外源氮对潮土本底N2O排放的激发效应研究

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项目介绍
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基本信息

  • 批准号:
    41907069
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0710.土壤侵蚀与土壤肥力
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The development of sustainable agriculture in China faces great challenges to maintain crop yield while mitigating N2O emissions from agricultural soils. In recent years, numerous isotopic tracing studies showed that exogenous N application can not only induce substantial direct N2O emissions but also have a significant priming effect on the N2O emission from native soil, which results in an increased risk of greenhouse gas emission. However, the mechanisms behind the priming effect are unclear. This project focuses on fluvo-aquic soil, and 15N tracing studies will be carried out to evaluate the changes of mineral N contents and N2O emissions from native soil after exogenous N application; assess the impact of exogenous N addition on native N2O production pathways and functional microbes’ abundances; and investigate the effect of crop-soil interaction on the primed N2O emission. The mechanisms of the priming effect will be subsequently elucidated from the aspects of 1) changes of N2O production substrates from native soil, 2) microbial regulatory mechanisms, and 3) botanic regulatory mechanisms. This project will facilitate further understanding of the relationships between N application and N2O emission, help to optimize N2O emission simulation, and promote the establishment of regional mitigation actions.
在保障作物产量的同时降低农田N2O排放是我国可持续农业发展面临的重要挑战。近年来国内外同行及申请人进行的同位素示踪研究发现,外源氮施用除导致大量的N2O直接排放外,还会显著激发土壤本底N2O排放,从而进一步加剧温室气体排放风险。然而,关于外源氮激发土壤本底N2O排放的机制尚不明确。本项目拟选取黄淮海粮食产区主要土壤类型潮土为研究对象,结合15N同位素示踪技术,分析外源氮施用后土壤本底无机氮含量及N2O排放的变化;研究外源氮对土壤本底N2O产生途径及相关功能微生物丰度的影响;探究施用外源氮后作物生长参与对土壤本底N2O排放的影响。进而分别从1)本底N2O产生底物变化、2)微生物调节机制和3)植物调节机制三个方面阐释外源氮对潮土本底N2O排放激发效应的产生机制。本项目的实施可为进一步明确施氮与N2O排放的关系,优化N2O排放估算模型,制定区域减排措施提供参考依据。

结项摘要

调控农田N2O排放对我国可持续农业的发展具有重要意义。近年来研究发现外源氮施用除导致大量N2O直接排放外,还会显著激发土壤本底N2O排放。但外源氮激发土壤本底N2O排放的机制目前尚不明确。本项目以潮土为研究对象,综合运用15N稳定性同位素技术,分别从底物产生、微生物驱动和植物调节三个角度,总结外源氮对本底N2O排放的影响及其机制。主要研究结果如下:1)15N示踪及库稀释试验显示,低氮土壤和高氮土壤施氮后本底N2O排放分别比对照处理提高了1.41倍和5.65倍;在等量外源氮投入下,高氮土壤本底N2O排放显著高于低氮土壤,表明高氮土壤的本底N2O排放风险更高;与未施氮处理相比,施氮后两天内土壤初级矿化量增加了33.0%−98.5%,表明外源氮施用对土壤氮素初级矿化的促进作用为激发本底N2O排放提供了底物条件;2)通过探究外源氮施用对N2O排放途径及其功能微生物的影响发现,施氮所激发的本底N2O排放量中有61.79%−78.19%来自硝化过程;施氮后土壤氨氧化细菌(AOB)基因丰度显著提高,且多元分析表明AOB基因丰度对N2O排放总量及本底N2O排放影响显著,表明外源氮施用主要通过提升AOB活性来促进总N2O排放及本底N2O排放;3)通过研究植物生长参与对N2O排放来源的影响发现,外源氮与作物的交互作用对N2O排放及其来源影响显著,与未种植作物相比,种植作物显著降低了土壤N2O排放总量,但是来自土壤本底N2O排放比例显著增加,说明植物生长与外源氮对土壤氮素周转及本底N2O排放具有协同促进作用。综上所述,外源氮施用会促进土壤氮素初级矿化量增加,为本底N2O排放提供底物,进而在AOB的介导下,主要通过硝化过程将矿化的本底氮素转化为N2O排放,导致外源氮对土壤本底N2O排放的激发效应。作物生长参与可协同外源氮施用促进N2O排放的激发过程。本项目研究成果可为优化N2O排放估算模型,制定区域减排措施提供参考依据。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Crop straw incorporation alleviates overall fertilizer-N losses and mitigates N2O emissions per unit applied N from intensively farmed soils: An in situ 15N tracing study
农作物秸秆掺入可减轻肥料氮的总体损失,并减少集约化耕作土壤中每单位施用氮的氧化亚氮排放量:原位 15N 追踪研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Science of the Total Environment
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Cong Xu;Xiao Han;Yuping Zhuge;Guangmin Xiao;Bang Ni;Xiuchun Xu;Fanqiao Meng
  • 通讯作者:
    Fanqiao Meng
Water-washed hydrochar in rice paddy soil reduces N2O and CH4 emissions: A whole growth period investigation
稻田土壤水洗水炭减少 N2O 和 CH4 排放:全生育期调查
  • DOI:
    10.1016/j.envpol.2021.116573
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Environmental Pollution
  • 影响因子:
    8.9
  • 作者:
    Danyan Chen;Yibo Zhou;Cong Xu;Xinyu Lu;Yang Liu;Shan Yu;Yanfang Feng
  • 通讯作者:
    Yanfang Feng
玉米生长条件下潮土N2O排放来源定量解析
  • DOI:
    10.19741/j.issn.1673-4831.2020.0838
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    生态与农村环境学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘耀斌;徐聪;汪吉东;王磊;韩笑;纪程;张永春
  • 通讯作者:
    张永春
Optimizing organic amendment applications to enhance carbon sequestration and economic benefits in an infertile sandy soil
优化有机改良剂应用以增强贫瘠沙质土壤的碳封存和经济效益
  • DOI:
    10.1016/j.jenvman.2021.114129
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Environmental Management
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    Cong Xu;Jidong Wang;Di Wu;Chuanzhe Li;Lei Wang;Cheng Ji;Yongchun Zhang;Yuchun Ai
  • 通讯作者:
    Yuchun Ai

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其他文献

微观相场法研究高铝Ni 75 Al x V 25-x 中Ni 3 Al反位缺陷
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    陈铮
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  • 发表时间:
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    --
  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
    鲁莎
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐聪;张明义;马锐;苗树芳;陈铮;王永欣
  • 通讯作者:
    王永欣

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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