森林土壤氮素转换及其对氮沉降的响应

近几十年人类活动向大气中排放的含氮化合物激增 ,并引起大气氮沉降也成比例增加。目前 ,氮沉降的增加使一些森林生态系统结构和功能发生改变 ,甚至衰退。近 2 0 a欧洲和北美有关氮沉降及其对森林生态系统的影响方面的研究较多 ,而我国少有涉及。森林土壤氮素转换是森林生态系统氮素循环的一个重要的组成部分 ,而矿化、硝化和反硝化作用是其核心过程 ,氮沉降作为驱动因子势必改变森林土壤氮素转换速度、方向和通量。根据国外近 2 0 a有关研究 ,首先介绍了森林土壤氮素转换过程和强度 ,论述森林土壤氮素在生态系统氮素循环中的作用 ,然后在此基础上 ,介绍了氮沉降对森林土壤氮素循环的研究途径 ,探讨了氮沉降对森林土壤氮素矿化、硝化和反硝化作用的影响及其机理     

不同土地利用类型对丹江口库区土壤氮矿化的影响

氮(N)素是陆地生态系统净初级生产力的重要限制因子, 土地利用类型的变化对生态系统氮循环过程有着重要的影响。采用PVC顶盖埋管原位培养的方法, 对丹江口库区清塘河流域相邻的侧柏(Platycladus orientalis)人工林、人工种植灌木林地和农田3种土地利用类型的氮素矿化和硝化作用进行了研究。结果表明, 侧柏人工林、灌木林地和农田的NH₄⁺-N浓度(mg·kg^-1)依次为1.33 ± 0.20、1.67 ± 0.17和1.62 ± 0.13, 不同土地利用类型间的NH₄⁺-N浓度无显著性差异; 而3种土地利用类型下土壤NO₃^--N浓度(mg·kg^-1)差异显著, 农田NO₃^--N浓度(9.00 ± 0.73)显著高于侧柏人工林(1.27 ± 0.18)和灌木林地(3.51 ± 0.11)。NO₃^--N在灌木林地和农田中分别占土壤无机氮库的67.8%和84.8%, 是土壤无机氮库的主要存在形式; 而侧柏人工林中NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度则基本相等。土壤硝化速率(mg·kg^-1·30 d^-1)从农田(7.13 ± 2.19)、灌木林地(2.56 ± 1.07)到侧柏人工林(0.85 ± 0.10)显著性降低。侧柏人工林、灌木林地和农田的矿化速率(mg·kg^-1·30 d^-1)依次为0.98 ± 0.12、2.52 ± 1.25和6.58 ± 2.29。矿化速率和硝化速率显著正相关, 但是矿化速率在不同的土地利用类型间差异不显著。培养过程中灌木林地和农田NH₄⁺-N的消耗大于积累, 氨化速率为负值, 导致灌木林地和农田矿化速率小于硝化速率。氮素的矿化和硝化作用受土壤含水量和土壤温度的影响, 并对土壤含水量更为敏感。土壤C:N与土壤矿化和硝化速率显著负相关。研究结果表明: 土地利用类型的变化会改变土壤微环境和土壤C:N, 进而会影响到土壤氮循环过程。     

不同种植模式花椒园昆虫群落的结构及稳定性

对云南昭通市4种不同种植模式花椒园（花椒-玉米-大豆园、花椒-大豆园、花椒-玉米园、花椒园）昆虫群落的组成和结构进行调查,采用群落特征指数和主分量分析法对不同种植模式花椒园昆虫群落特征及其稳定性进行了研究.结果表明：研究区花椒园共发现326种昆虫;与单一种植花椒园相比,间作套种作物花椒园昆虫群落的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数均较高,而优势度指数较低;不同种植模式花椒园昆虫群落多样性指数值大小依次为花椒玉米大豆园>花椒大豆园>花椒玉米园>花椒园.花椒、玉米、大豆间作套种系统中昆虫群落的稳定性较好.     

