二氧化钛纳米颗粒对沼泽土壤反硝化和N<sub>2</sub>O排放的影响

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范峰华, 郑荣波, 刘爽, 郭雪莲

FAN Fenghua, ZHENG Rongbo, LIU Shuang, GUO Xuelian

二氧化钛纳米颗粒对沼泽土壤反硝化和N₂O排放的影响

Effects of TiO₂ nanoparticles on the denitrification and N₂O emissions of marsh soil

生态学报. 2021, 41(16): 6525-6532

Acta Ecologica Sinica. 2021, 41(16): 6525-6532

http://dx.doi.org/10.5846/stxb202008192162

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收稿日期: 2020-08-19

网络出版日期: 2021-05-21

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范峰华, 郑荣波, 刘爽, 郭雪莲. 二氧化钛纳米颗粒对沼泽土壤反硝化和N₂O排放的影响. 生态学报, 2021, 41(16): 6525-6532.

Fan F H, Zheng R B, Liu S, Guo X L. Effects of TiO₂ nanoparticles on the denitrification and N₂O emissions of marsh soil. Acta Ecologica Sinica, 2021, 41(16): 6525-6532.

二氧化钛纳米颗粒对沼泽土壤反硝化和N₂O排放的影响

范峰华^1,2 , 郑荣波³ , 刘爽^1,2 , 郭雪莲^1,2

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

收稿日期: 2020-08-19; 网络出版日期: 2021-05-21

基金项目: 云南省基础研究计划项目重点项目(202001AS070041);国家自然科学基金(41563008);云南省高原湿地科学创新团队项目(2012HC007)

^*通讯作者Corresponding author. 郑荣波, E-mail: zhengrbzy@hotmail.com.

摘要: 近年来，二氧化钛纳米颗粒（TiO₂NPs）环境释放量不断增加，并通过多种途径进入湿地生态系统，不可避免地影响到湿地生态系统环境和功能。然而，关于TiO₂NPs对沼泽土壤反硝化作用和氧化亚氮（N₂O）排放的影响机及制尚不明确。选择典型沼泽土壤，通过室内培养实验研究土壤理化性质、反硝化酶活性、反硝化速率（DNR）和N₂O排放对不同剂量TiO₂NPs 0 mg/kg（CK）、10 mg/kg（A10）、100 mg/kg（A100）、1000 mg/kg（A1000）输入的响应，探讨TiO₂NPs输入对沼泽土壤反硝化作用和N₂O排放影响的内在机制。结果表明：不同剂量TiO₂NPs处理显著降低了土壤pH（P < 0.05），A10处理显著降低土壤总有机碳（TOC）含量（P < 0.01），A1000处理显著降低硝态氮（NO₃^--N）和亚硝态氮（NO₂^--N）含量（P < 0.05）。TiO₂NPs处理抑制硝酸盐还原酶（NAR）活性，促进一氧化氮还原酶（NOR）和氧化亚氮还原酶（NOS）活性（P < 0.01），A1000处理先促进后抑制了亚硝酸盐还原酶（NIR）活性（P < 0.05）。不同剂量TiO₂NPs处理抑制了土壤DNR，促进了N₂O排放，TiO₂NPs处理通过抑制NIR活性，降低土壤DNR，同时通过促进NOR活性，提高N₂O排放。综上，TiO₂NPs输入通过影响反硝化还原酶活性改变沼泽土壤反硝化过程，导致沼泽土壤N₂O排放增加，改变湿地氮的源、汇功能，影响全球气候变化。为TiO₂NPs输入的湿地环境风险评估研究提供理论基础。

关键词: 二氧化钛纳米颗粒反硝化作用 N₂O排放酶活性沼泽

Effects of TiO₂ nanoparticles on the denitrification and N₂O emissions of marsh soil

FAN Fenghua^1,2 , ZHENG Rongbo³ , LIU Shuang^1,2 , GUO Xuelian^1,2

1. Wetland College of Southwest Forestry University, Kunming 650224, China;
2. National Plateau Wetland Research Center, Kunming 650224, China;
3. College of Chemical Engineering, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China

