二氧化钛纳米颗粒对沼泽土壤反硝化和N2O排放的影响

2021-10-09范峰华郑荣波郭雪莲

生态学报 2021年16期

关键词：剂量影响

范峰华,郑荣波,刘爽,郭雪莲

1 西南林业大学湿地学院, 昆明 650224 2 国家高原湿地研究中心, 昆明 650224 3 西南林业大学化学工程学院, 昆明 650224

1 材料与方法

1.1 TiO2NPs材料及预处理

本研究选取的TiO2NPs为锐钛矿(Anatase),纯度为99.8%,粒径为10—25 nm,亲水,购于阿拉丁试剂官网。为了防止聚集,将配好溶液放置超声波(200V,50 kHz)超声30 min。

1.2 土壤样品采样与预处理

2017年7月,在纳帕海国际重要湿地内(99°37′10.6″—99°40′20.0″E,27°48′55.6″—27°54′28.0″N)内选择典型沼泽土壤。用直径5 cm的土钻随机采集0—10 cm的土壤,剔除土壤中可见的石块和动植物残体后,装进自封袋,带回实验室经风干、均质化、研磨后过2 mm筛,用于室内培养实验。

1.3 培养实验

1.4 样品测定

2 数据统计

实验数据运用SPSS 25软件统计分析,采用单因素方差分析不同剂量TiO2NPs处理对沼泽土壤理化性质、反硝化酶活性、DNR和N2O排放的影响(P<0.05)。采用Pearson分析TiO2NPs处理下沼泽湿地土壤理化性质、反硝化酶活性和DNR、N2O排放相关关系。使用Amos 24 构建TiO2NPs处理对DNR和N2O排放影响的结构方程模型。图件制作采用Origin 2018软件。

3 结果与分析

3.1 TiO2NPs对沼泽土壤理化性质的影响

3.2 TiO2NPs对沼泽土壤反硝化酶活性的影响

TiO2NPs对沼泽土壤反硝化酶活性影响详见图1,培养14 d,A1000处理NIR活性显著降低(P<0.05)；培养35 d,A10和A1000处理NAR活性显著降低(P<0.01)。培养7 d,A1000处理NIR活性显著增加(P<0.05)；培养14 d,A1000处理NIR活性显著降低(P<0.01)。在整个培养周期,TiO2NPs处理NOR活性均显著增加(P<0.01)。除14 d A100处理外,TiO2NPs处理NOS活性均显著增加(P<0.01)。

表1 TiO2NPs处理对沼泽土壤理化性质影响

图1 TiO2NPs处理对沼泽土壤NAR活性、NIR活性、NOR活性和NOS活性的影响Fig.1 The effect of TiO2NPs addition on Nitrate reductase activity, Nitrite reductase activity, Nitric oxide reductase activity and Nitrous oxide reductase of marsh soilNAR：硝酸盐还原酶Nitrate reductase；NIR：亚硝酸盐还原酶Nitrite reductase；NOR：一氧化氮还原酶Nitric oxide reductase；NOS：氧化亚氮还原酶Nitrous oxide reductase;CK：0 mg/kg；A10：10 mg/kg；A100：100 mg/kg；A1000：1000 mg/kg

随着培养时间的延长,A10处理NAR活性降低。不同剂量TiO2NPs处理的NIR活性总体呈下降趋势(P<0.01)。A10和A1000处理NOR活性呈下降趋势(P<0.01)。A10和A1000处理NOS活性先增加后降低,A100处理NOS活性降低(P<0.01)。

3.3 TiO2NPs对沼泽土壤DNR和N2O通量的影响

TiO2NPs对沼泽土壤DNR和N2O通量的变化的影响详见图2。培养14 d,A1000处理DNR显著降低(P<0.05)；培养35 d,A100处理DNR显著降低(P<0.01)。培养7 d,A10和A1000处理N2O通量显著提高(P<0.01)；培养35 d,A100和A1000处理N2O通量显著提高(P<0.01)。随着培养时间的延长,A100处理DNR先增加后降低(P<0.05)。A100处理N2O通量不断增加(P<0.01)。