增温及秸秆施用对豆-麦轮作土壤微生物量碳氮及细菌群落结构的影响

为研究增温和秸秆施用对农田土壤微生物量碳氮和细菌群落结构的影响,设置随机区组试验,试验设置空白(CK)、增温(WA)、秸秆施用(SA)和增温及秸秆施用(WS)这4种处理.分别在大豆生长季和冬小麦生长季采集土壤样品,测定土壤微生物量碳氮,并采用Illumina Hi Seq高通量测序法测定土壤细菌群落结构.结果表明,无论是大豆季还是冬小麦田,不同增温及秸秆施用处理的土壤微生物量碳含量均无显著(P 0. 05)差异,大豆季增温处理土壤微生物量氮含量显著(P 0. 01)高于对照,且大豆季土壤微生物量氮含量极显著(P 0. 001)高于冬小麦田.大豆季各处理间土壤细菌纲、目、科和属水平上的类群均无显著(P 0. 05)差异,冬小麦季不同处理间的细菌群落结构存在显著差异.大豆季CK与WA、SA处理最具优势的芽单胞菌目(Gemmatimonadales)、芽单胞菌科(Gemmatimonadaceae)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)的细菌比例之间均存在显著(P 0. 05)差异,冬小麦季CK与WA处理最具优势的γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)的细菌比例之间存在显著(P 0. 05)差异.大豆季增温处理的物种数、Shannon指数、Simpson指数和Chao1指数均最小,冬小麦季增温及秸秆施用处理的物种数、Shannon指数、Simpson指数和Chao1指数均最大.大豆季土壤细菌α多样性指标与土壤微生物量碳氮之间存在极显著(P 0. 001)的相关关系,而冬小麦季这些指标之间则不存在类似的关系.     

碳纳米材料对活性污泥系统的影响研究进展

碳纳米材料(carbon nanomaterials)是近年来研究和应用最为热门的纳米材料之一,广泛用于复合材料、电学力学等领域,它们会通过各种途径进入到生物污水处理系统中,文章主要以碳纳米材料中最为热门的富勒烯(C_(60)),碳纳米管(CNTs)及其衍生材料作为研究对象;综述了它们在环境中的污染现状以及迁移行为,并通过讨论它们对活性污泥系统的影响,来探究对污水中微生物群落的毒性效应,分析其毒性机理,为开发环保型碳纳米材料提供新的思路和有效的参考。     

超高温预处理对猪粪堆肥过程碳氮素转化与损失的影响

以猪粪、砻糠为原料,利用自行设计的超高温预处理装置,开展了为期56d的模拟堆肥试验,比较了超高温预处理好氧堆肥（HPC）和常规高温好氧堆肥（CK）过程中碳、氮素转化及损失.结果表明,CK有机质最大降解度（42.58%）比HPC堆体（49.29%）小,但降解速率常数（0.1d^-1）高于HPC（0.07d^-1）,两种堆肥工艺碳素降解率差异不显著.HPC堆体NH₄⁺-N、TN质量分数平均比CK高143.9%、11.2%,而NO₃^--N质量分数则比CK低58.8%.HPC堆肥后期胡敏酸含量及腐殖质聚合程度分别比CK高45.2%~56.8%、59.1%~65.3%.在预处理阶段以及后续堆肥阶段,HPC、CK有机碳损失率分别为48%、51%,氮损失率分别为18%、27%.说明超高温预处理不仅有利于堆肥过程的保氮,而且促进富里酸向胡敏酸的转化,提高了堆肥产品腐殖化水平.     

