粪肥铜锌残留对土壤N2O排放及其关联因子的影响

为探究不同pH值农田土壤对猪粪中典型重金属(Cu, Zn)残留的响应,采用酸(pH值为5.81),中(pH值为7.18),碱(pH值为8.00)3种菜地土壤,分别设置不添加猪粪(CK),等氮添加有机猪粪(M)以及集约化养殖业产出的高Cu, Zn残留猪粪(MP)3种处理,干湿交替预培养至猪粪中易利用底物基本耗尽后追加尿素,以进一步分析MP中残留有效Cu、Zn对N₂O排放及其相关因子的影响.结果表明,不同pH值土壤N₂O排放对添加MP响应不同,MP在酸性和碱性土壤中显著抑制N₂O排放,在中性土壤中则显著促进N₂O排放(P<0.05).与有效Cu, Zn显著相关的产N₂O底物和微生物因子在不同土壤中存在一定差异.逐步回归分析表明酸性土壤N₂O排放的主要驱动因子为NH₄⁺-N转化量,有效Zn含量和18SrRNA丰度,碱性土壤N₂O排放仅受NO₃^--N...     

氨氧化过程中稻壳生物炭抑制酸性农田土壤N2O排放

为探明在土壤环境有利于氨氧化作用发生的条件下,稻壳生物炭对酸性农田土壤N₂O排放的影响,将生物炭分别按质量比0%（对照）、2%、5%和10%与土壤充分混匀,开展为期17d的室内静态土壤培养实验,研究土壤N₂O排放速率的日变化以及整个培养期间的N₂O累积排放量.同时,测定了培养终态土壤样品的pH值、NH₄⁺-N、NO₃^--N、NO₂^--N和溶解性有机碳（DOC）含量,分析稻壳生物炭对土壤N₂O排放影响的机理.结果表明,不同稻壳生物炭添加量均显著抑制了酸性农田土壤的N₂O排放（P<0.001）,且以5%和10%处理的抑制作用最明显;与对照处理相比,2%、5%和10%处理的N₂O累积排放量分别减少了87.68%、94.59%和96.90%.培养前后土壤pH值、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量的变化表明,稻壳生物炭显著促进了土壤的硝化作用,尤其是5%和10%处理.线性回归分析表明,土壤N₂O排放速率与NO₂^--N含量显著正相关（P<0.01）,且NO₂^--N含量对N₂O排放速率的解释程度为45%.由于稻壳生物炭促进了土壤的硝化作用,使NO₂^-更易转化为NO₃^-,减少了NO₂^-积累,进而减少了通过硝化菌反硝化作用途径产生的N₂O.培养结束时,5%和10%处理的DOC含量显著高于对照处理,但培养过程中,稻壳生物炭并未显著促进土壤有机碳矿化.     

不同灌溉方式旱田土壤N2O排放和氮素淋溶特征

通过野外原位监测试验,利用静态箱-气相色谱法、土壤溶液提取器分别对旱田土壤N₂O排放及氮素淋溶进行2018和2019年连续两年观测.试验设计为DCK （滴灌无肥）、DD （滴灌+N 500kg/hm²）、DG （滴灌+N 1000kg/hm²）、FCK （沟灌无肥）、FD （沟灌+N 500kg/hm²）、FG （沟灌+N 1000kg/hm²）.结果表明,不同施氮量、不同灌溉方式对N₂O排放和氮素淋溶量影响具有极显著差异（P<0.01）.N₂O排放量随施氮量的增加而增加,滴灌与沟灌相比可有效降低N₂O排放,2018和2019年FCK、FD、FG的N₂O累积排放量分别为2,23.79,45.73kg/hm²和2.08,6.23,13.93kg/hm²,而DCK、DD、DG分别降低了35%、80.9%、75.6%和26.7%、66.4%、21.5%.2018和2019年旱田土壤氮素淋溶量均表现为：滴灌<沟灌,80cm深度土壤溶液氮素淋溶量<40cm.2018和2019年相同施氮量下滴灌与沟灌相比,在40cm和80cm分别能减少氮素淋溶量36.95%~63.10%和54.93%~87.92%.主成分分析结果表明,影响N₂O排放的主要环境因子为土壤NO₃^--N含量和降水频率,相关系数分别为0.689、0.596;影响氮素淋溶量的主要环境因子为降水频率和灌水频率,相关系数分别为0.697和-0.729.滴灌可有效减少N₂O排放和氮素淋溶量,在提高肥料利用率的同时可减轻环境污染.     

