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游离氨(FA)对氨氧化过程氨逃逸影响试验

环境科学 2017年第12期38卷 5169-5173页

作者：孙洪伟于雪尤永军彭永臻王淑莹兰州交通大学环境与市政工程学院兰州730070 北京工业大学北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室北京100124

为探究高游离氨(FA)对氨氧化过程氨逃逸的影响.本试验采用序批式活性污泥反应器(SBR),以短程硝化污泥为研究对象,基于批次试验,考察不同FA浓度梯度下,氨氧化过程氨逃逸的变化规律.结果表明,当0.62 mg·L^(-1)687.1 mg·L^(-1)),氨氮未... 详细信息

为探究高游离氨(FA)对氨氧化过程氨逃逸的影响.本试验采用序批式活性污泥反应器(SBR),以短程硝化污泥为研究对象,基于批次试验,考察不同FA浓度梯度下,氨氧化过程氨逃逸的变化规律.结果表明,当0.62 mg·L^(-1)687.1 mg·L^(-1)),氨氮未被氧化成氧化态氮[曝气结束时氧化态氮(NO_x^--N)浓度<0.1 mg·L^(-1)],但总氮(TN)损失量却达到了269.7 mg·L^(-1),因此,NH_3·H_2O通过挥发作用使得NH_3从水中逸出.在较高FA浓度条件下,氨根离子(NH_4^+)会以NH_3形式被吹脱,从而发生氨逃逸.在226.6 mg·L^(-1)≤FA≤711.8 mg·L^(-1)范围内,氨逃逸速率(FEV)随着FA浓度的增加而增加.

关键词：游离氨氨氧化过程短程硝化氨逃逸氨逃逸速率

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农业开垦的泥炭地土壤氨氧化过程研究

农业开垦的泥炭地土壤氨氧化过程研究

作者：刘函瑜东北师范大学

学位级别：硕士

泥炭地是全球陆地碳库的重要组分,在全球碳循环和气候变化中起重要作用。但自然泥炭地一般是受氮限制的生态系统,近年来由于农业利用,泥炭地被开垦成水稻田。随着施肥等活动的增加,泥炭地日益受到外源氮输入的影响,进而可能改变泥炭地... 详细信息

