[发明专利]一种模拟农田沟道土壤的锰氨氧化过程装置及其使用方法和应用

说明书

本发明公开了一种模拟农田沟道土壤的锰氨氧化过程装置及其使用方法，所述装置包括圆柱形的透明柱身、设于柱身上部的卤素灯、设于柱身底部的磁力搅拌器、设于柱身一侧的蓄水池以及计算机主机；柱身上方设置有可密封的圆形透明密封盖，底部填充一定量的农田沟道土壤和微生物凝胶载体，填装土壤的位置外部包裹有锡箔纸，柱体置于磁力搅拌器之上，利用磁力搅拌器轻微搅拌微生物絮体，促进微生物均匀生长。本发明装置结构简单，制作方便，成本便宜，采用该装置可以测定锰氨氧化的速率、锰还原菌的丰度、微生物群落结构以及水体脱氮速率，有助于更好理解锰氨氧化的作用机制以及锰氨氧化去除地表径流中氮素的过程。

技术领域

本发明属于水处理工程技术领域，具体涉及一种模拟农田沟道土壤的锰氨氧化过程装置及其使用方法和应用。

背景技术

随着经济和工农业的快速发展，中国已经成为世界最大的氮素排放国和生产国。大量氮肥的使用，使得农田生态系统成为氮污染的重灾区，沟道作为农业排水沟不可缺少的一部分更是承担了大部分的氮素积累。农田沟道过量的氮素经雨水的冲刷淋溶流入河流湖泊导致水体富营养化，严重污染自然水体，破坏生态平衡。最近的研究发现，锰氨氧化能在厌氧环境中利用金属氧化物二氧化锰为电子受体实现氮素的去除，这一现象广泛存在于海底沉积物、河口滩涂湿地以及森林土壤中，其中锰还原菌是其主要的脱氮微生物。对锰氨氧化在农田旁沟道土壤中的研究，有助于提升土壤的脱氮速率，减少氮污染，对河道湖泊富营养化的控制有很重要的理论和现实意义。

微生物过程的硝化反硝化和厌氧氨氧化过程一直以来都被认为是自然界中脱氮的主要途径。锰元素作为土壤中含量第二的含有多价态的重金属元素，锰氨氧化的发现无疑对土壤中重金属氧化物和氮素的循环有着里程碑式的意义；土壤氮素循环不再仅存在于单个元素间，而是多种元素的相互作用，是整个生态系统各种元素之间的不可忽视的循环。锰氨氧化是指微生物在厌氧条件下，利用二氧化锰为电子受体氧化NH₄⁺，生成NO₂^-，NO₃^-和N₂的过程。

目前对于土壤反硝化和厌氧氨氧化的研究已经比较成熟。通过构建一个密闭的反应器，根据密闭系统气体状态方程式计算并测量相关数据，可以实时原位测量土壤硝化反硝化的速率。专利申请号为CN201610116208.9的中国专利公开了一种土壤呼吸、硝化、反硝化过程速率原位测量方法，通过一种模拟装置，对河道底泥厌氧氨氧化过程有直观的了解并探究物理、化学、生物等因素对河道底泥厌氧氨氧化过程的影响；专利申请号为CN201410633441.5的中国专利公开了一种模拟原位河道底泥厌氧氨氧化过程的装置和使用方法及应用，而有关锰氨氧化的研究较少，基本上处于理论探究阶段。