复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响

秸秆资源化利用对于农业环境保护和可持续农业发展具有重要意义.利用实验室分离获得的15株高效纤维素降解菌,筛选出可有效降解秸秆的复合菌剂JFB-1,研究了复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响.结果表明,接种该复合菌剂能将秸秆堆肥的单个发酵周期缩短1~2 d,堆肥中有机质含量达到403.5~515.1 g·kg-1,C/N比降低至15.30~10.53.盆栽试验发现,施用水稻秸秆堆肥的效果总体好于相应的芦笋秸秆堆肥.与水稻秸秆对照堆肥比较,施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥150 g·kg-1时,土壤中有机质和全氮含量分别提高33.5%和7.3%,土壤脲酶和纤维素酶活性分别提高16.7%和30.8%;与不施肥处理比较,施用秸秆堆肥可改善土壤微生物群落结构,增加微生物多样性指数.当施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥100 g·kg-1时,栽培30 d的普通白菜生物量比水稻秸秆对照堆肥提高46.4%,表明复合菌剂JFB-1在秸秆堆肥中具有很大的应用潜力.     

宏基因组揭示紫色土中邻苯二甲酸酯去除的微生物学机制

邻苯二甲酸酯具有内分泌干扰特性,在环境中持久存在,其去除机制备受关注.为探究邻苯二甲酸酯在紫色农田土壤中的去除机制、关键微生物及功能基因,以邻苯二甲酸二正丁酯（DBP）和邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）为目标污染物,分别设置含量为0、5、10和20 mg·kg^-1的单一污染土壤,避光培养90 d,利用宏基因组技术探究其去除的微生物生态学机制.结果表明,DBP和DEHP在土壤中的降解动态均符合一级动力学降解模型,半衰期介于17.0~38.2 d之间,5 mg·kg^-1的DBP降解速率最快,依次快于10 mg·kg^-1的DEHP、5 mg·kg^-1的DBP、5 mg·kg^-1的DEHP以及20 mg·kg^-1的DBP和DEHP.第7 d和15 d的土壤样品间细菌群落结构存在显著差异,放线菌门相对丰度随时间不断提升,且与DBP或DEHP半衰期呈反比.物种共现网络分析筛选出变形菌门的Pandoraea属为群落中的关键物种,可以用来指示DBP和DEHP污染程度.KEGG功能注释结果表明,Pandoraea在群落中负责酯键水解、苯甲酸降解、群体感应、ABC转运和双组分系统等功能,可以促进邻苯二甲酸酯上下游降解、细胞通讯和其它降解菌的生长繁殖,以此维持群落结构的稳定.由此可见,紫色土中,DBP和DEHP的去除效率取决于初始含量和自身性质,放线菌门的细菌在降解中扮演重要角色,Pandoraea在促进邻苯二甲酸酯降解和调节降解菌群结构和功能的稳定中均发挥关键作用.     

蓝藻好氧堆肥及其氮素损失控制的研究

选取锯木屑和药渣作为调理剂并分别添加酸化沸石、过磷酸钙和氢氧化镁与磷酸的混合液作为氮素固定剂或损失抑制剂,研究了蓝藻堆肥的效果.结果表明,V(蓝藻)∶V(锯木屑)∶V(药渣)=1∶1∶1时极易发酵.添加氮素固定剂在堆肥前期能促进发酵,特别是添加过磷酸钙的处理最高温度达66.8℃.固定剂的添加能促进物料的降解,尤其添加过磷酸钙的促进作用比较明显;各氮素固定剂在蓝藻堆肥过程中都起到了抑制氮素损失的作用,其中过磷酸钙和Mg(OH)2与H3PO4混合液对氮素的固定率达50%以上,且对氨氮的固定效果较好.堆肥结束后,添加过磷酸钙和Mg(OH)2与H3PO4混合液的两处理氨氮比堆肥起初分别增加23.52%和28.06%,P素分别增加了67.56%和36%.随着堆肥的进行,各处理堆肥物料中N、P、K含量均明显升高,C/N比显著下降,发芽指数增加到75%以上,而且添加氮素固定剂的处理效果更为明显.可见采用高温堆肥和氮素固定技术可有效实现蓝藻的资源化利用.     

