辽河口沉积物反硝化过程研究-以反硝化功能基因丰度及nirK型细菌群落结构分析为例 被引量：4

1

作者 明红霞 陈泉睿 +3 位作者 史银银 苏洁 于颖 樊景凤 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第12期82-92,共11页

近年来,辽河口沿岸人类活动频繁,工农业活动发达,大量的氮、磷等营养物质输入至感潮河段继而排放入海,导致辽河口水体富营养化程度加剧。沉积物区域是反硝化作用的重要发生地和微生物富集地。微生物能够将沉积物中的硝酸盐及亚硝酸盐还... 近年来,辽河口沿岸人类活动频繁,工农业活动发达,大量的氮、磷等营养物质输入至感潮河段继而排放入海,导致辽河口水体富营养化程度加剧。沉积物区域是反硝化作用的重要发生地和微生物富集地。微生物能够将沉积物中的硝酸盐及亚硝酸盐还原为N2O和N2释放到大气中,进而减轻河口生态系统氮负荷。本文中的实验采用定量PCR技术测定辽河口表层沉积物反硝化过程功能基因narG、nirK、norB、nosZ的基因丰度,结果表明,主导硝酸盐还原的narG功能基因丰度最高。使用高通量测序技术对nirK型功能基因进行测序,结果显示,在辽河口反硝化细菌中Devosia、Phaeobacter、Alcaligenes、Pseudomonas菌属丰度较高。反硝化功能基因的丰度主要受到沉积物粒径的影响,norB基因丰度与多个环境因子显著相关。nirK型反硝化细菌的群落结构和多样性主要受盐度、pH、溶解氧以及NO2−的影响。研究分析了反硝化功能基因丰度和细菌群落结构及其主要影响因子,其结果为辽河口水体富营养化中氮元素归趋的认知提供理论依据。 展开更多

关键词 辽河口 沉积物 NIRK 细菌群落结构 反硝化功能基因

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太湖沉积物反硝化功能基因丰度及其与N_2O通量的关系 被引量：5

2

作者 刘德鸿 文帅龙 +2 位作者 龚琬晴 钟继承 钟文辉 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2019年第1期136-142,共7页

温室气体N_2O的生成和排放与反硝化功能微生物关系密切,探讨沉积物反硝化微生物功能基因丰度及其与N_2O通量的关系有助于更好地理解沉积物N_2O生成与排放的微生物学机制。以太湖为研究对象,采用定量qPCR(Quantitative PCR)技术测定了太... 温室气体N_2O的生成和排放与反硝化功能微生物关系密切,探讨沉积物反硝化微生物功能基因丰度及其与N_2O通量的关系有助于更好地理解沉积物N_2O生成与排放的微生物学机制。以太湖为研究对象,采用定量qPCR(Quantitative PCR)技术测定了太湖沉积物反硝化功能基因(nirK、nirS、norB和nosZ)丰度,阐明了太湖沉积物反消化功能基因丰度的季节变化规律,并分析了反硝化功能基因丰度与沉积物N_2O通量及其他环境因子的关系。结果表明:太湖沉积物反硝化功能基因丰度呈现夏秋季高冬春季低,具有明显的季节变化特征,norB基因丰度最高,均值为9.03×10~9 copies·g^(-1),其次为nir S基因(1.14×10~9copies·g^(-1)),nirK和nosZ基因丰度均值分别为3.04×10~8copies·g^(-1)和1.09×10~8copies·g^(-1)。沉积物TN和NO_2^-是影响反硝化功能基因丰度的重要环境因子。夏秋季沉积物N2O通量为-0.12-0.04nmol·g^(-1)·h^(-1),均值为-0.05nmol·g^(-1)·h^(-1),与反硝化功能基因(nir K、nir S和nir B)丰度呈显著正相关(P<0.05),表明反硝化过程消耗了N_2O。冬春季沉积物N_2O通量为-0.05-0.48 nmol·g^(-1)·h^(-1),均值为0.27 nmol·g^(-1)·h^(-1),与反硝化功能基因丰度不具显著相关性,表明反硝化作用可能不是N_2O产生的主要过程。 展开更多

关键词 太湖 沉积物 N 2 O 反硝化功能基因

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反硝化深床滤柱深度脱氮效果及反硝化功能基因分析 被引量：3

3

作者 刘灵婕 季民 +3 位作者 王芬 孙未 翟思媛 王阳 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期4917-4923,共7页

