地表环境氮循环过程中微生物作用及同位素分馏研究综述

综述了氮循环过程中的微生物作用及其研究进展 ,阐述了生物固氮、微生物吸收同化、有机氮素矿化、硝化和反硝化的反应机理及反应过程中的同位素分馏 ,提出了微生物驱动氮循环的简要模型。微生物驱动的氮循环中不同过程有不同的同位素分馏特征 ,生物固氮、土壤有机氮矿化过程中分馏效应小 ,而吸收同化、硝化和反硝化过程中同位素分馏较大 ,利用各个过程不同的同位素分馏特征可示踪含氮物质的来源、转化和迁移等。     

氧化石墨烯强化厌氧氨氧化菌的脱氮性能

采用氧化石墨烯（GO）增强厌氧氨氧化菌的脱氮性能.通过批次试验观察GO对厌氧氨氧化菌的影响,结果表明：当GO浓度为0.15g/L时,厌氧氨氧化菌脱氮性能最好,总氮去除率比无GO的空白组提高18.6%;当GO剂量达到0.2g/L时,厌氧氨氧化菌活性受到抑制,总氮去除率比空白组降低了26.0%.通过对照实验研究GO对厌氧氨氧化菌脱氮性能的长期影响,结果表明：添加GO的R2反应器在每个基质浓度阶段的平均总氮去除率分别为85.3%,83.2%,81.1%,80.8%,均高于未添加GO的R1反应器.对R2反应器周期内脱氮性能进行动力学分析发现,修正的Boltzmann模型和修正的Gompertz模型比修正的Logistic模型更适合描述GO作用下周期内基质去除特性,并且通过模型得到了周期内任意t时刻下的出水总氮浓度和总氮去除率预测公式.     

城市内河沉积物中反硝化作用的研究进展

沉积物是水环境的重要组成部分,它作为污染物的"汇"与"源",在外源污染有效控制后,城市内河沉积物将成为引发水体富营养化和黑臭现象的重要原因。反硝化作用是氮生物地球化学循环中的核心环节,是去除氮污染的重要途径。文章综述了城市内河沉积物中氮的生物地球化学循环及反硝化作用,着重介绍了测定反硝化速率的不同方法以及其优缺点,同时总结了影响反硝化作用的主要因素如DO浓度、有机质、温度、pH、NO3-等,并提出了该方向今后进一步研究的重点和发展趋势。     

环境样品保存过程中氮的转化规律

通过对环境样品保存过程中NH3-N、NO2-N、NO3-N及总氮的测定来研究水样中氮转化规律,找出三氯在一定条件下相互转化规律关系,提高环境样品中三个分析项目的分析准确性,正确反应环境样品中的真实情况。对于认识水体中氮的循环,防止水体污染,保护水域环境,充分利用开发水资源有着十分重要的意义。     

氮循环的人为干扰与土壤酸化

从生物地球化学循环的观点出发 ,研究了N循环的人为干扰与土壤酸化的关系 ,并探讨了N循环扰动下导致土壤酸化的机理。在土壤酸化中 ,人类对N循环干扰起作用最大的是对大气中NOx 排放的影响以及对N固定的影响 ;前者通过酸雨导致土壤酸化 ,后者则通过施肥导致土壤酸化。     

降水与氮沉降变化对草地关键氮过程的影响研究进展

研究降水格局变化和氮沉降增加对草地氮循环关键过程的影响,探索不同氮循环过程对未来全球气候变化的叠加效应和适应特征,为最终调节氮素转化过程,提高草地氮素利用效率并降低其生态环境负效应提供科学依据.本文综述了不同水分、氮素以及水氮耦合作用分别对植物氮库、土壤氮库的影响,同时分析了在这些条件变化下可能存在的微生物和酶活性变化的驱动机制.在此基础上探讨了水、氮变化对草地氮循环关键过程影响的不确定性以及目前研究中存在的主要问题.     