短泥龄活性污泥系统碳磷污染物去除机制及微生物结构分析

在污泥停留时间（SRT）为3 d的条件下,探究了不同水力停留时间（HRT）条件下（4、6、8、12和16 h）的超短龄活性污泥系统碳、磷去除效果、机制,以及微生物群落结构特征.结果表明,在HRT=8 h及以上时短活性污泥系统才会有稳定的碳、磷去除效果,去除率分别能达到80%和90%以上;去除机理为吸附和生物作用,但COD和磷以吸附的方式去除比例随HRT的延长而减小,分别从47.2%和89.1%降低至35.9%和33.6%.微生物群落结构分析表明,短SRT系统中主要的优势微生物种类与传统活性污泥系统相似,除磷由传统聚磷菌（PAOs）和反硝化聚磷菌（DPAOs）共同完成,相对丰度随着HRT的延长而增加.     

重金属Zn对猪粪堆肥过程中微生物群落的影响

利用Biolog微平板技术,对不同浓度重金属Zn影响下堆料微生物群落多样性进行了研究.结果表明,较低浓度Zn处理（Zn含量分别为0mg.kg-1,300mg.kg-1,600mg.kg-1,900mg.kg-1）的堆料升温快,在高温期持续时间长,并达到无害化处理,堆料微生物中起分异作用的碳源主要为多聚物类和糖类.重金属...     

一种快腐菌剂在堆肥制作中的应用研究

在接种和未接种条件下,研究了一种菌剂YD-KFI对堆肥制作效果.结果发现,接种该菌剂加快堆肥升温速度、提高最高温度、延长高温维持时间;堆肥制作的升温期和高温期,接种菌剂分别促进了淀粉、可溶性糖和粗纤维等物质的降解,加快了堆肥的腐熟进程.采用PCR-DGGE方法,分析该菌剂对堆肥制作不同阶段微生物群落的影响,发现在堆肥制...     

黄土高原典型土壤有机碳和微生物碳分布特征的研究

以阐明黄土高原典型区域土壤有机碳(SOC)含量和储量及微生物碳(Mc)含量随土壤类型、土层和土地利用方式变异规律为目的,研究了从北向南依次分布的干润砂质新成土(神木)、黄土正常新成土(延安)和土垫旱耕人为土(杨凌)等典型土壤的SOC含量和储量及Mc含量的变化特征。结果表明,不同土壤类型、不同土层SOC和Mc含量存在显著差异。同一土壤类型SOC和Mc含量在0～60cm随土层深度增加下降很明显,60～120cm土层有轻微下降,120cm土层以下低而稳定,同层次土壤从南到北,SOC、Mc和SOC储量含量显著下降,均以土垫旱耕人为土最高,黄土正常新成土次之,干润砂质新成土最低,且差异显著(P<0.05);0～200cm土层SOC总储量也沿土垫旱耕人为土(102.23±30.12t/hm²)、黄土正常新成土(67.78±9.23t/hm²)、干润砂质新成土(27.07±4.59t/hm²)依次下降;土垫旱耕人为土、黄土正常新成土和干润砂质新成土在100～200cm土层SOC累积量分别是0～100cm土层的65%、74%和58%,因此在研究黄土高原SOC贮量时必需考虑深层贮量的贡献。Mc随土壤类型的变化趋势与SOC基本相同,与SOC间存在极显著正相关关系(P<0.01);土壤Mc/SOC比值范围为0.005～0.05,土地利用仅对干润砂质新成土和土垫旱耕人为土SOC含量和储量影响显著(P>0.05),但对3种土壤Mc和Mc/SOC比值均产生显著影响;与农田土壤相比,草地土壤Mc和Mc/SOC比值均明显增加,这一结果说明用Mc和Mc/SOC比值更能有效反映土壤质量的变化。     

