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温度-水分协同调控对枸杞枝条粉氮素转化及微生物群落特征的影响

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北方园艺 2024年第9期 62-69页

作者：曲继松张丽娟朱倩楠杜涵路洁周丽娜宁夏农林科学院园艺研究所宁夏银川750002

以枸杞枝条粉为试材,采用双因素三因子设计,以尿素为氮源,研究温度-水分对枸杞枝条粉基质化发酵过程中发酵指标参数的影响,以期为西北地区枸杞产业循环发展新模式的探索提供参考依据。结果表明:在发酵期间各处理全氮含量均呈逐渐增加的... 详细信息

以枸杞枝条粉为试材,采用双因素三因子设计,以尿素为氮源,研究温度-水分对枸杞枝条粉基质化发酵过程中发酵指标参数的影响,以期为西北地区枸杞产业循环发展新模式的探索提供参考依据。结果表明:在发酵期间各处理全氮含量均呈逐渐增加的趋势,翻堆温度上限对发酵嗜热期和温热期堆体全氮含量影响显著,在成熟期翻堆温度上限较高时(60~65℃)不显著,而温度上限较低时(55℃)翻堆堆体含水量对堆体全氮含量影响显著。堆体含水量下限(40%)和翻堆温度上限(65℃)较高时更有利于铵态氮的积累。翻堆温度上限稍低时(55℃)对硝态氮含量影响显著。翻堆温度上限(65℃)对嗜热期和温热期堆体有机物总量影响显著,含水量下限(40%)在发酵期间翻堆温度上限较高时(60~65℃)各处理差异不显著,但翻堆温度上限较低时(55℃)翻堆堆体含水量下限对堆体有机物总量影响显著。堆体含水量(50%)或翻堆温度(65℃)上限较高时更有利于脲酶活性、蔗糖酶活性、多酚氧化酶活性、碱性磷酸酶活性提升。在翻堆温度上限为60℃、堆体含水量下限为50%条件下Pseudallecheria和Lasiobolidium占比超过50%,基于PCA分析不同翻堆温度上限、堆体含水量下限对枸杞枝条发酵堆体微生物群落组成有一定影响,且翻堆温度上限为60℃、堆体含水量下限为50%与其他处理差异显著。因此。翻堆温度上限为60℃、堆体含水量下限为50%的条件更有利于枸杞枝条粉基质化发酵腐熟的正向进程。

关键词：枸杞枝条粉氮素转化微生物群落温度含水量

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生物炭对设施土壤氮素转化及黄瓜植株氮素吸收的影响

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生物炭对设施土壤氮素转化及黄瓜植株氮素吸收的影响

作者：杨雪河北科技师范学院

学位级别：硕士

设施土壤中氮素过量积累会导致土壤问题加剧,影响作物生长和设施蔬菜产业的可持续发展。本研究以‘田骄八号’黄瓜为试材,探讨了添加生物炭对设施黄瓜土壤氮素转化的影响,利用高通量测序技术分析了根系转录组、微生物群落及功能基因的影... 详细信息