Abstract: In recent years, with the rapid development of nanotechnology, the increasing production and application of titanium dioxide nanoparticles (TiO₂NPs) will lead to their release and accumulation in the environment. Owing to that the wetland is located in a relatively lower water catchment environment, TiO₂NPs may enter the wetland ecosystem through multiple pathways, once it enters the wetland ecosystem, it will affect environment and the function of wetland ecosystem and change the process of soil nitrogen transformation inevitably. However, little is known about the effects and mechanism of TiO₂NPs input on the denitrification and nitrous oxide (N₂O) emissions of marsh soil. In this study, in order to explore the effects and its mechanism of TiO₂NPs input on soil denitrification and N₂O emissions, marsh soils were collected from typical field and an indoor cultivated experiment with different addition of TiO₂NPs was conducted, exposure experiments were conducted to investigate the effects of TiO₂NPs (0 mg/kg (CK), 10 mg/kg (A10), 100 mg/kg (A100), 250 mg/kg (A250), and 1000 mg/kg (A1000)) on soil physical and chemical properties, denitrifying enzyme activity, denitrification rate and N₂O emissions of marsh soil. The results showed that (1) all the addition of TiO₂NPs significantly reduced soil pH (P < 0.05), the treatments of A10 significantly reduced the content of soil total organic carbon (TOC) (P < 0.01), the treatments of A1000 significantly reduced the content of soil nitrate nitrogen (NO₃^--N) and nitrite nitrogen (NO₂^--N) (P < 0.05). (2) The addition of TiO₂NPs inhibited the activity of nitrate reductase (NAR) and promoted the activity of nitric oxide (NOR) and nitrous oxide (NOS) (P < 0.01), the treatments of A1000 promoted the activity of nitrite reductase (NIR) in initial stage of inhibition, then the trend was opposite (P < 0.05), but with the extension of the culture time, the inhibitory effect of TiO₂NPs gradually weakened. (3) The addition of TiO₂NPs significantly inhibited denitrification rate (DNR) and promoted N₂O emissions. (4) DNR was positively correlated with the activity of NIR(P < 0.01), N₂O was positively correlated with the activity of NOR(P < 0.01). The addition of TiO₂NPs reduced the DNR of marsh soil by inhibiting the activity of NIR, addition of TiO₂NPs improved the N₂O emissions of marsh soil by promoting the activity of NIR. Overall, addition of TiO₂NPs interfered the denitrification process of marsh soil by affecting denitrification reductase activity, resulting in increased N₂O emissions, thus the function of nitrogen source or sink in wetland and global climate will be changed. This study provides a theoretical basis for the assessment of environmental risks of TiO₂NPs input in wetland.

Key Words: titanium dioxide nanoparticles denitrification N₂O emissions enzyme activity marsh

氮素是许多生物体生长的关键营养元素, 也是湿地土壤重要养分^[1]。氮循环是影响湿地生态系统生产力和可持续性的重要营养循环^[2]。反硝化作用是由许多厌氧或低氧条件下微生物参与的将NO₃^--N连续还原为NO₂^--N、一氧化氮(NO)、N₂O和氮气(N₂)的过程^[3-4], 其作为氮循环重要组成部分, 由NAR、NIR、NOR和NOS催化的生物还原反应组成^[5]。反硝化过程中排放的N₂O气体是重要温室气体之一^[6], 其全球变暖潜力是二氧化碳的300倍^[7], 所以研究湿地土壤反硝化过程, 对全球气候变化研究具有重要意义^[8]。

随着纳米技术的快速发展, TiO₂NPs被广泛应用于催化剂、废水处理和化妆品等方面^[9], 这将不可避免地导致其在环境中释放和积累^[10]。由于湿地处于地势较低的汇水环境, TiO₂NPs随水流迁移进入湿地, 并在湿地土壤中积累。在我国长江、黄河、珠江等流域的沉积物中均检测到TiO₂NPs^[11]。TiO₂NPs在湿地土壤中累积, 不仅造成一系列潜在的生态和健康风险问题^[12], 同时也会影响土壤微生物和酶活性, 从而改变氮循环过程^[13]。Li等^[14]研究表明, 在好氧条件下, 25 mg/LTiO₂NPs处理会抑制反硝化假单胞菌属, 而50 mg/LTiO₂NPs处理则促进反硝化假单胞菌属。Yang等^[15]研究表明, 长期暴露于TiO₂NPs, 会降低氮代谢途径和糖酵解代谢过程中功能基因和酶编码基因的相对丰度, 导致反硝化速率降低。石清清等^[16]研究发现, 0.5 g/kgTiO₂NPs处理抑制硝酸盐还原酶活性, 影响了NO₃^--N还原为NO₂^--N的过程。目前TiO₂NPs的生物毒理学研究受到广泛关注, 而关于TiO₂NPs输入对湿地土壤氮转化过程的影响研究鲜见报道。因此, 本文选择高原典型沼泽土壤, 研究TiO₂NPs对沼泽土壤理化性质、反硝化酶活性、DNR和N₂O排放的影响, 探讨TiO₂NPs对沼泽土壤反硝化作用和N₂O排放的影响及内在机制, 以期为TiO₂NPs输入的湿地环境风险评估研究提供理论基础。