采用石英砂、活性炭双层滤料反硝化深床滤柱处理城镇污水处理厂二沉池出水中硝酸盐氮(NO3–-N),研究了深床滤柱反硝化脱氮性能以及主要反硝化功能基因对进水碳氮比(化学需氧量/总氮,即COD/TN,简称C/N)的响应。结果表明,NO3–-N平均转化... 采用石英砂、活性炭双层滤料反硝化深床滤柱处理城镇污水处理厂二沉池出水中硝酸盐氮(NO3–-N),研究了深床滤柱反硝化脱氮性能以及主要反硝化功能基因对进水碳氮比(化学需氧量/总氮,即COD/TN,简称C/N)的响应。结果表明,NO3–-N平均转化率随着C/N升高,由46.5%升高至90.0%,化学需氧量(COD)平均去除率由97.2%降至76.5%。低碳氮比(C/N<6)条件下,出水亚硝酸盐氮(NO2–-N)出现明显的积累,在C/N=4.2时,积累率达41.5%,在高碳氮比(C/N≥6)条件下,NO2–-N积累量逐渐减少,直至出水无NO2–-N。研究表明,反硝化深床滤柱对污染物的转化主要发生在前35cm滤料深度,COD去除率和NO3–-N转化率分别为94.0%、81.2%。采用荧光实时定量PCR技术在C/N分别为4.2、6和7条件下,对深床滤柱中反硝化功能基因napA、narG、nirK、nirS和nosZ数量进行分析,结果表明,随着C/N升高,各反硝化功能基因拷贝数也随之升高,说明增加碳源投加量可以为反硝化细菌提供更好的生长环境,有利于其生长繁殖,促进反硝化过程的进行;当narG基因拷贝数大于(nirS+nirK)基因拷贝数时,NO2–-N会产生积累。 展开更多

关键词 反硝化深床滤柱 C/N比 荧光实时定量PCR 反硝化功能基因

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稻田不同轮作休耕模式下土壤反硝化功能基因群落结构 被引量：1

4

作者 李娜 徐慧芳 黄国勤 《华中农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期42-50,共9页

为了探索不同轮作休耕种植模式下稻田土壤氮素及相关微生物群落结构的变化,采用乙炔抑制法测定土壤反硝化潜势,利用高通量测序手段分析反硝化微生物群落多样性和组成,以传统种植模式紫云英-早稻-晚稻(A)为对照,比较分析4种轮作休耕种植... 为了探索不同轮作休耕种植模式下稻田土壤氮素及相关微生物群落结构的变化,采用乙炔抑制法测定土壤反硝化潜势,利用高通量测序手段分析反硝化微生物群落多样性和组成,以传统种植模式紫云英-早稻-晚稻(A)为对照,比较分析4种轮作休耕种植模式:紫云英-早稻-玉米||甘薯(B)、油菜-甘蔗||春大豆(C)、紫云英-春大豆-秋大豆(D)和休耕(E)的土壤理化性状、土壤反硝化潜势及相关微生物组成变化。结果显示:4种轮作休耕模式的土壤反硝化潜势显著低于传统轮作模式,有效减少了土壤氮素气态损失;4种轮作休耕模式的nirK和nirS功能基因群落结构存在显著差异,其中nirK基因群落结构受轮作休耕模式的影响小于nirS功能基因;与传统种植模式相比,休耕模式更有利于nirS功能基因α多样性的积累;从nirS和nirK基因群落物种相对丰度来看,轮作休耕模式的优势物种丰度高于传统轮作模式,其中紫云英-早稻-玉米||甘薯(B)和休耕(E)的菌属丰度相对较高。并且影响反硝化潜势的关键菌属是大豆根瘤菌Bradythizobium(r^(2)=0.85,P<0.05)和unclassified_p_Proteobacteria(r^(2)=0.88,P<0.05);相关性分析及冗余分析发现,pH、有效磷、速效钾、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)与反硝化潜势呈显著相关,而影响nirK和nirS功能基因群落结构的重要影响因子是含水率。结果表明:稻田适当采用水旱、旱旱轮作及休耕模式,会改变土壤的淹水环境,影响反硝化功能基因群落结构,有助于抑制土壤氮素的气态流失,促进土壤肥力提高及土壤结构改良,其中“紫云英-早稻-玉米||甘薯”和“休耕”种植模式效果最佳。 展开更多

关键词 轮作休耕 氮流失 反硝化潜势 反硝化功能基因群落结构 氮素利用效率 微生物种群

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硝化抑制剂对农业废物好氧堆肥理化性质及反硝化功能基因的影响 被引量：9

5

作者 陈耀宁 黄爱知 +6 位作者 黎媛萍 黄静霞 张嘉超 张洁 谭雪斌 马騻 曾光明 《环境工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第8期4451-4456,共6页

