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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：6
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：2
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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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
5
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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植物种类对野芷湖湖岸带土壤反硝化作用的影响
6
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
7
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
8
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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溶解性有机碳溶液灌溉和苜蓿间作消减黄土区苹果园深层土壤硝酸盐的研究
9
作者 代洪伟 丁艳宏 +4 位作者 高晓东 李昌见 任敏 宋小林 赵西宁 《土壤学报》 北大核心 2025年第1期201-213,共13页
近年来,黄土区苹果园由于氮肥使用不当,导致土壤中硝酸盐的大量累积,将严重威胁土壤生态安全。溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)输入和深根系豆科作物间作是消减苹果园深层土壤硝酸盐的潜在可行途径,但其效果与影响因素研究... 近年来,黄土区苹果园由于氮肥使用不当,导致土壤中硝酸盐的大量累积,将严重威胁土壤生态安全。溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)输入和深根系豆科作物间作是消减苹果园深层土壤硝酸盐的潜在可行途径,但其效果与影响因素研究目前较薄弱。为此,本研究在渭北黄土区苹果园中设置了灌溉DOC溶液(D)、苜蓿间作(M)、灌溉DOC溶液+苜蓿间作(D+M)以及对照(CK)四个处理,测定0~600 cm土层硝酸盐、DOC、土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)、含水率及反硝化微生物丰度等指标。研究表明:D和D+M处理下,0~400 cm土壤剖面硝酸盐消减比例达到50%左右,但单一的M处理消减效果不明显;D处理消耗的DOC与硝酸盐之间的C、N质量消耗比例约为5︰1,D+M处理的C、N质量消耗比例约为4.35︰1;D和D+M处理均增加了0~600 cm土层nirS、nirK和nosZ反硝化基因拷贝数,并提高了DOC、SOC和反硝化微生物对硝酸盐消减的贡献率。总体而言,D+M处理消减硝酸盐效果最好,可作为黄土区果园深层土壤硝酸盐治理的可行措施。 展开更多
关键词 黄土高原 溶解性有机碳 硝态氮 反硝化功能基因 苜蓿
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模拟实验研究城市公园土壤潜在N_(2)O排放对铅添加的响应机制
10
作者 刘伟 赵雯淑 +5 位作者 沈玉叶 蒋文婷 田琳琳 王燕 王敬 蔡延江 《中国环境科学》 北大核心 2025年第10期5657-5670,共14页
以亚热带典型城市公园土壤为研究对象,通过向土壤中添加不同浓度PbCl2溶液(设置5个处理:Pb添加量分别为CK:不添加Pb的对照,Pb_(30):30mg/kgsoil,Pb_(60):60mg/kgsoil,Pb_(120):120mg/kgsoil,Pb_(240):240mg/kgsoil)后进行28d的室内培养... 以亚热带典型城市公园土壤为研究对象,通过向土壤中添加不同浓度PbCl2溶液(设置5个处理:Pb添加量分别为CK:不添加Pb的对照,Pb_(30):30mg/kgsoil,Pb_(60):60mg/kgsoil,Pb_(120):120mg/kgsoil,Pb_(240):240mg/kgsoil)后进行28d的室内培养实验,以模拟研究城市公园土壤潜在N_(2)O排放对不同Pb添加的响应机制.结果表明:Pb添加后28d内Pb_(30)~Pb_(240)处理的公园土壤N_(2)O累积排放量均显著高于CK,各处理土壤N_(2)O排放量均随外源Pb添加量和土壤Pb含量增加而呈线性增加;Pb添加14d后,城市公园土壤亚硝酸盐还原酶和N_(2)O还原酶的活性随土壤Pb含量增加分别显著增加和降低,共同导致土壤潜在N_(2)O排放速率随之显著增加;Pb添加14~28d内,土壤pH值随土壤Pb含量升高而显著降低,土壤pH值下降及Pb含量增加的综合作用对N_(2)O还原酶活性的抑制效应显著增强;上述过程的共同作用导致培养期内土壤N_(2)O累积排放量随Pb含量升高而显著增加.本研究表明含Pb污染物在城市公园土壤的累积会增加潜在N_(2)O排放风险,未来应重视含Pb污染物对城市公园土壤氮循环及其反硝化微生物的影响.本研究可为城市公园管理和土壤N_(2)O减排措施的制定提供科学指导. 展开更多
关键词 铅添加 城市公园土壤 氧化亚氮(N_(2)O) pH值 反硝化功能基因 N_(2)O还原酶
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