干湿交替对自然沟渠沉积物反硝化速率的影响

以川中丘陵区自然沟渠沉积物为研究对象,设置低强度、中强度、高强度的干湿交替频率和长期淹水对照处理,运用室内原状土柱-乙炔抑制培养法和实时荧光定量PCR技术,研究了干湿交替对自然沟渠沉积物反硝化速率及相关功能基因的影响.结果表明:在试验模拟过程中,干湿交替显著降低了沉积物中NH⁺₄-N和DOC含量,沉积物中NO^-₃-N含量则表现为先增加后减少的趋势.沉积物反硝化速率均值表现为中强度(266.42μg·m^-2·h^-1)>高强度(199.10μg·m^-2·h^-1)>低强度(152.93μg·m^-2·h^-1)>长期淹水(9.57μg·m^-2·h^-1).干湿交替增加了反硝化功能基因的拷贝数(p<0.05),nosZ基因拷贝数在实验前后无显著差异;低强度和中强度处理的nirK基因拷贝数在实验前后差异显著,中强度处理...     

上覆水中碳氮浓度对黄河沉积物反硝化速率的影响

通过室内培养测定泥水界面N₂通量,研究了黄河沉积物的反硝化速率,分析了沉积物反硝化速率与上覆水碳、氮浓度和耗氧速率的响应关系。结果表明,对照处理（CK）平均反硝化速率为14.81±9.43 μg N/m2/h。碳、氮添加处理中,N1（4.5 mg N/L）和C1（2.4 mg C/L）沉积物反硝化速率最高,均值分别为21.99±12.45和24.33±14.38 μg N/m2/h。理论上,NO₃-N和溶解性有机碳添加浓度分别为9.8和4.0 mg/L时沉积物反硝化作用最大,且反硝化作用的最佳碳氮比为2.3。不同碳、氮水平上沉积物反硝化速率与耗氧速率的响应关系并不一致。低碳氮水平下反硝化速率与耗氧速率显著正相关;低碳、高氮水平下反硝化速率与耗氧速率不相关;而高碳、低氮水平下反硝化速率则与耗氧速率显著负相关。     

天津市不同污染特征典型河流沉积物反硝化对比研究

使用乙炔抑制法对天津市不同污染特征代表性的城市内河南运河、北塘排污河以及城郊东丽区自然河流底部沉积物的反硝化速率和潜力及其冬(3月)夏(8月)季节变化进行了测定。结果表明:1)夏、冬两季天津市不同污染特征的河流沉积物反硝化速率存在着显著的空间差异(p0.05)。夏季排污河沉积物的反硝化速率明显高于较清洁河流,而冬季相反;2)就全年数据来看,各河流沉积物夏季反硝化速率高于冬季,其中北塘排污河表现出最大的季节差异;3)北塘排污河沉积物相较另外两条河流具有较高的反硝化潜力;4)各样点河流沉积物反硝化速率及潜力基本表现为随深度的增加而降低。相关性分析发现河流沉积物反硝化速率与有机碳呈显著正相关(p0.05),因此天津市不同类型河流沉积物有机碳或是影响反硝化过程,导致时空差异的重要因素。天津市河流沉积物反硝化潜力是反硝化速率的1.50~22.8倍,且排污河沉积物脱氮潜力较清洁河流大。     

海河口沉积物nirS型反硝化微生物多样性研究

以海河口典型淡水、淡海水以及海水环境的沉积物样品为研究对象,采用克隆文库及典范对应分析等方法研究了nirS型反硝化微生物群落结构的多样性。3个站位共获得154条有效序列,97%序列相似性水平划分为66个OTUs,海水环境的沉积物站位nirS型反硝化微生物多样性最高。系统进化分析显示,全部OTUs序列被划分为7个簇,最相近序列的微生物主要来源于河口、富营养化海湾、人工湿地及海水养殖沉积物等环境。海河口具有独特的反硝化微生物群落分布格局,典范对应分析结果表明该区域的盐度、有机碳以及氮相关营养盐水平是影响其群落特征的重要因素。     