单级自养脱氮系统亚硝化菌株的分离、鉴定及定性

[目的]研究单级自养脱氮系统中亚硝化菌株的培养及代谢特征,为系统运行操控提出理论指导.[方法]从单级白养脱氮系统活性污泥中采集微生物样品,经过4次富集和分离过程,最终获得一株亚硝化能力较强的菌株Nl,通过显微镜观察及16S rDNA序列分析鉴定该菌株,研究摇瓶装量、pH、温度及底物浓度对其代谢过程的影响.[结果]该菌株与Nitrosomonas sp.NL7(AY958677)、Nitrosomonas AS1(EF016119)、Nitrosomonas sp.Is32(AJ621027)相似性分别为97%、96%和96%,对氧气需求量存在较严格要求,pH及温度对其氨氧化活性具有明显的影响,最适条件分别为pH8.0和30℃,在氨氮浓度80-800 mg/L较宽的底物浓度范围内具有活性,当氨氮浓度高达800 mg/L时,其氨氧化活性没有受到明显的抑制.[结论]该N1菌株为亚硝化单胞菌(Nitrosomonas sp.),与已有报道的其它亚硝化菌相比,N1对氨氮有较强降解能力及较广的浓度适应范围.     

生物滤塔体系好氧反硝化菌的分离鉴定与特性研究

从实验室生物滤塔填料的生物膜上, 经选择性培养基筛选, 分离出4株好氧反硝化菌。好氧状态下4种菌的40 h反硝化率均大于80%, 其中菌种A1反硝化率可达到99.05%。跟踪菌种反硝化过程中氮元素24 h变化过程, 发现4株菌除A1外都有亚硝酸根积累。菌种A1为短杆菌, 革兰氏阴性。生理生化特性研究与16S rDNA 序列测定(GenBank接受号DQ836052.1)初步判定菌种A1为假单胞菌Pseudomonas putida。适于菌A1生长的初始pH值是7.0左右, 温度30℃左右, 当DO大于2.0 mg/L时, DO的变化对菌种A1的反硝化效果影响很小。     

生物膜法强化净化氨氮污染水体及其微生物群落解析

【目的】比较不同营养条件及挂膜方式下生物膜法对氨氮污染水体的净化效果及其功能微生物群落结构。【方法】设置空白(Blank)、自然成膜(Raw)、预附脱氮菌强化挂膜(PCC)3组生物膜反应器,利用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术和非度量多维标度(NMDS)分析方法对生物膜反应器转化氨氮过程中微生物群落结构及其演替过程进行动态解析。【结果】在C/N=1:1时,除PCC在起始阶段短暂具有较高的氨氮脱除效率外,Blank、Raw和PCC最终均表现出较低的氨氮转化效率(10%-20%)。改变C/N=2:1后,Raw和PCC对人工合成污水中NH4+-N的转化率均提高至95%以上,而且Raw与PCC的群落结构在C/N=2:1时具有较高的相似性,优势菌群主要为γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、放线菌纲(Actinobacteria)和硝化螺菌纲(Nitrospira)。【结论】C/N是影响生物膜反应器氨氮去除效果及驱动生物膜反应器中细菌群落结构发生改变的重要因子。     

垃圾渗滤液中好氧反硝化菌的筛选及其反硝化条件优化

从江苏省常州市某垃圾渗滤液处理厂的纯氧曝气池中提取活性污泥,筛选获得1株高效好氧反硝化菌CZ1。根据菌株形态、生理生化特性进行初步鉴定,并结合该菌株的16S rDNA基因序列分析,判定该菌株为蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)。研究了菌株的好氧反硝化特性,结果表明,以硝酸钾为唯一氮源,CZ1在24h内对硝酸盐氮的去除率达到97.69%。同时考察了碳源种类、C/N、温度、初始pH以及溶解氧对该菌株好氧反硝化能力的影响,通过单因素实验获得其最佳好氧反硝化条件:温度35℃,丁二酸钠为唯一碳源,C/N为6,初始pH值为7.0~7.5,转速为160 r/min。     

山竹岩黄蓍固沙群落对土壤养分及生物活性的改良效应

以半流动沙丘为对照,对5、10和22年生山竹岩黄蓍人工固沙群落不同层次(0~10、10~20和20~30cm)土壤的养分状况、微生物生物量和土壤酶活性进行了对比研究.结果表明:采用山竹岩黄蓍固定流沙后,随着群落年龄的增长,土壤中C、N、P、K含量及生物活性均明显提高.其中,0~10cm土层的增长幅度显著高于10~30cm土层.0~30cm土层中C/N由7.3增加到8.5;土壤微生物生物量碳、氮、磷含量以及土壤脲酶、磷酸单酯酶、蔗糖酶、蛋白酶、脱氢酶、硝酸还原酶和多酚氧化酶的活性均有所提高.其中,0~10cm土层中蔗糖酶的活性是对照的49.7~284.5倍.土壤微生物生物量碳、氮、磷分别与土壤有机碳、全氮、全磷以及微生物生物量与酶活性之间存在显著的正相关关系.     

