放牧家畜排泄物N转化研究进展

放牧家畜排泄物氮转化是草原生态系统氮循环的关键。自 2 0世纪 70年代以来 ,以提高氮利用效率和减少温室气体排放为目的的家畜排泄物氮转化的研究越来越受到人们的重视。放牧家畜排泄物氮的转化研究主要包括 3个方面 :氮的矿化、硝化与反硝化 ,氮的氨化。家畜粪氮矿化速度慢 ,持续时间长 ;尿氮矿化速度快 ,持续时间短。氮矿化与家畜排泄物 C∶ N比、木质素/氮素比、木质素含量和纤维素含量呈负相关关系 ,而与全氮含量和水溶性氮含量呈正相关 ;土壤动物和微生物可以显著促进氮的矿化过程 ;高温和相对干燥、砂质土壤较壤土和粘土有利于氮的矿化。 4～ 4 0℃氮硝化作用与温度呈正相关 ;硝化作用的底物和产物浓度、土壤溶液渗透压和氯化物浓度的增加对硝化作用有强烈的抑制效应 ;p H6 .0～ 8.0条件下硝化作用强度随着土壤p H值的升高而增加 ,而 p H值高于 8.0或低于 6 .0时硝化作用受到抑制 ;硝化作用与土壤氧气含量呈正相关关系 ,而与土壤含水量呈负相关 ;温暖湿润较干燥炎热的气候条件有利于硝化过程的进行。反硝化作用与土壤氧气浓度呈负相关关系 ,而与土壤含水量和可利用有机碳含量呈正相关 ;0～ 6 5℃反硝化作用强度随温度升高而增大 ,10～ 35℃条件下温度成为影响反硝化作用的关键因素 ;反硝化作用在     

长白山阔叶红松林土壤氮转化过程对长期施氮和降水变化的响应

土壤氮循环是森林生态系统主要的生物地球化学过程之一,具有重要的环境效应.本研究以长白山阔叶红松林为对象,通过人工氮添加和透明V型板截雨模拟氮沉降(NF)、降水减少(RR)以及两者交互作用(RF),分析了土壤硝化作用、反硝化作用,以及硝化功能微生物(氨氧化古菌AOA和氨氧化细菌AOB)、反硝化功能微生物(nirK、nirS和nosZ)和固氮功能微生物(nifH)对NF、RR及RF作用的响应.结果表明: 土壤硝化作用与土壤NH₄⁺-N、反硝化作用与土壤NO₃^--N含量呈显著正相关关系;土壤硝化作用和反硝化作用未因3种处理而发生显著变化,反硝化作用表现出明显的季节性动态变化;长期RR处理抑制了长白山阔叶红松林土壤净硝化作用,NF和RF处理则促进了其净硝化作用;nifH和nosZ菌群具有较强的抗胁迫能力,其多样性不易受氮水变化影响,干旱条件下nirK群落组成更容易受氮沉降影响;AOA对干旱具有较高敏感性,AOB对NF和RF处理具有较高敏感性.3种处理可不同程度影响土壤净硝化作用,并改变AOB、AOA和nirK基因反硝化微生物多样性,进而可能影响森林土壤含氮气体释放并改变森林生态系统服务.     

土壤水分对土壤产生气态氮的厌氧微生物过程的影响

气态氮[一氧化氮(NO)、氧化亚氮(N2O)和氮气(N2)]的释放是土壤氮损失的一种重要途径.硝化和反硝化作用是土壤气态氮损失的主要微生物过程,但是异养硝化作用、共反硝化作用和厌氧氨氧化过程对土壤气态氮损失的贡献尚不清楚.本研究利用15N标记和配对法,结合硝化抑制剂双氰胺(DCD),通过土壤培养试验来量化厌氧条件下各种...     