曝气灌溉条件下土壤N2O排放特征及影响因子分析

为了明确曝气灌溉下土壤N₂O排放特征及主要影响因子,实验设置了2个灌水量（70%和90%田间持水量）和2个增氧水平（5,40mg/L）,采用静态箱法和qPCR技术对土壤N₂O通量及土壤关键功能基因进行测定,研究不同灌水量和增氧水平对土壤充水孔隙度、溶解氧、氧化还原电位（Eh）、矿质氮及氨氧化古菌（AOA）、氨氧化细菌（AOB）和反硝化基因（narG和nosZ）的影响.结果表明：培养过程中,各处理N₂O排放通量均呈现先增加后降低的趋势,于灌溉后1d达到峰值;曝气量和灌水量的增加可显著增加土壤N₂O的排放通量和排放峰值.灌溉造成土壤含水量增加的同时,降低了土壤溶解氧和Eh;曝气可提高土壤溶解氧和Eh,改善土壤通气性（P<0.05）,而对土壤充水孔隙度无显著影响.土壤充水孔隙度、Eh、NO₃^--N含量是曝气灌溉下驱动土壤N₂O排放的主要理化因子.曝气显著增加了AOA的基因拷贝数,且N₂O排放与AOA的基因拷贝数呈显著正相关关系（P<0.05）.研究结果为进一步明确曝气灌溉对土壤N₂O排放的影响机制和曝气灌溉模式下农田N₂O排放管理提供支撑.     

强还原与生物炭对土壤酶活性和温室气体排放的影响

本研究设置未修复对照（CK）、土壤强还原处理（RSD）、生物炭修复（BC）以及RSD与生物炭联合修复（RSD+BC）,采用培养实验对比研究不同修复处理对设施蔬菜地土壤酶活性和温室气体（CO₂和N₂O）排放的影响.结果表明：相比CK,RSD和RSD+BC处理显著提高了β-葡萄糖苷酶（βG）、纤维二糖水解酶（CBH）、过氧化物酶（PEO）、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）和酸性磷酸酶（AP）的活性以及酶C：P与酶N：P值（P<0.05）,而BC处理对上述5种胞外酶活性的影响并不显著.同CK相比,RSD、BC和RSD+BC处理的CO₂排放量分别提高了10.6、1.1和12.2倍;RSD处理的N₂O排放量亦显著增加,但BC和RSD+BC处理的则显著降低（P<0.05）.与RSD相比,RSD+BC处理的N₂O排放量和综合温室效应（GWP）显著减少了86.9%和37.8%.结构方程模型分析表明：βG与土壤可溶性有机碳（DOC）对CO₂累积排放量具有直接正效应,且βG与CBH通过影响DOC含量间接影响CO₂排放;NO₃^--N和NH₄⁺-N对N₂O累积排放量具有直接显著负效应.综合考虑土壤酶活性和温室气体减排,RSD+BC联合修复效果更佳.     

河口区养殖塘水-气界面N2O扩散通量比较

以闽江河口区水产养虾塘为研究对象,于2017年6~11月,采用漂浮箱法和扩散模型法同步原位观测了养殖塘N₂O排放通量.结果表明,研究期间悬浮箱法和扩散模型法获得的养殖塘水－气界面N₂O通量变化范围分别为（0.38±0.05）~（20.63±5.63）μg/（m²·h）和（2.77±0.52）~（17.23±2.27）μg/（m²·h）,随时间推移均呈现“增加-降低-增加-降低”的双峰变化特征.两种方法观测的N₂O通量均与水温、水体硝酸盐氮（NO₃^--N）和氨氮（NH₄⁺-N）浓度呈现显著正相关关系（P<0.05）,与水体溶解氧（DO）呈现出显著负相关关系（P<0.05）.悬浮箱法与不同扩散模型法测定的N₂O排放通量大小排序表现为：模型DM_RC01>悬浮箱法>模型DM_CL98>模型DM_W92a>模型DM_MY95>模型DM_CW03>模型DM_LM86.相比其他几种模型方法,模型RC01与悬浮箱法测得的养殖塘水－气界面N₂O通量相关性系数最高.本研究结果初步表明,今后进行东南沿海河口区养殖塘N₂O通量的大尺度观测研究时,可考虑选择RC01模型法来代替悬浮箱法进行测定,进而减小人力及物力的投入.     

