氨对胞内贮存物短程反硝化N_2O产生量的影响

为了研究氨氮浓度对缺氧期以胞内贮存物为电子供体的亚硝酸盐反硝化氧化亚氮(N_2O)释放量的影响,采用稳定运行在厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)模式下的序批式活性污泥反应器(SBR),定期将其运行方式改变为厌氧/缺氧(An/A)方式运行,利用微生物在厌氧期将低分子有机物转化为胞内贮存物的特点,在缺氧初期向反应器投加亚硝酸盐,实验研究4种不同氨氮浓度对缺氧反硝化过程N_2O产生量的影响。反硝化实验中反应器初期COD(葡萄糖)浓度为200 mg/L,氨氮浓度分别为0、40、60、80 mg/L,缺氧初期投加亚硝酸盐后反应器内亚硝态氮浓度为40 mg/L。实验结果表明随投加氨氮浓度升高,反硝化完成时间随之变长,N_2O释放量相应增大,其原因可能是游离氨对反硝化微生物活性产生了一定程度的抑制作用。随投加氨氮浓度的升高游离氨浓度相应增高,抑制作用增强。同时发现当NO_2~--N浓度接近0时,基于胞内贮存物的N_2O还原反应才得以发生,说明亚硝酸盐对N_2O的还原有抑制作用,且抑制浓度很低。     

亚硝酸盐对外碳源反硝化过程N2O还原的影响

本试验通过批次试验考察了亚硝酸盐对外碳源反硝化过程N2O还原的影响.结果表明NO2--N初始浓度为5.92~35.23mg/L时,随着NO2--N浓度的增加,反硝化过程中N2O的积累量逐渐增加;当NO2--N浓度为35.23mg/L时,NO2--N还原量的46.26%被转化为N2O.通过对比试验得出,N2O还原酶与亚硝酸盐还原酶对电子的竞争和游离亚硝酸(FNA)对N2O还原酶的抑制会导致N2O比还原速率下降,造成反硝化过程N2O积累.基于上述试验结果提出,污水处理厂可通过调控运行条件控制NO2--N浓度,降低反硝化过程的N2O的产生与释放;也可以通过短程硝化提高NO2--N浓度,促进反硝化过程N2O的积累,再通过N2O氧化甲烷减少N2O排放,同时提高产能37%.     

COD/N与pH值对短程硝化反硝化过程中N2O产生的影响

利用SBR反应器,通过投加乙醇控制COD/N为0、1.5、3、4.5,调节pH值分别在6、7、8,反硝化初始投加NO2--N为30mg/L,考察了缺氧条件下COD/N与pH值对短程硝化反硝化过程中N2O产量的影响.结果表明:低COD/N可以造成N2O持续较高的逸出,N2O最大产生量为2.35mg/L;低pH值条件下增加了N2O的积累,pH值在6时的N2O积累量是pH在7、8时的800倍;高COD/N和高pH值下的N2O产生速率最小,而当pH=6,COD/N=0时,N2O产生速率最大,为2.35×10-3mgN/(mgMLSS?L?h).其原因是:N2O还原酶争夺电子的能力较弱,充足的电子供体有利于N2O的还原;低pH值可影响微生物的代谢,且在H+存在时产生的游离亚硝酸(HNO2)对N2O还原酶具有抑制作用.充足的碳源和碱性条件,是降低短程硝化反硝化过程中N2O产量的关键因素.     

氮肥深施及间种白三叶草对茶园N2O排放的影响

近年来我国茶园面积不断扩大,茶园施氮(N)量大、N_2O排放量高,是重要的N_2O排放源,开展茶园的N_2O减排研究十分有必要.本研究在位于我国亚热带丘陵区的典型茶园,通过设置常规施肥、氮肥深施和间种白三叶草这3种处理,观测不同施肥及管理措施下茶园土壤N_2O排放及其相关土壤环境因子动态,旨在明确不同措施对茶园N_2O排放的减排效果,并解析相关影响因子.通过3 a的田间试验表明,亚热带丘陵茶园具有较高的N_2O排放,N_2O-N年累积排放量高达5. 1～10. 1 kg·hm-2.N_2O排放主要发生在春夏季,当土壤温度低于15℃,其排放主要与土壤温度呈正相关;当温度高于15℃,则主要与土壤含水量、土壤NH4+-N和NO3--N含量呈正相关.三年间茶园间种白三叶草较常规施肥未显著影响N_2O排放,肥料深施在降雨量较高年份增加了茶园N_2O排放,间种白三叶草和肥料深施未显著影响茶叶产量.本研究表明,亚热带茶园间种白三叶草减排N_2O的效果不显著,不减少氮肥用量下氮肥深施未能降低N_2O排放,今后有必要研究肥料深施配合氮肥减量来减排N_2O.     