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

称取100 g干土于500 mL具塞玻璃三角瓶中, 先用灭菌超纯水调节土壤含水量至田间持水量的40%, 盖上橡皮塞, 放入恒温培养箱25 ℃下黑暗、活化培养5 d。活化培养结束后, 将不同剂量TiO₂NPs溶液(CK、A10、A100、A1000)分别均匀加入三角瓶中, 为了防止TiO₂NPs溶液聚集, 添加TiO₂NPs溶液过程中不断用磁力搅拌器搅拌, 最后, 调节土壤含水量至田间持水量的70%。将处理好的样品放入25 ℃恒温培养箱中黑暗、避光培养。实验设置3个平行, 共36个样品。用差重法定期补充水分。根据TiO₂NPs的慢性毒性, 分别在培养第7、14、35天进行破坏性取样, 土壤样品部分保存于4 ℃冰箱, 用于测定铵态氮(NH₄⁺-N)、NO₃^--N、NO₂^--N、反硝化酶活性、N₂O通量和DNR；另一部分风干保存于自封袋, 用于测定土壤pH值、总氮(TN)、TOC。

1.4 样品测定

土壤pH值采用pH计(STARTER 300)测定；土壤TOC含量采用总有机碳分析仪(德国元素Vario)测定；土壤TN、NH₄⁺-N、NO₂^--N、NO₃^--N含量, NAR和NIR活性, 使用连续流动分析仪(SKALAR San++, Sklar Co, Netherlands)测定；土壤NOR和NOS活性使用一氧化氮酶联免疫分析试剂盒和氧化亚氮还原酶酶联免疫分析试剂盒测定；N₂O通量使用超痕量N₂O/CO分析仪(N₂O/CO LOS GATOS RESEARCH)测定, DNR采用乙炔抑制法测定^[17]。(本实验所用仪器均属于西南林业大学大型仪器共享平台)

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

TiO₂NPs对沼泽土壤理化性质影响详见表 1, 培养7 d, A1000处理pH、NO₃^--N含量显著降低(P＜0.05)。A10处理TOC含量显著降低(P＜0.01)。培养14 d, 不同剂量TiO₂NPs处理pH均显著降低(P＜0.01), A100处理TN含量降低；培养35 d, A10和A100处理TOC含量显著降低(P＜0.01), A1000处理pH、NO₃^--N和NO₂^--N含量显著降低(P＜0.05)。

表 1 TiO₂NPs处理对沼泽土壤理化性质影响 Table 1 The effect of TiO₂NPs addition on physicochemical properties of marsh soil

	天数 Time/d	pH	总有机碳 Total organic carbon/(g/kg)	总氮 Total nitrogen/(g/kg)	硝态氮 Nitrate nitrogen/(mg/kg)	铵态氮 Ammonium nitrogen/(mg/kg)	亚硝态氮 Nitrite nitrogen/(mg/kg)
CK	7	7.47±0.04Aa	83.10±1.29Aa	5.93±0.04Aa	57.04±3.68Aab	9.81±2.57Aa	0.75±0.09Aa
	14	7.40±0.05Aa	82.91±4.93Aa	5.26±0.08ABa	48.96±3.37Aa	1.05±0.08Ab	0.55±0.10Aa
	35	7.43±0.04ABa	87.23±0.67Aa	4.13±0.01Aa	82.66±4.56Ab	2.91±0.84Ab	0.52±0.05Aa
A10	7	7.44±0.03ABa	67.16±2.30Ba	5.48±0.28Aa	52.91±2.48ABa	16.33±3.68Aa	0.72±0.04Aa
	14	7.28±0.02Bb	72.98±5.97Aa	5.06±0.25ABa	57.06±3.36Aa	1.03±0.17Aa	0.54±0.02Ab
	35	7.48±0.06Aa	75.01±2.99Ba	5.08±0.23Aa	78.40±2.51Ab	2.69±0.17Aa	0.33±0.08ABc
A100	7	7.41±0.04ABa	82.12±1.35Aa	5.47±0.05Aa	54.75±3.05Aa	11.41±0.95Aa	0.66±0.08Aa
	14	7.31±0.05Bb	81.70±2.28Aa	4.47±0.36Ba	39.84±4.12Aa	1.11±0.26Ab	0.43±0.03Aa
	35	7.42±0.02ABa	84.00±1.42Bb	4.14±0.27Aa	75.45±1.45ABb	2.22±0.19Ab	0.49±0.05Aa
A1000	7	7.39±0.06Ba	81.52±9.99Aa	4.57±0.15Ab	40.36±5.83Ba	7.04±1.24Aa	0.51±0.11Aa
	14	7.28±0.02Ba	80.61±2.46Aa	5.81±0.16Aa	45.83±1.55Aa	1.23±0.06Ab	0.47±0.06Aa
	35	7.35±0.03Ba	87.05±5.03Aa	3.50±0.17Ac	52.49±4.13Ba	2.98±1.07Ab	0.26±0.03Ba
表中数据为平均值±标准差(n=3), 同一列中, 大写字母代表不同浓度处理之间差异显著, 小写字母代表培养时间之间差异显著(P＜0.05);其中, 不同剂量CK：0 mg/kg；A10：10 mg/kg；A100：100 mg/kg；A1000：1000 mg/kg

