硝化作用作为生态毒性指标评价土壤重金属污染生态风险

土壤质量评价基准的确立是土壤污染研究的重要方向.目前评价重金属对土壤微生物生态风险的终点指标主要有土壤生物量、土壤呼吸、酶活性、硝化作用和固氮等.解决土壤中的重金属污染是环境领域的重大课题,评价和确定一个能较早预知重金属毒性的敏感指标则具有重要意义.硝化作用因其对重金属污染的敏感性及在全球氮循环中的重要作用,在评价土壤重金属毒性研究中具有广泛的应用.在总结国内外相关研究基础上,对硝化作用的机制、影响因素以及在指示环境变化中的作用及局限性等方面进行了综述.     

近地层臭氧浓度升高对麦田土壤氨氧化与反硝化细菌活性的影响

利用臭氧FACE(free-air O3concentration enrichment,开放式空气臭氧浓度增高)试验平台,研究近地层臭氧浓度(臭氧摩尔分数平均为70 nmol.mol-1)升高对小麦不同生育期植株氮吸收量,土壤w(全氮)、w(矿质氮)、脲酶活性、氨氧化细菌数量、反硝化细菌数量以及小麦成熟期土壤硝化与反硝化作用强度的影响。结果表明,与对照(臭氧摩尔分数平均为45 nmol.mol-1)相比,臭氧浓度升高条件下小麦不同生育期氮吸收量总体趋于升高,土壤w(全氮)、w(铵态氮)和w(硝态氮)总体趋于下降,在小麦成熟期土壤w(全氮)和w(铵态氮)分别比对照下降9%和71%(P0.05),而w(硝态氮)比对照下降36%;臭氧浓度升高使小麦不同生育期土壤脲酶活性总体趋于增强,在拔节期、抽穗期和灌浆期均显著高于对照(P0.05);随着小麦的生长,臭氧熏蒸土壤氨氧化细菌和反硝化细菌数量也趋于升高,在小麦成熟期均显著高于对照(P0.05)。在小麦成熟期,尽管臭氧熏蒸土壤单个氨氧化细菌的硝化活性比对照下降57%,但土壤整体硝化强度却比对照提高123%;臭氧熏蒸土壤反硝化作用强度与对照相比无明显差异,但单个反硝化细菌的反硝化活性却比对照降低96%,达显著水平(P0.05)。认为臭氧浓度升高促进了小麦对土壤氮素的吸收,导致土壤氮素库存量降低,进而加快了土壤中氮素的转化,表现为脲酶活性升高,氨氧化细菌和反硝化细菌数量增加,但它们的代谢活性反而下降。     

近地层臭氧浓度升高对稻田土壤氨氧化与反硝化细菌活性的影响

利用中国唯一的稻麦轮作臭氧FACE（free-air O3 concentration enrichment,开放式空气臭氧浓度增高）试验平台,研究近地层臭氧浓度升高对稻田不同生育时期植株氮吸收量、土壤氮含量与脲酶活性、土壤氨氧化细菌与反硝化细菌数量以及成熟期土壤硝化与反硝化作用强度的影响。结果发现,臭氧浓度升高条件下,单株水稻（Oryza sativaL.）的氮吸收量趋于升高,土壤全氮含量趋于下降、脲酶活性趋于增强,在成熟期土壤全氮与对照相比平均下降9%,土壤脲酶活性与对照相比平均升高13%。在水稻整个生长季节,土壤氨氧化细菌和反硝化细菌的数量均呈现出先增多后减少的趋势,且均在开花期达到峰值,但臭氧熏蒸土壤与对照相比趋于升高;在水稻成熟期,土壤中单个氨氧化细菌和反硝化细菌的活性均趋于下降,土壤硝化强度和反硝化强度与对照相比也平均下降17%和24%。结果表明,近地层臭氧浓度升高条件下,稻田土壤氮素转化因为水稻氮素吸收增强而加快,土壤氨氧化细菌和反硝化细菌的数量均趋于增多,但它们的生理代谢活性均趋于下降。     

硝化作用微生物的分子生物学研究进展

回顾了硝化作用微生物的分子生物学研究进展 ,主要介绍了硝化作用微生物的种类 ,包括氨氧化菌、亚硝酸氧化菌、异养氨氧化菌和厌氧氨氧化菌 .这些微生物的系统发育分析表明亚硝化菌的系统发育相对简单 ,而硝化细菌则要复杂许多 .还介绍了在硝化作用微生物生态学研究中应用的分子生物学技术 ,如PCR、变性梯度胶电泳 (DGGE)、原位荧光杂交 (FISH)等 ,以及不同类群细菌中与硝化作用相关的酶类及其基因 .文章的最后还提出了一些研究展望 .图 3参 35     