厌氧氨氧化颗粒污泥内部原位生物活性与N2O产生特性

以厌氧氨氧化颗粒为对象,利用NH₄⁺、NO₂^-、NO₃^-和N₂O微电极测定了浓度连续分布,并建立微生物原位活性与N₂O产生之间的关系.结果表明,NH₄⁺和NO₂^-同步消耗的厌氧氨氧化活性区分布在颗粒的表层区域(0～1500μm),其中200～400μm活性最高;当NH₄⁺-N浓度为14mg/L(c(NH₄⁺):c(NO₂^-)=1:1.2)时,NH₄⁺-N和NO₂^--N最大净体积消耗速率分别为1.19与1.65mg/(cm³·h).反硝化活性主要分布在1500～2500μm的深层区域,当采用...     

控释氮肥减量配施对土壤氨挥发和N2 O排放的影响

施用控释氮肥是提高氮素利用效率、减少氮素损失的重要途径.为研究聚合物包膜氮肥与普通尿素配比减量施用对旱作棕壤氨挥发和N₂O排放的影响,利用15N同位素标记技术,通过5个不同氮肥施用量处理,分析施肥后土壤的氨挥发和N₂O排放规律以及玉米的当季氮肥利用率.结果表明:①土壤氨挥发主要出现在施肥后的前2周,普通尿素氨挥发速率最大可达4.04 kg/（hm2·d）,最大值出现在施肥后第7天,施用配比包膜氮肥氨挥发峰值出现时间比普通尿素延迟2 d,且氨挥发总量明显降低,为2.15 kg/（hm2·d）.②对于各处理下的氨挥发总量,无氮处理（CK）为3.69 kg/hm2,常规尿素处理（NU）为18.64 kg/hm2,配比控释氮肥处理（PU1）为9.39 kg/hm2,减量配比控释氮肥处理（PU2）为6.44 kg/hm2,再减量配比控释氮肥处理（PU3）为5.02 kg/hm2.③N₂O排放规律呈现先平稳后升高的趋势,较高的N₂O排放通量集中在施肥后的55~91 d之间.N₂O排放峰值最高的是常规尿素处理,在施肥后第79天出现,达到0.299 mg/（m2·h）,施用配比包膜氮肥N₂O排放峰值均低于常规尿素处理.④施用配比包膜氮肥玉米产量高于普通尿素处理,减量配比包膜氮肥不会降低玉米产量.⑤土壤氨挥发总量与施氮量呈显著正相关.施用配比包膜氮肥相比于普通尿素可显著减少土壤氨挥发,减量配施氮肥相比于全量施肥可显著减少土壤氨挥发.因此,施用配比包膜氮肥,可在保证粮食产量的前提下减少氮肥投入,降低氮肥的气态损失,从而降低环境风险.      

外源硝态氮对典型耕作土壤冻结过程N2O排放的影响

为明确外源硝态氮添加对典型耕作土壤冻结过程N₂O排放的影响,应用室内冰柜模拟土壤冻结过程,研究在室温-冻结过程中硝态氮添加(0、80、200和500 mg/kg)对3种典型耕作土壤(黑土、潮土和黄土)N₂O排放影响的特征. 结果表明:外源硝态氮的添加促进了黑土和潮土的N₂O排放,在200 mg/kg硝态氮添加处理下,黑土和潮土的N₂O排放通量比CK(对照)分别增加了849%和676%;但在添加高浓度(500 mg/kg)硝态氮时,黑土和潮土的N₂O排放通量分别比200 mg/kg处理降低39.3%和21.2%,表现为显著抑制. 随冻结过程的进行,黑土和潮土的N₂O排放通量均逐渐降低并接近零排放. 黄土N₂O排放通量在室温-冻结过程中变化范围很小,甚至出现负排放. 多因素方差分析结果表明,土壤类型显著影响N₂O累计排放量,而土壤pH和C/N是其中重要的影响因子. 根据室内培养试验结果,为减排N₂O,建议在深秋整地施肥时期尽量避免在潮土和黑土中施用硝态氮肥. 黄土的N₂O排放似乎对外源硝态氮的添加反应不明显,这有待在大田气候-植物-土壤综合条件下进一步验证.      