亚硝酸盐反硝化聚磷过程中NO和N2O的累积特征

实验采用厌氧/缺氧/好氧(An/A/O)序批式反应器(SBR),研究亚硝酸盐反硝化聚磷过程中NO和N_2O的积累和释放特征,以及不同pH值(6. 61和7. 37)对NO和N_2O产生量的影响。结果表明:试验条件下,亚硝酸盐反硝化聚磷过程存在高浓度NO和N_2O的积累,积累的NO对亚硝酸盐还原过程和NO还原过程均有明显的抑制作用。液相积累的NO导致溶解氧(DO)的升高,且NO和DO存在显著相关,推测一部分NO在反硝化过程中通过歧化反应生成N_2和O_2。pH值为6. 61和7. 37下,反硝化过程NO的释放因子分别为0. 86%和0. 58%,N_2O总产生量分别为30. 65,21. 24 mg/L。NO积累可能与厌氧期电子积累有关,N_2O积累主要与游离亚硝酸(FNA)抑制N_2O还原酶Nos活性有关。高pH值可有效减少NO和N_2O的产生和释放。     

硝化抑制剂双氰胺对菜地土壤N_2O排放的影响

采用原状土柱试验研究了施用硝化抑制剂双氰胺（DCD）对菜地（小白菜和辣椒）土壤N2O排放的影响.结果表明,施用DCD能显著降低菜地土壤N2O排放通量和排放总量,小白菜未施用DCD时施氮处理土壤N2 O排放总量为0.22 kg.hm-2,施用DCD后则显著减少至0.11 kg.hm-2,相当于减少了49.33%的土壤N2...     

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.      

不同电子受体反硝化过程中C/N对N2O产量的影响

试验采用SBR反应器,分别考察了不同C/N条件下,以硝酸盐和亚硝酸盐为电子受体的反硝化过程中N₂O产生情况.投加乙醇作为反硝化碳源,以硝酸盐为电子受体时调节C/N分别为0、 1.2、 2.4、 3.5、 5.0和20,以亚硝酸盐为电子受体时调节C/N分别为0、 1.8、 2.4、 3.0、 4.3、 5.2、 6.6和20.6.结果发现,以亚硝酸盐为电子受体时,最佳C/N为3.0,此时N₂O产生量为0.044 mg·L^－１;以硝酸盐为电子受体时,最佳C/N为5.0,此时N₂O产生量为0.135 mg·L^－１,是以亚硝酸盐为电子受体时的3倍.电子受体类型不同时,N₂O产生量的变化趋势类似：在碳源严重不足时,反硝化率和N₂O产生量均很低;碳源相对不足时N₂O产生量增加;C/N过大时,虽然反硝化速率很快,但N₂O产量也急剧增大.可见,与全程硝化反硝化工艺相比,短程硝化反硝化工艺可节省40%碳源,且控制C/N=3,其反硝化过程产生的N₂O远少于全程反硝化.     

同步硝化反硝化（SND）过程污泥聚集状态对N2O释放的影响

为实现SND高效生物脱氮及N2O减量化释放的双重目标,采用气升环流生物反应器,在实现SND高效脱氮的基础上研究了污泥的聚集状态与N2O释放特征之间的关系.采用关键酶酶促反应速率法评估了不同聚集状态污泥的硝化/反硝化活性,在相关理论分析的基础上,进行了污泥聚集状态的优化选择.结果表明,SND体系内活性污泥的聚集状态不同会...     

