凤眼莲对富营养化水体硝化、反硝化脱氮释放N2O的影响

以往有关大型水生漂浮植物消减富营养化水体氮(N)的研究主要侧重于植物对N的吸收效果,而忽略了硝化、反硝化反应途径对水体脱氮的贡献.基于此,本研究中借助具创新性的收集凤眼莲种植水体释放N₂O的装置和方法,通过模拟实验研究了凤眼莲对富营养化水体硝化、反硝化脱氮中间产物N₂O的影响.结果表明,凤眼莲可以促进富营养化水体的硝化、反硝化、成对硝化-反硝化反应过程,在本实验条件下凤眼莲种植水体在整个培养期内释放的N₂O气体浓度累积升高幅度较大,为453~4055 nL·L^-1(未加硝化抑制剂处理),通过释放N₂O而脱除氮素的量占整个水体N消减量的1.36%,为相应未种植凤眼莲水体的4.31倍.种植凤眼莲水体试验期间释放N₂O-N的量与水体氨态氮或硝态氮浓度的变化量均存在显著相关关系(p<0.05),说明N₂O释放量受到水体中NH₄⁺、NO₃^-浓度变化的影响.种植凤眼莲在实验中后期可以增加水体中硝化、反硝化细菌的数量,但其数量远低于凤眼莲根系附着的硝化反硝化细菌.水体中反硝化细菌数量与水体释放N₂O浓度之间并无显著相关性,说明种植凤眼莲水体反硝化脱氮释放N₂O过程可能主要是由根系共生微生物驱动的.     

高盐高碱环境下硝化反硝化过程及N2O产生特征

采用稳定运行在高盐高碱环境厌氧/好氧/缺氧(A_n/O/A)模式下的序批式生物膜反应器(SBBR),考察在不同碳氮比(C/N)条件下,硝化反硝化过程及N_2O产生特征.结果表明,在C/N为5、2和对照组(C/N=0)时,总氮去除率分别为(98. 17±0. 42)%、(65. 78±2. 47)%和(44. 08±0. 27)%; N_2O的产生量分别为(32. 07±2. 03)、(21. 81±0. 85)和(17. 32±0. 95) mg·L~(-1); N_2O转化率(N_2O产生量在去除总氮中的比例)分别为(29. 75±0. 93)%、(30. 04±2. 17)%和(41. 69±0. 80)%.高盐高碱条件下,亚硝酸盐氧化菌(NOB)受到很强的抑制作用,硝化过程基本停留在亚硝酸盐阶段.由于高盐高碱环境对N_2O还原酶活性的抑制,使得异养反硝化过程产生了大量N_2O,随着碳氮比的增大,有更多的碳源用于反硝化过程,因而总氮去除率和N_2O产生量均随之增加.随着碳氮比的增大,N_2O转化率随之降低,这可能是由于异养反硝化过程氮素还原酶对电子的竞争所形成的,碳氮比越高,电子竞争越弱.高通量测序表明:在SBBR中,氨氧化细菌(AOB)被富集,而几乎不存在NOB;优势异养反硝化菌属主要是Thauera、Azoarcus和Gemmobacter.     

基于同位素技术的短程硝化过程N2O产生途径

在常温条件下,采用批次试验结合同位素分析技术,研究不同溶解氧(DO)浓度下短程硝化过程N_2O的释放量及产生途径.结果表明,不同溶解氧条件下,N_2O的释放量与NO_2~--N浓度显著相关,当NO_2~--N浓度大于3 mg·L~(-1),短程硝化过程开始出现N_2O的释放,且随着NO_2~--N浓度的增加而增加.当溶解氧浓度分别为0. 5、1. 5和2. 5 mg·L~(-1)时,N_2O的释放量占进水总氮的比例分别为4. 35%、3. 27%和2. 63%,随着溶解氧的升高,N_2O的释放量占进水总氮的比例降低.短程硝化过程控制溶解氧在2. 5 mg·L~(-1),既可以提高比氨氧化速率,又可以减少N_2O的产生.同位素测定结果表明,当溶解氧为0. 5 mg·L~(-1)时,只有AOB反硝化过程生成N_2O.但当溶解氧升至1. 5 mg·L~(-1)时,有4. 52%的N_2O通过NH_2OH氧化过程生成,AOB反硝化过程生成的N_2O占95. 48%.继续升高溶解氧到2. 5 mg·L~(-1)时,NH_2OH氧化过程生成的N_2O比例增加至9. 11%,AOB反硝化过程生成的N_2O占90. 89%,溶解氧浓度的改变会影响短程硝化过程N_2O的产生途径,避免过高的NO_2~--N积累,可以减少N_2O的产生.     

土壤化学反硝化及N2O产生机理研究进展

传统观点认为土壤氮素转化要有微生物的参与,但越来越多的研究发现,非生物转化在一些特定条件下同样发挥着不可忽略的作用,该途径下N₂O产生量甚至超过生物学过程而占主导作用.作为一种重要的非生物土壤氮素转化方式,化学反硝化产生途径虽然已经被发现近一个世纪,但在现代生态学研究中通常因研究分散而往往被忽视.鉴于此,对土壤化学反硝化及N₂O产生机制、影响因素的研究进展进行总结,并对化学反硝化的不足和薄弱环节提出展望.结果表明:土壤化学反硝化及N₂O产生的机制主要包括高价氮还原和羟胺分解两种作用;影响土壤化学反硝化的因素主要包括pH、温度、反应底物浓度、有机质、固相界面及金属离子,如高pH、固相界面和Cu2+的存在均会促进化学反硝化过程;不同形态Fe直接参与化学反硝化生成N₂O的途径不同,主要包括Fe2+还原NO₂-和NO₃-,Fe3+氧化NH₂OH.然而,现有研究对于化学反硝化机理的边界划分等问题仍不明确,因此,建议强化羟胺在土壤化学反硝化途径中作用机理的基础性研究,以及多因素综合影响下化学反硝化强度和N₂O产生特征方面的应用性研究.      