泥炭地是全球陆地碳库的重要组分,在全球碳循环和气候变化中起重要作用。但自然泥炭地一般是受氮限制的生态系统,近年来由于农业利用,泥炭地被开垦成水稻田。随着施肥等活动的增加,泥炭地日益受到外源氮输入的影响,进而可能改变泥炭地土壤的碳氮比,严重威胁着泥炭地的碳库功能,因此研究农业开垦后氮在泥炭地土壤中的转化过程十分重要。本论文以吉林省金川泥炭地为研究区域,选择农业开垦后长期种植水稻的水稻田-泥炭地、自然泥炭地和普通水稻田作为研究对象,通过野外调查和室内微宇宙培养实验,结合实时荧光定量PCR和高通量测序技术,研究了农业开垦的泥炭地土壤氨氧化微生物的丰度和群落结构特征,并且初步判断了氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)在农业开垦的泥炭地土壤氨氧化过程中的相对贡献,以期丰富泥炭地土壤氮循环过程的基础研究,为泥炭地的科学管理提供依据。通过研究获得以下结论:(1)农业开垦对泥炭地土壤的理化性质影响显著,水稻田-泥炭地较自然泥炭地土壤p H值和铵态氮含量显著升高,总氮、有机碳、可溶性有机碳及硝态氮含量显著降低;但水稻田-泥炭地土壤的总氮、有机碳、碳氮比和铵态氮含量显著高于普通水稻田,可溶性有机碳含量显著低于普通水稻田,土壤p H值和硝态氮含量与普通水稻田差异不显著。(2)农业开垦的水稻田-泥炭地与自然泥炭地相比,土壤总古菌、氨氧化古菌(AOA)和亚硝酸盐氧化细菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)的绝对丰度显著降低,而总细菌和氨氧化细菌(AOB)的绝对丰度显著升高;但与普通水稻田相比,水稻田-泥炭地土壤的总古菌、总细菌及AOA、AOB和NOB的绝对丰度均显著低于普通水稻田,这可能与农业开垦后水稻田-泥炭地土壤的p H和铵态氮浓度升高,总氮及有机碳含量降低有关。泥炭地开垦为水稻田-泥炭地后,土壤中AOA群落的物种组成及多样性无显著变化,但AOB群落的优势物种的相对丰度升高,物种的种类和多样性降低。此外,水稻田-泥炭地与普通水稻田土壤中AOA和AOB群落的物种组成具有差异性,水稻田-泥炭地AOA群落物种的多样性高于普通水稻田,但AOB群落物种的多样性低于普通水稻田。这主要是由于农业开垦后的水稻种植和施肥等活动,使水稻田-泥炭地土壤养分及理化性质等发生变化,其中土壤中铵态氮浓度的升高可能是导致水稻田-泥炭地土壤AOB群落优势物种的相对丰度升高主要原因。此外,可能由于开垦后的水稻田-泥炭地土壤p H仍呈酸性,且有机质含量仍保持较高水平,所以农业开垦对水稻田-泥炭地土壤中AOA的群落结构影响较小。(3)水稻田-泥炭地土壤的氨氧化潜势和净硝化速率显著高于自然泥炭地和普通水稻田,且相关性和RDA分析结果发现,氨氧化潜势和净硝化速率与土壤的p H呈显著正相关关系,表明农业开垦导致的土壤p H的升高可能是使水稻田-泥炭地土壤氨氧化潜势和净硝化速率升高的主要原因。微宇宙培养实验中,硫酸铵的添加显著增加了水稻田-泥炭地和普通水稻田土壤的净硝化速率,但硫酸铵的添加对自然泥炭地的氨氧化作用及净硝化速率无显著影响,这可能是因为自然泥炭地土壤自身氨氧化微生物的活性较低,因而其土壤的氨氧化作用也较弱。此外,由于自然泥炭地和水稻田-泥炭地及普通水稻田土壤中均发生了强烈的矿化作用,硫酸铵的添加使水稻田-泥炭地和普通水稻田土壤的净硝化速率显著增加也可能是因为土壤矿化作用产生的NH增加,进而促进了土壤的氨氧化作用。(4)微宇宙培养实验表明,自然泥炭地开垦为水稻田-泥炭地后,土壤NO的排放量升高,且NO的累积排放量与土壤铵态氮浓度呈显著正相关关系(P氨氧化作用贡献,且其中AOB的贡献率高于AOA,而自然泥炭地土壤NO的排放主要由反硝化作用等其他过程贡献。自然泥炭地开垦为水稻田-泥炭地后,增大了AOB对NO排放的贡献率,使AOB对NO排放的贡献率高于AOA,进一步表明了AOB可能在水稻田-泥炭地土壤氨氧化过程中起主导作用,这可能与农业开垦后水稻田-泥炭地土壤铵态氮含量和p H的升高以及有机质含量的降低等原因有关。本研究初步判断,农业开垦后的水稻田-泥炭地和普通水稻田土壤的氨氧化过程可能主要由AOB主导,而AOA在自然泥炭地的土壤氨氧化过程中可能起主导作用。

关键词：泥炭地氨氧化过程氨氧化古菌(AOA) 氨氧化细菌(AOB) 农业开垦

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丙酮酸盐对硝化微生物复合培养过程的影响

环境科学与技术 2021年第6期44卷 58-66页

作者：孙明珠任婧徐爱玲宋志文青岛理工大学环境与市政工程学院山东青岛266033

硝化微生物制剂可以通过氨氧化和亚硝酸盐氧化过程将氨转化为亚硝酸盐,进而转化为硝酸盐,在水产养殖系统水体净化中有重要的应用价值。研究理化因子对其培养过程中氨氧化微生物和亚硝酸盐氧化菌菌群的影响,有助于提高菌剂活性和缩短培... 详细信息