pH调控反硝化除磷过程PAOs-GAOs竞争及N2O释放特性

该文以厌氧/缺氧/好氧方式(An/A/O)运行序批式生物反应器(SBR),采用NO_3~-驯化缺氧反硝化聚磷菌,利用pH值调控An/A/O-SBR内各菌群间的竞争优势,通过考察脱氮除磷过程的化学计量学参数变化,确定了不同pH下SBR内聚磷菌-聚糖菌(PAOs-GAOs)间竞争关系及N_2O释放特性。结果表明,An/A/O-SBR内存在PAOs和GAOs对碳源的竞争,高pH有利于反硝化聚磷菌增殖、提升SBR内同步脱氮除磷效率并降低N_2O产率。pH由6.5增至8.0,PAOs转化外碳源比例由24.1%增至55.6%。pH=8.0,SBR内脱氮和除磷效率均达90%以上,平均N_2O产率为2.8%。不同pH值下,An/A/O-SBR内厌氧阶段ΔGly/ΔPHA、ΔGly/CODin、PRA/CODin以及缺氧阶段PUA/NaRA、ΔGly/ΔPHA均表现出PAOs-GAOs共存特性,微碱性条件促进SBR内微生物趋向富集反硝化聚磷菌的生化反应动力学。pH=6.5,N_2O产率达11.2%。低pH值耦合高NO_2~-形成高浓度游离亚硝酸,对反硝化聚磷菌的毒性及对亚硝态氮还原酶、氧化亚氮还原酶的活性抑制作用,是导致低pH值下SBR脱氮除磷性能降低和N_2O产率增加的重要因素,以N_2O作为终产物的GAOs反硝化比例增加,加剧了低pH条件下N_2O释放。     

氮肥和磷肥对稻田N2O排放的影响

通过模拟南方稻田施用不同量的氮肥和磷肥的实验来探讨N和P对稻田释放N2O的影响.结果表明,水稻田N2O排放通量的较大值主要出现在3次烤田期;氮肥和磷肥对土壤中产生N2O的贡献主要在水稻生长中后期,从第1次烤田起(移栽后34d),氮肥和磷肥都表现为对N2O排放有促进作用;而低氮对N2O排放的刺激作用没有高氮的作用明显,且N2处理(180kg/hm2)、N1处理(90kg/hm2)和N0处理(没有施肥)之间的平均N2O排放差异不显著.在水稻生长中后期(第1次烤田后),N3处理(270kg/hm2)和N4处理(360kg/hm2)的较高水平的氮肥加入能强烈刺激N2O排放.     

流量分配对短程生物脱氮过程中N2O产生的影响

利用SBR反应器,通过在线pH曲线控制好氧-缺氧反应时间,成功实现了短程生物脱氮,并考察了分段进水条件下流量分配对SBR反应器运行性能及N2O产量的影响.结果表明,与原水分2次在不同阶段等量加入反应器的二段进水方式相比,原水分3次等量进入反应器的三段进水方式能够有效降低脱氮过程中外碳源投加量和氧化亚氮产量;氧化亚氮主要产生于硝化过程,反硝化过程能够将硝化阶段积累的N2O还原至N2.2次、3次等量进水条件下,生物短程脱氮过程中乙醇投加量分别为0.8和0.6 mL,N2O释放量分别为8.86和5.05 mg·L-1(以N计).硝化过程中NO-2-N的积累是导致系统N2O产生的主要原因.     

Effect of ammonium on nitrous oxide emission during denitrification with different electron donors

Nitrous oxide(N2O) emission during denitrification is receiving intensive attention due to its high potential to cause greenhouse effects.In this study,denitrifiers were acclimated in sequencing batch reactors with methanol or acetate as the electron donor and nitrate as the electron acceptor.The effects of ammonium on N2O emission were examined in batch experiments with various electron donors.With the addition of ammonium,N2O emission increased under all the examined conditions compared to experiments without ammonium addition.With different electron donors,the highest ratio of N2O emission to the removed oxidized nitrogen was 0.70% for methanol,5.34% for acetate,and 34.79% for polyhydroxybutyrate.     

