Cd2+、Cu2+和Zn2+对人工湿地反硝化作用的影响

实验室研究了 3种重金属离子 Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺对人工湿地反硝化作用的影响 .以 100、500、1000 mg/kg剂量的 Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺处理人工湿地土壤样品 ,检测其 N₂O的产生 .结果表明 ,3种金属离子的 500、1000mg/kg处理组土样 N₂O的产生均显著降低 ,各金属离子抑制 N₂O产生的程度顺序为 Cd²⁺>Zn²⁺>Cu²⁺,这与 3种金属离子在土样中的有效态浓度顺序是一致的 ,反硝化微生物在处理过程中逐步产生了对重金属离子的耐受性 ,500、1000mg/kg处理组样品的 NH⁺₄- N浓度较对照组显著升高提示部分 NO^-₃- N由于反硝化过程的抑制而异化性还原为 NH⁺₄-N.     

太湖地区湖水与河水中溶解N2O及其排放

水体是N₂O排放的重要来源.2000-09～2001-09,每月2次采样(重复3次)连续监测太湖地区太湖和大运河水体N₂O排放通量和水中溶解的N₂O浓度,还同时监测不同深度水样中的N₂O浓度.结果表明,太湖N₂O-N的年均排放通量为3.53 μg/(m²·h),而大运河已高达122.5,μg/(m²·h).太湖湖水中溶解N₂O-N浓度为0.36μg/L,大运河河水中浓度高达11.31μg/L,浅水型水体是N2O排放的源.结果还表明,不同深度水中N2O浓度差异不明显,而时间差异显著.水面N2O的排放通量和水中溶解的N2O浓度呈显著正相关关系,二者又都与水温呈显著正相关. .     

亚热带河口潮滩湿地N2O排放对氮硫增强输入的响应

以亚热带区域闽江河口短叶茳芏中、高潮滩湿地为研究对象,于2014年7月至11月进行氮硫增强输入的实验,利用静态箱-气相色谱法测定潮滩湿地中N_2O排放通量,并同步测量相关的环境因子.结果显示,不同潮滩湿地N_2O排放通量对氮硫增强输入的响应存在差异,但总体上看均促进了N_2O的排放.与对照相比,NH_4~+-N输入使中、高潮滩排放通量分别提高了157.97%和236.36%;NO_3~--N输入使中潮滩提高了60.95%,而使高潮滩N_2O排放通量提高了246.77%;SO_4~(2-)-S输入分别使中、高潮滩N_2O通量提高50.68%和87.17%;而N-S复合输入则使中、高潮滩N_2O通量分别增加了84.20%和117.79%.不同的处理组对中、高潮滩的N_2O排放通量的促进作用分别表现为:NH_4~+-NN-SNO_3~--NSO_4~(2-)-S及NO_3~--NNH_4~+-NN-SSO_4~(2-)-S.氮硫增强输入改变了短叶茳芏潮滩湿地N_2O排放通量的变化规律,但除了NH_4~+-N处理对高潮滩N_2O排放通量的影响显著外,其他处理组的影响均未达到显著性水平.中、高潮滩湿地N_2O的排放通量与沉积物温度、含水率具有显著的相关关系,而与电导率相关性不显著.随着全球环境问题的日益严重,系统研究湿地生态系统N_2O排放的机制与规律,对于科学准确的估算全球温室气体排放量具有重要的意义.     

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.     

地膜覆盖对菜地生态系统N2O排放的影响

为了探讨地膜覆盖对菜地N_2O的排放通量、土壤剖面N_2O浓度以及土壤温度和湿度的影响,选取西南地区常见菜地(辣椒-萝卜轮作)为研究对象,采用静态暗箱/气相色谱法,进行了为期1 a的野外观测实验.结果表明,在辣椒季,常规处理(不覆膜)N_2O的平均排放通量为1000.0μg·(m~2·h)~(-1),覆膜处理为400.6μg·(m~2·h)~(-1),覆膜显著低于常规处理(P0.05);而在萝卜季,N_2O的平均排放通量则表现为覆膜处理[128.1μg·(m~2·h)~(-1)]高于常规处理[107.8μg·(m~2·h)~(-1)],但两者差异未达到显著水平(P0.05).覆膜和常规菜地土壤中N_2O含量均基本随土层深度的增加而增加,表现为:30 cm20cm10 cm,相同处理各层次土壤N_2O含量间均呈显著相关,不同处理相同深度处的土壤N_2O含量间也存在显著的正相关关系.对不同土层中的N_2O含量与地表N_2O排放通量的相关性分析可得出,常规处理各土层处的N_2O含量与地表N_2O排放通量呈显著正相关关系.覆膜处理的N_2O排放通量仅与30 cm深土壤中的N_2O含量存在显著正相关关系.通过对土壤湿度和温度的观测可以得出,地膜覆盖对土壤的增温效应在夏季更加明显,对土壤的保水作用在秋冬季更加突出.相关性分析和主成分分析结果表明,土壤中氮素形态是决定农田N_2O排放最重要的因素,其中常规菜地N_2O排放主要受土壤中总氮含量的影响,而覆膜菜地N_2O的排放对土壤中无机态氮含量的变化更加敏感.     

