不同退耕还草方式下宁夏南部山区土壤氮素转化速率与微生物变化的耦合关系

为了明确不同退耕还草方式下土壤养分转化的机理及其影响因素,以宁夏南部山区(下称宁南山区)天然草地、人工草地和撂荒地土壤为研究对象,运用PVC顶盖埋管法对3种类型草地土壤中氮素的净转化速率、微生物区系和氮素微生物生理群进行了研究,探讨土壤氮素净转化速率与微生物的关系. 结果表明:①在培养过程中,3种草地类型土壤中细菌、放线菌和真菌数量平均值分别为9.6×105、3.8×104和4.0×101 CFU/g(以干土计),氮素微生物生理群数量表现为氨化细菌(4.5×104 CFU/g)>自生固氮菌(4.3×103 CFU/g)>硝化细菌(6.5×102 CFU/g)>反硝化细菌(3.9×102 CFU/g)>亚硝化细菌(1.7×102 CFU/g),其中,人工草地土壤中微生物数量最高;②细菌、真菌、反硝化细菌与亚硝化细菌数量的峰值均出现在培养第120天,放线菌和自生固氮菌数量的峰值均出现在第240天,硝化细菌数量的峰值出现在第60天,而氨化细菌数量在各类型草地土壤中出现峰值的时间不统一;③各类型草地土壤氮素的净矿化速率、净氨化速率、净硝化速率均在61~120 d内最低,净矿化速率与净硝化速率在181~240 d内最高,净氨化速率在241~360 d内最高,微生物固氮速率的峰值出现在121~180 d,最低值出现在241~360 d. 在该区土壤氮素转化速率与微生物数量紧密相关,土壤温度、土壤水分通过影响微生物数量而成为影响土壤氮素矿化的主要因素;土壤氮素的生物固持过程比有机氮矿化过程更为活跃;种植苜蓿的人工草地比天然草地和撂荒地更有利于微生物的繁殖与土壤氮素的矿化.      

宁南山区不同草地土壤原位矿化过程中氮素的变化特征

用顶盖埋管法对宁南山区天然草地、人工草地和自然恢复草地中有机氮、微生物生物量氮、可溶性有机氮、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮含量和土壤氮素矿化速率在原位培养中的动态变化特征进行了研究.结果表明,微生物生物量氮、可溶性有机氮、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮含量,总体上在培养60 d时(4~6月)基本保持不变,60~120 d(6~8月)明显降低,120 d(8月)后有所回升,各种氮素含量均在培养120 d(8月)时最低.有机氮含量在整个培养过程中基本保持不变.土壤氮净矿化速率、净硝化速率、净氨化速率均在60~120 d(6~8月)时最低.各种氮素占总氮的比例随培养时间的延长而变化:有机氮、亚硝态氮占总氮的比例相对稳定,微生物量氮、可溶性有机氮、硝态氮、铵态氮占总氮的比例在培养0~120 d(4~8月)时降低,培养120 d(8月)后升高.土壤有机碳、pH、容重与氮素含量极显著相关,各种氮素间极显著正相关.不同草地间,各种氮素含量均表现为天然草地>自然恢复草地>人工草地.     

宁南山区林地土壤原位矿化过程中碳氮转化耦合特征

为了解宁南山区典型植被恢复模式之一——人工林地土壤碳氮转化的特征以及二者的关系,运用PVC顶盖埋管法进行1 a的原位矿化培养实验,每隔2个月采样,研究柠条、山桃、山杏林地中土壤有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳与土壤有机氮、无机氮以及净氨化速率、净硝化速率、净矿化速率和微生物固定速率在一年中的变化特征以及碳氮耦合关系.结果表明在原位培养过程中,61~120 d碳氮的变化最明显,主要受到土壤水分的影响;土壤有机碳和全氮极显著正相关,土壤微生物量碳氮、可溶性有机碳氮显著正相关;土壤有机碳转化速率显著影响净氨化速率、净硝化速率和MBN转化速率,且符合一元线性回归方程;柠条地培养一年后土壤微生物商(MBC/SOC)、MBN/SON显著升高,而且净硝化速率、净矿化速率显著大于山桃和山杏.     

