双氰胺在农业生态系统中的应用效果及其影响因素

农业生态系统中较低的氮肥利用率造成了一定的经济损失和环境污染.双氰胺(DCD)是一种高效并且专性抑制土壤硝化活性的化合物,可以通过抑制土壤氨氧化微生物的丰度和活性来显著减少土壤中硝态氮的淋失及温室气体N2O的排放,而对其他土壤微生物没有显著影响.影响DCD应用效果的主要因素包括土壤温度、pH值、质地、有机质含量及水分含量等.近些年随着分子生物学技术在农业生态系统中的应用,微生物介导的DCD硝化抑制机理取得了一系列重要研究成果.本文主要对DCD的酶学作用机理、应用效果及其影响因素等方面进行综述,并对今后的研究方向作一展望.     

SBR和MBR反应器中好氧反硝化菌的筛选与分析

好氧反硝化菌是土壤、沉积物、活性污泥等介质中广泛存在的一类微生物。研究以相同种泥扩大培养的SBR(序批式活性污泥反应器)和MBR(膜生物反应器)中活性污泥为研究对象,采用平板分离法分别从运行6个月的SBR和MBR反应器中分离得到9株和11株好氧反硝化菌。经好氧反硝化性能测定发现,20株细菌中有16株总氮去除率在50%以上,且NO_2~--N累积量均在0.5 mg/L以下。经系统进化分析表明,在门分类级别中,采用同一种泥的2个反应器中好氧反硝化菌表现出极大的一致性,20株好氧反硝化菌全部属于变形菌门(Proteobacteria)。但是,进一步分析发现不同反应器中好氧反硝化菌表现出较大的属、种间的差异。其中,SBR反应器9株好氧反硝化菌分属于4个属,6个物种;而从MBR反应器获得的11株细菌分属于2个属,6个物种;仅1个物种(Pseudomonas toyotomiensis)在2个反应器均有发现。     

脲酶／硝化抑制剂对土壤有效态氮、微生物量氮和小麦氮吸收的影响

研究了脲酶抑制剂(NBPT)、硝化抑制剂(DCD)及二者组合在草甸棕壤上施用对尿素态N转化及土壤总有效态N、微生物量N的影响．结果表明,尿素配施NBPT、DCD及抑制剂组合能够增加尿素水解后土壤NH4^+含量2％-53％。显著降低了氧化态N的浓度,抑制了土壤中铵态N的氧化,增加土壤总有效N34％-44％,小麦吸N量增加0．26％-6．79％。其中以脲酶抑制剂与硝化抑制剂组合的效果最明显．抑制剂施用增加了微生物在小麦生长初期对有效态N固持,有利于后期土壤有效态N的矿化．     

内循环颗粒污泥床硝化反应器流动模型研究

采用脉冲刺激响应技术,对稳态内循环颗粒污泥床硝化反应器进行了示踪试验。根据试验结果,分别运用轴向扩散模型和多釜全混流反应器串联模型,对反应器沉淀区和循环区的流态进行了分析和判断。结果表明,反应器沉淀区的分散数D/uL为0.00148,该区域的流态接近于平推流反应器（PFR）;反应器循环区的串联级数为1.021,该区域的流态接近于全混流反应器（CSTR）。稳态时,反应器的理论水力停留时间为360min,实际水力停留时间为341.2min,反应器中死区所占的体积百分比为5.22％,其中生物体死区为0.75%,水力死区为4.47%,表明反应器结构性能良好。根据试验和分析结果,建立了内循环颗粒污泥床硝化反应器的流动模型,即全混流和平推流的串联组合模型。由流动模型所得的理论停留时间分布曲线与由试验所得的实际停留时间分布曲线吻合良好,两者的平均相对误差为8.56%,表明所建模型具有较高的准确性。     

脲酶抑制剂/硝化抑制剂对植稻土壤中尿素N行为的影响

采用自制根盒试验,主要研究了脲酶抑制剂氢醌（HQ）,硝化抑制剂双氰胺（DCD）及二者组合对离水稻根际不同距离处NH4^--N和NO3^-N分布的影响,结果表明,DCD及其与HQ组合均能显著促进稻株地上部分生长,始终显著降低水稻根际与近根际土中NH4^ -N含量直至施肥后60d,施肥后20d时,DCD及其与HQ组合可使非根际土中NH4^ -N含量显著增加,随后,却出现相反现象,施肥后20d时,距根际不同距离的土壤中,配施DCD或DCD＋HQ处理均能显著降低NO3^-N含量,随后,近根际和非根际仍保持上述现象直至施肥后40d;同未施DCD处理相比,根际土壤却较早出现NO3^--N含量高峰,正好与水稻N营养需求时期相一致,因此,DCD及其与HQ组合可减少水稻根际环境下尿素N损失潜势,通过不种稻土壤和距根际3cm处的土壤中尿素无机氮形态分布的差异,充分显示了研究水稻根际土壤氮素转化及相关抑制剂对其影响时,以取离根际3cm外的土壤作为非根际明显优于不种稻土壤。     