Turnover and loss of nitrogenous compounds during composting of food wastes

Few people have so far explored into the research of the dynamics of various nitrogenous compounds (including water-soluble nitrogen) in composting of food wastes. This study aimed to investigate the solid-phase nitrogen, water-soluble nitrogen, nitrogen loss together with ammonia volatilization in the process of food wastes composting. A laboratory scale static aerobic reactor in the experiment was employed in the composting process of a synthetic food waste, in which sawdust was used as the litter amendment. In the experiment, oxygen was supplied by continuous forced ventilation for 15 days. The results have shown that the concentrations of total nitrogen and organic nitrogen decrease significantly in the composting process, whereas NH₄ ⁺-N concentration increases together with little fluctuation in NO₃ ⁻-N. After composting, the total content of the water-soluble nitrogen compounds in the compost greatly increased, the total nitrogen loss amounted to 50% of the initial nitrogen, mainly attributed to ammonia volatilization. 56.7% of the total ammonia volatilization occurred in the middle and late composting of the thermophilic stage. This suggested that the control at the middle and late composting of thermophilic stage is the key to nitrogen loss in the food waste compost. __________ Translated from Environmental Science and Technology, 2006, 29(12): 54–56, IV–V [译自: 环境科学与技术]     

不同轮作模式下土壤细菌群落特征及其对土壤全碳、全氮与温室气体释放潜力影响

为了探讨不同轮作模式下农田土壤细菌群落特征对土壤全碳(TC)、全氮(TN)含量及温室气体释放潜力的影响,以安徽铜陵两种不同轮作模式农田土壤为研究对象,设置旱-旱轮作(姜-菜)及水-旱轮作(姜-稻)两种轮作模式样地,测定并分析土壤细菌群落及其多样性、土壤TC、TN含量及CH₄和N₂O释放潜力.结果表明,旱-旱和水-旱轮作模式下姜季均降低了土壤TC、TN含量,水-旱轮作模式下稻季增加了土壤CH₄释放潜力(p<0.05),其他时期CH₄和N₂O释放潜力差异不显著.不同轮作模式对土壤细菌群落多样性影响不同,细菌多样性指数表现为水-旱轮作模式>旱-旱轮作模式(p<0.05).水-旱轮作相比于旱-旱轮作节杆菌属(Arthrobacter)相对丰度增加,鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和芽胞杆菌属(Bacillus)相对丰度降低.芽胞杆菌属、Gaiella、Paenibacillus、Blastococcus等菌属在不同轮作模式下呈显著差异(p<0.05).Bryobacter、Bradyrhizobium和Mycobacterium与土壤C/N呈显著正相关(p<0.05).Acidothermus、Geodermatophilus、Blastococcus、Bacillus、Paenibacillus菌属对土壤N₂O释放有显著负效应(p<0.05).Conexibacter、Acidothermus和Geodermatophilus菌属对土壤CH₄释放具有显著正效应(p<0.05).本研究的开展对农田管理方式的选择及可持续生产均具有重要意义.     

自发热持续高温好氧堆肥碳、氮、腐殖酸变化过程

为了探索超高温自发热好氧污泥堆肥过程中有机碳、氮、腐殖酸变化过程,以1m³小堆体好氧堆肥的形式进行了深入研究.结果表明：水溶性COD从23.18mg/g增大到47.49mg/g,然后逐渐减少至30.67mg/g.总有机碳和TN在前7d减量最多,分别从207.45mg/g,45.40mg/g降到157.86mg/g,38.23mg/g,并在第35d趋于稳定.NH₄⁺-N从9.89mg/g逐渐增加到14.04mg/g,堆肥过程中NO₂^--N,NO₃^--N含量极低,总含量低于0.07mg/g,不足TN的0.2%.TN损失达82.87%,主要通过氨气挥发的途径.腐殖酸含量前7d从115.12mg/g迅速上升至214.11mg/g,第21d缓慢下降至154.47mg/g,趋于稳定.腐殖度E4/E6在3.49~4.23范围内变化,总体呈上升趋势,不适用于本工艺腐熟判定.     