不同氮效率水稻生育后期根表和根际土壤硝化特征

通过田间试验研究了不同氮效率粳稻品种4007(氮高效)和Elio(氮低效)生育后期在N0(0 kgN hm-2)、N180(180 kgN hm-2)和N300(300 kgN hm-2)水平下根表、根际和土体土壤pH值、铵态氮(NH+4-N)和硝态氮(NO-3-N)含量、硝化强度和氨氧化细菌(AOB)数量.结果表明无论是齐穗期、灌浆期还是成熟期,根表土壤pH值均显著低于根际和土体土壤.土壤pH值范围在5.95至6.84之间变化.土壤NH+4-N含量随水稻生长显著下降,且随施氮量增加而显著增加.根表土壤NH+4-N有明显亏缺区,且随距水稻根表距离增加,NH+4-N含量逐渐升高.土壤NO-3-N含量随水稻生长显著增加,施氮处理均显著高于不施氮处理,但N180和N300处理差异不显著.NO-3-N含量表现为根际>土体>根表.水稻根表和根际土壤硝化强度随水稻生长显著下降,而土体土壤硝化强度随时间延长小幅增加.施氮显著提高4007水稻根表土壤在齐穗和收获期硝化强度以及Elio在齐穗期根际硝化强度,但在施氮处理N180和N300中无显著差异.在整个采样期间,土壤硝化强度均表现为根际>根表>土体.水稻根表和根际AOB数量随水稻生长而显著降低,而土体土壤AOB数量无显著变化.例如,根表土壤AOB数量在齐穗期、灌浆期和收获期分别为16.7×105、8.77×105个g-1 dry soil和8.01×105个g-1 dry soil.根表和根际土壤AOB数量无显著差异,但二者显著高于土体土壤AOB数量.就两个氮效率水稻品种而言,土壤pH值基本无差异.4007土壤NH+4-N含量均显著高于Elio.在齐穗期水稻根表、根际和土体土壤NO-3-N含量在N180水平下均表现为Elio显著高于4007.而在灌浆期和收获期,水稻根表、根际和土体土壤则表现为4007显著高于Elio.在所有采样期,两个水稻品种土体土壤硝化强度和AOB数量在3个施氮量下均无显著差异.Elio根表和根际土壤硝化强度和AOB数量在水稻灌浆期之前一直显著高于4007,而在灌浆期之后则显著低于4007,且最终产量和氮素利用率(NUE)显著低于4007,这可能是由于4007灌浆期后硝化作用强,根际产生的NO-3-N含量高,从而4007根吸收NO-3-N的量也高造成的.因此水稻灌浆期和收获期根表和根际硝化作用以及AOB与水稻高产及氮素高效利用密切相关.     

OLAND生物脱氮系统中硝化菌群16S rDNA的DGGE分析

为了考察生物脱氮系统中硝化菌群（氨氧化菌和亚硝酸氧化菌）的种群多样性及硝化菌群随溶解氧降低的种群变化规律,并建立一套行之有效的用于自养生物脱氮系统中功能微生物菌群的快速分子检测技术,采用DGGE（变性梯度凝胶电泳）分子检测技术对硝化菌群的16SrDNA的特异性PCR扩增产物进行了分析,结果表明：OLAND生物脱氮系统中氨氧化菌和亚硝酸氧化菌随溶解氧的降低表现出了不同的种群变化规律,氨氧化菌种群多样性受溶解氧的影响非常大,而非亚硝酸氧化菌的种群多样性比较单一,且不受溶解氧的影响。结合FISH（全细胞荧光原位杂交）分析结果表明,在OLAND限氧稳定运行后期,亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）是主要的氨氧化菌,占OLAND限氧亚硝化阶段反应器中总细菌数的72.5%左右。