辛炔和乙炔作为选择性抑制剂在测定土壤硝化-反硝化速率时的误差研究

论文摘要

硝化-反硝化作用在土壤氮循环中具有重要作用,它不仅是土壤中氮素损失的重要途径,也是温室气体氧化亚氮（N2O）排放的主要来源。炔烃类物质（辛炔和乙炔）作为选择性抑制剂,目前被广泛用于土壤硝化-反硝化作用的研究。其中辛炔抑制技术是目前新发展起来的用来区分氨氧化过程中氨氧化细菌和氨氧化古菌对N2O产生量的相对贡献的方法,而乙炔抑制技术是最常用的测定土壤反硝化速率的方法。目前,辛炔与乙炔作为选择性抑制剂在测定土壤硝化-反硝化速率中的误差大小还没有很好的量化,其误差产生的机制还缺乏深入研究。为了研究辛炔抑制技术在区分细菌与古菌氨氧化速率时的系统误差,本文利用典型氨氧化细菌与氨氧化古菌的纯菌株,在不同浓度的辛炔处理下追踪氨氧化过程中含氮气体（N2O和NO）的动态变化,量化辛炔在测定氨氧化过程中的误差。研究结果表明:与乙炔类似,辛炔也具有催化NO氧化为NO2的能力,另外辛炔不溶于水,无法完全抑制细菌的氨氧化作用,这导致用辛炔区分细菌与古菌氨氧化过程中对N2O产生量的贡献时会造成实验误差。辛炔抑制法的系统误差是用辛炔抑制法测定的土壤氨氧化速率的0.25-1倍。随着辛炔浓度（≤20uM）的增加,辛炔抑制法造成的系统误差值也随之增加。由辛炔催化NO氧化成NO2所造成的误差占误差值的45%,而由辛炔不能完全抑制细菌的氨氧化活性所造成的误差占误差值的55%。根据我们的研究结果:当辛炔的浓度为10uM时,辛炔抑制法在区分细菌和古菌氨氧化过程中产生N2O的相对量时具有较小的实验误差。为了定量评价乙炔抑制法在测定土壤反硝化速率时的系统误差,本文以氦/氮置换-直接定量氮气法为基准,量化了不同土壤参数条件下乙炔在测定反硝化速率时的误差。结果表明:随着土壤含水量的增加,乙炔抑制法的系统误差是用乙炔抑制法测定的土壤反硝化速率的5-26倍。另外,乙炔抑制法测定的数据未能反映出反硝化速率随含水量增加而增加的趋势。随着土壤硝酸盐含量和水分含量的增加,乙炔抑制法的误差值增加。乙炔抑制法的误差主要有两种来源:一种是乙炔催化NO氧化为NO2,导致由NO进一步还原为N2O的量减少,造成反硝化速率的低估。这一类型的误差平均占乙炔抑制法总误差值的60%（31%-79%）。另外一种是乙炔对N2O还原酶的不完全抑制,这一种类的误差平均占乙炔抑制法总误差的40%（14%-71%）。这些结果表明:在好氧条件下,乙炔抑制法测定土壤反硝化时会产生较大误差,所以在好氧条件下建议谨慎使用乙炔抑制法测定土壤反硝化速率。特别是对于硝酸盐含量和水分含量都较高的土壤,不建议使用乙炔抑制法测定土壤反硝化速率。总之,在测定硝化-反硝化作用时,无论是辛炔还是乙炔抑制技术都需要考虑其所造成的系统误差。本文的结果有助于明确抑制剂的适用范围和条件,有助于更合理地运用炔烃类（辛炔和乙炔）抑制技术测定不同土壤条件下的反硝化和好氧氨氧化速率,同时为合理解释好氧条件下用炔烃类（辛炔和乙炔）抑制技术测定的土壤硝化-反硝化速率方面的数据提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 土壤硝化作用
•     1.1.1 氨氧化微生物生态学研究进展
•     1.1.2 氨氧化微生物对不同生境的适应性
• 2O排放的发生机制'>    1.1.3 氨氧化微生物N₂O排放的发生机制
•     1.1.4 抑制剂在氨氧化微生物活性研究中的应用
•     1.1.5 辛炔抑制技术的内在缺陷
•   1.2 土壤反硝化作用
•     1.2.1 土壤反硝化的环境和微生物调控
•     1.2.2 土壤反硝化速率的测定方法
•     1.2.3 乙炔抑制技术内在缺陷
•   1.3 问题的提出
• 2 研究意义和内容
•   2.1 研究意义
•   2.2 研究内容
•   2.3 技术路线
• 3 材料和方法
•   3.1 实验材料、试剂及仪器
•     3.1.1 实验材料
•     3.1.2 实验试剂
•     3.1.3 实验仪器
•   3.2 分析方法
•     3.2.1 气体组分及浓度测定
•   3.3 土壤理化性质指标的测定
•     3.3.1 含水量（烘干法）
•     3.3.2 粒径分布（比重法）
•     3.3.3 土壤pH值
•     3.3.4 可溶性有机碳
•     3.3.5 铵态氮（靛酚蓝比色法）
•     3.3.6 硝态氮
•     3.3.7 亚硝态氮
•   3.4 数据处理与分析
• 4 辛炔在区分AOA和 AOB对氨氧化速率相对贡献时的误差
•   4.1 前言
•   4.2 纯培养实验设计
•     4.2.1 菌株富集培养
•     4.2.2 欧洲亚硝化单胞细菌（N.europaea）的纯培养实验体系
•     4.2.3 海洋泉古菌（N.maritimus）的纯培养实验体系
•   4.3 结果与讨论
• 2O和 NO排放量的影响'>    4.3.1 低浓度的辛炔对氨氧化细菌和古菌N₂O和 NO排放量的影响
•     4.3.2 辛炔抑制技术系统误差值的计算公式
•     4.3.3 低浓度的辛炔对细菌氨氧化作用系统误差值的影响
•     4.3.4 低浓度的辛炔对古菌氨氧化作用系统误差值的影响
•   4.4 小结
• 5 乙炔抑制法在测定好氧条件下土壤反硝化速率的误差
•   5.1 前言
•   5.2 实验设计
•     5.2.1 土壤预处理
• 2O排放的影响'>    5.2.2 硝化作用对土壤N₂O排放的影响
•     5.2.3 硝酸盐含量对乙炔抑制技术系统误差的影响
•     5.2.4 水分含量对乙炔抑制技术系统误差的影响
•   5.3 结果与讨论
• 2O排放的影响'>    5.3.1 硝化作用对土壤N₂O排放的影响
• 2O、N₂、NO排放量的影响'>    5.3.2 乙炔的添加对土壤N₂O、N₂、NO排放量的影响
•     5.3.3 乙炔抑制技术系统误差值的计算公式
•     5.3.4 硝酸盐含量对乙炔抑制技术的系统误差值的影响
•     5.3.5 水分含量对乙炔抑制技术的系统误差值的影响
•   5.4 小结
• 6 主要结论、创新之处和展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 创新之处
•   6.3 研究展望
• 7 参考文献
• 8 攻读学位期间的学术论文与研究成果
• 9 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张志君

导师: 秦树平

关键词: 硝化反硝化作用,辛炔和乙炔抑制技术,氨氧化细菌和古菌,反硝化速率,氨氧化速率

来源: 福建农林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,农业基础科学,农艺学

单位: 福建农林大学

分类号: S154.3

总页数: 74

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