氮肥与DCD配施对棚室黄瓜土壤NH3挥发损失及N2O排放的影响

以传统水氮管理为对照,进行了优化水氮管理条件下氮肥与DCD配施对大棚黄瓜土壤氨挥发损失及氧化亚氮排放的影响研究.试验结果表明,与传统水氮管理相比,优化水氮管理减少了氮肥用量及灌水量,但黄瓜产量并没有降低.各水氮处理的NH3挥发速率峰值出现在施肥灌水后的第3d,添加DCD的各优化水氮处理与传统水氮处理相比,土壤氨挥发累积量分别减少55.97%、43.68%、66.47%,4次追肥后W2N2+DCD、W2N3+DCD和W2N4+DCD的氨挥发速率峰值与累积量变化范围较小.不同水氮处理的N2O排放通量的峰值均出现在施肥灌水后的第4d,各追肥时期W2N2+DCD、W2N3+DCD和W2N4+DCD处理,土壤N2O排放通量峰值与N2O累计排放量均显著低于传统水氮处理W1N1,并且3个处理之间不存在显著差异,充分表明优化水氮管理中将氮肥与DCD配施对减少N2O排放起到了显著作用.     

N2O emission from nitrogen removal via nitrite in oxic-anoxic granular sludge sequencing batch reactor

Bionitrification is considered to be a potential source of nitrous oxide （N2O） emissions, which are produced as a by-product during the nitrogen removal process. To investigate the production of N2O during the process of nitrogen removal via nitrite, a granular sludge was studied using a labscale sequence batch reactor operated with real-time control. The total production of N2O generated during the nitrification and denitrification processes were 1.724 mg/L and 0.125 mg/L, respectively, demonstrating that N2O is produced during both processes, with the nitrification phase generating larger amount. In addition, due to the NEO-N mass/oxidized ammonia mass ratio, it can be concluded that nitrite accumulation has a positive influence on N2O emissions. Results obtained from PCRDGGE analysis demonstrate that a specific Nitrosomonas microorganism is related to N2O emission.     

珠江口入海河段DIN形态转化与硝化和反硝化作用

在自广州中大码头(ST1)沿珠江主航道到虎门外的龙穴水道(ST9)之间设9个采样站,其中ST2、ST5、ST9号3个为沉积物采样站,研究珠江口入海河段溶解态无机氮形态转化与硝化和反硝化作用.水质分析和培养结果表明,水体中存在着强烈的硝化作用.从ST1到ST9站约有88%的NH+ 4转化成了NO- 3和NO- 2 .NH+ 4与NO- 3含量之间呈显著的负相关关系,相关系数R =-0 97(n =19) .NO- 3的变化趋势与其它要素相反,沿入海方向逐渐升高.珠江水相中的N2 O的浓度范围在5 7～3 2 9nmol·L- 1 ,饱和度在674%～413 4%之间,是N2 O的一个重要排放源.采用乙炔抑制法研究微生物作用下发生在沉积物中的硝化、反硝化作用,结果显示,沉积物中存在着强烈的硝化与反硝化作用,硝化速率:0 3 2～2 43mmol·m- 2 ·h- 1 ;反硝化速率:0 0 3～0 84mmol·m- 2 ·h- 1 ;硝酸盐的还原速率:4 17～13 0 6mmol·m- 2 ·h- 1 .硝化与反硝化作用主要发生在沉积物的0～4cm的区域,各站点由于沉积物性状不同而有所差异.硝化和反硝化速率与沉积物中NO- 3和NH+ 4的含量和Eh值等性质及水相中的DO浓度有关     

进水碳氮比对脱氮污泥羟胺氧化酶活性及N_2O产生的影响

在以A/O方式运行的SBR工艺中,研究了3种不同进水碳氮比下硝化与反硝化过程中污泥羟胺氧化酶(HAO)活性变化、N2O的产生/释放规律及两者之间的关联性.结果表明,当C/N=3.5与C/N=9.5时,HAO平均酶活性分别为(283.77±19.64),(348.87±17.94)U/g MLSS,而C/N=6.5条件下的平均酶活性仅为(246.45±23.30)U/g MLSS,总体上3个条件下缺氧阶段HAO活性均较好氧阶段高;反应过程中HAO的活性变化趋势基本与气态N_2O释放速率、溶解态N_2O及亚硝氮的浓度变化趋势成正相关,在C/N=9.5下好氧段HAO活性与后三者呈现完全一致的变化规律.N_2O主要产生于好氧阶段进行的硝化过程,尤其是羟胺氧化是N_2O产生的主要环节;碳源相对不充分的条件下(如C/N=3.5),缺氧段N_2O的释放与HAO活性关系密切;碳源相对较充分的条件下,缺氧段N_2O的产生与HAO酶活性无明显关联.推测可能是因为缺乏电子受体NO_2~-而导致HAO酶未参与反应;在N_2O产生较多的条件下,HAO活性相对也较高.     

