第1章 绪论 1
1.1氮污染概述 1
1.2氮迁移转化研究现状 2
1.2.1同位素技术研究进展 2
1.2.2氮在包气带中迁移转化过程及研究现状 4
1.3脱氮微生物的研究现状 6
1.3.1土壤氮素转化的关键微生物 6
1.3.2氨化细菌 7
1.3.3硝化细菌 7
1.3.4异养硝化好氧反硝化细菌 7
1.3.5微生物菌剂的相关研究 8
1.4磷脂脂肪酸生物标记法研究进展 9
1.4.1磷脂脂肪酸分析法及其命名原则 9
1.4.2磷脂脂肪酸分析法的原理及其应用 10
1.5高通量测序 11
1.6氮污染数值模拟研究 12
1.6.1国内外数值模拟研究现状 12
1.6.2地下水数值模拟软件的发展 13
1.6.3 Hydrus-1D模型研究现状 14
第2章 区域概况 15
2.1社会经济概况 15
2.2自然地理概况 16
2.2.1地形地貌 16
2.2.2气候 17
2.2.3土壤植被 18
2.3水文地质特征 19
2.3.1河北平原水系特征 19
2.3.2地下水系统水文地质特征 21
2.3.3地下水含水层组水文地质特征 24
2.4地下水污染现状 28
第3章 河北平原浅层地下水中氮的来源 29
3.1浅层地下水中氮的来源及其特征 29
3.1.1氮污染来源分析 29
3.1.2 硝酸盐氮在地下水中的分布 31
3.1.3河北平原地下水硝酸盐氮总体特征 33
3.1.4不同地区间的地下水硝酸盐氮变化 34
3.1.5硝酸盐氮的示踪 35
3.2浅层地下水氮迁移转化规律 38
3.2.1浅层地下水氮迁移机理 38
3.2.2实验内容与方法 39
3.2.3研究区地下水氮污染数值模拟 40
3.2.4模型预测及污染分析 44
3.3包气带中“三氮”迁移转化机制 45
3.3.1实验方法及样品预处理 45
3.3.2土柱装填及实验 46
3.3.3土壤水溶液中硝酸盐氮的迁移转化 47
3.3.4土壤水溶液中氨氮的迁移转化 49
3.3.5土壤水溶液中亚硝酸盐氮的迁移转化 51
3.3.6浸出液中“三氮”的浓度变化 53
3.4包气带中氮素数学模型的建立及Hydrus-1D预测 54
3.4.1水流运动基本方程 54
3.4.2土壤水分运移模型 55
3.4.3土壤溶质运移模型 55
3.4.4 Hydrus-1D软件介绍 57
3.4.5结果分析 60
3.5氮污染防治措施 63
3.5.1建立生态农业体系 63
3.5.2合理施肥与灌溉 64
3.5.3加强排污管理 64
3.6本章小结 64
第4章 土壤微生物提取与制剂 67
4.1实验材料和设备 67
4.1.1试剂 67
4.1.2实验器具 68
4.1.3实验设备 68
4.2实验方法 69
4.3土壤的理化指标 69
4.4细菌的富集与筛选 70
4.4.1实验方法 70
4.4.2结果与分析 70
4.5各菌株形态及革兰氏染色 71
4.5.1鉴定方法 71
4.5.2结果与分析 71
4.6各菌株性能的测定 73
4.6.1实验方法 73
4.6.2结果与分析 73
4.7菌株的16S rDNA序列测定 77
4.8氮循环微生物菌剂的制备 78
4.9菌剂活性的测定 78
4.9.1菌剂活性的测定方法 78
4.9.2结果与分析 79
4.10菌剂降解能力的测定 83
4.10.1菌剂降解能力的测定方法 83
4.10.2结果与分析 84
4.11土培实验验证菌株效果 95
4.11.1总氮浓度随时间的变化情况 95
4.11.2氨氮浓度随时间的变化情况 97
4.11.3硝态氮浓度随时间的变化情况 99
4.11.4亚硝态氮浓度随时间的变化情况 101
4.11.5 PLFA随时间的变化情况 103
4.12本章小结 105
第5章 氮在土壤中的迁移和转化 107
5.1概述 107
5.1.1氨化作用与氨化微生物 107
5.1.2硝化作用与硝化微生物 108
5.1.3反硝化作用与反硝化微生物 109
5.2总氮在土壤中的迁移转化 110
5.2.1总氮在潮土中的变化趋势 110
5.2.2总氮在褐土中的变化趋势 118
5.3硝态氮在土壤中的变化趋势 123
5.3.1硝态氮在潮土中的迁移转化 123
5.3.2硝态氮在褐土中的迁移转化 130
5.4氨氮在土壤中的迁移转化 135
5.4.1氨氮在潮土中的迁移转化 135
5.4.2氨氮在褐土中的迁移转化 141
5.5亚硝态氮在土壤中的迁移转化 146
5.5.1亚硝态氮在潮土中的迁移转化 146
5.5.2亚硝态氮在褐土中的迁移转化 148
5.6本章小结 153
第6章 基于高通量测序技术下土壤微生物种类与多样性分析 154
6.1高通量测序技术原理及方法 154
6.1.1土壤的提取和纯化方法 154
6.1.2 PCR扩增 154
6.1.3 PCR产物的混样和纯化 155
6.1.4文库构建和上机测序 155
6.1.5数据计算方法 155
6.2土壤细菌种类及多样性分析 155
6.2.1土壤细菌高通量测序分类总结 156
6.2.2土壤细菌物种相对丰度统计 157
6.2.3土壤细菌Alpha多样性指数分析 159
6.2.4稀释曲线分析 161
6.2.5土壤氮循环功能细菌统计 161
6.3土壤古菌种类及多样性分析 162
6.3.1土壤古菌OTU聚类分析和物种注释 163
6.3.2土壤古菌物种相对丰度统计 163
6.3.3土壤古菌Alpha多样性指数分析 164
6.3.4土壤氮循环功能古菌统计 165
6.3.5稀释曲线分析 165
6.4土壤真菌种类及多样性分析 165
6.4.1土壤真菌OTU聚类分析 166
6.4.2土壤真菌相对丰度统计 166
6.4.3土壤真菌Alpha多样性分析 166
6.4.4样品稀释曲线分析 168
6.5本章小结 168
第7章 结论与建议 170
7.1主要成果与认识 170
7.2河北平原包气带和浅层地下水氮污染控制对策 174
附录 176
附录1 7种菌株的测序序列 176
附录2实验相关照片 183
参考文献 185