季节性温度升高对落干期消落带土壤氮矿化影响

为揭示季节性温度升高对消落带落干期土壤氮矿化的影响,分别采集三峡支流澎溪河消落带上游和下游两个水文断面,155 m(低)、165 m(中)和175 m(高)这3个水位高程表层土壤,结合落干期气温变化特点,在25℃和35℃两个温度下进行恒温培养.结果表明,消落带土壤总氮和硝态氮在上游断面和高水位高程含量更高,而下游和低水位高程含量更低,铵态氮分布与其相反.硝态氮是无机氮的主要存在形式,占无机氮的57.4%~84.7%.相同培养温度下,氨化、硝化、净氮矿化速率均表现为随水位高程增加,随流域断面由下至上而显著增加(P0.05);总体上,在水位高程和流域断面上均表现为:温度升高使硝化速率和净氮矿化速率显著增加(P0.05),而对土壤氨化速率无显著影响(P0.05).     

河北平原潮土中微生物对氮降解特征

了解土壤中微生物对氮素降解规律,对于土壤氮污染修复具有重要现实意义.从河北平原潮土中筛选出8种高效氨化细菌、硝化细菌、异养硝化好氧反硝化细菌,对所筛菌种进行16S r DNA分析,选出最适菌株通过固定化载体将菌种制成菌剂.探讨了用加入所筛菌种及拮抗菌的菌液和地表水分别滴灌小白菜对土壤中的氮降解产生的影响,并测定土样磷脂脂肪酸(PLFA)的值.结果表明:以硅藻土为载体硝化细菌的氨氮降解率达到38%,硝态氮合成率为205%;以硅藻土为载体的氨化细菌氨氮合成率为1 711%,异养硝化好氧反硝化细菌的硝态氮降解率达到367%.加所筛菌液滴灌对土壤总氮和氨氮的降解效果较好,硝化作用也较强,加菌后土壤中微生物量明显增加,且更快到达峰值.对不同土样不同时间磷脂脂肪酸数据分析发现,在白菜生长过程中,土壤中的微生物含量均产生了1次峰值,且加入所筛菌的先到达峰值.对于任丘和阜城土样来说,加入所筛菌后,土壤中微生物种类相应增多,对土壤微生物环境有所改善,微生物也比较活跃.     

土地利用变化对土壤硝化及氨氧化细菌区系的影响

以西藏高原相邻的原始森林、天然草原和农田土壤为研究对象,分别采用室内培养法和nested PCR-DGGE技术,对比研究了这3个生态系统的土壤硝化势、硝态氮浓度以及土壤氨氧化细菌（AOB）菌群区系.结果表明,农田土壤的硝化势和硝态氮（NO 3--N）浓度显著高于相邻的草原和森林土壤,硝化势分别是森林和草原土壤的9倍和11倍,NO 3--N是农田土壤无机氮（Nmin）的主要成分,占无机氮的70%～90%.铵态氮（NH 4＋-N）则是森林和草原土壤中主要的无机氮形态.原始森林和天然草原间的硝化势和硝态氮浓度没有显著差异.原始森林的土壤AOB菌群数量、多样性及均匀度最低.天然草原生态系统转换为农田后,土壤AOB菌群的多样性和均匀度显著降低,但是农田土壤的AOB菌群结构仍与其前身草原生态系统有较高的相似性.原始森林的AOB菌群数量、多样性及均匀度最低直接导致了其硝化势最低;农田土壤的硝化势和硝态氮浓度最高意味着农田生态系统中优势AOB的活性最高.以上结果表明,土地利用变化导致土壤氮素内循环及其关键微生物AOB的多样性与活性均发生显著变化,这些变化会影响土壤环境质量以及生态系统的持续与稳定.     