森林土壤氮转化的微生物功能研究

本文研究了不同林型下土壤(A+6层和A_1层)微生物、土壤酶活性在森林土壤氮转化中的作用。结果表明不同林型下土壤具有不同的固氮作用、反硝化作用、氨化作用和硝化作用速率,即阔叶林>针阔混交林>针叶林。已经证明,固氮作用主要存在于森林土壤的A_1层,反硝化作用主要存在于A_0层。森林土壤存在2种硝化作用过程,即由自养微生物所引起的自养硝化作用过程和异养微生物所引起的异养硝化作用过程。它的存在与林型有关,某些森林土壤中这2种硝化作用过程都存在,如针阔混交林下的A_0层和A_1层。有些林型下土壤,则以异养硝化作用过程为主,如针叶林的A_0层。     

覆盖措施对雷竹林地土壤硝化和反硝化作用的影响

为探讨林地覆盖对雷竹林土壤硝化和反硝化作用的影响,以不覆盖雷竹林为对照,测定了林地覆盖期间(覆盖后30、60、90 d)雷竹林土壤基本理化性质,并用气压分离过程技术(Ba PS)测定了土壤硝化速率和反硝化速率。结果表明:覆盖措施和覆盖时间对雷竹林土壤硝化和反硝化作用均有显著影响,而且两者存在明显的交互作用;覆盖能促进雷竹林土壤反硝化作用,但长时间覆盖会抑制雷竹林土壤硝化作用;覆盖总体上会降低雷竹林土壤硝化速率、反硝化速率与土壤理化性质的相关性程度,并使土壤硝化和反硝化作用的主要环境影响因子趋于多样化和复杂化;覆盖雷竹林土壤硝化速率的主要环境影响因子是土壤含水量、p H值、铵态氮含量和总孔隙度,反硝化速率的主要环境影响因子是土壤p H值、含水量和总孔隙度。林地覆盖会显著影响雷竹林土壤的氮循环过程,可能会增加土壤氮素损失。     

反硝化细菌在污水脱氮中的作用

反硝化是在反硝化细菌的作用下,以硝酸盐作为最终电子受体而进行的无氧呼吸过程。从污水脱氮的角度论述反硝化在污水脱氮中的作用、污水脱氮的机理、污水脱氮过程中反硝化作用的影响因素等。从反硝化的角度出发,论述了反硝化细菌的类群、反硝化作用的机理、反硝化细菌细胞中参与反硝化过程的关键酶。另外,还论述了近年来发现的有氧反硝化细菌、自养反硝化细菌及反硝化除磷细菌等方面的研究进展。     

川西亚高山针叶林不同恢复阶段土壤的硝化和反硝化作用

 采用气压过程分离(Barometric process separation, BaPS)技术对川西亚高山针叶林不同恢复 阶段土壤的总硝化和反硝化作用速率进行了测定,结果表明：川西亚高山针叶林不同恢复阶段土壤的总硝化和反硝化速率差异不显著(p<0.05),不同恢复阶段土壤总硝化作用的 Q10值 差异不显著(p<0.05);总硝化作用速率与土壤含水量呈显著正相关(p<0.05),与土 壤pH值、 土壤有机质、全氮及C/N相关不显著;不同恢复阶段土壤反硝化速率均维持在一个较低的水 平,反硝化速率与土壤中的C/N显著正相关(p<0.05),与土壤含水量、pH值、有机质及全氮相关不显著。与反硝化作用相比,硝化作用对亚高山针叶林土壤氮损失的影响可能更大     

牦牛排泄物输入对滇西北高寒泥炭沼泽湿地土壤氮转化的影响

牦牛放牧对滇西北高寒湿地土壤环境产生严重影响，改变土壤氮的迁移转化过程，影响湿地生态系统初级生产。然而，关于牦牛排泄物输入对滇西北高寒泥炭沼泽湿地土壤氮转化过程的影响尚不清楚。本研究以滇西北高原典型泥炭沼泽湿地为对象，采用原位土芯室内控制实验方法，研究牦牛排泄物输入对泥炭沼泽湿地土壤氮转化的影响。结果表明，粪便和尿液输入初期促进土壤铵态氮(NH₄⁺-N)积累，但整个培养期则表现为消耗NH₄⁺-N,积累硝态氮(NO₃^--N),表明该过程以硝化作用为主。粪便和尿液输入提高土壤脲酶活性(P<0.05),降低反硝化酶活性(P<0.05)。粪便输入提高过氧化氢酶活性(P<0.05)和N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性(P<0.05),尿液输入降低N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性(P<0.05)。粪便输入对土壤的矿化和硝化作用无显著性影响，尿液输入对土壤硝化作用影响显著。粪便输入抑制土壤反硝化作用，而尿液输入促进反硝化作用。牦牛排泄物输入通过影响泥炭沼...     