表选项

随着培养时间的延长, A10和A100处理pH先降低后增加(P＜0.01)；A1000处理TN先增加后降低(P＜0.05)；A10处理NO₂^--N含量持续降低(P＜0.01)；A10和A100处理NO₃^--N含量显著增加(P＜0.01)；CK、A100和A1000处理NH₄⁺-N含量显著降低(P＜0.01)。

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)。

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 soil NAR：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

图选项

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)。

图 2 TiO₂NPs处理对沼泽土壤DNR和N₂O通量的影响 Fig. 2 The effect of TiO₂NPs addition on DNR and N₂O flux of marsh soil

图选项

3.4 TiO₂NPs处理下沼泽土壤反硝化作用与土壤环境的关系

沼泽土壤DNR与NIR活性呈显著正相关(P＜0.01)；N₂O排放与NOR活性呈显著正相关(P＜0.01), 与TN、NO₂^--N含量(P＜0.01)和NAR活性(P＜0.05)呈显著负相关(表 2)。

表 2 TiO₂NPs处理下沼泽土壤反硝化作用和N₂O排放与土壤环境的关系 Table 2 The relationships between nitrogen denitrification, N₂O emissions and environmental factors of marsh soil with TiO₂NPs addition

指标 Index	反硝化速率 Denitrification rate	N₂O通量 Nitrous oxide flux	指标 Index	反硝化速率 Denitrification rate	N₂O通量 Nitrous oxide flux
pH	-0.16	-0.01	亚硝态氮Nitrite nitrogen	0.00	-0.47^**
总有机碳Total organic carbon	0.18	-0.13	硝酸盐还原酶Nitrate reductase	0.26	-0.40^*
总氮Total nitrogen	0.31	-0.43^**	亚硝酸盐还原酶Nitrite reductase	0.43^**	-0.32
铵态氮Ammonium nitrogen	0.15	-0.10	一氧化氮还原酶Nitric oxide reductase	-0.27	0.44^**
硝态氮Nitrate nitrogen	0.30	0.05	氧化亚氮还原酶Nitrous oxide reductase	-0.01	0.24
*表示差异显著, *表示差异极显著

表选项

结构方程分析表明, TiO₂NPs处理下土壤环境与反硝化作用之间存在联系, NIR活性、TN、NO₂^--N含量和NOR活性对DNR有显著的直接影响；TN、NOR活性和NIR活性对N₂O的排放有显著的直接影响(图 3)。

图 3 TiO₂NPs处理对沼泽土壤DNR和N₂O排放的影响机制分析 Fig. 3 Analysis of the influence mechanism of TiO₂NPs addition on DNR and N₂O emissions of marsh soil 其拟合指标选取概率值(P)、卡方自由度比(CMIN/DF)、比较拟合指数(CFI)、拟合度指数(GFI)及综合拟合指标(AIC)；黑色粗实线代表正向影响, 黑色粗虚线代表负面影响, 灰色细虚线代表无显著影响；*为P＜0.05, * *为P＜0.01, * * *为P＜0.001

图选项

4 讨论 4.1 TiO₂NPs对沼泽土壤反硝化酶活性的影响分析

反硝化酶作为反硝化作用的重要驱动因素^[18], 其活性的变化会直接影响反硝化过程。本研究中, TiO₂NPs处理降低了NAR活性, 影响了NO₃^--N还原为NO₂^--N的过程。并且随着培养时间的延长, TiO₂NPs处理对NAR活性的抑制作用增强, 这可能是TiO₂NPs处理改变了微生物群落组成, 导致相关微生物基因丰度降低, 从而抑制了NAR活性^[19]。因为TiO₂NPs可以产生具有很强化学活性的氧自由基和氢氧自由基^[20], 这些自由基能与有机物反应, 使其降解成二氧化碳和水, 而微生物基本由有机物构成^[21], 所以TiO₂NPs极易影响微生物群落组成^[9]。关于TiO₂NPs对微生物群落组成的影响, 有待深入研究。