以秸秆等农业废物为主要原料,添加硝化抑制剂双氰胺(dicyandiamide,DCD)进行静态好氧堆肥实验,设置相同堆肥条件不添加DCD作为空白对照,分析了堆肥过程中各个时期不同处理的p H值、NH+4-N浓度、NO-3-N浓度和水溶性有机碳(WSC)理化参数... 以秸秆等农业废物为主要原料,添加硝化抑制剂双氰胺(dicyandiamide,DCD)进行静态好氧堆肥实验,设置相同堆肥条件不添加DCD作为空白对照,分析了堆肥过程中各个时期不同处理的p H值、NH+4-N浓度、NO-3-N浓度和水溶性有机碳(WSC)理化参数的变化趋势,并应用定量聚合酶链式反应(real-time PCR)技术对参与反硝化过程的功能基因(nir K、nir S和nos Z)丰度随时间的变化情况进行了研究。结果表明,添加DCD明显地改变了堆肥过程的氮素转化,两组堆肥样品的p H值、NH+4-N浓度、NO-3-N浓度有显著差异(p<0.001),但是对WSC的下降过程没有明显影响。DCD对nir K基因的抑制效果最显著,同时nir S和nos Z基因因为理化参数的改变而受到了间接影响。 展开更多

关键词 好氧堆肥 硝化抑制剂 理化性质 反硝化功能基因

原文传递

沉积物中多环芳烃对反硝化功能基因垂直分布的影响 被引量：4

6

作者 吴艳阳 吴群河 +3 位作者 黄珊 叶嘉欣 张恒军 张仁铎 《环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期3592-3597,共6页

研究了沉积物中PAHs对特定反硝化功能基因垂直分布的影响,以建立反硝化条件下PAHs和各阶段反硝化反应之间的关系.2011年3月,对珠江广州河段珠江大桥、黄沙码头和二沙岛三处具有代表性的区域沉积物进行采集,对沉积物PAHs污染和特定反硝... 研究了沉积物中PAHs对特定反硝化功能基因垂直分布的影响,以建立反硝化条件下PAHs和各阶段反硝化反应之间的关系.2011年3月,对珠江广州河段珠江大桥、黄沙码头和二沙岛三处具有代表性的区域沉积物进行采集,对沉积物PAHs污染和特定反硝化功能基因(narG、nirS、nosZ和nrfA)的垂直分布特征进行了研究,并通过多变量技术建立了反硝化条件下PAHs和特定反硝化功能基因之间的关系.典范对应分析(CCA)表明,硝酸盐异化还原反应和高环PAHs之间联系密切.PAHs对nosZ编码基因影响最为明显,即对反硝化作用氧化亚氮还原阶段抑制作用最强.除氧化亚氮还原阶段外,其他各阶段反硝化细菌普遍体现出对高环PAHs的适应性,特别是含有异化亚硝酸盐还原酶编码基因(nrfA)的微生物可能具有潜在的高环PAHs厌氧降解能力.亚硝态氮还原酶编码基因(nirS)表现出特异性,需要进一步深入研究. 展开更多

关键词 沉积物 反硝化功能基因 多环芳烃 垂直分布 典范对应分析

原文传递

上覆水不同C/N比条件下沉积物环境反硝化及氨氧化功能基因丰度变化特征 被引量：7

7

作者 李筱宛 张亚平 +2 位作者 万宇 罗跃辉 阮晓红 《南京大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期27-35,共9页

以太湖梅梁湾沉积物环境为研究对象,通过室内培养试验,研究上覆水不同C/N比条件对沉积物中反硝化(nirS、nirK)及氨氧化功能基因(古菌AOA-amoA、细菌AOB-amoA)丰度的影响,实验设计硝氮水平为2.0和5.0mg·L-1,C/N为0.5、2、4、6、10、... 以太湖梅梁湾沉积物环境为研究对象,通过室内培养试验,研究上覆水不同C/N比条件对沉积物中反硝化(nirS、nirK)及氨氧化功能基因(古菌AOA-amoA、细菌AOB-amoA)丰度的影响,实验设计硝氮水平为2.0和5.0mg·L-1,C/N为0.5、2、4、6、10、14.结果表明,所有实验组样品在60天的培养周期中,反硝化功能基因丰度与本底值相比有所上升,但对C/N比变化响应不显著;氨氧化功能基因丰度对C/N比的变化有响应,当C/N比大于一定比值时,其丰度由初期的显著上升变化为显著下降.其中,氨氧化古菌(AOA-amoA)丰度对C/N比变化响应更显著.相关性分析表明,系统中硝酸盐氮浓度与氨氧化功能基因丰度呈显著相关(r2=0.551,P<0.05),当氨氧化功能基因丰度较高时,来源于沉积物中氨氮的硝化产物使得系统中硝酸盐氮趋于累积. 展开更多