土壤氮素转化的关键微生物过程及机制

微生物是驱动土壤元素生物地球化学循环的引擎.氮循环是土壤生态系统元素循环的核心之一,其四个主要过程,即生物固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用,均由微生物所驱动.近10年来,随着免培养的分子生态学技术和高通量测序技术等的发展,在硝化微生物多样性及其作用机理、厌氧氨氧化过程和机理等研究方面取得了突破性进展.本文重点阐述了我国有关土壤硝化微生物方面的研究进展,在此基础上,简要介绍了反硝化微生物和厌氧氨氧化及硝酸盐异化还原成铵作用的研究进展,并对今后的研究工作提出了展望.今后土壤氮素转化微生物生态学的研究,应瞄准国际微生生态学发展的前沿,加强新技术新方法的应用,结合我国农业可持续发展、资源环境保护和全球变化研究的重大需求,重点开展以下几方面的工作:(1)开展大尺度上土壤硝化作用及氨氧化微生物分布的时空演变特征及驱动因子的研究;(2)加强氮素转化关键微生物过程与机理的研究,并与相关过程的通量(如氨挥发、N2O释放)和反应速率(如矿化速率、硝化速率)关联起来;(3)在特定生态系统中系统研究各个氮转化过程的耦合关系,构建相关氮素转化和氮素平衡模型,为定向调控土壤氮素转化过程,提高氮素利用效率并减少其负面效应提供科学依据.     

乙炔抑制法在硝化与反硝化过程中的应用

硝化和反硝化作用在土壤氮素循环中扮演重要作用,由于硝化和反硝化作用一方面能够导致土壤中氮素的损失,另一方面能够产生温室气体-N2O,所以硝化和反硝化作用的研究备受关注.乙炔抑制法能同时测定硝化和反硝化作用,在硝化和反硝化作用中有着重要的应用.该文主要论述了乙炔抑制法的研究进展;以及对应用乙炔气体时存在的一些问题进行了综述.     

硝酸盐呼吸和厌氧氨氧化的机制及其应用研究进展

硝酸盐呼吸过程广泛存在于厌氧及兼性厌氧菌中.当硝酸盐存在时,微生物在微氧或缺氧条件下,以硝酸盐作为电子受体,与电子传递呼吸链过程相耦合,产生能量并用于维持细胞的基本生命活动.硝酸盐的呼吸过程对污水处理、土壤氮保持、微生物氮循环具有重要作用,研究硝酸盐呼吸对环境保护具有重要意义.该文对反硝化作用、硝酸盐异化还原为铵这两种...     

森林土壤NO产生的主要途径及其影响因素

一氧化氮(NO)在氮的生物地球化学循环、大气环境化学和全球变暖中起着重要作用。森林土壤是NO的一个重要来源。硝化、反硝化、硝化细菌反硝化以及化学反硝化是森林土壤NO产生的主要途径。当前,关于各个过程对NO排放的相对贡献以及生物和环境因子对各个过程NO产生的影响还缺乏系统性研究。因而,本文旨在综述森林土壤NO产生的主要途径,各途径来源NO的测定方法以及土壤氮循环功能基因和环境因子对不同来源土壤NO排放的影响,并在此基础上指出了研究的薄弱环节与未来研究方向。总体而言,森林土壤NO的排放主要来自硝化和反硝化作用,但是在酸性土壤中不能忽视化学反硝化过程对其排放的影响。在量化各个过程对土壤NO排放贡献时,15N-18O双同位素富集法比传统的硝化抑制剂法能更准确地区分NO的来源。土壤NO的产生是各种生物和非生物过程综合作用的结果,当前有关氮循环功能基因丰度与土壤NO排放关系的研究中,缺乏将氮循环功能基因和土壤各过程产生的NO排放联系起来研究。在探究环境因子对土壤NO排放影响时,更多关注单个环境因子对土壤硝化和反硝化过程来源NO排放的影响,而对硝化细菌反硝化和化学反硝化过程来源NO排放的研究较少,而且也缺乏多个环境因子共同作用对不同过程NO排放影响的研究。     

土壤释放的 N_2O 的原位测定

N_2O 是大气成分之一,它由微生物的硝化-反硝化作用、燃烧和大气闪电等过程产生,其中土壤微生物反硝化作用是最主要的来源。土壤微生物反硝化作用产生N_2O,不仅导致土壤中肥料氮素的损失,而且由于其“温室效应”和对臭氧层的破坏,受到国内外研究者     