耕作制度对川中丘陵区冬灌田CH4和N2O排放的影响

采用静态暗箱/气相色谱法连续2 a田间原位测定,研究川中丘陵区冬灌田CH₄和N₂O的排放特征和不同耕作制度对冬灌田CH₄和N₂O排放的影响.结果表明,1a只种1季中稻冬季灌水休闲的冬灌田(PF),在水稻生长期,CH₄平均排放通量为(21.44±1.77)mg·(m²·h)^-1,非水稻生长期为(3.77±0.99)mg·(m²·h)^-1,分别大大低于以前文献报道的在西南其它地方观测值;全年CH₄排放量以水稻生长期CH₄排放量为主,非水稻生长期CH₄排放量仅占全年总排放量的23.2%.冬灌田N₂O排放通量年均值为(0.051±0.008)mg·(m²·h)^-1,且主要集中在水稻生长季,非水稻生长期N₂O排放量仅占全年总排放量的8.1%.在采用水旱轮作制后,冬灌田CH₄排放量大大降低,稻-麦轮作(RW)和稻-油菜轮作(RR)全年CH₄排放量分别为PF的43.8%和40.6%.但冬灌田改为水旱轮作制后,N₂O排放量显著增大,RW和RR的N₂O年排放量分别是PF的3.7倍和4.5倍.综合考虑冬灌田在采用不同耕作制度后排放CH₄和N₂O的全球增温潜势(GWP),无论是短时间尺度还是长时间尺度,采用3种耕作制度全年所排放的CH₄和N₂O所产生的综合GWP都为:PF RW≈RR.在20a、100a和500a时间尺度上,PF分别约是RW和RR的2.6、2.1和1.7倍.冬灌田改为水旱轮作制度后能大大减少CH₄和N₂O所产生的综合GWP.     

设施菜田土壤N2O产生对O2的响应

以添加(DIS)/不添加(DI)玉米秸秆的常规设施菜田土壤为研究对象,通过室内培养试验,利用在线自动监测培养系统,在不同初始氧气体积分数下(0%、1%、3%、5%和10%)监测土壤N_2O、NO、N_2和CO_2产生量的动态变化,并同步分析了土壤无机氮(NO-2、NO-3、NH+4)含量,同时设置添加Na Cl O3的处理抑制土壤NO-2的氧化,以期对比研究不同碳投入菜田土壤N_2O产生量对O_2的响应.结果表明,厌氧条件下土壤N_2O产生量显著高于有氧条件下土壤N_2O产生量(P0.01).当氧气体积分数≤1%时,添加秸秆的(DIS)土壤N_2O产生量显著高于未添加秸秆的(DI)土壤(P0.01).土壤中氧耗竭时会观察到明显的N_2O产生速率峰值,但N_2产生速率峰值随着初始氧气体积分数的升高极显著降低(P0.01),反之,土壤中如果没有出现氧耗竭的现象,则N_2O和N_2产生量随着初始氧气体积分数的升高显著降低(P0.01).初始氧气体积分数介于1%~5%时,培养过程中会观察到持续的NO-2累积,且在该氧梯度内N_2O/(NO+N_2O+N_2)指数显著高于0%以及10%初始氧气体积分数的处理,此外,添加Na Cl O3后,当初始氧气体积分数为5%和10%时,持续增加的NO-2与N_2O产生量两者之间线性相关(R2≥0.85).本研究结果表明,低氧条件下不完全的反硝化和NO-2诱导的硝化细菌反硝化共同作用,显著增加了土壤N_2O的产生量和N_2O/(N_2O+NO+N_2)指数;但是,有氧条件下土壤N_2O的产生量显著低于厌氧条件(P0.01).     