关键词 碳氮比 反硝化功能基因 氨氧化功能基因

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活性污泥反硝化速率与功能基因活性关联分析 被引量：2

8

作者 周星煜 张金松 《给水排水》 CSCD 北大核心 2022年第S01期711-717,共7页

以探究污水处理系统反硝化速率与活性污泥反硝化功能基因活性之间的联系为目的,建立反硝化反应器装置,以实际水质净化厂缺氧池污泥作为研究对象,考察了其微生物菌群结构和反硝化效能并进行了分子生物学分析。结果表明:缺氧池活性污泥中... 以探究污水处理系统反硝化速率与活性污泥反硝化功能基因活性之间的联系为目的,建立反硝化反应器装置,以实际水质净化厂缺氧池污泥作为研究对象,考察了其微生物菌群结构和反硝化效能并进行了分子生物学分析。结果表明:缺氧池活性污泥中存在硝化螺旋菌科(Nitrospiraceae)和红环菌科(Rhodocyclaceae)两种与氮代谢相关的优势菌群。反应器模拟废水进水NO^(-)_(3)-N浓度为30 mg·L^(-1),经过反应器运行约2 h,可去除约95%的NO^(-)_(3)-N,平均反硝化速率为3.31 mg·(g·h)^(-1);瞬时反硝化速率呈现不规则变化,最高瞬时反硝化速率为6.47 mg·(g·h)^(-1);经分子生物学qPCR实验测定,活性污泥反硝化功能基因活性(包括narG、nirK、nirS、norB和nosZ)也呈现不规则变化;通过对数据相关性、拟合度分析,证明反硝化速率与反硝化功能基因活性存在一定程度上的相关性,其中关联程度最高的是编码亚硝酸盐还原酶的nir基因。 展开更多

关键词 反硝化功能基因 脱氮效率 关联性 检测手段

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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 被引量：9

9

作者 刘时光 王晓玲 +4 位作者 王元涛 王晓敏 宋以萍 蒋莹莹 祝贵兵 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1040-1050,共11页

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N2 O产生潜势... 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N2 O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)×10^8 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)×10^7 copies·g^-1和(8.86±0.0010)×10^7 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N2 O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. 展开更多

关键词 稻田垂向土壤 氧化亚氮 反硝化细菌功能基因 群落结构

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植物种类对野芷湖湖岸带土壤反硝化作用的影响

10

作者 雷芊芊 张翎 +4 位作者 胡荣桂 王砚 赵劲松 林杉 姜炎彬 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1116-1129,共14页

反硝化作用是湖岸带有效去除氮素的关键氮循环过程,受到植物、土壤理化性质及微生物等因素的影响。为探究湖岸带不同植物对土壤反硝化作用的影响,通过调查测定野芷湖湖岸带9种常见植物的根际与非根际土壤的反硝化功能基因丰度和反硝化潜... 反硝化作用是湖岸带有效去除氮素的关键氮循环过程,受到植物、土壤理化性质及微生物等因素的影响。为探究湖岸带不同植物对土壤反硝化作用的影响,通过调查测定野芷湖湖岸带9种常见植物的根际与非根际土壤的反硝化功能基因丰度和反硝化潜势,分析其与土壤理化性质的关系,阐明植物种类影响反硝化作用的机制。研究结果表明:(1)种植植物会改变湖岸带土壤的理化指标,植物根际土的硝态氮(NN)、铵态氮(AN)、总碳(TC)、总氮(TN)和可溶性有机碳(DOC)含量等显著高于非根际土,其中柳树、黄素馨、喜旱莲子草根际土的TC、DOC、TN、NN显著高于其他物种,桂树的根际和非根际土的pH均显著低于其他物种;(2)植物根际土的微生物反硝化功能基因(narG、napA、nirS、nirK和nosZ)丰度显著高于非根际土,其中柳树、黄素馨、喜旱莲子草根际土的基因丰度显著高于其他物种,pH、TN、NN和DOC等对反硝化功能基因丰度影响较大;(3)根际土的反硝化潜势显著高于非根际土,其中柳树、桂树、黄素馨根际土的反硝化潜势显著高于其他物种,黄素馨非根际土的反硝化潜势也较高,pH、DOC、TN以及napA、nirS、norB基因丰度等对土壤的反硝化潜势具有显著影响。本研究说明植物根际微环境更有利于反硝化微生物的生长与繁殖,湖岸带种植植物时可考虑不同的常绿和落叶乔木、灌木、草本植物的合理配置来提高湖岸带的氮素截留能力,以减少由过量氮素进入水生生态系统导致的面源污染。 展开更多

关键词 植物 反硝化潜势 湖岸带 反硝化功能基因 土壤理化性质

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亚硝酸盐添加对土壤硝化和反硝化基因转录活性及N_(2)O排放的影响 被引量：2

11

作者 陈吉吉 荆红卫 +2 位作者 曹文超 陶蕾 王敬国 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期726-737,共12页