城乡交错带典型溪流沟渠沉积物氮污染特征及硝化-反硝化潜力

2015年5月~2016年7月,在合肥市城乡交错带3条溪流沟渠上,按季节采集表层沉积物样,分析沉积物的氮素污染特征,解析潜在硝化速率PNR、表面硝化速率ANR及反硝化速率的时空变化性,并以偏最小二乘回归分析法进行影响因子分析.结果表明:1关镇河支渠氮素污染最为严重,TN均值达4 516.39 mg·kg-1,分别为磨店小溪流和陶冲小溪流的2.56、1.36倍,NH_4~+-N和NO_3~--N含量也表现为关镇河支渠最高,磨店小溪流最低;2 3条溪流沟渠PNR和ANR几乎都表现为夏季最高,冬季最低,春、秋两季则大体相当,高低排序为陶冲小溪流磨店小溪流关镇河支渠;3关镇河支渠反硝化速率均值为10.59 mg·(kg·h)-1,分别为磨店小溪流和陶冲小溪流的3.16、1.75倍,3条溪流沟渠的反硝化速率和反硝化活性都表现为夏季高于春季;4根据参数FVIP,各溪流沟渠ANR、PNR和反硝化速率几乎都与沉积物的pH、OM、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP存在较为显著的相关关系,但不同溪流水体之间存在差异性.     

三峡库区小江支流沉积物硝化反硝化速率在蓄水期和泄水期的特征

三峡库区是新形成的生态系统,沉积物特征较之成库前有显著改变;研究库区小江支流——南河沉积物的硝化与反硝化过程可以为库区氮素管理提供科学依据,而反季节蓄水和泄水,沉积物-水界面硝化与反硝化速率特征鲜见报道.实验选取库区开县南河沉积物为研究对象,在2015年泄水期(8月)和蓄水期(11月)采集上、下游以及南河与小流域菁林溪交汇处沉积物样品,测定其理化指标;同时通过实验室模拟沉积物水环境,以乙炔抑制法测定泄水期与蓄水期沉积物的硝化反硝化速率.结果表明,蓄水期沉积物总氮(total nitrogen,TN)、铵态氮(ammonium nitrogen,NH_4~+-N)、硝态氮(Nitrate nitrogen,NO_3~--N)及总有机碳(total organic carbon,TOC)等理化指标均显著高于泄水期(P0.05),这说明蓄水期有外源物质入库;沉积物硝化速率在蓄水期[194.06μmol·(m~2·h)~(-1)]显著高于泄水期[16.52μmol·(m~2·h)~(-1)],且硝化速率与沉积物理化特征(TN、NH_4~+-N、NO_3~--N、TOC)存在显著正相关;沉积物反硝化速率则与硝化速率相反,泄水期[647.20μmol·(m~2·h)~(-1)]高于蓄水期[24.04μmol·(m~2·h)~(-1)],其与沉积物理化指标(TN、NH_4~+-N、NO_3~--N)呈显著负相关.     

污水厂尾水受纳河段沉积物反硝化速率及对外源碳的响应

为揭示污水厂尾水排入对河流沉积物反硝化的影响,于2018年10月-2019年6月,在合肥市板桥河的蔡田铺污水处理厂尾水排放口上、下游河段设置4个采样点位,隔月采集上覆水和表层沉积物样,解析沉积物反硝化速率及其时空变化特征,识别主要影响因素;同时,通过对外源碳（葡萄糖）响应的分析,评估沉积物反硝化过程的碳限制性.结果表明,4个采样点的反硝化速率在数值上存在一定的差异性,但并未达到显著性水平（p>0.31）;4个采样点位沉积物反硝化速率都表现为随碳浓度梯度增加而增大、随培养时间延长而下降的特点,表明受纳河段沉积物反硝化作用具有一定的碳限制性,且这种限制具有季节性特征,并以春季和秋季表现得最为明显;上覆水中温度和NO₃^--N浓度对反硝化速率影响较大,沉积物理化指标对反硝化作用的影响较为显著,且在重要和较重要影响因素方面,尾水排放口上、下游存在明显差异性.     

