反硝化实验方法研究综述

氮磷是富营养化评价和预测的主要指标之一，由氮磷引发的水体快速富营养化和污染是当今全球面临的一个重大环境问题。沉积物是水体生态系统中N的归宿场所之一，反硝化作用是脱氮的重要机制。本文重点介绍了沉积物—水界面上反硝化常用的实验方法(乙炔抑制法，氮气通量法，同位素对法等)以及它们的优点和存在的缺陷，并指出了今后反硝化实验的研究方向。     

锁磷剂联合好氧反硝化菌修复富营养化水体

氮磷是造成水体富营养化的主要原因,单一治理方法常常难以同时有效去除氮磷.本文利用1株分离自富营养化水体的好氧反硝化菌株（AD-19）构建固定化菌膜,并与锁磷剂Phoslock^®联合修复富营养化水体,研究了Phoslock^®的控磷效能和反硝化菌的脱氮性能及二者联合作用时对富营养化水体的修复效果.结果表明,在投加比例为80（Phoslock^®与PO₄^3--P的质量比）的条件下,Phoslock^®对模拟富营养化水体中PO₄^3--P去除率可达95%以上,并能有效抑制底泥中磷的释放.好氧反硝化菌AD-19具有较好的异养硝化-好氧反硝化功能,在以NH₄⁺-N或NO₃^--N为唯一氮源条件下生长良好并能去除97%以上的氮,经16S rDNA鉴定该菌株属于假单胞菌属（Pseudomonas sp.）.利用湖泊模拟装置论证了Phoslock^®联合固定化菌膜修复富营养化水体的可行性,进一步地,利用该技术对武汉市某公园内富营养化池塘进行修复治理,经过16 d的处理,氮磷等水质指标从劣Ⅴ类地表水提升至Ⅲ类,并持续稳定270 d以上,证明Phoslock^®联合固定化菌膜可快速和有效地修复富营养化水体,并保持水质长期稳定.     

河北省典型景观水体反硝化菌群落时空分布特征及驱动因素:以石家庄为例

景观水体作为城市水系的重要组成部分,氮素超标是影响其生态功能的主要因素.为了探究城市景观水体反硝化菌群落特征和驱动因素,利用nirS功能基因研究石家庄市主城区4个公园的景观水体和沉积物的反硝化菌群落分布特征,结合水体和沉积物氮素指标对景观水体反硝化菌群落演变的驱动因子进行分析.结果表明,景观水体水质参数季节差异显著（P<0.001）,沉积物氮素指标空间差异显著（P<0.001）;水体以及沉积物的α多样性季节和空间差异都不显著（P>0.05）,电导率（EC）和强氧化剂浸取态氨氮（SOEF-NH⁺₄-N）是影响水体以及沉积物的α多样性的主要环境因素;景观水体反硝化菌主要为变形菌门（Protebacterice）中的Dechloromonas、Rhodocyclaceae、Pseudomonas、Rhodobacter和Thauera;主坐标分析（PCoA）表明水体和沉积物反硝化菌群组成空间差异显著（P<0.001）,水体关键反硝化物种也呈现出显著的空间差异（P<0.001）;冗余分析（RDA）和随机森林分析（RF）指...     

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.     

蓝藻暴发对莫愁湖水体和沉积物营养盐的影响

以莫愁湖水体和表层沉积物为研究对象,分别于蓝藻暴发前(6月、7月)、蓝藻暴发期(8月)、蓝藻暴发后(9月、10月)采集水样和沉积物样品,分析了氮磷等营养盐及其形态赋存变化特征和水体的富营养化程度及水质变化,并探讨了水体和沉积物营养盐与蓝藻水华暴发的关系。结果表明,在蓝藻暴发期间,水体氮磷等营养盐急剧增加而沉积物中营养盐含量维持稳定,造成莫愁湖蓝藻暴发的主要原因是外源性氮、磷营养盐的输入而不是湖泊沉积物中氮、磷的释放;在蓝藻暴发前、中、后期,莫愁湖水质均为Ⅴ类,富营养化程度在轻度以上,水质污染严重。蓝藻暴发期间,水质整体呈下降趋势,水质恶化富营养化程度加重;通过相关分析发现,水体中叶绿素a含量与水体中总氮、总磷、高锰酸盐指数、亚硝态氮和氨态氮存在显著正相关关系(P0.01或P0.05),与水体中氮磷比存在显著负相关关系(P0.01),而与沉积物中总氮、总磷及水体硝态氮未发现显著相关性(P0.05),水体中营养盐浓度特别是磷含量的增加对蓝藻暴发具有重要影响,而沉积物氮磷及有机质含量与蓝藻暴发的关系较弱,同时蓝藻暴发对水体还原态氮的影响比氧化态氮影响更为显著。     