硝化微生物制剂可以通过氨氧化和亚硝酸盐氧化过程将氨转化为亚硝酸盐,进而转化为硝酸盐,在水产养殖系统水体净化中有重要的应用价值。研究理化因子对其培养过程中氨氧化微生物和亚硝酸盐氧化菌菌群的影响,有助于提高菌剂活性和缩短培养周期。该文分析了丙酮酸盐对海水型和淡水型硝化微生物制剂的氨氧化和亚硝酸盐氧化过程的影响。结果表明,丙酮酸钠在0~1.0 g/L时明显提高海水型硝化微生物制剂的氨氧化活性,在1.5~2.5 g/L时则表现为抑制作用,1.0 g/L和2.5 g/L时48 h氨氮去除率分别是对照组的149%和50%;丙酮酸钠在0~1.5 g/L时明显提高淡水型硝化微生物制剂的氨氧化活性,2.0~2.5 g/L时表现为抑制作用,1.5 g/L和2.5 g/L时48 h氨氮去除率分别是对照组的216%和60%;丙酮酸钠在0~2.5 g/L时对海水型和淡水型硝化微生物制剂的亚硝酸盐氧化活性均表现为抑制作用且随浓度增加而增强。

关键词：丙酮酸盐硝化微生物制剂氨氧化过程亚硝酸盐氧化过程

海洋氨氧化古菌及其驱动的碳氮生物地球化学循环过程研究进展

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中国科学院大学学报（中英文） 2020年第4期37卷 433-441页

作者：洪义国何翔吴佳鹏刘晓晗广州大学大湾区环境研究院珠江三角洲水质安全与保护教育部重点实验室广州510006 广州大学环境科学与工程学院广州510006

氨氧化古菌(AOA)在海洋环境中分布广泛,是海洋水体中数量最为丰富的原核生物之一。AOA作为海洋中氨氧化作用的主导微生物,能在寡营养条件下通过化能自养的形式进行固碳,在海洋的碳、氮循环过程中发挥重要作用。AOA氨氧化过程驱动的化能... 详细信息

氨氧化古菌(AOA)在海洋环境中分布广泛,是海洋水体中数量最为丰富的原核生物之一。AOA作为海洋中氨氧化作用的主导微生物,能在寡营养条件下通过化能自养的形式进行固碳,在海洋的碳、氮循环过程中发挥重要作用。AOA氨氧化过程驱动的化能自养固碳是深海内部重要能量来源,为研究深海内部有机碳输入与深海微生物群的有机碳需求之间的不平衡问题以及深海自养生物能量来源问题提供重要导向。本文对于海洋AOA的多样性分布、碳氮生物地球化学循环过程及其在海洋能量循环过程中的功能进行系统的综述,以期为本领域的研究提供借鉴。

关键词：氨氧化古菌氨氧化过程化能自养固碳生物地球化学循环海洋水体

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低溶解氧下氨氧化过程神经网络预测控制模型

中国环境科学 2017年第1期37卷 139-145页

作者：冯红利刘秀红杨庆黄斯婷崔斌周桐杨玉兵周薛扬北京工业大学北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室北京100124 中国人民大学环境学院北京100872

在低溶解氧(DO)状态下,以城市生活污水为研究对象,将神经网络预测的方法应用到污水处理过程中,建立了基于神经网络的氨氧化过程预测控制模型,预测并控制污水处理氨氧化过程.该模型分为两部分,一是根据在线pH值变化预测氨氧化结束时间,... 详细信息

在低溶解氧(DO)状态下,以城市生活污水为研究对象,将神经网络预测的方法应用到污水处理过程中,建立了基于神经网络的氨氧化过程预测控制模型,预测并控制污水处理氨氧化过程.该模型分为两部分,一是根据在线pH值变化预测氨氧化结束时间,其相关系数R值为0.9985;二是根据在线pH值实时预测氨氮浓度,R值为0.9083.试验结果表明该模型预测精度高、可控性好,具有较好的适应性和稳定性,对实现并稳定短程硝化以及促进主流工艺(厌氧氨氧化)有重要的指导和借鉴意义.