辽东湾河口潮间带沉积物及附近土壤硝化和反硝化强度研究

以流入辽东湾的4条入海河流(小凌河、大凌河、双台子河、辽河)河口处沉积物和大凌河附近的水稻田土、玉米旱地和芦苇湿地为研究对象,采用悬浮液振荡培养法,测定河流沉积物及附近的土壤硝化强度和反硝化强度。结果显示,4种不同河口沉积物的硝化强度和反硝化强度差异显著,硝化强度在1.32~4.89 mg N/kg·d之间,且小凌河双台子河辽河大凌河;反硝化强度在5.44~10.47 mg N/kg·d之间,且辽河双台子河小凌河大凌河。大凌河不同利用方式的土壤硝化强度在1.32~2.92 mg N/kg·d之间,河流沉积物最小,土壤反硝化强度在3.79~7.72 mg N/kg·d之间,水稻田土反硝化强度最大。总体上,研究对象的反硝化强度大于硝化强度,反硝化除氮能力强。研究结果对于评价河口潮间带地区沉积物及土壤的氮素转化能力有重要参考。     

澜沧江沉积物氨氧化及反硝化微生物丰度

为了探究梯级水库开发对河流沉积物中氮循环微生物的影响,本文针对澜沧江流域氨氧化细菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)和nirS型反硝化微生物丰度进行了研究,采集了云南省盐井至橄榄坝19个点位的沉积物样品,测定了研究区域内自然河流、水库河段、重要支流的AOB-amoA、AOA-amoA和nirS基因的丰度,同时测定了沉积物、间隙水及水体理化因子.结果显示:19个点位沉积物AOB-amoA基因丰度范围为0.82×10⁷～4.25×10⁷copies/g,AOA-amoA基因丰度范围为0.83×10⁷～6.87×10⁷copies/g,nirS基因丰度范围为0.72×10⁷～7.32×10⁷copies/g;AOA/AOB介于0.35～2.17之间,AOA在数量上相比于AOB并不占优势.AOA-amoA、AOB-amoA和nirS丰度在自然河段、水库段和支流没有显著差异,说明人工水利设施的建设对氨氧化微生物丰度空间分布并无显著影响.沉积物间隙水氨氮、总磷和总氮是影...     

河口沉积物反硝化反应影响因子综述

本文在分析国内外河口沉积物反硝化主要研究内容、研究结果的基础上 ,综述了影响反硝化作用的主要因子 :氧气浓度 ,有机质含量 ,NO-3 浓度 ,盐度和PH值 ,生物作用等。并指出了反硝化过程中存在的若干负效应 ,以期为河口沉积物 -水界面反硝化研究提供一定的理论依据     

城市河道沉积物中残留医用抗生素对反硝化潜势的抑制作用及机制

研究了南明河贵阳城区段中沉积物的5种残留医用抗生素对沉积物反硝化潜势的影响,并采用荧光定量PCR及高通量测序方法检测了5种反硝化过程中的关键功能基因丰度以及编码nirS基因的细菌群落结构,探讨了抗生素残留影响反硝化潜势的微生物学机制.结果表明,南明河沉积物中5种目标抗生素中,诺氟沙星(norfloxacin,NFX)的浓度最高((537.13±212.69) ng·g~(-1)),并且对沉积物中反硝化潜势有显著抑制效果(p0.05).进一步分析表明,NFX对反硝化潜势的抑制作用主要是通过抑制编码nirS细菌主导的亚硝酸盐还原阶段而实现的.本研究揭示了城市河道沉积物中的残留抗生素可能会削弱河道的反硝化脱氮能力从而加重河流氮污染状况,为评估抗生素污染的微生态效应提供了依据.     

浅层地下水升降对菜地土壤剖面硝化/反硝化微生物丰度的影响

为揭示湖泊近岸浅层地下水升降对菜地土壤剖面硝化与反硝化功能微生物基因丰度的影响,以洱海湖滨带菜地土壤剖面为研究对象,通过模拟地下水升降过程,分析了水位升高(S1)、水位降低(S2)及落干(S3)过程中土壤剖面AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZ基因丰度的变化特征,探讨了功能基因与土壤环境因子的耦合关系.结果表明:S3阶段的土壤剖面AOA-amoA和AOB-amoA基因丰度显著高于S1和S2;S1阶段的土壤剖面nirK、nirS、nosZ基因丰度均显著高于S2和S3.AOA-amoA基因丰度显著高于AOB-amoA基因丰度,nirS基因丰度显著高于nirK、nosZ基因丰度;不同取样时期的土壤剖面AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZ基因丰度均表现为A层B层C层D层.水位升降对土壤剖面AOA-amoA、AOB-amoA、nirK、nirS、nosZ基因丰度有显著影响,且AOA-amoA和nirS基因对水位升降更敏感,分别在硝化与反硝化作用中占主导地位;pH、有机碳(SOC)、全氮(TN)为功能基因AOA-amoA、AOB-amoA的环境驱动因子,而功能基因nirK、nirS、nosZ的环境驱动因子为土壤含水量(W)、铵态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)、TN、SOC、pH.该研究结果可为揭示浅层地下水升降过程中菜地土壤剖面氮素循环的微生物学机制提供科学依据.     

