地下滴灌对番茄根际微区氮循环微生物量及土壤N2O排放的调控机制

为探明地下滴灌对番茄根际微区氮循环微生物及土壤N₂O排放的影响,采用静态暗箱原位采集法,研究了不同滴灌管埋深（0、10、20、30 cm,依次记为CK、S10、S20、S30处理）对番茄根区土壤水分、养分、根系形态、微生物及N₂O排放的影响.结果表明:S10处理可提高10~20 cm土壤含水率,其土壤NO₃--N含量、DOC（溶解性有机碳）含量、根系分叉数、开花坐果期反硝化菌数量、果实成熟期亚硝化菌和反硝化菌数量分别为CK处理的2.02、1.49、1.85、3.81、2.11和3.75倍（P < 0.05）,且0~20 cm土壤孔隙度较CK处理增加了10.72%（P < 0.05）,N₂O排放量为CK处理的1.99倍（P < 0.05）.S20处理显著提高了20~30 cm土壤含水率,其土壤NO₃--N含量、DOC含量、根系分叉数、开花坐果期反硝化菌数量、果实成熟期亚硝化菌和反硝化菌数量分别为CK处理的2.66、1.38、2.77、6.0、5.56和12.50倍（P < 0.05）,且0~20 cm土壤孔隙度较CK处理增加了22.32%（P < 0.05）,N₂O排放量为CK处理的2.24倍.S30处理形成0~20 cm土壤“干层”和20~40 cm土壤“湿层”,土壤NO₃--N含量、根系分叉数、开花坐果期亚硝化细菌和反硝化细菌数量分别为CK处理的1.66、2.22、2.00和1.80倍（P < 0.05）,但DOC含量、0~20 cm土壤孔隙度、反硝化细菌数量等显著低于S20处理（P < 0.05）,N₂O排放量与CK处理无显著差异（P < 0.05）.地下滴灌方式下土壤N₂O排放主要为反硝化作用,不同滴灌管埋深形成的土壤水分分布会影响根系分叉数和0~20 cm土壤孔隙度,调节NO₃--N和DOC含量、亚硝化细菌和反硝化细菌生物量,影响“根系-土壤-微生物”的交互作用和N₂O排放量.S10、S20处理下根区环境利于增强“根系-土壤-微生物”的交互作用、促进反硝化作用和N₂O排放,S30处理相对会减弱“根系-土壤-微生物”的交互作用、抑制N₂O排放.研究显示,地下滴灌管埋深（土壤供水位置）通过调节根际微区土壤环境,改变氮循环微生物组成,进而影响“根系-土壤-微生物”的交互作用效应和土壤N₂O排放量.      

CRI系统厌氧氨氧化协同反硝化脱氮的启动及性能

为进一步提高脱氮效率,该文采用人工快渗(CRJ)系统作为厌氧氨氧化反应器,考察了有机物添加对氮素污染物转化及菌群结构的影响,探讨了厌氧氨氧化协同反硝化脱氮的可行性.结果 表明,通过逐步提高进水COD浓度至20 mg/L,可在49d内实现CRI系统厌氧氨氧化协同反硝化的快速启动,稳定运行期间TN平均去除率达到98.1％,相比未添加有机物时启动周期缩短了11d,TN平均去除率提高了7.3％.当进水COD浓度提高至25 mg/L时,厌氧氨氧化对脱氮的贡献率降低了27.2％,主要厌氧氨氧化功能菌属Candidatus Kuenenia的相对丰度降至12.42％,而反硝化功能菌属Flavobacterium的相对丰度升至11.16％,反硝化菌与厌氧氨氧化菌竞争反应基质而导致厌氧氨氧化活性被削弱,TN平均去除率下降了13.5％.因此,将进水有机物浓度控制在适宜范围时可有效改善厌氧氨氧化的脱氮性能.     

改良生物滞留系统强化对雨水径流中氮磷的去除

传统生物滞留池对N、P去除效果较差且不稳定,甚至会出现N、P的负去除现象.文章采用改良复合填料,结合双层填料和滤池饱和区组合设置,构建了4组模拟生物滞留实验柱,分别加入传统填料(C1)和改良复合填料(C2、C3、C4),并设置滤池饱和区的组合式排水系统以强化脱氮除磷效果.利用半合成模拟雨水作为实验进水对出水中氮磷的去除效率进行了评价和比较.此外,还评价了介质深度、干旱期对生物滞留柱中磷的截留和反硝化酶活性的影响.填充C2的实验柱对总磷的去除效果最佳(93.70％);填充C1的实验柱对总磷的去除效果较差(57.36％);填充C3的实验柱去除硝酸盐和总氮的性能最佳(分别为83.54％和92.15％).结果 表明,通过改良填料羟基铝蛭石污泥、双层填料和滤池饱和区组合设置,可以有效地改善径流水质,并可为高效雨水处理提供新的生物滞留池配置方法.     