设施土壤中氮素过量积累会导致土壤问题加剧,影响作物生长和设施蔬菜产业的可持续发展。本研究以‘田骄八号’黄瓜为试材,探讨了添加生物炭对设施黄瓜土壤氮素转化的影响,利用高通量测序技术分析了根系转录组、微生物群落及功能基因的影响,并探讨了生物炭对黄瓜植株氮代谢和生长的调节作用。通过模拟4个氮素土壤处理N0(不施氮肥,0 kg·hm)、N100(氮肥100kg·hm)、N150(氮肥150 kg·hm)、N200(氮肥200 kg·hm),系统研究了生物炭对不同氮含量土壤氮素转化和对细菌群落变化的影响。主要结果如下:1.生物炭促进了设施连作土壤氮素转化。添加5%的生物炭改善了设施黄瓜连作土壤的化学性质,提高土壤微生物生物量氮、硝态氮和亚硝态氮含量,与对照相比分别显著提高了33.92%、82.41%和41.07%。添加生物炭处理后增加了土壤微生物多样性,提高了土壤中变形菌门和蓝细菌门以及鞘脂单胞菌（土壤固氮菌）等氮代谢相关菌群丰度;增加与土壤硝化、氮同化还原功能相关基因丰度;增强了参与氮代谢的羟胺脱氢酶、硝基单加氧酶和碳酸酐酶活性。结构方程模型结果表明了与氮素转化相关土壤微生物功能基因是影响土壤氮素转化和植株生长的关键驱动因子。2.生物炭有效增强了黄瓜幼苗根系对氮素的代谢能力,从而促进了植株生长。与未添加生物炭相比,添加5%的生物炭（质量比）改善黄瓜根区环境,提升黄瓜幼苗的株高和叶绿素含量,提高根系干重、总根长、根表面积和根系体积;诱导黄瓜幼苗根系氮代谢相关基因的表达水平上调,从而提高根系对氮素的吸收能力,根系硝态氮含量较对照相比显著增加了109.34%,最终促进黄瓜植株生长。3.生物炭对不同氮含量土壤的氮素转化及黄瓜生长的影响不同。在N100处理条件下添加生物炭对土壤氮素转化和黄瓜生长作用效果最明显。具体表现为改善黄瓜根系的形态结构,增强黄瓜根系硝酸还原酶和谷氨酸合成酶活性,提高黄瓜植株根系的氮代谢能力,促进根系对硝态氮的吸收;增强土壤p H值和土壤氮代谢相关酶（脲酶、中性蛋白酶、亚硝酸还原酶和硝酸还原酶）活性;增加硝化螺旋菌属（Nitrospira）、鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）等与氮代谢相关微生物相对丰度,促进土壤的硝化作用和固氮作用,从而提高土壤中硝态氮和亚硝态氮含量,促进土壤氮素转化,最终促进植株生长。综上,在设施连作土壤中添加生物炭促进了黄瓜植株生长和根际土壤氮素转化。添加生物炭不仅增加了土壤养分含量,还提高了氮代谢相关微生物及相关功能基因丰度,为根系生长提供良好的土壤环境,促进根系吸收可利用的氮素,最终促进黄瓜植株生长。在氮肥施入量为100 kg·hm的条件下,添加5%的生物炭对土壤氮素转化及黄瓜生长作用效果最明显。

关键词：设施土壤黄瓜生长生物炭氮素转化土壤微生物

园林废弃物生物炭调控堆肥中氮素转化的过程及其应用

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园林废弃物生物炭调控堆肥中氮素转化的过程及其应用

作者：梁晓烽成都大学

学位级别：硕士

生物炭是生物质原材料在无氧或者限氧条件下经过热解转化而形成的,是为了解决粮食危机、环境污染、资源浪费以及气候变暖等全球环境问题而产生的一种富碳材料。我国有大量的园林废弃物,如何有效处理已成为困扰人们的主要问题。园林废弃... 详细信息

生物炭是生物质原材料在无氧或者限氧条件下经过热解转化而形成的,是为了解决粮食危机、环境污染、资源浪费以及气候变暖等全球环境问题而产生的一种富碳材料。我国有大量的园林废弃物,如何有效处理已成为困扰人们的主要问题。园林废弃物是一种可循环利用的资源,生物炭制备与好氧堆肥是处理园林废弃物的两种主要方式,其产物可以用做无土栽培基质。然而好氧堆肥过程中严重的氮素损失已成为不可避免的问题,而生物炭被认为减少氮素损失的有效途径。因此,将园林废弃物先制备生物炭,然后在与园林废弃物共堆肥,最终应用于无土栽培基质,这可能是实现大量园林废弃物的资源化循环利用的有效方式。本研究利用园林废弃物制备350℃和550℃的生物炭,研究生物炭的特性与结构。同时将生物炭与园林废弃物和牛粪共堆肥,设置五组堆肥处理,包括CK、3B350、5B350、3B550和5B550处理。在好氧堆肥的不同时间段进行取样,然后测定各种理化指标,微生物指标以及同位素指标,并分析生物炭对好氧堆肥氮素转化与损失的影响。然后将堆肥后的共堆肥生物炭产品应用于替代无土栽培基质,寻求获得最佳的共堆肥生物炭产品。生物炭表征分析结果表明,与350℃的生物炭相比,550℃生物炭保留更多的灰分,损失了更多的挥发分,并且具有更大的比表面积与微孔体积,更小的平均孔径,因而其具有更强的吸附性能。此外,表面官能团分析证实,550℃生物炭与350℃生物炭相比,芳香化程度增强,亲水性和极性降低,稳定性和吸附性能增强。生物炭在堆肥中的应用结果表明,与CK处理相比,3B550与5B550处理因为生物炭保留了更多的矿质氮含量,排放了更多的NH与NO,而3B350和5B350处理减少了NH-N,因而减少了NH损失,3B350和5B350处理减少了NO-N,因而减少了NO损失。最后,共堆肥生物炭替代泥炭栽培基质结果表明,与泥炭栽培基质相比,共堆肥生物炭的替代显著提高氮素利用效率与生菜产量,并且550℃高温共堆肥生物炭的产量提高效果最好。综上,550℃园林废弃物生物炭在堆肥与栽培基质中的应用效果最好,减少堆肥过程氮素污染、增强氮素保留、提高作物产量、减少泥炭资源的使用。因此,将其应用在实际生产中,能够实现园林废弃物的资源化利用。