设施菜田土壤氧化亚氮(N_(2)O)脉冲式排放期间通常伴随着亚硝酸盐( NO_(2)^(-))的大量积累,为揭示NO_(2)^(-)对设施菜田土壤N_(2)O排放的影响机制,以两种典型蔬菜种植区土壤(碱性土壤/酸性土壤)为研究对象,通过室内培养试验,对比厌氧和... 设施菜田土壤氧化亚氮(N_(2)O)脉冲式排放期间通常伴随着亚硝酸盐( NO_(2)^(-))的大量积累,为揭示NO_(2)^(-)对设施菜田土壤N_(2)O排放的影响机制,以两种典型蔬菜种植区土壤(碱性土壤/酸性土壤)为研究对象,通过室内培养试验,对比厌氧和好氧培养条件下添加NO_(2)^(-)后两种土壤无机氮转化与N_(2)O、氮气(N_(2))和二氧化碳(CO_(2))等气体排放,以及氨氧化单加氧酶α亚基调控基因(amoA)、亚硝酸盐还原酶调控基因(nirK和nirS,统称nir)和N_(2)O还原酶调控基因(nosZ)的丰度和转录情况。结果显示:受pH等环境因素影响,土壤中 NO_(2)^(-)含量并不一定与N_(2)O排放之间存在相关性,但添加NO_(2)^(-)的处理显著增加了两种土壤的N_(2)O排放量和N_(2)O/(N_(2)O+N_(2))指数(IN_(2)O)(P<0.05)。碱性土壤中,60 mg·kg^(-1)外源 NO_(2)^(-)对土壤CO_(2)排放无明显抑制作用,厌氧培养条件下nirK基因、好氧培养条件下amoA和nirS基因均出现了添加 NO_(2)^(-)后转录拷贝数显著高于空白处理的现象,而nosZ基因无此现象。酸性土壤中,amoA转录活性整体较低,好氧空白处理时nirS基因转录拷贝数随培养时间的延长而增加(P<0.05);60 mg·kg^(-1)外源NO_(2)^(-)明显降低了酸性土壤的CO_(2)排放量、相关基因的丰度及转录拷贝数。上述结果显示,土壤中积累的NO_(2)^(-)会通过诱导nir基因转录与N_(2)O还原酶竞争电子和抑制N_(2)O还原酶活性等途径,增加土壤的IN_(2)O,影响有氧条件下N_(2)O的排放途径,研究结果将为探索设施菜田土壤氮素高效利用和N_(2)O减排提供科学依据。 展开更多

关键词 NO_(2)^(-) N_(2)O N_(2)O/(N_(2)O+N_(2))指数 硝化和反硝化功能基因转录 pH 异养反硝化

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生物质炭对酸性菜地土壤N_2O排放及相关功能基因丰度的影响 被引量：18

12

作者 李双双 陈晨 +2 位作者 段鹏鹏 许欣 熊正琴 《植物营养与肥料学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期414-423,共10页

【目的】生物质炭显著影响土壤氧化亚氮(N_2O)排放,但关于其相关微生物机理的研究相对匮乏,尤其是生物质炭对酸性菜地土壤N_2O排放的微生物作用机理。本文通过研究氮肥配施生物质炭对酸性菜地土壤N_2O排放以及硝化和反硝化过程相关功能... 【目的】生物质炭显著影响土壤氧化亚氮(N_2O)排放,但关于其相关微生物机理的研究相对匮乏,尤其是生物质炭对酸性菜地土壤N_2O排放的微生物作用机理。本文通过研究氮肥配施生物质炭对酸性菜地土壤N_2O排放以及硝化和反硝化过程相关功能基因丰度的影响,探讨酸性菜地土壤N_2O排放与功能基因丰度的关系,阐释生物质炭对酸性菜地土壤试验N_2O排放的微生物作用机理。【方法】在田间一次性施入生物质炭40 t/hm^2,试验连续进行了3年,共9茬蔬菜。设置4个处理:对照(CK)、氮肥(N)、生物质炭(Bc)和氮肥+生物质炭(N+Bc)。在施用后第三年,采集土壤样品进行室内培养,应用荧光定量PCR技术检测硝化过程氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)功能基因amo A和反硝化过程亚硝酸还原酶基因(nir K、nir S)以及N_2O还原酶基因(nos Z)等相关功能基因丰度,同时监测土壤p H值、无机氮(铵态氮、硝态氮)含量及N_2O排放。【结果】与CK相比,生物质炭(Bc)处理的土壤有机碳(SOC)提高了27.1%,总氮(TN)提高了8.2%,amo A-AOB基因丰度显著降低了11.0%,nos Z基因丰度增加了21.2%(P<0.05),N_2O排放没有显著变化(P>0.05)。与CK相比,施用氮肥(N)显著降低土壤p H(P<0.05),显著增加土壤无机氮含量、nir K、nir S和nos Z功能基因丰度以及土壤N_2O累积排放量(P<0.05)。与N处理相比,生物质炭与氮肥联合施用(N+Bc)处理显著增加amo A-AOA、amo A-AOB、nir K、nir S和nos Z基因丰度,增幅分别为68.1%、39.3%、21.1%、19.8%、48.4%(P<0.05),但(nir K+nir S)/nos Z的比值降低,同时N_2O累积排放量显著降低33.3%(P<0.05)。室内培养期间N_2O排放峰出现在1~5 d,N和N+Bc处理排放速率分别为N 1.70×10~3和1.76×10~3 ng/(kg·h)。相关分析结果显示,N_2O排放速率与氧化亚氮还原酶的标记基因nos Z基因拷贝数(P<0.05)、NH4+-N含量(P<0.01)呈显著正相关,与p H呈显著负相关(P<0.01)。【结论】在菜地生态系统中氮肥和生物质炭联合施用可以有效缓解菜地土壤酸化,减少菜地土壤N_2O排放,主要归因于反硝化作用nos Z基因丰度增加,(nir K+nir S)/nos Z比值降低。 展开更多