稻田土壤氧化亚氮产生潜势、反硝化功能基因丰度和群落结构的垂向分布

土壤中氧化亚氮（N₂O）的释放量占全球N₂O释放总量的60%.其中，稻田土壤是N₂O最主要的释放源.反硝化过程是稻田土壤N₂O生成的主要微生物过程之一.本研究选取广东韶关稻田垂向土壤（0~100 cm）为研究对象，通过乙炔抑制剂法测定了N₂O产生潜势和反硝化潜势，并利用针对特异性功能基因的实时荧光定量和高通量测序技术分别分析反硝化功能基因丰度和反硝化微生物群落结构.结果显示：0~10 cm深度的土壤样品N₂O产生潜势最高，可达（0.020±0.0035）μg·g^-1·h^-1.反硝化功能基因中，nirK基因的丰度峰值（（1.51±0.0015）×10⁸ copies·g^-1）出现在0~10 cm深度，而nosZ和nirS基因的丰度峰值（（4.29±0.0015）×10⁷ copies·g^-1和（8.86±0.0010）×10⁷ copies·g^-1）均出现在10~20 cm深度.稻田垂向土壤中N₂O产生潜势和相关的反硝化功能基因（nosZ、nirK和nirS）丰度均随土壤深度的增加而逐渐降低.其中在所有深度的土壤样品中nirK基因的丰度均高于nirS.基于nirK基因的高通量测序结果发现慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）的相对丰度最高（44.06%±6.14%，n=6）.相关性分析表明，稻田土壤中N₂O产生潜势与环境因子（TN、TC和含水率）、反硝化功能基因丰度以及慢生根瘤菌（Bradyrhizobium），罗河杆菌属（Rhodanobacter）和亚硝化螺菌属（Nitrosospira）的相对丰度呈正相关.上述结果表明稻田土壤中环境因子和反硝化功能基因丰度影响了N₂O产生潜势的垂向分布.     

一株反硝化细菌在景观水净化处理中的应用

运用本实验室保藏的一株高活性反硝化细菌,对武汉东湖抹布塘富营养化景观污水进行净化处理。投加反硝化细菌4个月后,与试验前相比,水体无臭味,水质清澈,溶解氧升高了3.4mg/L～3.6mg/L,透明度提高了0.39m～0.44m,高锰酸盐指数下降了63.75%～66.89%,TN降低了34.80%～38.20%。研究结果表明,利用该反硝化细菌可以实现富营养化景观水的生物脱氮,有效改善水质。     

活性污泥中好氧反硝化菌的富集筛选及鉴别

采用SBR反应器,以硝基氮为底物,通过间歇曝气方式,DO保持5mg/L以上,对活性污泥进行强化驯化,实现好氧反硝化细菌的富集培养。利用琥珀酸钠作为碳源,溴百里酚蓝(BTB)作为pH指示剂,共筛选得到20株BTB琼脂平板阳性菌。通过反硝化性能测定,复筛得到4株好氧反硝化细菌。实验结果表明,琥珀酸盐为碳源、硝酸盐为惟一氮源、C/N<10的条件下,4株菌在4d内的TIN去除率均达到60%以上。通过16SrRNA序列同源性比较成功鉴定出3株菌,初步判断2株属于Pseudomonas菌属、1株属于Delftia菌属。     

基于SBR反应器的ANAMMOX工艺的启动运行

采用SBR反应器,接种好氧硝化污泥,在142 d内于较高负荷下成功启动了厌氧氨氧化反应器.反应器总氮容积负荷(以N计)为0.43 kg/m3·d,总氮去除率最高达到93.3%,平均为80.5%;氨氮和亚硝酸盐氮的去除率最高达到93.9%和99.8%,平均去除率为81.2%和85.7%.在稳定运行阶段,氨氮去除量、亚硝酸盐氮去除量、硝酸盐氮生成量三者之间的比值为1:1.38:0.18.反应器启动过程中,出水、进水pH差值的变化趋势由负到正,然后稳定在一定范围内;且污泥性状有较大变化,污泥中微生物所占比率有所提高,整个反应器中适应厌氧氨氧化运行方式的菌种增殖较快.     

生物滴滤塔反硝化净化NO 废气的启动

采用低浓度NO 废气作为气相氮源、硝酸钠作为液相氮源,在序批式活性污泥法反应器(SBR)中的NO 反硝化菌驯化成熟的基础上,研究了生物滴滤塔的启动过程.结果表明,在室温、NO 进气浓度(160mg/m³)、停留时间(EBRT)113s 的条件下,接种驯化成熟种污泥的生物滴滤塔在9d 内完成挂膜.硝酸盐是影响驯化过程中NO 净化效果和N2O 产生量的重要因素,添加适量硝酸盐有助于NO 反硝化菌的正常生长,提高NO 净化效率;但硝酸盐过多时会导致中间产物N₂O 的累积.在滴滤塔挂膜启动期间,循环液吸光度、填料层压力损失与NO 净化效率呈正相关性,可作为衡量生物滴滤塔挂膜启动完成的重要指标.     

不同接种物启动Anammox 反应器的性能研究

采用上流式生物膜滤器(UBF)研究了以厌氧颗粒污泥和反硝化污泥作为接种物启动厌氧氨氧化(Anammox)反应器的性能.结果表明,2 种接种物均能成功启动Anammox 反应器.启动过程可分为菌体自溶阶段、活性迟滞阶段、活性提高阶段和活性稳定阶段.这种启动过程的阶段性特征符合Logistic 方程.以厌氧颗粒污泥启动Anammox 反应器,菌体自溶阶段较长(49d),活性迟滞阶段较短(8d),基质去除速率最高可达2090mg/(L·d);以反硝化污泥启动Anammox 反应器,菌体自溶阶段较短(3d),而活性迟滞阶段较长(36d),基质去除速率最高可达1030mg/(L·d).分别以负荷提升前后的基质去除速率、基质去除率以及出水基质浓度的变化情况作为效能指标评价2 个反应器运行的稳定性,以厌氧颗粒污泥作为接种物启动Anammox 反应器的稳定性能明显占优势.在高负荷率下运行,以反硝化污泥作为接种物启动的Anammox 反应器较易失稳.根据启动过程的阶段性和反应器运行的稳定性,对Anammox 反应器采取相应的调控对策可促进启动过程的顺利进行.