三江平原沼泽湿地N2O浓度与排放特征初步研究

2001年8月到9月在三江平原沼泽湿地进行N₂O的原位静态箱观测.结果发现近地气层N₂O平均浓度为281.7×10^-9m³/m³,低于大气背景浓度,说明沼泽湿地可能是人类目前了解较少但很重要的N₂O汇.选取积水状况和地表植被不同的毛果苔草沼泽、小叶章湿草甸(Ⅰ,Ⅱ)以及作为对照的小麦休耕地进行观测,发现4个地点的N₂O排放日变化形式不完全相同,除小麦田全天持续排放N₂O外,其余各点一天当中均出现排放与吸收交替出现的情况.温度是影响排放模式的主要因素.观测期内毛果苔草沼泽、小叶章湿草甸(Ⅰ,Ⅱ)和小麦休耕地N₂O的平均排放强度分别为0.22μg/(m²·h),1.75μg/(m²·h),1.31μg/(m²·h)和4.86μg/(m²·h).氧化还原电位是决定沼泽湿地N₂O排放特征的关键因子,地表积水情况和土壤水分状况则是影响N₂O排放的另一重要因素.     

氮肥水平对不同土壤N2O排放的影响

鉴于N₂O排放量占施用氮肥量的比例即N₂O排放系数还有很大不确定性,室外盆栽试验于2002～2003年选取3个供试土壤,各土壤设置对照和低、中、高氮肥水平,全年施尿素量 (以N计) 分别为334、 670和1 004 kg/hm².结果表明,水稻生长季,各个土壤的N₂O累积排放量与其对照相比的增加量在低、中、高氮肥水平间无明显差异;而小麦生长季,随氮肥施用量增加,各个土壤的N₂O累积排放量与其对照相比的增加量在3种氮肥水平之间的差异显著.整个稻麦轮作系统,随氮肥用量的增加明显促进麦田N₂O的排放.无论水稻或小麦生长季,对照3个土壤的N₂O累积排放量并无显著差异,F土壤（江苏溧水）、G土壤（江苏涟水）和H土壤（江苏农科院）的N₂O累积排放量,在水稻生长季分别为168、 127和146 mg/m²;小麦生长季,分别为134、 124和168 mg/m².在施氮肥后,3个土壤的N₂O排放量出现差异,如在中氮水平下,小麦生长季,F土壤、G土壤和H土壤N₂O累积排放量分别为976、 744和626 mg/m².稻麦轮作生长季内,在低氮与中氮2个水平下,不同土壤间N₂O排放系数存在显著差异.以1个稻麦轮作周期为时间尺度,F土壤、G土壤和H土壤总的N₂O排放系数分别为1.1%±0.23%、 0.75%±0.17%和1.01%±0.11%,表明不同土壤对N₂O排放系数的影响不同.     

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.     

湖泊沉积物中氨氧化微生物的amoA基因数量

采用定量PCR方法测定了4个湖泊沉积物中氨氧化微生物的amoA基因数量,并分析了其与环境因子之间的关系. 结果表明:小南湖AOA(氨氧化古菌)和AOB(氨氧化细菌)的amoA基因数量最多,分别达2.1×104和2.8×103copies/g(以干质量计,下同);梁子湖仅检测到了AOA amoA基因的存在,平均值为4.9×103copies/g. 东湖和汤逊湖的AOA amoA基因数量比较接近,约为3.0×103copies/g,然而AOB的amoA基因数量在这2个湖泊中仅分别为37和86copies/g;在这些采样点中,AOA的amoA基因数量是AOB的3~278倍. 统计分析发现,随着湖泊营养水平和间隙水中ρ(NH₄+)的上升,AOA和AOB的amoA基因数量均呈增加趋势,但ρ(NH₄+)增加对AOB的促进作用要大于AOA,导致AOA和AOB的amoA基因数量比值与间隙水中ρ(NH₄+)呈显著负相关. pH上升对2类氨氧化微生物的抑制作用则与ρ(NH₄+)增加对它们的促进作用相反. 沉积物中amoA基因数量与间隙水中ρ(NO₂-)无显著相关性,但与ρ(NO₃-)呈显著正相关. 由于ρ(NH₄+)与ρ(DO)之间呈显著负相关,因此认为ρ(DO)与氨氧化微生物amoA基因数量之间的显著负相关可能更多的是对ρ(NH₄+)与氨氧化微生物amoA基因数量之间紧密关系的一种间接反应.      