青藏高原林地土壤的氮转化特征及其影响因素分析:以祁连山和藏东南地区为例

矿化和硝化过程是森林生态系统氮素循环的重要组成部分,对生态系统功能的维持与土壤环境质量有着重要影响.净矿化和净硝化速率是评价土壤氮素供应能力和氮损失风险的常用指标.为探究青藏高原林地土壤氮转化特征及其影响因素,以气候差异较大的祁连山和藏东南地区作为研究对象,采集了327个林地土壤样本,通过样本处理及室内培养试验,分析了土壤中无机氮含量、净矿化速率、净硝化速率及其与环境因子之间的相关关系.结果表明,藏东南地区林地土壤的无机氮含量、净矿化速率和净硝化速率［109.70 mg·kg^-1、3.08 mg·（kg·d）^-1和2.19 mg·（kg·d）^-1］均显著高于祁连山地区［49.47 mg·kg^-1、0.70 mg·（kg·d）^-1和0.69 mg·（kg·d）^-1］;土壤的净矿化速率与年平均温度、年平均降水量、湿润指数及土壤有机质含量之间具有极显著的正相关关系（P<0.001）.净硝化速率与年平均温度、年平均降水量之间无显著正相关关系,但与土壤净矿化速率呈极显著的正相关关系（P<0.001）.这表明藏东南地区林地土壤具有比祁连山林地土壤更高的氮素供应水平,而水热条件可能是造成两地土壤净矿化速率差异的主要原因,净矿化速率是净硝化速率的限制因子,对青藏高原林地土壤的氮素损失有着重要影响.这些结果强调了水热条件等气候环境因子对青藏高原林地土壤净矿化和净硝化速率的重要影响,进一步加深了人们对青藏高原林地土壤氮素转化规律的认识.     

异养硝化-好氧反硝化菌脱氮同时降解苯酚特性

研究了异养硝化-好氧反硝化菌Diaphorobacter sp. PDB3去除氨氮同时降解苯酚的特性.在最佳碳氮比7和摇床转速160r/min下,该菌在21h内对初始浓度365mg/L苯酚的降解率达94.9%,总有机碳去除率达90.8%,同时40mg N/L氨氮被完全去除,中间代谢物硝态氮和亚硝态氮逐渐积累并在后期降低.氮平衡分析表明,52.3%的氨氮转化为胞内氮,37.2%转化为氮气,菌株主要通过细胞同化作用和异养硝化-好氧反硝化作用去除氨氮.检测到羟胺氧化酶、硝酸还原酶及亚硝酸还原酶活性,表明菌株PDB3具有完整的异养硝化-好氧反硝化偶联途径.随着苯酚浓度升高,抑制作用增强,脱氮效率降低.     

干化-干湿转化对鄱阳湖湿地土壤氮矿化的影响

本研究采集鄱阳湖湿地3种典型植被(虉草、苔草、芦苇)土壤,在室内分别设置30%WHC(最大持水量)、50%WHC和80%WHC 3种水分条件培养1个月,分别模拟重度干旱、轻度干旱和适宜水分环境,然后添加水分到200%WHC模拟干湿转化过程;基于~(15)N同位素稀释法计算干化-干湿转化过程中湿地土壤的总氨化速率和总硝化速率.土壤干化过程中,芦苇带土壤总氨化速率最高,虉草带土壤总硝化速率最高;土壤总氨化速率和总硝化速率都随干旱程度增强而降低,轻度干旱条件下总硝化速率的降低比总氨化速率更明显;除水分条件外,总氨化速率主要受土壤碳含量影响,总硝化速率主要受pH值影响.土壤湿化过程中,苔草带和芦苇带土壤氮总氨化速率在1 d内变化较小,1～5 d不断下降;虉草带重度干旱土壤氮总氨化速率在湿化后呈上升趋势,轻度干旱土壤只在湿化后1 d内明显增大;3种植被土壤总硝化速率都在1 d内明显下降,此后维持较低水平.干化过程中,氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)丰度对土壤总硝化速率的影响相近,湿化过程中AOB丰度的影响相对增大.     