氮素影响陆地生态系统碳循环过程的模型表达方法

氮素是植物生长所必需的重要营养元素。人类活动引起的大气氮沉降增加对陆地生态系统碳循环过程具有重要影响。准确地定量表达氮素对陆地生态系统碳循环过程的影响是预测未来全球碳循环变化的关键环节。论文系统地归纳总结了国内外多个知名生物地球化学模型中氮素影响光合作用、呼吸作用、同化物分配等碳循环过程的数学表达方法,分析了不同碳循环过程中模型表达方法的不确定性及其原因。指出未来模型的发展需在加强机理研究的基础上,发展能反映氮饱和现象、能显式表达氮素与光合速率关系的光合作用过程算法,发展能显式表达氮素与植物体根、茎和叶呼吸速率关系的维持呼吸算法以及发展显式表达氮素对同化物分配过程影响的动态同化物分配方案。指出当今大部分主流模型在模拟氮素对光合作用影响时没有考虑氮饱和现象,因此利用模型预测未来陆地生态系统对氮素增加的响应时可能会高估氮沉降对光合速率的影响。研究综述可为准确评价陆地生态系统碳氮相互作用和发展碳氮耦合模型提供参考。     

人工渗滤系统对海水养殖废水中氮素的去除

人工渗滤系统以其建设费用低、管理运行方便、脱氮效果好等优势受到人们的普遍关注。该实验以海水养殖废水为处理对象,对人工渗滤系统的运行条件和氮素去除情况进行了研究。结果表明,水力负荷、水力运行周期和保水段高度对氮素的去除均有影响但影响各不相同。当水力负荷为20 cm³/(cm3/(cm²·d),运行周期为6 h/6 h时,总氮和氨氮的去除率较高,分别达到54.88%和89.69%,而硝态氮和亚硝态氮浓度保持稳定。提高保水段高度后,厌氧段得到扩充,在此条件下,氨氮的去除率基本保持不变,而总氮、硝态氮和亚硝态氮去除率明显升高。     

潜流人工湿地氮循环生态动力学模型研究

人工湿地作为一种新型的处理技术,在水环境保护中具有重要的意义和广阔的应用前景。然而目前人工湿地的设计和运行主要是建立在统计数据和经验公式的基础上,对人工湿地去除污染物的内在机制尚缺乏定量化的认识。通过对潜流人工湿地氮循环生态动力学模型的研究,系统地分析了潜流人工湿地中氮素的去除机制,对将来完善人工湿地处理技术的设计、运行和预测方法具有一定的借鉴意义。     

长江三角洲氮收支的估算及其环境影响

根据2002年基本统计数据和相关参数,对长江三角洲经济区氮的收支及人为扰乱了的氮循环对环境的影响进行了估算与分析.结果表明,2002年长江三角洲经济区输入的氮量达2.94 Yg·a-1(1Tg=1012g),单位国土面积接收的氮量(291 kg·hm-2·a-1)4.5倍于全国平均水平,陆地氮通量(224 kg·hm-2·a-1)不仅高于全国和长江流域,也远远高于北大西洋沿岸的欧美国家.大部分输入氮源与农业有关.2002年该经济区支出氮量1.66～1.95 Tg·a-1,盈余氮0.99～1.28 Tg·a-1.可以预测,长江三角洲经济区将面临氮过量引发的严重环境问题.     

海藻提取物对富营养化水体氮素循环影响研究

利用国外引进的海藻提取物EClean制剂对富营养化水体进行处理试验,经过定量测定处理和对照水体中氮循环细菌数量的变化,得出EClean制剂能够促进水体的氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌的生长,并维持了曝气条件下一定数量的反硝化细菌,通过此处理使得在同一反应器中、同一条件下完成硝化作用和反硝化作用成为可能,加速了水体的氮素循环,使水体总氮下降明显。     

SBR-SBHBR工艺结合活性污泥外循环技术优化城市污水除磷脱氮

分析常规生物除磷脱氮工艺缺欠的基础上,提出了SBR-SBHBR工艺结合活性污泥外循环技术的生物除磷脱氮运行模式,旨在将除磷脱氮这两个相互矛盾的生物处理过程分别控制在两级反应器中高效完成.叙述了该工艺系统的操作过程、高效除磷脱氮的可行性和工艺的特点.采用该工艺可望解决常规生物除磷脱氮工艺中的泥龄问题、生物释磷与反硝化之间的碳源竞争问题和厌氧区的硝酸盐问题等,使功能不同的微生物在各自有利的条件下生长,从而提高系统除磷脱氮的效果和稳定性;该工艺也可望解决常规生物除磷系统处理大量富磷污泥的难题.     