小麦－玉米轮作期土壤排放N2O通量及总量估算

对小麦-玉米轮作期周年的N₂O通量进行了测定和总量估算,分析了N₂O通量与土壤温度、地温、气温、降水和施氮量的关系。由实验获知,华北平原栾城农业生态系统实验站的农田N₂O通量(N)为10.6-24.2μg/(m²·h),相应的全年排放总量(N)为0.93-2.11kg(hm²·a)。施用尿素的农田排放N₂O量约占化肥施用量的0.54%,施用有机肥和化肥的农田排放N₂O量占总施氮量的0.70%。     

贵州省旱田土壤N2O释放及其环境影响因素

以贵州省的玉米－油菜轮作田、大豆－冬小麦轮作和休耕地为研究对象,采用密闭箱－气相色谱法,对整个轮作期的土壤Ｎ₂Ｏ释放进行观测,初步研究我国亚热带旱田的Ｎ₂Ｏ释放特征．实验研究结果表明,３试验田Ｎ₂Ｏ释放通量具有相同的规律性日变化形式,秋收作物达通量极大值的时间比越冬作物滞后２ｈ～３ｈ,气温是控制Ｎ₂Ｏ通量日变化的主要环境因子：３试验田Ｎ₂Ｏ释放通量（以Ｎ₂Ｏ中的Ｎ计）分别在９．８１～４３３．１１,４．００～１８０．４１和９．７４～２８２．００μｇ·ｍ^-2·ｈ^-1,高于我国水田和北方旱田的Ｎ₂Ｏ释放通量;进一步分析表明,３试验田Ｎ₂Ｏ释放通量具有相同的季节变化模式,Ｎ₂Ｏ 释放峰受降雨事件的直接影响,Ｎ₂Ｏ通量与降雨量和土壤湿度间有显著的正相关性,而与温度的关系不明显     

氨氧化细菌的富集培养及影响因素的研究

采用间歇培养方式,对富集氨氧化细菌的过程进行了研究,并探讨了温度、初始pH值、DO、碱度、进水氨氮浓度对短程硝化作用的影响.实验发现:氨氧化细菌富集完成后,氨氧化速率达到22.8 mg/(L·h),亚硝酸盐积累率在80％左右,氨氧化细菌的数量可提高至富集前的32.6倍.此外,对影响因素的研究发现,当温度30℃、pH=8.5、DO=0.5 mg/L、HCO3-/NH4+-N(摩尔比)=1.67、进水氨氮小于400 mg/L时,有利于实现短程硝化.     

植被收割对滨海湿地沉积物中CO_2和N_2O释放的影响

为了揭示冬季滨海湿地植被收割对其沉积物中温室气体释放的影响,以长江入海口典型滨海湿地——崇明东滩为研究对象,观测季节性(冬季)植被收割(分别于收割后第0天、第10天、第30天、第60天采样)与不收割条件下芦苇(Phragmites australis)、米草(Spartina alterniflora)、芦苇-米草交互带和光滩沉积物中CO2与N2O的释放特征.结果表明:1米草和芦苇-米草交互带植被收割并未增加沉积物中CO2的释放(P0.05),但芦苇收割可能会增加N2O的释放(P0.05),说明植被收割对湿地沉积物中CO2和N2O释放的影响与植被类型密切相关.2与芦苇带相比,米草和芦苇-米草交互带沉积物中CO2累积释放量分别高出12%~57%和17%~43%,但芦苇植被覆盖下沉积物中N2O累积释放量分别比二者高出11%~81%和8%~95%.可见,米草和芦苇-米草交互带沉积物碳的呼吸损失明显高于芦苇带,但芦苇植被覆盖下沉积物中N2O逸失量相对较高.34种植被类型下,沉积物中N2O累积释放量为0.1~0.4 mg/kg,CO2累积释放量则高达1 024~2 645 mg/kg.因此,冬季滨海湿地植被收割不会显著增加N2O的温室效应,但选择性收割米草有望减少沉积物碳的呼吸损失.     

添加磷对水稻-油菜轮作土壤N2O排放影响

我国南方红壤区域普遍属于缺磷土壤,种植作物需要施用较多的磷肥,但添加磷对水稻-油菜轮作土壤中N_2O的排放影响并不明确.以潜江、咸宁两处水稻-油菜轮作模式下的土壤为研究对象,添加不同浓度的磷(0、15和30 mg·kg-1)和不同浓度的氮(0和100 mg·kg-1)进行室内培养实验,探究添加磷对水稻-油菜轮作土壤N_2O排放的影响.结果表明,添加磷对土壤中N_2O的排放有较为显著的影响,但影响的方式有所不同:在土壤本身氮比较少的情况下,添加磷会促进土壤中微生物对氮的固定,降低N_2O的排放;在土壤中有充足的氮情况下,添加较少的磷会促进土壤中硝化微生物的活动,促进N2O的排放,但添加较多的磷同样会促进土壤中微生物对氮的固定,相比于添加较少的磷处理会抑制N_2O的排放;在土壤本身磷的含量较为充足的情况下,无论土壤中的氮源是否充足,添加磷仅对土壤中N_2O的排放起抑制作用.     

