[背景]堆肥过程中,不同反硝化微生物相互作用产生大量气态氮,不仅导致氮素流失使得堆肥肥效降低,而且造成环境污染.但是目前关于堆肥中反硝化细菌群落结构变化,尤其是群落结构与堆肥理化因子间相关性方面的报道较为欠缺.[目的]对堆肥中反硝化细菌进行研究,旨在揭示反硝化细菌群落动态变化,为深入理解堆肥氮循环机理提供科学数据.[方法]设计一种静态好氧高温堆肥技术处理牛粪和水稻秸秆,利用高通量测序技术研究堆肥中nirK型反硝化细菌群落组成的动态变化,并分析优势反硝化细菌菌属与理化指标之间的相关性.[结果]堆肥全程共17 d,各项堆肥理化指标以及生物学指标表明堆肥已经基本腐熟.高通量测序结果表明,在堆肥的不同阶段nirK型反硝化细菌群落结构差异显著.门水平上,堆肥中反硝化细菌属于变形菌门(Proteobacteria)和一未分类门;目水平上,优势类群主要属于根瘤菌目(Rhizobiales)、红杆菌目Rhodobacter ales)和伯克氏菌目(Burkholderiales),其中根瘤菌目(Rhizobiales)的种类最多,而伯克氏菌目Burkholderiales)的相对丰度最高.Spearman相关性分析表明未分类门的反硝化细菌和未分类科根瘤菌目的反硝化细菌与全碳、碳氮比、含水率以及pH呈显著负相关(P＜0.05),与凯氏氮和硝态氮呈显著正相关(P＜0.05);其他优势菌属与全碳、碳氮比、含水率以及pH呈显著正相关(P＜0.05),与凯氏氮和硝态氮呈显著负相关(P＜0.05);未分类科伯克氏菌目的反硝化细菌、未分类纲变形菌门的反硝化细菌、产碱杆菌科的Pusillimonas属和副球菌属(Paracoccus)与铵态氮显著相关(P＜0.05).[结论]静态好氧高温堆肥技术可以缩短堆肥周期.在堆肥的不同阶段nirK型反硝化细菌群落结构差异显著,并且该菌群落结构的变化受到堆肥理化因子的显著影响.本研究有助于揭示堆肥中氮素转化规律,并为改进堆肥工艺提供理论依据.

通过高通量测序和qPCR技术对象山港4种典型生境(牡蛎养殖区OA、海带养殖区SA、自然岛礁区NR、人工鱼礁区AR)和对照区CK的沉积物反硝化细菌丰度和群落结构进行了测定分析,并探讨了反硝化细菌群落与环境因子之间的相关关系.结果表明:沉积物nirK型反硝化细菌丰度在5种生境间没有显著性差异,而沉积物nirS型反硝化细菌丰度排序为AR＜OA=SA = NR = CK;在每种生境中,沉积物nirS型反硝化细菌丰度和多样性指数均显著高于nirK型.非度量多维排序(NMDS)结果显示:AR中沉积物nirK型反硝化细菌群落与其他4种生境显著不同,而AR中沉积物nirS型反硝化细菌群落结构与OA、NR和CK显著不同,与SA无显著差异.RDA分析结果显示:沉积物nirK型反硝化细菌群落与TOC具有显著相关性,而沉积物nirS型反硝化细菌群落与各个理化因子的相关性均不显著.总体而言,象山港5种生境中沉积物反硝化细菌的丰度和群落多样性均较高;而5种生境中,AR中沉积物反硝化细菌的丰度和群落多样性相对较低,且群落结构与其他4种生境显著不同.