施用不同尿素对稻季不同层次土壤溶液中氮形态的影响

在太湖地区乌栅土上,利用大型原状土柱比较研究了不同尿素品种、施肥量(0、普通尿素150、300和包膜尿素100、150 kg·hm-2,以N计算)处理对稻季不同层次(30、65、80 cm)土壤氮素动态变化的影响.结果表明:所有处理渗漏水中NO3--N质量浓度均低于饮用水标准,常规施肥未显著增加氮的淋溶损失;各处理在不同层次土壤均发生反硝化作用;包膜尿素促进土壤反硝化强度,在65 cm和80 cm处尤为明显.施用包膜尿素可能增强浅层地下水的反硝化作用而降低水体NO3--N质量浓度.其影响机理及在对其它类型土壤上氮素淋失和反硝化的影响,值得进一步研究.     

除草剂对尿素氮在土壤中转化的影响

在实验室培养条件下研究除草剂草甘膦和丁草胺对尿素氮在菜地土壤中转化的影响。实验设对照、尿素、尿素＋草甘膦和尿素＋丁草胺4个处理,尿素氮用量为200 mg.kg-1（以干土计）,除草剂用量为w（有效成分）=10 mg.kg-1（以干土计）。结果表明,草甘膦和丁草胺对尿素氨化作用不产生抑制作用,甚至出现促进效果。2种除草剂在培养的前2 d均显著抑制硝化作用,但到第4天时显著促进硝化作用（P〈0.05）。草甘膦对反硝化作用表现显著的抑制作用（P〈0.05）,而丁草胺对反硝化作用有极显著的促进作用（P〈0.01）;丁草胺＋尿素、尿素、草甘膦＋尿素处理的反硝化损失量分别占施氮量的16.90%、6.34%和3.66%。可见,除草剂对土壤氮素转化有一定影响,但不同除草剂对氮素各个转化途径的影响有明显差异,不同除草剂品种间影响程度也不同。     

铁氨氧化研究进展及在污水脱氮中的应用探索

近几年来,铁氨氧化(Feammox)反应在不同的环境体系中相继被发现. Feammox反应是在厌氧环境中以及微生物的驱使作用下,NH₄⁺和Fe(Ⅲ)分别作为电子供体和电子受体,Fe(Ⅲ)被还原生成为Fe(Ⅱ),而NH₄⁺则转化生成为亚硝酸盐(NO₂^-)、硝酸盐(NO₃^-)和氮气(N₂)几种不同形态的氮素.Feammox的发现进一步揭示了氮素在自然界循环中的新的转化途径,这种新的氮素转换途径给污水领域中的脱氮技术方法带来了全新视角.另外,Feammox能够和厌氧氨氧化(Anammox)和铁型反硝化(NDFO)耦合或者通过实现Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)之间的循环转化进行脱氮,使得Feammox成为了一种潜在的新型脱氮技术.通过综述Feammox的发展历程、反应机制、以及对自然界生态系统所产生的的影响和其所受影响的物理性因素,最后,进一步探讨Feammox在污水脱氮中的应用,并对其未来发展进行总结和展...     

太湖不同湖区无机氮转化潜力

采集太湖梅梁湾和东太湖的水样和积物,在实验室内模拟研究不同湖区水体中溶解性无机氮(DIN)短期内的转化潜力.研究结果表明,太湖藻型湖区(梅梁湾)和草型湖区(东太湖)水体中存在着强烈的硝化作用,NH 4-N和NO3-N含量之间表现出显著的负相关关系(P＜0.05或P＜0.01),NH 4-N质量浓度下降速率为0.08～0.19 mg·L-1·d-1.在同样的试验条件下,藻型湖区硝化速率高于草型湖区.NH 4-N初始浓度越高则硝化速率也越高,不添加外源氮时硝化速率随着时间的推移而逐渐降低.藻型湖区的反硝化作用强于草型湖区.室内模拟试验20 d后,沉积物中TN含量平均下降了3.7%,东太湖水样中平均下降26.7%,梅梁湾平均下降42.2%.湖泊沉积物是进行反硝化作用的重要场所.短期内DIN的转化潜力反映了不同湖区氮素转化速率,也反映了不同生态类型水体对湖泊氮素转化的影响.     

