【摘要】：硝化-反硝化作用在土壤氮循環(huán)中具有重要作用,它不僅是土壤中氮素?fù)p失的重要途徑,也是溫室氣體氧化亞氮(N_2O)排放的主要來源。炔烴類物質(zhì)(辛炔和乙炔)作為選擇性抑制劑,目前被廣泛用于土壤硝化-反硝化作用的研究。其中辛炔抑制技術(shù)是目前新發(fā)展起來的用來區(qū)分氨氧化過程中氨氧化細(xì)菌和氨氧化古菌對N_2O產(chǎn)生量的相對貢獻(xiàn)的方法,而乙炔抑制技術(shù)是最常用的測定土壤反硝化速率的方法。目前,辛炔與乙炔作為選擇性抑制劑在測定土壤硝化-反硝化速率中的誤差大小還沒有很好的量化,其誤差產(chǎn)生的機(jī)制還缺乏深入研究。為了研究辛炔抑制技術(shù)在區(qū)分細(xì)菌與古菌氨氧化速率時(shí)的系統(tǒng)誤差,本文利用典型氨氧化細(xì)菌與氨氧化古菌的純菌株,在不同濃度的辛炔處理下追蹤氨氧化過程中含氮?dú)怏w(N_2O和NO)的動(dòng)態(tài)變化,量化辛炔在測定氨氧化過程中的誤差。研究結(jié)果表明:與乙炔類似,辛炔也具有催化NO氧化為NO_2的能力,另外辛炔不溶于水,無法完全抑制細(xì)菌的氨氧化作用,這導(dǎo)致用辛炔區(qū)分細(xì)菌與古菌氨氧化過程中對N_2O產(chǎn)生量的貢獻(xiàn)時(shí)會(huì)造成實(shí)驗(yàn)誤差。辛炔抑制法的系統(tǒng)誤差是用辛炔抑制法測定的土壤氨氧化速率的0.25-1倍。隨著辛炔濃度(≤20uM)的增加,辛炔抑制法造成的系統(tǒng)誤差值也隨之增加。由辛炔催化NO氧化成NO_2所造成的誤差占誤差值的45%,而由辛炔不能完全抑制細(xì)菌的氨氧化活性所造成的誤差占誤差值的55%。根據(jù)我們的研究結(jié)果:當(dāng)辛炔的濃度為10uM時(shí),辛炔抑制法在區(qū)分細(xì)菌和古菌氨氧化過程中產(chǎn)生N_2O的相對量時(shí)具有較小的實(shí)驗(yàn)誤差。為了定量評價(jià)乙炔抑制法在測定土壤反硝化速率時(shí)的系統(tǒng)誤差,本文以氦/氮置換-直接定量氮?dú)夥榛鶞?zhǔn),量化了不同土壤參數(shù)條件下乙炔在測定反硝化速率時(shí)的誤差。結(jié)果表明:隨著土壤含水量的增加,乙炔抑制法的系統(tǒng)誤差是用乙炔抑制法測定的土壤反硝化速率的5-26倍。另外,乙炔抑制法測定的數(shù)據(jù)未能反映出反硝化速率隨含水量增加而增加的趨勢。隨著土壤硝酸鹽含量和水分含量的增加,乙炔抑制法的誤差值增加。乙炔抑制法的誤差主要有兩種來源:一種是乙炔催化NO氧化為NO_2,導(dǎo)致由NO進(jìn)一步還原為N_2O的量減少,造成反硝化速率的低估。這一類型的誤差平均占乙炔抑制法總誤差值的60%(31%-79%)。另外一種是乙炔對N_2O還原酶的不完全抑制,這一種類的誤差平均占乙炔抑制法總誤差的40%(14%-71%)。這些結(jié)果表明:在好氧條件下,乙炔抑制法測定土壤反硝化時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大誤差,所以在好氧條件下建議謹(jǐn)慎使用乙炔抑制法測定土壤反硝化速率。特別是對于硝酸鹽含量和水分含量都較高的土壤,不建議使用乙炔抑制法測定土壤反硝化速率。總之,在測定硝化-反硝化作用時(shí),無論是辛炔還是乙炔抑制技術(shù)都需要考慮其所造成的系統(tǒng)誤差。本文的結(jié)果有助于明確抑制劑的適用范圍和條件,有助于更合理地運(yùn)用炔烴類(辛炔和乙炔)抑制技術(shù)測定不同土壤條件下的反硝化和好氧氨氧化速率,同時(shí)為合理解釋好氧條件下用炔烴類(辛炔和乙炔)抑制技術(shù)測定的土壤硝化-反硝化速率方面的數(shù)據(jù)提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S154.3
【圖文】：