生物炭和有机肥对菜地土壤N2O排放及硝化、反硝化微生物功能基因丰度的影响

通过室内培养试验和实时荧光定量PCR技术,研究了田间施用生物炭和有机肥对菜地土壤氧化亚氮(N_2O)排放、氨单加氧酶(amo A)和亚硝酸盐还原酶(nir S、nir K)、氧化亚氮还原酶(nos Z)基因丰度的影响,并探讨功能基因丰度对N_2O排放的影响.试验设置5个处理:CK(对照)、N(尿素)、N+BC(尿素和生物炭)、N+M(尿素和有机肥)和N+BC+M(尿素、生物炭和有机肥).结果表明,与CK处理相比,各施肥处理均降低了土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)丰度,增加了nir K、nir S和nos Z基因丰度,并提高了培养期间N_2O累积排放量.与N处理相比,N+BC处理的土壤p H值提高了11.1%,并增加了AOB、AOA、nir S、nir K和nos Z基因丰度,增幅分别为105.8%、57.3%、22.0%、176.2%和204.9%,同时显著降低了培养期间N_2O累积排放量,降幅为58.1%;N+M处理增加了nir K和nir S基因丰度,增幅分别为58.8%和7.1%,对N_2O排放的影响不显著;N+BC+M处理增加了AOB、nir K、nir S和nos Z基因丰度,增幅分别为30.7%、68.7%、6.5%和84.5%,降低了N_2O累积排放量,降幅为14.4%.生物炭通过增加amo A、nir S和nir K基因丰度间接增加N_2O排放,同时通过增加nos Z基因丰度促进N_2O还原,综合效应表现为降低了菜地土壤N_2O排放.因此,通过施用生物炭改善土壤性质,增加功能基因丰度,降低土壤N_2O排放,是一种较好的N_2O减排措施.施用有机肥可以增加反硝化作用功能基因丰度,但对N_2O减排效果不显著.     

Significance of dredging on sediment denitrification in Meiliang Bay, China： A year long simulation study

An experiment for studying the effects of sediment dredging on denitrification in sediments was carried out through a one-year incubation of undredged (control) and dredged cores in laboratory. Dredging the upper 30 cm of sediment can significantly affect physico-chemical characteristics of sediments. Less degradation of organic matter in the dredged sediments was found during the experiment. Denitrification rates in the sediments were estimated by the acetylene blockage technique, and ranged from 21.6 to 102.7 nmol N2/(g dry weight (dw)·hr) for the undredged sediment and from 6.9 to 26.9 nmol N2/(g dw·hr) for dredged sediments. The denitrification rates in the undredged sediments were markedly higher (p0.05) than those in the dredged sediments throughout the incubation, with the exception of February 2006. The importance of various environmental factors on denitrification was assessed, which indicated that denitrification was regulated by temperature. Nitrate was probably the key factor limiting denitrification in both undredged and dredged sediments. Organic carbon played some role in determining the denitrification rates in the dredged sediments, but not in the undredged sediments. Sediment dredging influenced the mineralization of organic matter and denitrification in the sediment; and therefore changed the pattern of inherent cycling of nitrogen.     