本研究发现, 培养14d, A1000处理NIR活性显著降低。这是因为TiO₂NPs处理降低了NO₂^--N含量, 而且NAR活性也受到抑制, 导致NO₃^--N向NO₂^--N转化速率降低, 参与反应的底物减少, 从而抑制了NIR活性。这表明TiO₂NPs处理抑制NIR活性, 影响了NO₂^--N还原为NO的过程。整个培养周期中, TiO₂NPs处理对NAR的抑制作用都显著高于对NIR的抑制作用, 说明NO₂^--N生成速率大于NO₂^--N还原速率, TiO₂NPs处理将会降低沼泽土壤环境中氮去除能力, 导致沼泽土壤中NO₂^--N的积累, 从而对湿地生物产生毒性效应^[22]。本研究发现, TiO₂NPs处理显著提高了NOR和NOS活性, 这可能是由于TiO₂NPs处理对NOR和NOS相关菌属没有产生毒性抑制作用, 反而激发了其活性, 从而提高NOR和NOS活性。有研究表明, NAR和NOR稳定地嵌入膜内, 而NIR和NOS则自由分布于膜周, 与NAR和NOR相比, NIR和NOS的活性更容易受到影响^[23]。在本研究中发现TiO₂NPs处理对四种酶活性均产生了影响, 且NOR比NOS对TiO₂NPs处理更敏感, 这可能是TiO₂NPs对沼泽土壤微生物群落组成的影响具有选择性^[24]。

4.2 TiO₂NPs对沼泽土壤DNR及N₂O排放的影响分析

本研究发现, TiO₂NPs处理下DNR与NIR活性呈显著正相关。反硝化作用过程45.5%以亚硝酸盐为电子受体^[25], 亚硝酸盐转化为一氧化氮的过程, 是反硝化过程中重要的限速步骤^[26-27]。TiO₂NPs处理降低了NO₃^--N和NO₂^--N含量, 导致底物减少, NIR活性降低, 抑制了亚硝酸盐向一氧化氮的转化, 从而降低土壤DNR。说明TiO₂NPs处理下NIR活性是影响DNR的重要因素, 这与Tatti等^[28]的研究结果一致。N₂O是反硝化过程的中间产物, 反硝化酶活性的变化会直接影响N₂O的排放^[29]。本研究发现, TiO₂NPs处理促进N₂O排放, NOR活性远高于其它酶活性, 这说明N₂O的生产速率远远高于还原速率, N₂O排放的增加可能直接受NOR活性增强的影响, TiO₂NPs处理主要影响了NO还原为N₂O的过程。研究表明N₂O排放增加是由于硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶以及一氧化氮还原酶的产生速度较快, 而氧化亚氮还原酶的产生较慢, 从而导致了大量的N₂O产生^[30], 酶活性是影响N₂O排放的重要因素^[31]。微生物反硝化反应是酶介导的生化过程, 反硝化酶活性是调节生化还原的直接因素^[32], 之前相关研究也证实这种生化反应主要受酶活性控制, 而不是基因丰度^{[6, 23]}。因此, 本研究结果证实了TiO₂NPs处理下NOR活性控制着沼泽土壤N₂O的排放。

5 结论

本研究采用室内培养实验, 研究了TiO₂NPs输入对沼泽土壤反硝化作用和N₂O排放的影响, 结果表明不同剂量TiO₂NPs处理会对沼泽土壤反硝化作用和N₂O排放影响。

(1) 不同剂量TiO₂NPs处理导致沼泽土壤pH显著降低(P＜0.05)；A10处理TOC含量显著降低(P＜0.01)；A1000处理NO₃^--N和NO₂^--N含量显著降低(P＜0.05)。

(2) TiO₂NPs处理抑制了NAR活性, 其中A10和A1000处理NAR活性显著降低(P＜0.01)；A1000处理抑制了NIR活性(P＜0.05), 但随着培养时间的延长, TiO₂NPs抑制作用减弱；不同剂量TiO₂NPs处理NOR和NOS活性显著提高(P＜0.01)。

(3) DNR与NIR活性呈显著正相关(P＜0.01), N₂O排放与NOR活性呈显著正相关(P＜0.01), TiO₂NPs输入通过抑制沼泽土壤NIR活性降低DNR；通过促进沼泽土壤NOR活性促进N₂O排放。酶活性的变化影响了土壤反硝化过程, 环境因子的变化在调控沼泽生态系统功能中具有重要的作用, TiO₂NPs在环境中的大量释放可能对水环境和区域气候构成潜在威胁。

参考文献

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