生物质炭-沼液联合施用对调控氮循环功能基因促进氮素增效的影响

为探讨生物质炭-沼液配施条件下氮循环功能基因调控农田土壤氮素转化并影响农作物氮素吸收利用机制.本试验以浙江省杭州市红黄壤作为研究对象,设置生物质炭和沼液两个因素,探究生物质炭-沼液配施条件下土壤基本理化性质和氮循环功能基因丰度变化情况,刻画功能基因与农田氮素利用率间的耦合关系.结果表明,生物质炭-沼液配施可以显著降低土壤容重,提升土壤pH和土壤氮素含量,其中,高剂量生物质炭-沼液配施(C3B2)处理较单施化肥(COBO)处理铵态氮、硝态氮、全氮含量增幅均达到显著水平(P<0.05).与空白处理(CK)相比,生物质炭-沼液配施(C3B2)处理则显著提高了反硝化功能基因丰度,较单施化肥(C0B0)处理增幅30.98%和44.99%.冗余分析结果显示,铵态氮、硝态氮和有机碳含量对土壤氮循环功能基因影响较为显著,结构方程模型则表明硝化作用功能基因丰度的提升对包菜氮素农学利用率呈现负相关趋势.研究结果表明,在相同养分施用量的条件下,生物质炭-沼液配施可显著提高土壤肥力.氮素和有机碳含量是影响功能基因丰度的关键因素,硝化作用功能基因丰度的降低可以提高农田氮素利用率.本研究结果可以为促进农业废...     

氮肥对土壤氧化大气甲烷影响的机制

综合评述了氮素对土壤氧化甲烷的抑制机制。包括 :( 1)竞争甲烷单氧化酶的竞争抑制机制 ,( 2 )代谢产物的毒害抑制机制 ,( 3)外源盐引起的微生物生理缺水抑制机制和 ( 4)氮素周转作用引起的抑制机制。提出了氧化菌竞争利用土壤空气有限O2 的竞争抑制机制 ,即氨氧化菌利用更多的土壤有限氧气→产生优势氨氧化菌→形成优势菌群→限制甲烷氧化菌繁殖和功能发挥的氨长期抑制土壤氧化大气甲烷的机制 ,并认为这种抑制作用是不可逆的     

农田土壤硝化-反硝化作用与N2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况.结果表明,小麦生育期土壤温度及含水量较低,无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高.土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量.玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量有较大的改善,反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升.通常情况下土壤反硝化损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平.在玉米十叶期追肥后的较短时间内,N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量,说明至少在这一阶段中,硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用.在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中,硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面.     

不同耕作方式下土壤氮素矿化和硝化特征研究

为探讨长期定位试验田不同耕作方式下土壤氮素矿化和硝化特征,采用室内恒温通气培养法,保持土壤田间持水量在65％条件下,测定不同耕作方式下表层土壤（0～20cm）在不同温度下的NH4^＋和NO3^-含量,并计算氮素矿化量和硝化率。结果表明,随着温度的升高,土壤氮素矿化和硝化作用均增强,几种耕作方式下土壤氮素矿化和硝化作用均表现为35℃〉30℃〉25℃。保护性耕作与水旱轮作和常规平作之间的矿化量存在显著的差异,垄作免耕〉厢作免耕〉水旱轮作〉常规平作。土壤氮素最终硝化率达到了60％～80％,表现为常规平作最高,水旱轮作次之,厢作免耕最低。矿化率与土壤有机质、碱解氮和速效磷对数均成显著正相关,相关系数分别为r^2=0．99,r^2=0．97,r^2=0．96,pH是影响硝化作用的重要因素,硝化率与土壤pH成显著正相关,r^2=0．991。     

除草剂对土壤氮素循环的影响

土壤微生物参与土壤氮素循环的生物学与生物化学过程,对氮素形态转化与去向产生很大影响。在现代农作物生产上农田普遍施用除草剂,除草剂进入土壤生态环境中影响土壤微生物种群数量、活性和土壤氮素循环过程,在一定程度上改变氮素各去向的比例。因此,除草剂的施用对植物氮素吸收利用和土壤氮的环境释放具有一定效应。文章综述了除草剂对生物固氮、土壤氮矿化与转化、氨挥发、硝化反硝化、温室气体N2O排放、植物的氮吸收利用、土壤氮损失等方面的影响,并提出了今后进一步研究的方向,为减少氮素损失和温室气体排放以及除草剂使用的安全性评价提供参考。     

氮肥对土壤氧化大气甲烷影响的机制

综合评述了氮氧化甲烷的抑制机制。包括：（1）竞争甲烷单氧化酶的竞争抑制机制,（2）代谢产物的毒害抑制机制,（3）外源盐引起的微生物生理缺水抑制机制和（4）氮素周围作用引起的抑制机制。提出了氧化菌竞争利用土壤空气有限O2的竞争抑制机制,即氨氧化菌利用更多的土壤有限氧气→产生优势氨氧化菌→形成优势菌群→限制甲烷氧化菌繁殖和功能发挥的氨长期抑土壤化大气甲烷的机制,并认为这种抑制作用是不可逆的。     