海洋最小含氧带氮流失过程与机制

对全球大洋氮循环的研究发现,大洋输入和输出的氮存在严重的不平衡,所固定的氮中有相当一部分被还原为N₂或N₂O从大洋中流失,而海洋最小含氧带(OMZ)被认为是发生氮流失的最主要区域,通过反硝化作用和厌氧氨氧化作用,固定氮在OMZ海区内损失量可达40～450 Tg·a^-1.对不同海区OMZ内固定氮损失的两种主要作用总结发现,异养反硝化作用在热带太平洋东部、阿拉伯海的OMZ内以及海洋沉积物内占有显著优势,在智利、秘鲁沿岸海域及阿拉伯海域也已发现自养反硝化作用的存在;而在黑海、非洲西南部的本格拉上升流、智利北部沿岸等地,厌氧氨氧化作用强烈,且其在陆架区的作用强度和面积要大于大洋区.OMZ氮的流失除受氮流失过程自身影响外,固氮作用、硝化作用、硝酸盐异化还原作用等都可能对OMZ海区内氮收支不平衡造成影响.其中固氮作用的影响最不能忽视,其在全球OMZ内固定的氮的总量可达15～40 Tg·a^-1,是对OMZ氮流失量的重要补充.区分反硝化作用和厌氧氨氧化作用对OMZ氮流失的相对贡献,明确氮流失的另一产物N₂O的形成机制和定量评估方法是当前OMZ氮流失研究中存在的最主要问题.本文针对存在问题提出了相应的研究设想,以期为海洋最小含氧带的研究提供参考.     

湖泊氮素氧化及脱氮过程研究进展

自然界中氮的生物地球化学循环主要由微生物驱动,由固氮作用、硝化作用、反硝化作用和氨化作用来完成。过去数十年间,随着异养硝化、厌氧氨氧化和古菌氨氧化作用的发现,人们对环境中氮素循环认识逐步深入,提出了多种脱氮途径新假说。对湖泊生态系统中氮素的输入、输出及其在水体、沉积物和水土界面的迁移转化过程进行了概括,对湖泊生态系统中反硝化和厌氧氨氧化脱氮机理及脱氮效率的最新研究进展进行了探讨,并对以后的氮素循环研究进行了展望。     

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     

黄河口不同恢复阶段湿地土壤N2O产生过程对氮输入的响应

以黄河口生态恢复前后未恢复区(R₀)、2007年恢复区(R₂₀₀₇)和2002年恢复区(R₂₀₀₂)的芦苇湿地为研究对象,研究了不同形态氮输入对湿地土壤N₂O产生过程的影响与贡献.结果表明: 硝态氮(NO₃^--N)输入对恢复区湿地土壤N₂O总产生量的影响远远大于铵态氮(NH₄⁺-N),但两者均抑制了R₀土壤的N₂O总产生量.尽管NO₃^--N输入对R₂₀₀₂表层土壤N₂O总产生量的影响明显大于R₂₀₀₇,但二者的N₂O产生量均随氮输入量的增加而增加.恢复区湿地土壤的反硝化作用和硝化细菌反硝化作用受NO₃^--N输入的影响明显,而R₀土壤产生N₂O的生物过程受其影响并不显著.尽管NH₄⁺-N输入对湿地土壤N₂O的总产生量影响不大,但其输入整体促进了R₀ 土壤的硝化细菌反硝化作用、R₂₀₀₇土壤的硝化作用和R₂₀₀₂土壤的非生物作用.比较而言,NO₃^--N输入对R₀、R₂₀₀₇和R₂₀₀₂湿地土壤N₂O产生的非生物作用主要表现为抑制,NH₄⁺-N输入则整体提高了R₀和R₂₀₀₂湿地土壤非生物作用的N₂O产生量,这与不同形态氮输入对土壤pH的调节作用密切相关.研究发现,NO₃^--N输入大大增加了湿地土壤的N₂O总产生量,改变了原有湿地土壤生物作用和非生物作用的贡献模式,故生态恢复工程导致的营养盐输入(NO₃^--N)应受到特别关注.     