关键词：低溶解氧氨氧化过程神经网络模型 pH

氮掺杂多孔炭的制备及其CO2吸附性能的研究

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氮掺杂多孔炭的制备及其CO2吸附性能的研究

作者：杨明利浙江师范大学

学位级别：硕士

据统计,2016年1月大气中CO的浓度已经达到403 ppm,较20世纪初高出123ppm,这引起了世界范围内的广泛重视。由于CO是主要的温室气体之一,其大量排放导致全球变暖。为了减少CO气体的排放,应采取有效的方法对其进行捕集和封存。固体材料吸... 详细信息

据统计,2016年1月大气中CO的浓度已经达到403 ppm,较20世纪初高出123ppm,这引起了世界范围内的广泛重视。由于CO是主要的温室气体之一,其大量排放导致全球变暖。为了减少CO气体的排放,应采取有效的方法对其进行捕集和封存。固体材料吸附法被认为是最有前景的CO捕集方法。总体上说,固体材料吸附法具有设备投资成本低、操作简单、能耗低、吸附剂再生性能好、以及无设备腐蚀等优点。而能否得到具有优异吸附性能的固体吸附剂,是此方法成功与否的关键。本文开展了高效捕集CO的氮掺杂多孔炭的制备及其吸附性能的研究。研究结果如下：1.以椰壳为制炭前驱体,通过氨氧化-KOH活化的方法制备氮掺杂多孔炭。通过改变制备条件,制得了一系列具有发达孔隙结构的氮掺杂多孔炭材料,并采用多种技术手法对其进行详细的表征,如：扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、元素分析、傅立叶交换红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和N吸脱附等。同时,还分别考察了所制得的氮掺杂多孔炭样品在1bai、25℃和0℃下的CO吸附性能。研究发现,这一系列掺氮材料显示出很高的CO吸附性能,25℃和0℃下材料的吸附量范围分别为3.44-4.26 mmol/g和4.77-6.52 mmol/g .其中,当活化温度为650℃\KOH与制炭前驱体的质量之比为1：1时,制备的氮掺杂样品NC-650-1,在25℃、1bar条件下,显示出最高的CO吸附性能,为4.26mmol/g。如此优异的吸附能力是由于该样品具有发达的超微孔孔隙结构和高的氮掺杂量。除了优异的CO吸附能力,该系列样品还具有较高的CO/N选择性、可重复循环使用性、较高的动态CO吸附能力和较高的初始CO等量吸附热(Qst)等优点。此外,由于这些椰壳基氮掺杂多孔炭材料的合成成本低、操作简单,因此其在CO捕集方面具有很好的应用前景。2.为了进一步增加吸附剂的超微孔和表面氮基团的含量,进而提高吸附剂的CO吸附性能,对炭化得到的椰壳炭进行双氧水预氧化处理、目的是增加炭结构中的氧含量,由于炭结构中的含氧基团可以作为桥介引入更多的含氮基团,因此经过后续的氨氧化过程,使得更多的N元素嵌入到炭骨架当中。在不同温度、不同碱炭比条件下,对氨氧化样品进行KOH活化,制备了一系列具有发达微孔孔隙结构的氮掺杂多孔炭吸附剂,并对得到的氮掺杂吸附剂进行各项表征,研究其CO捕集能力。研究发现,在相同的氨氧化和KOH活化条件下,以双氧水预氧化处理的椰壳炭为前驱体制备的氮掺杂多孔炭具有更高的CO吸附能力。在1 bar、25℃下,最高的CO吸附量达到4.47 mmol/g 。该研究明确了双氧水预氧化处理对吸附剂CO吸附性能的正面影响。同时实验结果也再一次证实了,此类吸附剂的CO吸附性能是由超微孔结构和表面氮含量共同决定的。3.以工业副产品-石油焦为碳源,直接氨氧化、在炭结构中掺氮,最后在不同的条件下KOH活化,制备了一系列石油焦基氮掺杂多孔炭。对得到的氮掺杂材料进行相关表征,探索其CO捕集性能。结果表明,基于石油焦制备的最优氮掺杂多孔炭,在1bar、25℃下,具有的CO吸附量达到4.57 mmol/g,优于之前的椰壳基氮掺杂多孔炭。此外,该样品在模拟烟气条件下还展现出优异的CO/N分离选择性、循环稳定性、高的初始CO等量吸附热、快速的吸附动力学和高的动态CO捕集性能等。石油焦基氮掺杂多孔炭由于其低成本、高效率,显然是CO捕集最有前景的吸附剂之一。