辛炔和乙炔作為選擇性抑制劑在測定土壤硝化-反硝化速率時(shí)的誤差研究1 緒論氧化亞氮（N2O）由于具有較高的增溫潛勢、在大氣中停留時(shí)間較長以及破壞臭氧層等特點(diǎn)，受到了人類的廣泛關(guān)注。N2O 的排放主要有海洋、森林、草地、化石燃料燃燒等幾種來源[1]。大氣中 N2O 的年逸出量為 10-17 Tg，并以 0.26%的年均增長速度不斷上升[2]。研究表明：土壤的 N2O 排放量占大氣中 N2O 增加量的 50%[3]，其中，硝化-反硝化作用是土壤 N2O 排放的主要途徑[1, 3]。通常情況下，土壤可在微生物的作用下通過硝化（主要指自養(yǎng)硝化）和反硝化（主要指異養(yǎng)反硝化）作用產(chǎn)生大量 N2O[4-7]（如圖 1-1 所示），占整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中 N2O 總排放量的 70-90%[8]。因此，定量土壤硝化-反硝化作用對 N2O 排放的貢獻(xiàn)及其微生物與環(huán)境調(diào)控機(jī)制可為降低土壤 N2O 排放提供理論依據(jù)和潛在的技術(shù)支持。

以 AOA 對氨具有極高的親和力[16, 27, 37-43]。氧化微生物 N2O 排放的發(fā)生機(jī)制表明 AOB 和 AOA 都能產(chǎn)生 N2O（如圖 1-2 所示）[34]。AOB生成 N2O：① Frank 等[44]（2012）研究發(fā)現(xiàn)有氧條件下，羥胺（HAO）的作用下被氧化成 NO 后再形成 N2O；② Thomas 等[低氧條件下，AOB 在 NO2-還原酶的作用下通過硝化菌反硝成 NO，再經(jīng) NO 還原酶作用還原成 N2O。與 AOB 不同，目前的途徑仍然存在爭議，因?yàn)锳OA的基因組中既缺少類似于AO缺少參與硝化菌反硝化作用的 NO 還原酶基因。L scher 等[46：AOA 在氨氧化過程中可通過未知的中間產(chǎn)物生成 N2O。通過同位素示蹤技術(shù)也證實(shí)：土壤 AOA 富集物中產(chǎn)生的14,15N2O、14,14N2O 3 種形式，它們可能分別是由氨氧化作用、及兩種代謝途徑結(jié)合所產(chǎn)生。

Molstad 等[118]（2007）詳細(xì)描述了該系統(tǒng)的原理和應(yīng)用（如圖3-1 所示）。簡言之，該系統(tǒng)是由微型氣相色譜儀（美國安捷倫科技有限公司出品的 Agilent micro-GC 7890B，以下簡稱 GC-7890B）、蠕動(dòng)泵、自動(dòng)采樣器和電熱恒溫水浴箱組成。氣體采樣的操作流程如下：首先自動(dòng)采樣器上的空心針將樣品瓶的橡膠塞刺穿，在蠕動(dòng)泵的作用下通過 PC 輸送管對瓶中土壤頂部空間的氣體進(jìn)行自動(dòng)采樣；接著在載氣（He）的推送下將氣體樣品輸送到氣相色譜中；最后通過氣相色譜中的微池電子捕獲檢測器（ECD）和熱導(dǎo)檢測器（TCD）分別測定出 N2O 和 N2的含量。氣相色譜法測定 N2O 的條件為：柱箱溫度為 50℃，檢測器溫度為 340℃，載氣為高純氦（純度≥99%）。氣相色譜法測定 N2的條件為：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2787624