关键词 菜地土壤 N_2O排放 生物质炭 硝化过程功能基因 反硝化过程功能基因

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污泥好氧堆肥中反硝化作用与腐植酸组分稳定化关系研究

13

作者 史明子 赵昕宇 +7 位作者 朱龙吉 吴俊秋 Taha Ahmed Mohamed 张旭 陈晓蒙 赵越 魏自民 魏自民(审查) 《环境卫生工程》 2021年第3期95-95,共1页

1研究亮点*反硝化作用的增强降低了好氧污泥堆肥中腐植酸组分含量;*反硝化作用的增强刺激了反硝化功能基因丰度;*反硝化芳香族化合物降解微生物是反硝化功能基因的宿主微生物,是影响腐植酸组分的主要因素。2背景腐植酸是堆肥过程中微生... 1研究亮点*反硝化作用的增强降低了好氧污泥堆肥中腐植酸组分含量;*反硝化作用的增强刺激了反硝化功能基因丰度;*反硝化芳香族化合物降解微生物是反硝化功能基因的宿主微生物,是影响腐植酸组分的主要因素。2背景腐植酸是堆肥过程中微生物降解有机物转化形成的一种高分子量芳香族化合物,其形成数量、芳构化程度与堆肥稳定性、腐熟程度及产品品质密切相关。 展开更多

关键词 污泥好氧堆肥 反硝化作用 腐植酸 芳香族化合物降解微生物 反硝化功能基因

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好氧反硝化生物脱氮技术的研究进展 被引量：28

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作者 冯亮 袁春燕 +4 位作者 杨超 皮姗姗 马放 杨基先 李昂 《微生物学通报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期3342-3354,共13页

好氧反硝化生物脱氮技术自提出以来,凭借能实现同步硝化反硝化、节省基建投资及运行费用等诸多优点,受到国内外环境领域学者的广泛关注。本文首先总结了近年来好氧反硝化菌种的筛选分离情况,以及环境因子对好氧反硝化菌脱氮效能的影响,... 好氧反硝化生物脱氮技术自提出以来,凭借能实现同步硝化反硝化、节省基建投资及运行费用等诸多优点,受到国内外环境领域学者的广泛关注。本文首先总结了近年来好氧反硝化菌种的筛选分离情况,以及环境因子对好氧反硝化菌脱氮效能的影响,包括溶解氧(dissolved oxygen,DO)、碳氮比(C/N)、温度等。然后深入探讨了好氧反硝化生物脱氮技术的原理,好氧反硝化过程中的关键功能基因及酶,同时介绍了分子生物技术在好氧反硝化研究过程中的应用,以及好氧反硝化生物脱氮技术在实际应用方面的研究现状。最后,基于目前的研究瓶颈问题,对未来好氧反硝化生物脱氮技术的研究方向提出了科学展望。 展开更多

关键词 好氧反硝化 生物脱氮技术 电子传递 反硝化功能基因 环境因子

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雄安新区-白洋淀冬季冰封期水体好氧反硝化菌群落空间分布特征及驱动因素 被引量：20

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作者 周石磊 孙悦 +7 位作者 岳哿丞 张航 王周强 刘世崇 彭瑞哲 苑世超 李再兴 崔建升 《环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期2177-2187,共11页

为了定向精准地完成适于白洋淀低温期水体水质的好氧反硝化菌的筛选和分离,本文结合水质调查和好氧反硝化功能基因(napA)高通量测序技术,进行了水体水质、微生物群落α多样性、β多样性分析以及微生物网络分析.结果表明,该时期白洋淀不... 为了定向精准地完成适于白洋淀低温期水体水质的好氧反硝化菌的筛选和分离,本文结合水质调查和好氧反硝化功能基因(napA)高通量测序技术,进行了水体水质、微生物群落α多样性、β多样性分析以及微生物网络分析.结果表明,该时期白洋淀不同采样点的水体水质存在显著差异,入淀河口区的氮素最高;各采样点α多样性存在显著差异(P<0.05),藻苲淀(ZZD)和瀑河(BH)的菌群丰富度和多样性最低;与此同时,该时期水体的OTU主要属于变形菌门(Protebacteria)中的α-Proteobacteria纲、β-Proteobacteria纲和γ-Proteobacteria纲;韦恩图分析(Venn)表明各采样点水体好氧反硝化菌群组成存在明显差异;膨胀因子分析(VIF)和RDA分析显示,温度、溶解氧、氨氮、硝氮、溶解性总磷以及氧化还原电位是影响菌群组成的主要环境因子;网络分析表明,该时期微生物网络中物种间以共生关系为主;Mantel test分析得出温度、氧化还原电位、硝氮、氨氮、溶解性总磷以及铁锰是影响模块群落结构演变的关键环境因子.综上可知,基于好氧反硝化功能基因(napA)进行高通量测序来研究白洋淀冬季冰封期水体好氧反硝化菌群落特征和环境驱动因素可行,为实现适于该时期水体水质的好氧反硝化菌"定向-精准-高效"的筛选提供技术支撑. 展开更多