间歇式曝气生物滤池对焚烧垃圾渗滤液深度脱氮的研究

为了提高焚烧垃圾渗滤液深度处理的脱氮效率,构建并启动了间歇式曝气生物滤池(IABF).在曝气阶段停止进水、停曝阶段进水的运行方式下,考察了曝气停曝时间比、运行周期、水力停留时间、碳氮比和气水比对反应器脱氮效率的影响.结果表明,在曝气停曝时间比为1:1,运行周期为1h,水力停留时间8h,COD/TN为4:1,气水比5:1的条件下,IABF取得最佳脱氮效率,平均出水TN可达到19.39 mg·L-1,NH4+-N为9.48 mg·L-1.TN和NH4+-N的平均去除率分别为87.5％和84.1％,出水水质达到《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)》.     

华北高产粮区夏玉米生命周期环境影响评价

以山东省桓台县夏玉米生产体系为例,应用生命周期评价方法,以单位产量为评价功能单元,把夏玉米生命周期分为原料开采与运输、农资生产与运输、作物种植3个生产阶段,对不同施氮水平下夏玉米生命周期的资源消耗与污染物排放进行了清单分析和影响评价.结果表明,随着施氮量的增加,夏玉米生命周期环境影响呈指数上升趋势,其中,主要影响类型为水资源耗竭,这与农作物需水量较大、水分生产率较低有关.在低氮量条件下,主要污染影响类型是全球变暖,随着施氮量的增加,富营养化上升为主要污染影响类型.提高作物种植阶段水肥利用效率是控制夏玉米生命周期环境影响的关键,它可减少夏玉米对水资源和氮肥的需求,从而直接减少农田氮素损失污染影响,也间接降低了上游生产环节的资源消耗与污染物排放影响,进而有助于降低夏玉米生命周期环境影响总潜力.     

我国电解锰行业氨氮污染分析与控制

我国"十二五"期间将氨氮纳入总量控制指标,电解锰行业氨氮污染控制变得非常紧迫。介绍了电解锰氨氮污染的现状,分析了电解锰氨氮污染的产生途径以及电解锰生产中的氨氮平衡,依据"源头消减、过程控制、末端循环"的清洁生产理念,提出了电解锰氨氮污染的控制措施。     

Physical,Chemical and Microbiological Water Quality of the Manyas Lake,Turkey

Manyas, also known as the Bird Paradise Lake, is situated near the south-eastern coasts of the Marmara Sea in Turkey. This shallow lake, is a unique natural reserve providing habitat for migratory birds with its rich fauna and plankton species. The objective of this work is to study the ecological and water quality changes resulting from increasing anthropogenic pollution and human intervention on the natural variations of the water level. For this purpose, physical, chemical and microbiological aspects of the aquatic ecosystem in the lake of Manyas are being measured semimonthly since more than a year. After the completion of field measurements associations between different parameters will be searched by means of a water quality model. Results obtained will be used in the sustainable restoration of the lake. In this paper, firstly the nutrient and trophic dynamics of the planktonic ecosystem are associated with the bio-geochemical water cycle in the lake. Secondly, space and time distributions of all physical, chemical and microbiological data are presented and interactions between the nutrient availability and some microscopic communities are discussed.     

微囊藻水华对水体中氮转化及微生物的影响

氮是水生态系统初级生产力的限制性生源要素,认识水体中氮的转化特征有利于调控和削减水体中过量的氮,对维持水生态健康十分重要.氨氧化细菌、氨氧化古菌以及反硝化细菌在氮循环中发挥关键作用.通过在室内构建微宇宙模拟蓝藻水华的重复暴发,发现在蓝藻水华暴发和衰亡短期内,TN、氨氮、TOC浓度快速升高和DO急剧降低,但后期逐渐得到恢复,且水体中的TN在高浓度藻存在下迅速降低.在蓝藻水华暴发和衰亡过程中,太湖水体中氨氧化菌演化为AOB占优势,氨氧化功能活性逐渐恢复,有利于水体中氨氮的去除.蓝藻水华暴发促进太湖水体中含nir S和nir K基因反硝化菌的数量增加至起始的100倍左右,从而促进水体中总氮的去除.     