关键词：氮掺杂多孔炭椰壳石油焦氨氧化过程二氧化碳吸附

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自然生境中氨氧化细菌的分子生物学研究进展

环境污染与防治 2012年第11期34卷 79-85页

作者：于洋王晓燕首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048

硝化过程是自然界氨氮污染降解的主要生化机制,氨氧化细菌对于富营养的河流、海洋及土壤环境等自然生境具有重要作用。氨氧化细菌的群落结构很复杂,且在不同研究区的时空上存在很大差异性。随着分子生物技术的发展,各种自然环境中存在... 详细信息

硝化过程是自然界氨氮污染降解的主要生化机制,氨氧化细菌对于富营养的河流、海洋及土壤环境等自然生境具有重要作用。氨氧化细菌的群落结构很复杂,且在不同研究区的时空上存在很大差异性。随着分子生物技术的发展,各种自然环境中存在的氨氧化细菌得到了研究。目前,中国对氨氧化细菌的研究多集中于污水处理、土壤等方面,采用非培养方法对自然环境中氨氧化细菌的研究较少。首先介绍了氨氧化细菌的发现过程和生理特性,其次论述了不同的分子生物学方法对土壤和水生生态环境等自然生境中氨氧化细菌研究进展和研究方法,最后提出了自然生境中氨氧化细菌研究的问题和展望。

关键词：自然环境氨氧化过程氨氧化细菌氨单加氧酶 16S rRNA

土壤氨氧化过程和欧洲亚硝化单胞菌对重金属的响应研究

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土壤氨氧化过程和欧洲亚硝化单胞菌对重金属的响应研究

作者：何欢山东大学

学位级别：硕士

近年来,随着全世界范围内污水灌溉、农药和化肥的大量使用,以及采矿冶金业的迅速发展,造成重金属以各种形式进入大气、水、土壤中,引起环境污染。这些重金属污染物进入土壤后对土壤生物及土壤微生物产生严重的负面影响。硝化作用在氮循... 详细信息