脱甲河农业流域土壤沉积物氮素时空分布与N2O释放

为研究脱甲河农业小流域氮素输出特性,运用流动注射仪法和顶空平衡-气相色谱法于2015年4月—2016年1月对流域内4级河段(S1、S2、S3和S4)稻田-岸坡-河底沉积物土壤铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)及水体溶存氧化亚氮(N_2O)浓度进行了连续10个月的监测,并利用双层扩散模型法对水系N_2O排放通量进行了估算.结果表明:脱甲河流域稻田-岸坡-河底沉积物NH_4~+-N含量逐渐升高,NO_3~--N含量逐渐降低,其中,岸坡及河底沉积物土壤中的氮主要以NH_4~+-N形式为主,均值分别为(7.38±0.62)mg·kg-1和(16.49±1.70)mg·kg~(-1);稻田土壤和脱甲河水体中的氮主要以NO_3~--N为主,均值分别为(7.40±0.81)mg·kg~(-1)和(1.55±0.03)mg·L~(-1).水体溶存N_2O浓度范围在0.005~7.37μmol·L~(-1)之间,均值为(0.54±0.05)μmol·L~(-1);扩散通量在-1.11~1811.29μg·m~(-2)·h~(-1)之间,均值为(130.10±12.04)μg·m~(-2)·h~(-1),每年向大气输出的N_2O量为11.40 kg·hm-2.其中,在早稻生长初期和早晚稻收割、栽种交替时段N_2O输出量达到高峰.空间上,N_2O扩散通量表现为S1S4S3S2,S1级河段显著低于其他3级河段(p0.01).相关分析表明,脱甲河表层水体N_2O扩散通量与NH_4~+-N(r=0.87,p0.01)、NO_3~--N(r=0.80,p0.01)和水温(r=0.57,p0.01)呈显著正相关,流域内稻田-岸坡-河底沉积物及水体NH_4~+-N和NO_3~--N浓度间相关性不显著.脱甲河农业小流域氮素流失主要包括稻田-岸坡-河底沉积物中铵态氮、硝态氮及水体中N_2O,在水稻栽种期间出现高峰,存在较大氮素流失风险,因此,开展农业小流域氮素流失研究对区域氮素周转及农业生产活动具有重要的指导意义.     

Effects of long-term amendment of organic manure and nitrogen fertilizer on nitrous oxide emission in a sandy loam soil

To understand the effects of long-term amendment of organic manure and N fertilizer on N2O emission in the North China Plain, a laboratory incubation at different temperatures and soil moistures were carried out using soils treated with organic manure （OM）, half organic manure plus half fertilizer N （HOM）, fertilizer NPK （NPK）, fertilizer NP （NP）, fertilizer NK （NK）, fertilizer PK （NK） and control （CK） since 1989. Cumulative N2O emission in OM soil during the 17 d incubation period was slightly higher than in NPK soil under optimum nitrification conditions （25℃ and 60% water-filled pore space, WFPS）, but more than twice under the optimum denitrification conditions （35℃ and 90% WFPS）. N2O produced by denitrification was 2.1-2.3 times greater than that by nitrification in OM and HOM soils, but only 1.5 times greater in NPK and NP soils. These results implied that the long-term amendment of organic manure could significantly increase the N2O emission via denitrification in OM soil as compared to NPK soil. This is quite different from field measurement between OM soil and NPK soil. Substantial inhibition of the formation of anaerobic environment for denitrification in field might result in no marked difference in N2O emission between OM and NPK soils. This is due in part to more rapid oxygen diffusion in coarse textured soils than consumption by aerobic microbes until WFPS was 75% and to low easily decomposed organic C of organic manure. This finding suggested that addition of organic manure in the tested sandy loam might be a good management option since it seldom caused a burst of N2O emission but sequestered atmospheric C and maintained efficiently applied N in soil.