滇池水中细菌和古菌氮代谢功能基因的空间分布

氮代谢在滇池水生态系统氮素循环和转化过程中起到重要的作用,不仅真核生物参与氮素转化,原核生物作为氮素循环的主要驱动者,在氮素生物化学循环中的作用更不容忽视.基于16S rDNA高通量测序技术,监测滇池草海和外海区域13个点位,分析滇池水中原核生物氮循环功能关键基因的分布特征.结果发现,滇池水中细菌35门, 427属,主要以变形菌门和拟杆菌门为优势门类;古菌14门, 61属,主要以广古菌门为优势门类;β多样性指数显示滇池整体细菌丰富度指数高于古菌,草海细菌多样性指数高于外海.PICRUSt功能解析表明细菌和古菌具有功能上的丰富性,细菌中有35个参与氮代谢的KO通路,涉及氮异化硝酸盐还原基因nirB、一氧化氮还原酶基因norB和硝酸还原酶基因nasK等关键基因;古菌中有23个参与氮代谢的KO通路,涉及固氮酶基因nifH、nifK和nifD,古菌固氮酶基因拷贝数显著高于其它氮代谢基因,草海中古菌氮代谢能力整体高于外海,滇池水中古菌比细菌固氮潜能更大.本研究从原核生物氮循环中功能基因的角度,探讨滇池不同区域水中细菌和古菌氮循环差异,为进一步揭示氮循环机制,解决氮素污染引起的富营养化提供理论参考.     

茅坪河流域非点源污染负荷模拟

为定量化研究茅坪河流域农业非点源营养物质氮、磷的输出负荷,在茅坪河的亚流域陈家冲,利用2004-05～2004-10降雨期的监测数据,通过实测值和模拟值的比较对非点源污染模型SWAT(Soil and Water Assessment Tool)进行了率定和验证,采用Nash-Sutcliffe系数(R²)、均方根差(RMSE)和相对误差(CV)检验实测值和模拟值的拟合度.利用验证后的模型模拟了茅坪河流域营养物质氮、磷的输出负荷量.经验证径流、总氮和总磷的Nash-Sutcliffe系数分别为0.71、0.51和0.62,最小相对误差分别为1.8%、1.1%和10%,模型对氮和磷的输出模拟效果稍差,但对径流的模拟取得了较好的效果,表明该模型可运用于茅坪河流域非点源污染的模拟研究.模拟结果显示,2004-05～2004-10,茅坪河流域共有102.5 t氮和9.46 t磷流入长江,大量农业非点源污染的产生是造成茅坪河水质恶化的重要原因之一.     

森林生态系统对大气氮沉降降低的响应

大气氮沉降是全球变化的重要影响因素之一,而过量氮沉降导致森林出现氮饱和,引起土壤酸化、硝酸根淋溶、氧化亚氮排放增加、植物物种多样性和植被生产力下降.在欧洲、北美和我国大气氮沉降降低的背景下,总结森林生态系统对氮输入降低的响应,不仅能够完善氮沉降对森林生态系统影响的知识体系,也能评估各国已开展的减排行动的成效,为我国制定进一步的减排政策提供科学依据.回顾了欧洲和北美的温带森林以及我国亚热带森林的土壤、地表水、氮循环和植被对大气含氮污染气体和氮沉降降低的响应.土壤溶液中硝酸根浓度对氮沉降的减少响应迅速,但具体响应规律未出现统一趋势.土壤酸化和氮循环过程从高氮沉降中的恢复过程出现滞后现象.森林氮矿化和固持、土壤碳储量和净初级生产力可能需要几十年的时间对氮沉降的减少作出响应.相对而言,虽然有一两年的延迟,土壤无机氮库和氮淋溶量会随着氮沉降的下降而下降.地表水氮浓度与森林生态系统氮状态密切相关.当氮沉降降低时,在历史高氮沉降地区,森林生态系统的氮淋溶下降,因此地表水氮浓度的响应较明显.而在氮缺乏的森林中,普遍较低的地表水氮浓度受到氮沉降变化的影响不显著.地表水酸化的恢复受到土壤硫解吸-矿化和硝化...