4种农药对土壤微生物的影响Ⅱ:氮素矿质化的变化

研究农药,氯氰菊酯、高效氯氰菊酯、多菌灵和丁硫克百威对山西省两种土壤氮素矿质化（ 氨化作用和硝化作用） 的影响．结果表明,添加低浓度（ ｗ ＝ １００ ｍｇ／ｋｇ） 的４ 种农药,对土壤氮素矿质化无显著影响． 高浓度（ ｗ ＝ １０００ ｍｇ／ｋｇ） 的菊酯类农药会抑制土壤中硝化细菌的活动,使土壤中氨的含量明显积累;添加高浓度多菌灵的土壤样品出现硝态氮积累的现象,这可能与其对微生物生长影响有关;添加高浓度丁硫克百威在一种土壤样品中使氨的含量有明显积累,但在另一种土壤样品中与对照基本相同．可见,农药对土壤氮素矿质化及微生物活性的影响,因农药品种的不同和浓度的不同而异,不同的土壤因微生物活性的差异而对农药污染的反应也不同     

添加生物炭对猪粪好氧堆肥过程氮素转化与氨挥发的影响

为了减少好氧堆肥过程中氮素的损失,研究添加生物炭对猪粪好氧堆肥过程中氮素转化和损失的影响.设置不加生物炭对照(S1)以及猪粪秸秆中添加5％(S2)、10％(S3)、15％(S4)生物炭4个处理,监测堆肥过程中堆肥温度、氮素形态及氨挥发速率等的变化.结果表明,与对照相比,添加生物炭能够提高堆肥温度,提前2—3 d进入高温...     

Cu对我国17种典型土壤硝化速率的影响

硝化作用是对土壤重金属生物毒性最敏感的微生物过程之一.采用室内模拟的方法,研究了Cu对我国17种典型土壤潜在硝化速率(PNR)的影响.结果表明:随着添加Cu浓度的升高,17种土壤的PNR均呈阶梯状降低,Cu可显著抑制土壤硝化作用;17种土壤EC50值(使PNR降低至对照一半所需Cu浓度)在73.4~2164.4mg·kg-1之间;土壤EC50分别与土壤pH、Mg和Ca含量呈显著正相关关系(p<0.05,p<0.01);PNR(0原始土样的硝化速率)与土壤粘度(<2μm)、Al含量呈显著负相关关系(p<0.01),与pH呈显著正相关关系(p<0.01);EC50、PNR0与阳离子交换量、土壤Cu背景值相关性不大.     

农田土壤硝化-反硝化作用与N_2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况。结果表明,小麦生育期土壤温度及含水量较低,无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高。土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量。玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量有较大的改善,反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升。通常情况下土壤反硝化损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平。在玉米十叶期追肥后的较短时间内,N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量,说明至少在这一阶段中,硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用。在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中,硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面。     

土壤反硝化田间原位测定方法的研究进展

土壤中的反硝化作用由于直接影响到肥料氮的利用率和环境问题,仍然是氮素研究领域的热点和难点之一,而反硝化作用研究的进展在很大程度上依赖与土壤反硝化的田间测定方法的建立。文章就目前反硝化研究领域常用的15N平衡差值法、15N示踪气体通量法、乙炔抑制气室法、乙炔抑制土柱法的原理、气体样的采集、测定和计算作了综述,以期为土壤反硝化的研究提供依据。     

室内粪土模型中土霉素对主要反硝化基因转录水平和菌群结构特征的影响

反硝化作用在土壤氮素循环中扮演着重要角色,而国内研究抗生素残留对反硝化作用的报道仍然较少。本实验通过构建室内抗生素-粪便-土壤模型,以研究空白组(0μg·kg~(-1))、低浓度组(20μg·kg~(-1))、中浓度组(200μg·kg~(-1))和高浓度组(2000μg·kg~(-1))土霉素对施加鸡粪后土壤中反硝化作用的影响。利用荧光定量PCR(qPCR)和限制性末端片段长度多态性(TRFLP)方法分析反硝化基因(nirS、nirK、narG和nosZ)的响应特征及反硝化菌群结构特点。qPCR定量结果表明低、中浓度土霉素对携带nirS、nirK基因的菌群有促进作用,而高浓度组则表现为抑制作用,而携带nosZ基因的菌群对土霉素的胁迫反应较迟钝。T-RFLP结果显示不同浓度土霉素并没有改变携带nirS基因和nosZ基因的优势菌群结构,而随着暴露时间的延长,携带nirS基因的反硝化优势片段在第30～60天之间发生了变化。这些结果表明不同浓度土霉素可以影响反硝化菌群丰度,但是却无法影响优势菌群,而土壤中其他因素可能对优势菌群的影响更大。