Nitrous oxide reductase gene (nosZ) and N2O reduction along the littoral gradient of a eutrophic freshwater lake

Lake littoral zones are characterized by heterogeneity in the biogeochemistry of nutrient elements. This study aimed to explore the relationship between the nitrous oxide reductase gene (nosZ)-encoding denitrifier community composition/abundance and N2O reduction. Five samples (deep sediment, near-transition sediment, transition site, near-transition land and land soil) were collected along a littoral gradient of eutrophic Baiyangdian Lake, North China. To investigate the relationship between the nosZ-encoding denitrifier community structure and N2O reduction, the nosZ-encoding denitrifier community composition/abundance, potential denitrification rate (DNR) and potential N2O production rate (pN2O) were investigated using molecular biological technologies and laboratory incubation experiments. The results showed that the average DNR of sediments was about 25 times higher than that of land soils, reaching 282.5 nmol N/(g dry weight (dw)·hr) and that the average pN2O of sediments was about 3.5 times higher than that of land soils, reaching 15.7 nmol N/(g dw·hr). In the land area, the nosZ gene abundance showed a negative correlation with the N2O/(N2O+N2) ratio, indicating that nosZ gene abundance dominated N2O reduction both in the surface soils of the land area and in the soil core of the transition site.Phylogenetic analysis showed that all the nosZ sequences recovered from sediment clustered closely with the isolates Azospirillum largimobile and Azospirillum irakense affiliated to Rhodospirillaceae in alpha-Proteobacteria, while about 92.3% (12/13) of the nosZ sequences recovered from land soil affiliated to Rhizobiaceae and Bradyrhizobiaceae in α-Proteobacteria. The community composition of nosZ gene-encoding denitrifiers appeared to be coupled with N2O reduction along the littoral gradient.     

催化铁强化低碳废水生物反硝化过程的探讨

研究了低碳氮比条件下催化铁耦合生物反硝化的脱氮效率以及N2O产生.结果表明,相对常规低碳氮比反硝化,催化铁耦合组能大大提高硝酸根的转化率,但产生亚硝态氮积累,总氮去除率变化不大.耦合组N2O释放量高于常规生物对照组,源于亚铁氧化物与亚硝酸根的化学反应,但最高累积量小于8%,且可继续生物还原为N2.催化铁可以消除体系的溶解氧和降低氧化还原电位,对维持缺氧反硝化环境有利.     

以甲醇为碳源生物反硝化过程释放一氧化二氮的试验研究

污水生物反硝化脱氮过程是一氧化二氮(N2O)的重要释放源之一.试验采用序批式反应器以甲醇为碳源(电子供体),硝酸盐(NO3--N)为电子受体驯化反硝化菌,并采用批处理试验研究不同电子受体、不同碳氮(C/N)比和不同初始亚硝酸盐(NO2--N)质量浓度条件下N2O释放情况.在典型周期试验和批处理试验中均能检测到N2O的释放.以NO2--N为电子受体时会释放较多的N2O,而以NO3--N为电子受体时释放的N2O相对较少.不同C/N比通过影响反硝化菌的活性进而影响N2O的释放,反硝化菌的活性和N2O的释放量均随着C/N比的降低而降低.N2O的释放量随着初始NO2--N质量浓度的增加而增加,一定浓度范围内的NO2--N会增强反硝化菌的活性.初始NO2--N质量浓度与N2O的释放量具有较好的指数相关性.     

碳源类型对污水生物处理过程中氧化亚氮释放的影响

碳源是污水生物处理过程中N2O释放的重要影响因素.本试验以不同碳源（葡萄糖、乙酸钠和淀粉）条件下的SBR反应器为研究对象,分析了碳源类型对于N2O释放的影响作用.结果发现,N2O释放主要发生在好氧段,且释放总量受碳源影响,以乙酸钠为碳源的反应器产生的N2O最多,释放速率最大,其次为葡萄糖,淀粉最少,N2O转化率分别为7...     

污水短程硝化反硝化和同步硝化反硝化生物脱氮中N2O释放量及控制策略

采用SBR反应器考察了短程硝化反硝化和同步硝化反硝化脱氮过程中N_2O的释放.通过实时控制策略实现了短程硝化反硝化生物脱氮,亚硝化率可维持在90%以上.在溶解氧水平为0.5、 1.0、 1.5和2.0 mg/L条件下,考察N_2O的释放和亚硝化率的变化情况.结果表明,溶解氧1.5 mg/L时最有利于维持稳定的亚硝化率,同时N_2O逸出量最小,每去除1 g氨氮释放N_2O 0.06 g;在碳纤维填料SBR反应器中,通过维持较低溶解氧水平和分段投加碳源的运行方式成功实现了同步硝化反硝化,同步硝化反硝化率在79%以上.在溶解氧水平为0.2、 0.4、 1.0和1.5 mg/L时,考察N_2O的逸出情况.结果表明,溶解氧在1.0 mg/L时最有利于控制N2O的释放,每去除1g氨氮释放N2O 0.021 g,其N_2O释放量仅为短程硝化反硝化的1/3.     

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.