关键词 白洋淀 好氧反硝化 好氧反硝化功能基因(napA) 生物信息分析 网络分析

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低碳氮比条件下外加铁源对生物脱氮性能与机理的研究 被引量：5

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作者 张浩 鲍立宁 +1 位作者 黄显怀 周赛赛 《工业用水与废水》 CAS 2021年第2期24-29,共6页

针对高氨氮废水,通过投加微量元素Fe^(2+)强化微生物活性,研究低碳源(碳氮比不超过3)条件下外加铁源对活性污泥脱氮性能的影响以及主要反硝化功能基因的变化。结果表明:在低碳氮比(碳氮比为3)条件下,A反应器(ρ(Fe^(2+))=2 mg/L)的TN去... 针对高氨氮废水,通过投加微量元素Fe^(2+)强化微生物活性,研究低碳源(碳氮比不超过3)条件下外加铁源对活性污泥脱氮性能的影响以及主要反硝化功能基因的变化。结果表明:在低碳氮比(碳氮比为3)条件下,A反应器(ρ(Fe^(2+))=2 mg/L)的TN去除率比B反应器(ρ(Fe^(2+))=0 mg/L)提高了10.4%。持续投加Fe^(2+), A反应器TTC-ETS(电子传递体系)活性整体比对照组B高,同时A反应器中INT-ETS(电子传递体系)活性呈上升趋势,B反应器维持不变。另外,根据荧光定量PCR试验结果表明,在碳氮比为3的情况下,A反应器的活性污泥中narG、 nirK、 nosZ基因拷贝数均高于B反应器。研究表明,投加Fe^(2+)有利于增加系统中反硝化菌群丰度,同时促进微生物的电子传递,进而实现TN的去除。 展开更多

关键词 铁源 低碳源 ETS活性 反硝化功能基因 PCR

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铁膜促进水稻土N_(2)O排放的根际微域反硝化微生物机制解析 被引量：2

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作者 张子娴 刘婷 +1 位作者 秦树平 周顺桂 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期437-447,共11页

稻田是温室气体氧化亚氮(N_(2)O)的主要排放源之一,反硝化作用是引起N_(2)O释放的重要过程,主要由微生物驱动完成,nirK、nirS和nosZ功能基因是反硝化菌的重要生物标志.本研究通过诱导水稻根表形成铁膜,使用N_(2)O直接测定法和基于反硝... 稻田是温室气体氧化亚氮(N_(2)O)的主要排放源之一,反硝化作用是引起N_(2)O释放的重要过程,主要由微生物驱动完成,nirK、nirS和nosZ功能基因是反硝化菌的重要生物标志.本研究通过诱导水稻根表形成铁膜,使用N_(2)O直接测定法和基于反硝化功能基因引物的高通量测序,采用盆栽试验研究了水稻土N_(2)O累积排放浓度、根际土和根内反硝化微生物群落结构的分布变化.Pearson相关分析表明,N_(2)O累积排放浓度与铁膜含量呈正相关,铁膜促进N_(2)O排放.诱导根表形成铁膜后,反硝化微生物的多样性和丰富度提高,具体表现为nirK、nirS和nosZ型OTU增多,nirK型在根内明显增加,而nirS型在根际土中增加.此外,假单胞菌(Pseudomonas)是水稻根际土和根内优势菌属,铁膜提高其丰度,尤其是nirS、nosZ型假单胞菌丰度占比提升更显著.显然,铁膜的形成改变了水稻根际和根内nirK、nirS和nosZ型反硝化微生物的群落结构,进而可能促进水稻土N_(2)O排放. 展开更多

关键词 铁膜 氧化亚氮 水稻土 反硝化功能基因 微生物群落结构

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干湿交替对自然沟渠沉积物反硝化速率的影响 被引量：6

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作者 邵志江 汪涛 +1 位作者 张云霞 郑斌 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第11期4010-4017,共8页

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... 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,中强度处理的nirS基因拷贝数在实验前后差异显著.Pearson相关分析结果表明,沉积物的反硝化速率与NO-3⁃N含量、ORP和nirK基因拷贝数呈显著正相关(p<0.05).干湿交替可能主要通过改变沉积物的NO-3⁃N含量、ORP和nirK基因拷贝数影响沉积物反硝化速率. 展开更多