川中丘陵区自然沟渠水体与沉积物中砷的分布特征及污染评价

通过对川中丘陵区72条自然沟渠水体和沉积物总砷含量的调查与分析,研究了该区自然沟渠水体和沉积物总砷含量的分布特征,并利用综合指数法和地累积指数法分别对该区自然沟渠水体和沉积物总砷的污染状况进行了评价.结果表明:①川中丘陵区自然沟渠水体总砷含量在2.20～44.13μg·L~(-1)之间,平均值为7.44μg·L~(-1),其中,有22.22%的沟渠水体总砷含量超过WHO限定标准;沉积物总砷含量在3.40～17.78 mg·kg~(-1)之间,平均值为8.64 mg·kg~(-1),有5.56%的沟渠沉积物总砷含量超过国家一级土壤标准;②不同类型自然沟渠水体和沉积物总砷含量差异显著,沟渠水体总砷含量大小顺序为:居民区沟渠水田沟渠旱地沟渠荒地沟渠;沉积物总砷含量大小顺序为:居民区沟渠水田沟渠荒地沟渠旱地沟渠;③自然沟渠水体总砷含量与水体总氮、总磷含量呈显著正相关,沉积物总砷含量与沉积物总氮、总磷和有机质含量均呈显著正相关;④水体和沉积物总砷含量评价结果显示,川中丘陵区大部分自然沟渠总砷含量处于清洁水平,但仍有部分自然沟渠处于轻度污染状态,具有潜在的砷污染风险.     

闽江河口互花米草海向入侵对湿地土壤nirS型反硝化微生物群落结构及多样性的影响

2020年秋季,在闽江河口鳝鱼滩东部的互花米草分布区,由陆向海方向选择互花米草海向入侵前的光滩(MF)、入侵1～2年的互花米草湿地(SAN)和入侵6～7年的互花米草湿地(SA)为研究对象.基于高通量测序技术,探讨了互花米草海向入侵对土壤nir S型反硝化微生物群落结构及多样性的影响.结果表明,变形菌门(Proteobacteria)均是互花米草不同入侵阶段土壤中nir S型反硝化微生物的优势门(90.41%～97.36%),其次是厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria),三者在SAN和MF土壤中的丰度均与SA存在显著差异(p<0.05).不同入侵阶段土壤中共有的nir S型反硝化细菌属为假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、偶氮弧菌属(Azoarcus)、陶厄氏菌属(Thauera)、Sulfurifustis属、副球菌属(Paracoccus)、鲁杰氏菌属(Ruegeria)、红肠命菌属(Rubrivivax)、趋磁螺菌属(Magnetospirillum)和福格斯氏菌属(Vogesella),其中,假单胞菌属是...     

闽江口互花米草入侵过程对短叶茳芏沼泽沉积物硝化-反硝化作用的影响

2014年4、7、10月和2015年1月在闽江口鳝鱼滩湿地选择未被入侵的短叶茳芏(Cyperus malaccensis)群落(A)、互花米草入侵斑块边缘(B)以及互花米草(Spartina alterniflora)入侵斑块中央(C)为研究对象,基于时空互代研究方法,探讨互花米草入侵序列下湿地沉积物硝化-反硝化变化规律.结果表明:在互花米草入侵序列中,湿地沉积物硝化速率为0.19~1.66μmol·m~(-2)·h~(-1),反硝化速率为12.41~27.19μmol·m~(-2)·h~(-1).沉积物硝化-反硝化作用存在明显的季节变化,硝化速率表现为夏季春季秋季冬季,反硝化速率表现为夏季秋季冬季春季;入侵不同状态下,沉积物硝化速率表现为BCA,反硝化速率表现为CBA.互花米草入侵提高了沉积物-水界面N_2O交换通量.互花米草入侵引起的沉积物pH、NH_4~+-N、含水量、容重和电导率等理化性质的改变是导致不同入侵阶段沉积物硝化-反硝化速率以及N_2O释放差异的重要原因.     

长江口海域夏季沉积物反硝化细菌数量及反硝化作用

选择长江口邻近海域8个站位,采用乙炔抑制法进行现场模拟培养,研究了夏季表层沉积物中反硝化细菌数量及反硝化作用.结果表明,该海域反硝化细菌数量为3.9′105~110.0′105个/g,盐度、溶解氧是反硝化细菌数量的主要影响因子;反硝化速率为101.3~731.9μmol/(m2·h),与反硝化细菌数量的相关系数为0.950.反硝化速率,同时受环境中盐度、溶解氧和氨氮含量的显著影响;研究海区内反硝化作用产生的氮通量约为8.19′105kg/d,约为相应海区初级生产消耗无机氮量的1/3.