鄱阳湖湿地沉积物反硝化空间差异及其影响因素研究

鄱阳湖显著的水位变化导致该区域湿地类型的复杂多样,包括不同的沉积物性质及水动力条件等,这些因素势必会对反硝化速率及其途径产生影响.本研究通过对3种不同类型湿地沉积物柱样采集、流动培养及同位素添加模拟,对湿地沉积物反硝化速率的空间差异、反硝化过程及氮源等反硝化底物和沉积物呼吸等反硝化影响因素进行研究,以期进一步了解水动力变化下鄱阳湖多类型湿地沉积物的反硝化空间差异及其影响规律.结果表明,反硝化速率在水力联系较强的湖沼沉积物中最高,达到(43.98±2.33)μmol·m-2·h-1;在洲滩沉积物中次之,为(35.36±6.12)μmol·m-2·h-1;而与大湖区连通性较弱的内湾湖沼沉积物中最低,为(13.45±3.21)μmol·m-2·h-1.不论是洲滩沉积物还是不同水力联系下的湖沼沉积物,总反硝化速率与上覆水硝酸盐之间均存在显著正相关(p0.01),表明上覆水硝酸盐是反硝化的限制性因子.相关分析显示,不同湖区沉积物的呼吸速率及微生物有机碳(Microbial biomass carbon,MBC)含量对鄱阳湖湿地沉积物反硝化也具有一定的影响(p均为0.05).在两种反硝化途径中,洲滩和不同水力联系下湖沼沉积物中以水体硝酸盐为底物的非耦合反硝化均强于耦合反硝化,说明非耦合反硝化是反硝化的主要方式.耦合反硝化与非耦合反硝化在内湾区湖沼沉积物中均较弱;与大湖区连通的湖沼沉积物的非耦合反硝化强于洲滩沉积物,说明反硝化途径与水力联系及沉积物有机质水平具有一定的联系.     

太湖主要环湖河道沉积物反硝化潜力及其控制因子

河流反硝化作用是水体氮素去除的重要途径,对流域氮负荷削减具有重要意义.为探究河网区河道的反硝化脱氮能力及其主要控制因子,本研究调查了太湖14条主要环湖河道的水质和沉积物特征,通过泥浆培养实验,利用氮氩比的方法和膜接口质谱仪分析技术,测定了14条环湖河道的沉积物反硝化潜力.结果表明,太湖环湖河道的反硝化潜力为-9.93~35.71 μmol·L^-1·d^-1,均值为（20.79±14.79） μmol·L^-1·d^-1,南部河道的反硝化潜力显著低于北部河道,负值代表沉积物的吸附或固氮行为.水柱中的硝态氮浓度、溶解氧、溶解性有机碳（DOC）和沉积物中的碳含量均会对沉积物反硝化潜力产生影响.相关分析结果表明,硝态氮浓度对河道反硝化作用的影响有限,反硝化作用对硝态氮底物的响应遵从米氏动力学模型（R²=0.77）的规律.而在太湖氮负荷严重的西部和北部河道区,水体中的DOC是反硝化潜力的主要限制因素.改善氮的去除环境对促进水体氮去除过程和区域氮管理具有重要意义,在氮负荷严重的流域河道,水体的DOC应该得到更多的关注.     

淀山湖沉积物的反硝化脱氮能力及其环境意义

于2016年5月和7月,使用乙炔抑制法对淀山湖湖区13个样点表层6 cm原状沉积物反硝化速率进行了测定.结果表明,淀山湖表层沉积物中的反硝化速率具有显著的时空变化特征,变化范围在5.72~65.82μmol·m~(-2)·h~(-1)之间,,春季反硝化速率为(28.52±26.21)μmol·m~(-2)·h~(-1),夏季反硝化速率为(29.31±17.11)μmol·m~(-2)·h~(-1).在空间上,表层0~3 cm沉积物中反硝化速率((17.91±11.80)μmol·m~(-2)·h~(-1))高于下层3~6cm沉积物反硝化速率((11.02±10.40)μmol·m~(-2)·h~(-1));反硝化速率与沉积物中可提取NH_4~+-N含量成显著正相关(p0.05),耦合的硝化-反硝化过程是沉积物反硝化作用的主要机制.淀山湖湖区上半年通过反硝化作用可去除约278.70 t的氮,对控制水体氮浓度和削减氮负荷具有重要意义.     

秦淮河流域句容水库农业流域水体沉积物的反硝化作用

2007年5、8、11月和2008年2月,在秦淮河流域句容水库农业流域的河流和水库中,采用自行设计制作的无扰动采样器采集了沉积物柱样,使用乙炔抑制法进行培养试验,并测定了沉积物上覆水的温度(T)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO-3-N)和总溶解性氮(TDN)的浓度,以及沉积物有机质(OM)和全氮(TN)含量,研究了沉积物反硝化潜势的季节变化及其影响因素.结果显示,水体沉积物反硝化潜势存在显著的季节差异,河流沉积物的反硝化潜势范围在8.85～64.04pμg·m-2·h-1之间、水库沉积物的反硝化潜势范围在5.01～28.18μg·m-2·h-1之间.沉积物反硝化潜势的季节变化与上覆水的温度、NH4+-N、NO-3-N和TDN的浓度,及沉积物的OM和TN含量的季节变化有关.     

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。