道的napA与hao基因进行Blaster较,发现具有较大差别.图6表3参15