作为一种新型土壤改良剂,生物炭对土壤微生物群落的影响已有报道,但在采煤塌陷复垦区土壤氮循环微生物群落对生物炭添加的响应鲜有报道.以生物炭和炭基肥为添加材料,以淮北地区塌陷复垦土为供试土壤,通过室外盆栽试验,采用荧光定量PCR(qPCR)和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术,研究不同生物炭处理的土壤硝化和反硝化微生物的菌群变化.试验共设5个处理:对照(CK)、常规化肥(CF)、炭基肥(BF)、2％生物炭配施化肥(LB)和4％生物炭配施化肥(HB).结果 表明:与CK处理相比,各施肥处理均显著提高了土壤氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)、反硝化细菌nirK和nirS基因丰度.与CF处理相比,生物炭和炭基肥处理显著提高了AOB和nirK基因丰度,增幅分别达到42.9％ ～82.1％和33.5％ ～62.7％.冗余分析表明,土壤有机碳、pH、NH4+-N和速效钾是显著影响AOB群落结构的主要因子,而土壤有机碳、pH和NO3-N含量是影响nirK型反硝化细菌群落结构的关键因子.因此,施用生物炭与炭基肥能改良采煤塌陷复垦区土壤质量,提高硝化和反硝化微生物丰度,并改变AOB和nirK型反硝化细菌群落结构.

旨在了解艾比湖湿地盐生植物盐角草根际与非根际中不同类型反硝化细菌的分布及其随季节变化情况,为温带干旱地区荒漠盐化生态系统的代表—艾比湖湿地在生态植被恢复过程中,由微生物推动的土壤氮素循环过程提供数据支撑.采集了艾比湖湿地夏、秋、春三个季节的盐角草根际和非根际土壤样本,通过高通量测序技术,比较分析了 nirS-型和rurK-型两种类型的反硝化细菌的多样性和群落结构特点;利用RDA(redundancy analysis)探究了土壤理化因素对反硝化细菌多样性及群落结构的影响.艾比湖湿地盐角草根际与非根际中,nirS-型和nirK-型反硝化细菌多样性最高的为秋季根际土壤样本;各土壤样本中的反硝化细菌多样性均呈现根际＞非根际.盐角草各土壤样本中的nirS-型反硝化细菌在门分类水平上隶属于变形菌门(Proteobacteria),厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria),而 nirK-型反硝化细菌在门水平上分类仅包括了Proteobacteria 和 Firmicutes.Proteobacteria 在各土壤样本中的占比均较高;其中 Gamma-Proteobacteria 的盐单胞菌属(Halomonas)和假单胞菌属(Pseudomonas)是各土壤样本所共有的nirS-型反硝化菌的优势菌属,但它们在每个土壤样本中的相对丰度各有差异.Alpha-Proteobacteria的根瘤菌属(Rhizobium)是盐角草各土壤样本中较为广泛存在的nirK-型反硝化细菌.艾比湖湿地盐角草各土壤样本中的反硝化细菌群落结构存在着一定的差异.RDA结果显示含水量、有机质、全氮和铵态氮等对各土壤样本中的nirS-型反硝化细菌的多样性影响较大,含水量、有机质、全氮、碱解氮等是nirK-型反硝化细菌多样性的主要影响因素.土壤电导率、全磷、全钾、全氮和碱解氮协同影响nirS-型反硝化细菌的群落结构,有机质、速效钾、速效磷、pH和硝态氮是nirK-型反硝化细菌群落结构组成的主要影响因素.艾比湖湿地反硝化细菌呈现季节性变化,nirS-型和nirK-型反硝化细菌以不同的主要菌属,共同推进湿地反硝化作用.而对于湿地生态系统的保护,则需要进行长期而广泛的土壤状态评估和土壤反硝化微生物菌群的动态监测.

从滇池湿地植物根系中分离得到一株好氧反硝化细菌(Aeromonas),编号为RC-15.通过聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)对该菌株的关键反硝化酶基因进行鉴定,且对该菌株在不同环境因子(碳源、温度、初始pH值、碳氮比)条件下的反硝化能力进行探究.结果显示,该菌株成功扩增出反硝化酶基因napA和nirK,说明该菌株在有氧分子存在的条件下具有好氧反硝化能力.通过单因素试验得到在碳源为乙酸钠、温度为30℃、初始pH值为8.0、碳氮比为7的培养条件下该菌株反硝化能力最强,24 h时硝氮的去除率达到95.57％,对应的硝氮去除速率达到14.62 mg/(L·h).研究筛选的菌株RC-15为后续投加高效反硝化菌株强化实际废水脱氮提供了新型菌源.