近年来,随着全世界范围内污水灌溉、农药和化肥的大量使用,以及采矿冶金业的迅速发展,造成重金属以各种形式进入大气、水、土壤中,引起环境污染。这些重金属污染物进入土壤后对土壤生物及土壤微生物产生严重的负面影响。硝化作用在氮循环中具有重要作用,并且硝化作用对重金属胁迫非常敏感,也是对重金属最敏感的土壤微生物过程之一。现在已有的研究结果表明重金属污染对土壤微生物群落结构、微生物生物量、基础呼吸、营养物质矿化作用、CO2代谢商、土壤酶活性等都产生了影响,并且高浓度重金属对微生物的严重负面影响已被广泛接受。本论文主要以氨氧化菌群丰富的潮土为研究对象,以土壤潜在硝化速率（PNR）为氨氧化菌群的生态响应指标,研究潮土硝化作用对重金属的响应,同时利用超薄切片技术、透射电子显微镜（TEM）和能量扩散X射线光谱分析法（EDS）联用技术,分析不同种类和不同浓度重金属在欧洲亚硝化单胞菌细胞中的富集量及富集部位变化,主要研究结果如下：（1）在重金属Zn2+、Ni2+的处理下,PNR随着潮土中Zn2+、Ni2+处理浓度的增加而极显著地下降（p＜0.01）,处理组与对照组均有差异（p＜0.05）。潮土中Cd2+为低浓度（Cd2+浓度为1 mg.kg-1～10 mg.kg-1）时,潮土的PNR都较对照组显著升高（p＜0.05）;当Cd2+浓度大于10 mg.kg-1,PNR随着潮土中Cd2+处理浓度的增加而极显著地降低（p＜0.01）。潮土中Cu2+、Pb2+为低浓度（O mg.kg-1～1500 mg.kg-1）时,潮土的PNR与对照组之间没有差异。当Cu2+、Pb2+为高浓度（浓度大于1500mg·kg-1）时,PNR随着潮土中Cu2+、Pb2+处理浓度的增加而显著地降低（p＜0.05）。在Fe2+浓度（O mg.kg-1～1500 mg.kg-1）、Hg2+（O mg.kg-1～2000 mg.kg-1）.As2+（O mg.kg-1～20mg.kg-1）.Cr2+（O mg.***.kg-1）.Mn2+（0 mg.kg-1～3000mg.kg-1）处理范围内,土壤PNR与对照组之间没有显著差异。从EC50值上看,Pb（EC50）＞Cu（EC50）＞Ni（EC50）＞Zn（EC50）＞Cd（EC50）,对土壤PNR的抑制程度为：Pb＜Cu＜Ni＜Zn＜Cd。（2）虽然不同重金属处理下,菌体会因为培养条件的不同出现细微的差异,但是欧洲亚硝化单胞菌的形貌均呈现椭圆形,并且细胞表面光滑,细胞壁没有受到损害,细胞核区区分明显。空白对照组和重金属Zn的处理组,从超薄切片中看不出区别。但是重金属Cd2+处理组可以明显看出差异,即在细菌细胞体内存在黑色聚合物。并且经过EDX分析,对照组和重金属Zn2+和Cd2+之间的C元素含量没有差异,在重金属Zn2+处理组中没有发现Zn元素的存在,说明Zn元素没有进入到欧洲亚硝化单胞菌体内,或者菌体内含有的Zn的质量太少,没有检测到Zn元素的存在。但是,通过对Cd2+的能谱分析可以看出,黑色聚合物中含有了大量的Cd元素,这说明Cd2+可以在欧洲亚硝化单胞菌体内聚集,形成了80～100 nm的范围内大小的黑色图块,形成了非特异性的重金属复合物。（3）欧洲亚硝化单胞菌中含有16种氨基酸种类（天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、精氨酸、赖氨酸）。空白对照组和重金属处理组含有的氨基酸种类一致,但是他们的含量有差异。在重金属Cd2+（浓度为0.02g·L-1）的处理下,氨基酸天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、甘氨酸、颉氨酸、酪氨酸比空白对照组明显增加（p＜0.05）,但是当重金属Cd2+在溶液中的浓度达到0.04 g·L-1时,这些氨基酸的含量又随着重金属含量的增加而降低。但是另一些氨基酸如谷氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、组氨酸和精氨酸随着重金属含量的增加而明显减低（p＜0.01）。对于重金属Zn2+来说,氨基酸变化的趋势和重金属Cd处理是基本一致的。当使用低浓度Zn2+（0.05 g·L-1）处理时,氨基酸天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸和亮氨酸比空白对照组明显增加（p＜0.01）,但是当重金属Zn的浓度达到0.5 g·L-1时,这些氨基酸会随着重金属含量的增加而降低（p＜0.01）。但是另外一些氨基酸如甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、精氨酸随着重金属含量的增加而明显减低（p＜0.01）本研究探讨了氨氧化细菌对重金属的响应,筛选出氨氧化菌群敏感的重金属种类和浓度,并利用超薄切片技术、透射电子显微镜（TEM）和能量扩散X射线光谱分析法（EDS）联用技术,阐明了重金属Zn和Cd对欧洲亚硝化单胞菌在细胞水平上的影响机理。

关键词：氨氧化过程土壤微生物亚硝化单胞菌重金属污染群落结构