卫河新乡市区段春季溶解CH4与N2O浓度特征

对卫河新乡市区段春季CH_4与N_2O浓度进行调查分析,初步探讨了城市河流中典型温室气体的溶存量空间变化及其影响因素.结果表明,受到水中污染物质浓度及人类活动影响,春季卫河表层水中CH_4与N_2O浓度处于超饱和状态,饱和度分别为147.59~2 667.85和4.06~188.25.影响市区内N_2O浓度的主要环境因素为NH~+_4-N(P0.01),而新区污水处理厂排水输入显著提高了N_2O的溶存量,说明污染物类型影响温室气体的产生和积累,NH~+_4-N的硝化过程是城市河流N_2O产生的主要来源.逐步回归分析表明CH_4浓度是NH~+_4-N浓度与水温的相关函数,其中CH_4浓度与NH~+_4-N极显著相关(R2=0.70,P0.01),说明春季卫河中NH~+_4-N浓度是影响卫河春季CH_4溶存的关键因素.此外研究结果显示在NO~-_3-N浓度较低并且NH~+_4-N浓度高时水中CH_4与N_2O浓度具有显著正相关关系,表明有效态氮浓度差异影响CH_4与N_2O产生过程的耦合机制.     

DO浓度对生活污水硝化过程中N2Ｏ产生量的影响

为确定污水脱氮过程中最优的DO浓度和曝气方式,以提高污水处理效率,降低N₂Ｏ产生量,采用实际生活污水应用小试SBR反应器,重点考察了不同DO浓度条件下,硝化效率和硝化过程中N₂Ｏ的产生量.结果表明,当DO浓度恒定为0.4 mg·L^-1时,虽然硝化过程所消耗的能量最低,但其氨氮氧化的速率较低.提高DO浓度,氨氮氧化速率可随之升高.低氨氮生活污水硝化过程中仍有N₂Ｏ产生.DO浓度为0.4 mg·L^-1 和0.9 mg·L^-1时,污水N₂Ｏ产生量(以N计)分别为1.5 mg·L^-1和1.6 mg·L^-1;而DO浓度为1.5 mg·L^-1和2.0 mg·L^-1时,N₂Ｏ产生量则分别降低至0.5 mg·L^-1和0.4 mg·L^-1.当DO浓度高于1.5 mg·L^-1后,继续提高DO浓度,氨氮氧化速率升高的速率变缓,同时N₂Ｏ产生量大幅降低.因此,从提高污水脱氮效率节能降耗和控制N₂Ｏ产生量2个角度考虑,生活污水脱氮过程中控制DO浓度在1.5 mg·L^-1较为适宜.     

Sources of nitrous and nitric oxides in paddy soils：Nitrification and denitrification

Rice-paddies are regarded as one of the main agricultural sources of N 2O and NO emissions. To date, however, specific N2O and NO production pathways are poorly understood in paddy soils. ^15N-tracing experiments were carded out to investigate the processes responsible for N2O and NO production in two paddy soils with substantially different soil properties. Laboratory incubation experiments were carried out under aerobic conditions at moisture contents corresponding to 60% of water holding capacity. The relative importance of nitrification and denitrification to the flux of NaO was quantified by periodically measuring and comparing the enrichments of the N2O, NH~-N and NO3-N pools. The results showed that both N2O and NO emission rates in an alkaline paddy soil with clayey texture were substantially higher than those in a neutral paddy soil with silty loamy texture. In accordance with most published results, the ammonium N pool was the main source of N2O emission across the soil profiles of the two paddy soils, being responsible for 59.7% to 97.7% of total N2O emissions. The NO3-N pool of N2O emission was relatively less important under the given aerobic conditions. The rates of N2O emission from nitrification （N2On） among different soil layers were significantly different, which could be attributed to both the differences in gross N nitrification rates and to the ratios of nitrified N emitted as NzO among soil layers. Furthermore, NO fluxes were positively correlated with the changes in gross nitrification rates and the ratios of NO/N2O in the two paddy soils were always greater than one （from 1.26 to 6.47）. We therefore deduce that, similar to N2O, nitrification was also the dominant source of NO in the tested paddy soils at water contents below 60% water holding capacity.