一株异养硝化-好氧反硝化细菌的分离鉴定及脱氮活性研究

从杭州市天子生活岭垃圾填埋垃圾渗滤液调节池周围土壤样品中分离到一株异养硝化-好氧反硝化细菌ZB612,通过形态学观察及16S rDNA同源性分析,初步鉴定属于根瘤菌属(Rhizobium sp.).随后研究了该菌株的脱氮能力,结果表明在初始氨氮浓度为100mg/L异养硝化培养基中,氨氮的去除效率达到90%,未出现明显的硝态氮和亚硝态氮积累,具有同步硝化反硝化特征;在亚硝酸盐反硝化体系中,亚硝态氮的去除效率达到60%.除此还考察了四种单因素 (温度、pH值、碳氮比和碳源种类) 分别对菌株ZB612脱氮效率的影响:该菌株的最佳脱氮条件为温度30℃,初始pH=7,C/N=8,以葡萄糖作为最适碳源.     

黄河口典型潮滩湿地土壤净氮矿化与硝化作用

采用PVC顶盖埋管原位培育法研究了黄河口典型潮滩湿地土壤净氮矿化与净硝化作用的动态变化特征、影响因素及净氮矿化/硝化量.结果表明,高潮滩湿地(LW)、中潮滩湿地(JP1)和低潮滩湿地(JP2)0~15cm土壤无机氮含量具有明显的季节变化特征,NH4+-N含量表现为LW＞JP1＞JP2,NO3--N含量则表现为JP1＞LW＞JP2.3种湿地土壤净氮矿化/硝化速率均呈明显的波动变化.生长季的净氮矿化量分别为27.81、11.90和0.33kg/hm2,净硝化量分别为12.09、15.99和1.19kg/hm2,净硝化量占净氮矿化量的百分比分别为43.47%、100.00%和100.00%.相关分析表明,湿地土壤净氮矿化量与土壤水分含量呈显著负相关,而土壤净氮硝化量与土壤pH值呈显著负相关.3种潮滩湿地土壤在维持无机氮方面的能力整体表现为LW＞JP1＞JP2,说明从氮循环角度高潮滩湿地系统最为稳定,而低潮滩湿地系统的稳定性最差.     

人工湿地氮转化与氧关系研究

应用N转化迁移模型分析廊道式人工湿地氮转化与氧供应的关系,验证目前湿地全程硝化反硝化脱氮机制的有效性.对各个廊道进出水NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN、B₅、DO进行了测定和分析.在水力负荷5cm/d条件下,各廊道湿地有机氮矿化率为0.01～0.28g·(m²·d)^-1、氨氮硝化率0.50～1.54 g·(m²·d)^-1,反硝化率0.41～1.13 g·(m²·d)^-1(占总氮损失的3.4%～35.4%)、植物净吸收氮0.07～0.26 g·(m²·d)^-1(占总氮损失的7%～33%).硝化反硝化与有机质降解同时进行,在进水端最明显,这与传统认识相悖.按照全程硝化化学计量学得到的硝化需氧量(NOD)高于实际的表面复氧和植物根系放氧.最后对在高浓度有机质存在条件下,能减少对氧需求的2种新型脱氮机制进行了讨论.     

异养硝化-好氧反硝化菌WXZ-8的脱氮产物N_2O和N_2研究

研究了异养硝化-好氧反硝化菌WXZ-8(Bacillus cereus)的异养硝化性能,并采用GC-ECD(Gas Chromatography-Electron Capture Detector)、GC-TCD(Gas Chromatography-Thermal Conductivity Detector)方法分别测定了脱氮过程中的气体产物N2O和N2。为了改进密封反应的溶氧条件,采用纯氧密封摇瓶培养和空气密封摇瓶培养两个对照条件下进行培养。结果表明:(1)空气密封瓶实验条件下,WXZ-8产生的N2O为0.00945mg,N2为9.5005mg,分别占从水体中脱除的氮的0.047%和47.09%,另外,同化合成的氮含量占48.74%;(2)纯氧密封瓶实验条件下,WXZ-8产生的N2O为0.00463mg,N2为9.686mg,分别占从水体中脱除的氮的0.024%与49.57%,同样,同化合成的氮含量占49.23%。两组对照实验表明,WXZ-8菌是一株高效、产生低水平量N2O的性能良好的异养硝化-好氧反硝化菌,且纯氧培养条件更有利于控制N2O的逸出。     