双氰胺对污泥堆肥过程中酶活性和细菌群落演变的影响

鉴于氮肥增效剂在农田中的保氮经验,研究其对堆肥中氮素的保持具有重要意义.因此,本研究以氮肥增效剂-双氰胺(Dicyandiamide,DCD)为添加剂,脱水污泥为堆肥原料,进行了 20 d的堆肥试验,探讨DCD对堆肥过程中氮素转化和酶活性变化及其细菌群落演变的影响.结果表明,DCD的添加降低了堆肥高温期的温度,延长了高...     

强污泥流失对anammox工艺脱氮性能及菌群的影响

为探究强污泥流失对厌氧氨氧化(anammox)反应器系统脱氮性能、颗粒污泥特性及功能菌群的影响,试验以模拟废水为处理对象构建了上流式厌氧污泥床(UASB)反应器.试验结果表明,损失近一半反应器有效体积的污泥未明显破坏anammox工艺脱氮性能.反应器在4d后总氮(TN)的去除率(RE)达到89.18%污泥EPS含量较高且其PN/PS值(0.12)较低有利于anammox颗粒污泥的形成和集聚.Anammox颗粒污泥粒径>2mm的污泥占到系统总污泥的44.9%,粒径大于0.5mm的污泥占总污泥的84.3%,能够有效持留污泥.厌氧氨氧化菌的优势门为变形菌门(28.03%)、浮霉菌门(15.57%)和绿弯菌门(8.63%),优势属为anammox菌属Candidatus Jettenia(9.63%)和Candidatus Brocadia(3.54%),参与anammox反应的功能基因包括nirS (1.27%)、hzs(1.28%)、hzo(1.29%)、hao(7.04%)和hdh(0.81%),但反硝化菌及其功能基因的存在使得化学计量比Rs (ΔNO₂^--N/ΔNH₄⁺-N)和Rp (ΔNO₃^--N/ΔNH₄⁺-N)低于理论值.     

沸石粉和硝化抑制剂投加对污泥堆肥过程中氮素保存和温室气体排放的影响

沸石粉能够通过对氨氮的物理吸附作用,降低堆肥过程中的氮素损失;硝化抑制剂(如3,4-二甲基吡唑磷酸盐,DMPP)能够抑制氨氧化细菌的活性,阻止硝化反应中铵态氮向硝态氮的转化,从而从源头减少反硝化作用而造成的氧化亚氮温室气体的排放.目前国内针对沸石粉和硝化抑制剂(DMPP)作为添加剂对污泥堆肥过程中的保氮作用研究较少,其是否能够实现污泥堆肥过程中温室气体减排也值得深入探讨.本研究以脱水污泥作为研究对象,以蘑菇渣为辅料,设置空白对照、沸石粉和硝化抑制剂(DMPP)添加组,进行21 d的堆肥试验,研究沸石粉和DMPP的添加对污泥堆肥过程的氮素损失和温室气体排放的影响.结果表明,1%的沸石粉添加(湿重)不仅可以减少5%的温室气体排放,而且能够减少2.9%的总氮损失;而DMPP的添加虽然可以减少N_2O的排放,但会显著增加CH_4及NH_3的排放,从而导致温室气体排放和氮素损失的增加.     

底物含氮量对厨余堆肥氮素转化及其损失的影响研究

采用静态好氧工艺研究了含氮量分别为32.4 g·kg-1、45.3 g·kg-1和58.2g·kg-1的厨余垃圾(N0、N1、N2)与木屑混合堆制时,堆肥过程中不同形态氮的转化及其氮损失规律.结果表明,堆肥中堆体全氮含量呈先升后降趋势,部分有机氮转化为铵氮导致堆体pH升高,在通风和高温的联合作用下,NH3挥发出堆体造成一定的氮损失.随着底物含氮量的增加,NH3挥发速率和氮损失率均呈上升趋势.堆肥结束时N0、N1、N2的堆体全氮含量分别下降了16.4%、26.3%和21.7%,NH3累计挥发量分别为7.0 g·kg-1、9.8 g·kg-1和29.4 g·kg-1,堆肥氮损失率分别为35.0%、49.9%和53.0%.NH3挥发主要集中在高温阶段的中后期,是厨余堆肥氮损失的主要原因.     