关键词：园林废弃物生物炭堆肥氮素转化栽培基质

pH值对好氧堆肥过程中NH3挥发和氮素转化的影响

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国土与自然资源研究 2024年第1期 57-62页

作者：苏杨琴邱慧珍成志远李云甘肃农业大学资源与环境学院甘肃兰州730070 甘肃省干旱生境作物学重点实验室甘肃兰州730070 甘肃省畜禽废弃物资源化利用工程研究中心甘肃兰州730070

为揭示不同pH值对好氧堆肥中NH_(3)挥发和氮素化合物转化的影响,设置5个处理(T1:对照;T2~T4:pH值分别为8.5、7.5和6.5;T5:酸性添加剂,10%过磷酸钙),研究不同pH值和酸性添加剂对好氧堆肥中NH_(3)挥发和氮素化合物转化的影响。试验结果表... 详细信息

为揭示不同pH值对好氧堆肥中NH_(3)挥发和氮素化合物转化的影响,设置5个处理(T1:对照;T2~T4:pH值分别为8.5、7.5和6.5;T5:酸性添加剂,10%过磷酸钙),研究不同pH值和酸性添加剂对好氧堆肥中NH_(3)挥发和氮素化合物转化的影响。试验结果表明,堆肥的高温期氨挥发量占总挥发量的95%以上。降低堆体pH值可以有效降低氨挥发,且初始pH值越低,氨挥发量越少。至堆肥结束,与T1处理相比,T2~T4处理的NH_(3)累计排放量分别减少了35.8%、66.93%和84.48%。添加过磷酸钙能使堆体pH值降低0.03~0.09个单位,使氨挥发减少62.42%。至堆肥结束,T1、T2、T3和T5处理NH_(4)^(+)-N含量均下降到0.04 g·kg^(-1)以下的水平,而T4处理NH_(4)^(+)-N含量最大为0.17 g·kg^(-1)。说明T4处理有利于促进反硝化作用的进行。T3处理的NO_(3)^(-)-N和酸解有机氮含量均高于T1、T2和T4处理。说明T3处理有利于促进硝化作用和氨同化作用的进行。与T1处理相比,T5处理NH_(4)^(+)-N含量增加了8.56%,NO_(3)^(-)-N含量减少了30%,酸解有机氮含量增加了2.52%,这说明,过磷酸钙的添加有利于促进氨同化作用的进行,但是抑制了反硝化作用的进行。

关键词： pH值酸性添加剂好氧堆肥 NH3挥发氮素转化

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有机固废好氧堆肥中氮素转化的研究现状

环境保护与循环经济 2024年第1期44卷 33-36页

作者：亢涵陈亚欣姜浩沈阳建筑大学市政与环境工程学院辽宁沈阳110168

目前我国有机固废产量大、处理时间长,好氧堆肥是有机固废资源化利用的有效技术手段。氮素转化与损失是影响堆肥质量的关键,降低氮素损失有助于提高堆肥产品的质量。阐述了氮素转化原理,总结了厨余垃圾、剩余污泥及畜禽粪便等有机固废... 详细信息