连续/间歇曝气MBBR-亚硝化工艺性能及N2O释放特性

采用移动床生物膜反应器（MBBR）,利用载体固定化氨氧化菌（AOB）,分别以连续曝气和间歇曝气方式长期平行运行两套MBBR亚硝化反应器（RC和RI反应器）,分析对比不同曝气方式下亚硝化工艺性能和强温室气体（N₂O和NO）释放特性.结果表明：两种曝气方式均能实现亚硝化工艺,但RI出水NO₂^--N平均浓度较RC高20%左右,且出水NO₂^--N和NO₃^--N浓度波动性更小,因此间歇曝气条件下具有更好的亚硝化效果,更易形成稳定的亚硝化体系.在线测定两种体系N₂O和NO释放特性可知,RC比RI减少NO释放量约87.3%,增加N₂O释放量约57.5%.16S rDNA高通量测序结果表明,Nitrosomonas为AOB主要菌属,相对丰度最高分别为8%和10.06%,最低分别为2.19%和2.26%.间歇曝气方式下反应器可获得更高的AOB相对丰度.     

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

武汉东湖沉积物好氧氨氧化微生物时空分布

采用实时荧光定量PCR （qPCR）技术,测定了武汉东湖沉积物中氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）氨单加氧酶基因（amoA）的丰度,并结合沉积物水体环境中各形态氮素的含量,分析氮素含量对AOA和AOB的时空分布的影响.结果显示,AOA amoA基因丰度大于AOB amoA基因丰度,表明AOA对氨氧化过程的贡献较大.同时,AOA和AOB amoA基因丰度都随深度增加而降低.此外,间隙水的总氮、氨氮、硝酸盐氮以及亚硝酸盐氮浓度分别为6.28~33.56、2.71~22.7、0.12~0.98、0.01~0.13mg/L;上覆水的总氮、氨氮、硝酸盐氮以及亚硝酸盐氮平均浓度分别为1.68,0.79,0.16,0.04mg/L;表层水的总氮、氨氮、硝酸盐氮以及亚硝酸盐氮平均浓度分别为1.34,0.62,0.11,0.03mg/L,表明东湖东湖沉积物相对于水体呈营养盐可释放状态.相关性分析表明：AOA amoA基因丰度与间隙水氨氮和亚硝酸盐氮浓度呈显著正相关（P<0.05）,AOB amoA基因丰度与间隙水亚硝酸盐氮（NO₂^--N）浓度呈显著正相关（P<0.05）.     

三级厌氧氨氧化处理生活污水与硝酸盐废水

为进一步充分利用原水中碳源,实现生活污水与富含硝酸盐的工业废水同步脱氮,采用2个SBR和1个UASB串联,处理低C/N生活污水和硝酸盐废水,分别启动内源反硝化反应器(ED-SBR)、半短程硝化反应器(PN-SBR)和厌氧氨氧化反应器(AMX-UASB),考察各反应器处理性能,并探讨生活污水与硝酸盐废水同步脱氮的可行性....     

SNAD生物膜厌氧氨氧化活性的氨氮抑制动力学研究

通过批试实验研究了氨氮浓度对SNAD生物膜厌氧氨氧化性能的影响.SNAD生物膜反应器以生活污水为进水.进水NH₄⁺-N和COD浓度平均值分别为70mg/L和180mg/L,出水NH₄⁺-N,NO₂^--N,NO₃^--N和COD浓度平均值分别为2mg/L,2mg/L,7mg/L和50mg/L.SNAD生物膜具有良好的厌氧氨氧化活性.初始NH₄⁺-N和NO₂^--N浓度都为70mg/L时,厌氧氨氧化批试NH₄⁺-N、NO₂^--N和TIN去除速率分别为0.121kg N/（kg VSS·d）,0.180kg N/（kg VSS·d）和0.267kg N/（kg VSS·d）.采用Haldane模型可以很好的拟合氨氮浓度对厌氧氨氧化活性的影响.在高FA和低FA工况下氨氮浓度对厌氧氨氧化活性的抑制动力学常数相差不大.M1（FA浓度为0.7~20.4mg/L）和M2（FA浓度为6.3~190.5mg/L）的最大NO₂^--N理论去除速率r_max分别为0.209kg N/（kg VSS·d）和0.221kg N/（kg VSS·d）,氨氮半饱和常数Ks分别为9.5mg/L和6.1mg/L,氨氮自身抑制常数K_I分别为422mg/L和597mg/L.氨氮（而不是游离氨）对SNAD生物膜的厌氧氨氧化活性起主要抑制作用.