生物炭添加对猪粪堆肥过程碳素转化与损失的影响

堆肥是最合适的处理农业废弃物的技术之一,但在堆肥过程中,碳素的损失及温室气体的大量排放引起越来越多的关注.因此,如何减少堆肥过程中碳素损失成为堆肥面临的重要问题.本研究以猪粪等为原料,利用强制通风反应箱研究了生物炭添加对堆肥过程中碳素转化及碳素损失的影响.结果表明,在堆肥过程中总有机碳呈下降趋势,添加生物炭处理的总有机碳含量提高了6.69%~20.60%;可溶性有机碳的变化规律与总有机碳相似.腐殖质碳含量呈先下降后上升的变化趋势,添加生物炭处理的腐殖质碳含量下降了0.39%~14.97%;腐殖化系数(胡敏酸/富里酸)与生物炭添加量成正比,说明生物炭添加有利于堆肥的腐熟.至堆肥结束,堆料干物质失重率为23.51%~30.91%,碳素损失率为20.71%~28.85%,添加3%生物炭的处理干物质失重率与碳损失率均最高,添加9%生物炭处理均最低.     

固定化微生物对低温河水脱氮效果的中试研究

利用微生物净化受污染河水是目前常用的地表水体修复方法,但低温条件下微生物代谢缓慢,酶活性下降,在寒冷季节难以维持对河水的净化效果.本研究采用固定化的方法提高微生物的低温耐受性,通过中试试验考察自然挂膜的固定化微生物、经低温驯化的预挂膜固定化微生物及预挂膜固定化微生物耦合生物促生剂这3种方法对低温河水中COD及氮素类污染物的去除效果.结果表明,在低温条件下3种方法均能有效提升河水的净化效果,静止条件下,河水中COD、NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN的去除率由分别由21.3%、37.2%、8.5%和6.9%提升至72.3%~77.9%、48.6%~62.7%、35.3%~42.3%和26.2%~31.9%.COD去除率在2~3 cm·s^-1流速下明显优于静止条件,总氮去除率在2 cm·s^-1流速下最高.自然挂膜和预挂膜微生物对河水中污染的去除无明显差别,添加促生剂对固定化微生物的净化作用没有进一步的提升,但功能菌群的微生物群落结构有所不同.促生剂的添加提高了河水中的微生物活性与群落多样性,但对固定化载体上的微生物无明显影响.固定化载体上的优势菌群均为低温下具有脱氮功能的Proteobacteria.此外,具有低温适应性的脱氮功能菌属Rhodoferax、Pedobacter及Pseudomonas在3组固定化载体上均有较高丰度,而自然挂膜的载体上及其河水中分别对Malikia属及hgcI_clade属具有显著特异性的富集（p<0.05）,这两种菌属均具有低温脱氮功能.     

碳源和氮源对异养硝化好氧反硝化菌株Y1脱氮性能的影响

从焦化废水活性污泥中筛选到一株高效脱氮细菌,命名为Acinetobacter sp.Y1.本实验对菌株Y1在不同碳源、氮源、碳氮比及底物浓度下的脱氮特性进行了研究,结果表明,菌株Y1可以利用氨氮、亚硝氮和硝氮生长,不能利用羟胺;以氨氮为唯一氮源进行硝化作用时,柠檬酸钠和乙酸钠是最佳碳源,最佳碳氮比为15,菌株Y1可降解高浓度氨氮,在36h内将400 mg·L-1氨氮全部去除,1600 mg·L-1氨氮的去除率可达21.3％,最大降解速率随着初始氨氮浓度的升高而增大.以硝氮或亚硝氮为唯一氮源进行反硝化时,菌株Y1可以适应高浓度氮源但不能完全去除氮源,当碳氮比为20,经36h培养硝氮和亚硝氮的去除率均达到100％.