目前我国有机固废产量大、处理时间长,好氧堆肥是有机固废资源化利用的有效技术手段。氮素转化与损失是影响堆肥质量的关键,降低氮素损失有助于提高堆肥产品的质量。阐述了氮素转化原理,总结了厨余垃圾、剩余污泥及畜禽粪便等有机固废好氧堆肥中氮素转化的研究现状,并对控制氮素损失的研究提出了展望。

关键词：有机固废好氧堆肥氮素转化

火干扰对森林土壤氮素循环与转化的影响研究进展

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生态学杂志 2024年第2期43卷 372-382页

作者：胡同欣丁海磊孙龙东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

森林火灾是森林生态系统最重要的干扰因素之一,林火的发生改变了森林土壤生态环境,影响着土壤氮素循环与转化的生物与非生物因子,对土壤氮库以及氮素循环过程有着重要影响。阐明火干扰下森林土壤氮组分的变化特征,对于理解森林土壤氮素... 详细信息

森林火灾是森林生态系统最重要的干扰因素之一,林火的发生改变了森林土壤生态环境,影响着土壤氮素循环与转化的生物与非生物因子,对土壤氮库以及氮素循环过程有着重要影响。阐明火干扰下森林土壤氮组分的变化特征,对于理解森林土壤氮素循环与转化对火干扰的响应机理至关重要。而现有关于火干扰对土壤氮素循环与转化的影响研究结果还不尽一致,其影响机制尚不明晰。笔者通过查阅大量相关文献,重点论述了火干扰对土壤氮循环中氮素损失、氮素固持、氮矿化、反硝化和气态氮排放等关键过程的影响,以及火干扰对土壤氮素循环与转化的影响机制,认为土壤氮素循环与转化的特征主要受到火烧因子(火烧强度、火烧频率、火烧后恢复时间、火后恢复方式、火后产物黑碳和灰分)、植被类型及土壤性质3个方面的影响,并从火干扰对土壤氮循环的影响机制、火干扰对土壤氮素循环的长期影响、火干扰后产物对土壤氮素循环影响等3个方面进行探讨与展望,以期深入了解火干扰下土壤氮素循环的特征。

关键词：火干扰森林土壤植被类型氮循环氮素转化

鱼菜共生系统中不同种类蔬菜对养殖尾水氮素转化的影响

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农业工程学报 2022年第9期38卷 247-252页

作者：李天沛汪小旵丁为民郑金明施印炎南京农业大学工学院南京210031 江苏省现代设施农业技术与装备工程实验室南京210031

鱼菜共生系统实现了水产和蔬菜间的物质循环转化,是一种零排放可持续的先进农业生产模式,为探究鱼菜共生系统中不同种类蔬菜生长状况及其对养殖尾水氮素转化的影响,设计了5种不同种类蔬菜(圣女果、线椒、蕹菜、芹菜、紫背菜)基于耦合型... 详细信息

鱼菜共生系统实现了水产和蔬菜间的物质循环转化,是一种零排放可持续的先进农业生产模式,为探究鱼菜共生系统中不同种类蔬菜生长状况及其对养殖尾水氮素转化的影响,设计了5种不同种类蔬菜(圣女果、线椒、蕹菜、芹菜、紫背菜)基于耦合型鱼菜共生系统的栽植试验。结果表明:在26 d的栽植试验中,各试验组蔬菜鲜质量和株高均有正向增长,根质量占比与鲜质量增长量关系的拟合曲线为一元二次方程,当根质量占比在34%~42%间时,植株各器官发育较好,对营养物质转化效率高,圣女果有最大鲜质量增长量28.43 g、最大株高增长量31.84 cm和最大株高相对增长率241.32%;试验中换水周期为3 d,各试验组水体氮化物浓度指标均显著下降,圣女果42 h氨氮相对去除率达69.17%,6 h内亚硝酸盐氮相对去除率为41.09%;在循环周期末期,水培组圣女果有最小氨氮质量浓度0.152 mg/L,pH值稳定在6.98左右,水培紫背菜有最大亚硝酸盐氮相对去除率55.25%和硝酸盐氮相对去除率42.35%。综上,在耦合型鱼菜共生系统中圣女果对养殖尾水的水质和氮素有较好的净化作用和转化效果。