不同氮输入梯度下草甸沼泽土反硝化损失和N2O排放

在实验室培养条件下,设计N0,N1,N2,N3 4种氮输入梯度,净氮输入量分别为0,1,2 和5 mg/g,采用乙炔抑制技术,研究草甸沼泽土反硝化损失和N₂O排放. 结果表明:培养期间(23 d)N1,N2和N3梯度的N₂O排放速率平均值分别为12.55,7.59和4.04 μg/(kg·h),反硝化损失速率平均值分别为11.52,9.87和3.10 μg/(kg·h),二者均明显高于对照(N0)〔0.09和0.10 μg/(kg·h)〕;但高氮输入(N2和N3梯度)会对N₂O排放速率和反硝化损失速率产生一定的抑制作用,且随着梯度增大而加强,差异达到显著水平(P<0.05). 24 h时土壤有机碳矿化速率随氮输入梯度升高而增大,表明氮输入初期能对土壤有机碳矿化产生激发效应;但在整个培养期,有机碳矿化速率却随氮输入增加而降低,表明只有适当的氮输入才能促进土壤有机碳矿化,过量氮输入反而会对其产生抑制作用.      

不同地质背景下岩溶生态系统的自然特征差异--以茂兰和花江为例

自然特征是典型岩溶生态系统研究与评价的基础。西南岩溶山区,由于气候、地形、地质构造、岩溶作用、土壤等条件的不同,各圈层发生着地质地貌组合→水文土壤组合→植被和小生境组合结构的作用过程,不同组合结构的岩溶生态系统具有特殊的功能和圈层的耦合作用,其本底稳定性与脆弱性各异,从而形成了不同区域岩溶生态系统及生境类型的多样性。对茂兰岩溶森林区和花江峡谷区两种典型岩溶生态系统———岩溶原生森林系统与石漠化系统的自然特征对比研究表明,两者的差异集中体现在地质构造、地貌演化、岩溶形态、水文结构、土壤侵蚀、植被群落、水文生态效应与生境多样性等方面,其中地质构造、地貌演化、岩溶形态、可开发利用的水资源、植被群落是两种系统存在显著差异的关键因素。因此,有必要探讨不同岩溶地貌单元、不同碳酸盐岩类型区的岩溶生态系统基本生态过程的共性和差异,探索地质环境与生态环境的内在联系和耦合关系,分析地质因素对生态环境的控制和影响程度,为岩溶受损生态环境单元的恢复重建提供理论依据。     

浮萍塘中氮归趋模式模拟分析

通过模拟分析浮萍塘中氮的循环迁移过程,考察了N主要迁移途径对各形态氮的去除贡献,并确定了水环境季节变化对氮循环过程影响.模拟结果显示:浮萍塘中氮的去除主要通过硝化/反硝化作用实现,而有机氮沉降以及氨氮挥发作用对TN去除贡献仅为2.1%.浮萍塘中氨氮和硝态氮的变化主要受硝化和反硝化作用影响;有机氮主要受藻类腐败以及氨化作用影响;底泥中氮的变化主要由有机氮沉降和底泥中氮氨化过程控制.此外,浮萍塘能有效去除水体中藻类,并维持藻类的较低含量;浮萍主要通过促进硝化/反硝化速率来提高系统对TN的去除能力.     

南方丘陵地区竹林河岸系统的氮矿化、反硝化作用研究

采用原位培养法和乙炔抑制-静态土柱培养法,对南方丘陵地区竹林河岸系统的矿化、反硝化作用进行了研究.结果表明,研究区土壤氮矿化速率为-0.28～0.30mg·kg^1·d^-1（以N计,下同）,且与土壤含水量存在显著正相关（p〈0.05）.在系统中,与入口区与中部区的土壤氮矿化作用平均强度相比,毗邻河道的河岸区更为强烈....