一株耐高温高盐亚硝化单胞菌特性的初步研究

从某污水处理站高温高盐外排水中分离出一株严格自养的特殊亚硝化单胞菌。它为革兰氏染色阴性,不产芽孢,细胞椭球形或短杆状,呈单个排列或排列成圆形、直线形,细胞大小为（0.7～0.9)μm×（1.2～1.8)μm。在扫描电镜下发现单个或多个菌体被绒毛状不明物质包裹。该菌株能将氨氮氧化成亚硝酸盐,导致体系中的总氮减少,但是氨氮的减少与亚硝酸盐的增加并不能形成对应,而体系中几乎检测不到硝酸盐氮。在分离菌株50℃培养12 d时,约有10％的NH＋4N转变为NO-2N,15％的NH＋4N未发生转变,剩下的75％的NH＋4N被去除,包括挥发掉的17％的NH＋4N。气相色谱分析表明,菌株培养过程产生气体中氮气含量较对照气体（室内空气）增加了3.5％。     

雪被去除对川西亚高山云杉林土壤活性氮的影响

气候变化引发的季节性雪被改变可能对高寒森林土壤氮循环产生深刻影响.以遮雪棚去除雪被,研究了雪被去除样方和对照样方在不同关键时期(雪被初期、深雪被期和雪被融化期)土壤氮库和矿化速率的变化.结果表明: 季节性雪被对土壤具有良好的保温作用,雪被去除使得5 cm深度土壤平均温度和最低温度分别降低0.33和1.17 ℃,并明显增加了土壤冻结深度和冻融循环.土壤活性氮在不同雪被时期存在显著差异.雪被去除使得冬季土壤铵态氮、硝态氮和可溶性有机氮增加38.6%、23.5%和57.3%.此外,雪被去除也促进了融化期土壤硝化和矿化速率的增加.因此,未来气候变暖引起的雪被减少可能加快川西亚高山森林冬季土壤氮循环.     

硝化作用研究的新发现:单步硝化作用与全程氨氧化微生物

硝化作用是氨被微生物氧化为硝酸盐的过程,分别由氨氧化微生物(AOB和AOA)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)主导完成.一个世纪以来,我们把这个分步硝化过程当成唯一的硝化途径来学习和研究.虽然根据动力学理论推测,环境中应该存在单步硝化作用,即由一种微生物单独完成整个硝化过程,将NH₃氧化为NO₃^-,但一直没有研究能直接证明该种微生物的存在.直到2015年底,3个科研团队分别在不同环境中发现了3种不同的经过纯培养的细菌(Candidatus Nitrospira nitrosa、Candidatus Nitrospira nitrificans和Candidatus Nitrospira inopinata)和一种未经过纯培养的细菌(类Nitrospira),它们都具备单独将氨氧化为硝酸盐的能力,这些微生物被定义为全程氨氧化微生物(Comammox).单步硝化作用和全程氨氧化微生物的发现终结了传承百年的理论,并引发了众多关于全球氮素循环的重要科学问题,如这些微生物在环境中的生态位点及其在硝化作用中的相对贡献等.本文就单步硝化作用及全程氨氧化微生物的发现作了简要概述.     

增温和隔离降雨对亚热带森林土壤N2O通量的影响

设置对照(CT)、增温5 ℃(W)、隔离50%降雨(P)和增温5 ℃+隔离50%降雨(WP)4种处理,以相关功能基因作为标志物,研究增温和隔离降雨影响亚热带森林生态系统土壤N₂O通量变化的途径.结果表明: 隔离降雨显著降低了土壤铵态氮浓度;增温显著降低了土壤N₂O通量和土壤反硝化势.增温处理(W)和降雨处理(P)的土壤微生物生物量氮(MBN)均显著低于对照(CT),AOA amoA基因丰度与MBN和铵态氮含量之间呈显著负相关,但与土壤硝化势和土壤N₂O通量没有显著相关性.路径分析显示,反硝化势直接显著影响土壤N₂O通量,而微生物生物量磷(MBP)和增温则通过直接影响反硝化势来间接影响土壤N₂O通量.温度可能是影响亚热带森林土壤N₂O通量的主要驱动因素,全球变暖可能会减少亚热带森林土壤的N₂O排放.     

人工湿地氮去除关键功能微生物生态学研究进展

人工湿地是一种能有效处理水体氮素污染的生态技术,其中微生物是驱动人工湿地系统中氮素去除的重要引擎。近20年来,随着分子生物学技术的广泛应用,有关人工湿地氮去除功能微生物生态学方面研究取得了一些重要进展。以硝化-反硝化作用和厌氧氨氧化作用这两种重要的人工湿地微生物脱氮途径为主,针对氨氧化细菌/古菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌等关键脱氮功能微生物的研究,重点归纳总结了目前有关这几类关键功能菌群在人工湿地中的丰度、活性、多样性、分布特征与影响因素,及其对废水中氮去除的作用,并在此基础上对今后的重点研究工作提出了展望。面向未来人工湿地氮去除关键功能微生物的研究应侧重其在污水净化和温室气体减排等方面的生态功能研究,同时加强其代谢过程与机制以及不同功能菌群间的关联研究。