关键词：水质监测无土栽培氮素转化鱼菜共生系统

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通风速率对市政污泥好氧堆肥氮素转化的影响

中国给水排水 2023年第5期39卷 121-127页

作者：李思敏李思雨唐锋兵张义竞许铮王彦飞河北工程大学污水处理及资源化利用河北省工程研究中心河北邯郸056038 河北工程大学河北省水污染控制与水生态修复技术创新中心河北邯郸056038 河北工程大学邯郸市城市水利用技术重点实验室河北邯郸056038

堆肥过程中氮素的转化对堆肥产品的肥效有着重要影响。以市政污泥和蘑菇渣为原料,按照湿质量比1∶0.7混合后进行为期26 d的好氧堆肥,设置3个不同通风速率的堆体A[2.4 m3/(m3·h)]、B[2.9 m3(/m3·h)]、C[3.3 m3(/m3·h)],考察通风速率... 详细信息

堆肥过程中氮素的转化对堆肥产品的肥效有着重要影响。以市政污泥和蘑菇渣为原料,按照湿质量比1∶0.7混合后进行为期26 d的好氧堆肥,设置3个不同通风速率的堆体A[2.4 m3/(m3·h)]、B[2.9 m3(/m3·h)]、C[3.3 m3(/m3·h)],考察通风速率对堆肥过程中含氮有机物转化及NH3挥发的影响。结果表明,堆肥完成后A、B、C堆体的总氮损失率介于16.90%~25.10%之间,NH3挥发占总氮损失的比例介于68.49%~72.97%之间。B堆体通风速率下NH4+-N向NO3--N转化更多,B堆体NO3--N含量较A和C堆体分别增加了30.31%和8.98%。结构方程模型显示,不同通风速率下,酸解氨态氮(AN)最易转化为NH4+-N,通风速率为2.9 m3/(m3·h)时微生物代谢活跃,促进了氨基糖态氮(ASN)的积累,且NH4+-N转化为难以矿化的酸解未知态氮(HUN),增加了对氮素的固定。兼顾腐熟条件和氮素损失,通风速率以2.9 m3(/m3·h)为宜。

关键词：市政污泥好氧堆肥通风速率氮素转化

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苯甲酸对反硝化细菌氮素转化的影响机制

环境污染与防治 2023年第1期45卷 27-34页

作者：李睿琦张新星高志岭廖文华刘春敬河北农业大学资源与环境科学学院河北省农田生态环境重点实验室河北保定071000

选取苯甲酸为研究对象,探究不同浓度的苯甲酸对铜绿假单胞菌及脱氮副球菌反硝化过程的影响。外源添加不同浓度的苯甲酸于细菌培养液中并厌氧培养,动态监测其细菌生长情况pH、反硝化氮素产物、最终苯甲酸含量及相关反硝化酶活性。结果表... 详细信息

选取苯甲酸为研究对象,探究不同浓度的苯甲酸对铜绿假单胞菌及脱氮副球菌反硝化过程的影响。外源添加不同浓度的苯甲酸于细菌培养液中并厌氧培养,动态监测其细菌生长情况pH、反硝化氮素产物、最终苯甲酸含量及相关反硝化酶活性。结果表明:(1)苯甲酸为1、2 mmol/L时,铜绿假单胞菌N_(2)O产生量分别增加了62.3%和28.4%,3、4 mmol/L时降低了29.7%和92.6%;不同浓度苯甲酸均可抑制脱氮副球菌N_(2)O产生,抑制率为19.3%~99.8%;(2)苯甲酸对铜绿假单胞菌的生长是低浓度促进、高浓度抑制,高浓度苯甲酸对其反硝化的限速步骤在NO_(3)^(-)的还原;(3)各浓度苯甲酸对脱氮副球菌的生长均呈抑制作用,苯甲酸对脱氮副球菌的NO_(3)^(-)还原影响较小,高浓度苯甲酸可抑制NO_(2)^(-)还原过程。因此,铜绿假单胞菌和脱氮副球菌的反硝化过程对苯甲酸浓度的响应存在明显差别。研究揭示了不同特性反硝化细菌对苯甲酸浓度响应差异性机制,为深入理解苯甲酸类物质对土壤氮素转化过程的影响提供了依据。

关键词：反硝化抑制剂氮素转化苯甲酸反硝化细菌