关键词 干湿交替 自然沟渠 反硝化速率 沉积物 反硝化功能基因

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生物滞留土壤质地与汇流比对微生物硝化、反硝化过程的影响 被引量：2

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作者 闫玉清 李立青 马旭高 《环境工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期2484-2493,共10页

生物滞留是工程设计的土壤-植物-微生物共同作用的系统,可有效收集和处理城市地表径流。但是,对城市地表径流氮污染去除变化范围大。由于缺乏直接定量生物滞留反硝化微生物丰度和活性以及工程设计的影响,限制了提高氮去除的工程设计优... 生物滞留是工程设计的土壤-植物-微生物共同作用的系统,可有效收集和处理城市地表径流。但是,对城市地表径流氮污染去除变化范围大。由于缺乏直接定量生物滞留反硝化微生物丰度和活性以及工程设计的影响,限制了提高氮去除的工程设计优化。我们在海绵城市建设试点常德选择了15个土壤基质质地和汇流比设计不同的生物滞留设施(湿式生物滞留和干式生物滞留),通过采集土壤基质,测定生物滞留土壤基质反硝化潜势(DEA)和硝化潜势(PN),采用qPCR定量硝化基因(amoA)和反硝化基因(narG、napA、nirS、nirK、norB和nosZ)丰度,研究生物滞留土壤质地与汇流比对微生物硝化与反硝化过程的影响。结果表明,生物滞留土壤质地与汇流比对土壤基质微生物反硝化潜势与反硝化功能基因丰度具有重要的影响。土壤基质为粘壤土和高汇流比设计的湿式生物滞留微生物反硝化功能基因与反硝化潜势显著高于壤土基质与低汇流比的干式生物滞留。湿式和干式生物滞留DEA分别为2.47 mg·kg^(-1)·h^(-1)和0.17 mg·kg^(-1)·h^(-1),总反硝化功能基因丰度分别为1.80×10^(9)copies·g^(-1)和5.70×10^(8)copies·g^(-1)。土壤基质反硝化菌群与反硝化潜势随基质粘粒含量和汇流比升高而增加。滞水设计或处于饱和淹水状况明显可提高微生物反硝化功能。另外,微生物反硝化功能基因丰度与反硝化潜势也与土壤基质中有机碳和TN呈明显正相关。通过改进生物滞留工程设计可增加反硝化作用并减少氮向受纳水体的输出。本研究结果可为提高城市地表径流氮污染去除效果提供工程案例参考。 展开更多

关键词 城市地表径流 生物滞留设施 工程设计 反硝化潜势 反硝化功能基因

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竹林河岸带土壤反硝化脱氮效果模拟及机理研究 被引量：6

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作者 陈紫萱 周钟昱 +3 位作者 蒋文婷 田琳琳 李彦 蔡延江 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期426-436,共11页

以太湖流域上游南苕溪流域农业区竹林河岸带土壤为研究对象,采用乙炔抑制法研究不同外源硝态氮(NO_(3)^(-)-N)添加量(模拟添加NO_(3)^(-)-N浓度分别为0、5和10 mg·L^(-1)的污水,分别用N0、N5和N10处理表示)对不同离水距离(0~3、3~6... 以太湖流域上游南苕溪流域农业区竹林河岸带土壤为研究对象,采用乙炔抑制法研究不同外源硝态氮(NO_(3)^(-)-N)添加量(模拟添加NO_(3)^(-)-N浓度分别为0、5和10 mg·L^(-1)的污水,分别用N0、N5和N10处理表示)对不同离水距离(0~3、3~6、6~12 m)、不同深度(0~10、10~20、20~40 cm)土壤反硝化速率的影响.结果表明,N0、N5和N10处理的土壤72 h内的反硝化速率均值分别为59.65、163.56和295.81μg·kg^(-1)·h^(-1),不同处理间差异显著.N5和N10处理的土壤对外源NO_(3)^(-)-N的脱氮率均值分别为0.45和0.51,且N5处理显著低于N10处理;土壤反硝化速率和对外源NO_(3)^(-)-N脱氮率均随NO_(3)^(-)-N添加量的增大而增加.土壤反硝化速率随离水距离的增加而降低,表层土壤的反硝化脱氮效果最好.高量外源NO_(3)^(-)-N添加能为土壤反硝化提供较为充足的底物,耦合较高的反硝化微生物功能基因(nirS、nosZ I和nosZ II)丰度,可显著提高表层土壤或离水距离越近土壤对外源NO_(3)^(-)-N的脱氮率.本研究的竹林河岸带土壤反硝化可对过境与河流水体NO_(3)^(-)-N的去除发挥重要的生态作用,也可为该区河流水体氮污染的控制提供一定的科学参考. 展开更多

关键词 农业区 河岸带 土壤反硝化速率 反硝化微生物功能基因丰度 硝态氮 脱氮率

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