真菌对土壤N2O释放的贡献及其研究方法

N₂O是一种重要的温室气体,而土壤作为N₂O的重要来源之一,其N₂O主要产生于硝化和反硝化作用的生物过程.研究表明细菌和古菌是这些生物过程的主要参与者,然而在特定土壤生态系统中,真菌在N循环过程中起主要作用.但真菌对土壤N₂O释放贡献的研究报道甚少.本文阐述了土壤真菌N₂O产生机制的研究进展,介绍了自养硝化、异养硝化和反硝化过程的发生机理、关键微生物和功能基因.详细介绍了与真菌有关的N₂O产生过程,真菌的异养硝化作用和反硝化作用,并且比较了真菌和细菌反硝化系统的差异.此外,本文重点总结了研究土壤真菌N₂O产生的主要方法,包括选择抑制剂法、^15N标记、分离和纯培养以及免培养的分子生态学方法,对各种方法的优势和弊端进行了探讨,并对今后的研究工作提出了展望.     

模拟咸水入侵对崇明岛河岸带根际土壤微生物及反硝化作用的影响

通过模拟咸水入侵,研究了其对崇明岛河岸带根际土壤微生物及其反硝化过程的影响.结果表明:模拟咸水入侵后4种不同植被型河岸带土壤根际微生物区系发生显著变化,除放线菌菌群数量稍有增加外,细菌、真菌以及硝化和反硝化细菌数量均出现不同程度下降,特别是反硝化功能细菌数量较对照平均下降51.8％,说明河岸带土壤不同微生物区系对咸水入侵的响应存在显著差异.模拟咸水入侵后,河岸带土壤与氮转换相关的酶活性普遍受到抑制,且抑制作用随酶类型不同而存在差异,亚硝酸还原酶对咸水入侵最敏感,其活性较对照平均下降了43.5％,脲酶活性次之,其降幅为37.4％,而脱氢酶受咸水影响较小,其活性平均下降29.5％.模拟咸水入侵明显削弱了河岸带土壤反硝化作用,其速率平均下降34.9％.不同植被型河岸带土壤微生物对咸水入侵的生态生理响应存在显著差异,与对照相比,茭白根际土壤微生物数量和酶活性受咸水入侵的平均抑制率最大,土壤反硝化速率最小,其次是菖蒲和芦苇.在模拟咸水入侵下,菖蒲与芦苇混合群落根际土壤微生物数量、酶活性和反硝化速率抑制率明显低于单一植物模式,表明混合植被群落根际土壤微生物过程及反硝化作用对咸水入侵具有较好的缓冲性能.     

黄河口不同恢复阶段湿地土壤N2O产生过程对氮输入的响应

以黄河口生态恢复前后未恢复区(R₀)、2007年恢复区(R₂₀₀₇)和2002年恢复区(R₂₀₀₂)的芦苇湿地为研究对象,研究了不同形态氮输入对湿地土壤N₂O产生过程的影响与贡献.结果表明: 硝态氮(NO₃^--N)输入对恢复区湿地土壤N₂O总产生量的影响远远大于铵态氮(NH₄⁺-N),但两者均抑制了R₀土壤的N₂O总产生量.尽管NO₃^--N输入对R₂₀₀₂表层土壤N₂O总产生量的影响明显大于R₂₀₀₇,但二者的N₂O产生量均随氮输入量的增加而增加.恢复区湿地土壤的反硝化作用和硝化细菌反硝化作用受NO₃^--N输入的影响明显,而R₀土壤产生N₂O的生物过程受其影响并不显著.尽管NH₄⁺-N输入对湿地土壤N₂O的总产生量影响不大,但其输入整体促进了R₀ 土壤的硝化细菌反硝化作用、R₂₀₀₇土壤的硝化作用和R₂₀₀₂土壤的非生物作用.比较而言,NO₃^--N输入对R₀、R₂₀₀₇和R₂₀₀₂湿地土壤N₂O产生的非生物作用主要表现为抑制,NH₄⁺-N输入则整体提高了R₀和R₂₀₀₂湿地土壤非生物作用的N₂O产生量,这与不同形态氮输入对土壤pH的调节作用密切相关.研究发现,NO₃^--N输入大大增加了湿地土壤的N₂O总产生量,改变了原有湿地土壤生物作用和非生物作用的贡献模式,故生态恢复工程导致的营养盐输入(NO₃^--N)应受到特别关注.