秸秆生物质炭与水分管理对稻田铬形态及水稻铬积累的协同影响及其生物化学机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41701370
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0701.环境土壤学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The behavior of chromium is related to its chemical forms. Reduction-oxidation reactions are important processes affecting chromium transformation. Organic matter and ferrous iron are the most common reductants involved in the reduction of hexavalent chromium in paddy soils. Derived from pyrolysis of straw at high temperature and low oxygen content, biochar is believed to have huge potential on soil organic matter improvement. Water management is an important factor affecting ferric iron reduction and ferrous iron oxidation in paddy soils. However, the synergistic effects of straw biochar and water management on chromium transformation and their mechanisms are still unkown. In the proposed work, the synergistic effects of straw biochar and water management on chromium transformation will be illuminated on soil chemistry and microbial ecology. The variations of oxygen, redox potential, pH, DOM in rhizosphere soils under different biochar application levels and water managements, and their relationships with the variations of iron redox cycling and chromium transformation will be determined. The coupling relationship between iron redox cycling and chromium transformation in the rhizosphere soils will be evaluated to illuminate the mechanism of iron redox cycling regulating the reduction of hexavalent chromium in paddy soil and thus chromium accumulation in rice. The functional microbial populations participated in the reduction process of ferric iron and hexavalent chromium will be identified to reveal microbially-mediated mechanism of iron redox cycling and chromium reduction. Moreover, the character and element content of biochar will be determined to reveal the interaction mechanisms between straw biochar and soil iron and chromium transformation. The purpose of this project is to reveal the synergistic effects of straw biochar and water management on chromium transformation and accumulation and their biochemical mechanism, and optimize the management practices to reduce chromium ecological risk for ensuring the safe production of rice.
铬的环境行为主要取决于铬的存在形态,氧化-还原作用是影响铬存在形态的重要因素。稻田土壤中有机质和亚铁是铬还原最主要的还原剂。来源于秸秆高温厌氧炭化的生物炭,在提升土壤有机质方面极具潜力。水分管理方式是影响稻田氧化铁还原和亚铁氧化的重要因素。但秸秆生物质炭与水分管理对稻田铬形态转化的联合效应尚不明晰。本申请拟从土壤化学、微生物学角度,研究不同秸秆生物质炭施用水平、不同水分管理下水稻根际溶氧量、Eh、pH、DOM动态对铁循环及铬形态转化的影响;判定根际土壤铁循环与铬形态转化之间的耦合关系,阐明铁循环耦合调控铬还原转化的作用机制;明确介导铁、铬还原的功能微生物种群,探明铁循环耦合调控铬还原转化的微生物驱动机制;揭示生物质炭与土壤铬、铁元素之间相互作用机制。该研究可探明秸秆生物质炭与水分管理对稻田铬形态及水稻铬积累的协同影响及其生物化学机制。为找到有效的生产管理方式降低稻田铬生态风险提供科学依据。

结项摘要

铬的环境行为主要取决于铬的存在形态,氧化-还原作用是影响铬存在形态的重要因素。本项目从土壤化学、微生物学角度,研究不同秸秆生物质炭施用水平、不同水分管理下水稻根际Eh、pH、DOM动态变化,以及对铁循环及铬形态转化的影响;并分析了根际土壤铁循环与铬形态转化之间的耦合关系,阐明了铁循环耦合调控铬还原转化的作用机制;同时研究了介导铁、铬还原的功能微生物种群,阐明了铁循环耦合调控铬还原转化的微生物驱动机制。主要结果及数据如下:(1)生物炭的添加显著降低土壤氧化还原电位,并相应提高了土壤pH。淹水条件下土壤处于厌氧还原状态,且氧化还原电位随时间呈下降的趋势,而干湿交替条件下土壤在氧化和还原状态之间反复波动。(2)生物炭的添加显著提高了土壤可溶性有机质含量。(3)生物炭和淹水处理协同促进了土壤中六价铬还原为三价铬。(4)生物炭和淹水处理协同降低了土壤中铬的迁移能力和稻米中铬的含量。(5)淹水条件下根系表面形成的铁膜可以吸附固定土壤溶液中的铬离子,并成为铬离子进入根系组织的阻碍层,降低水稻对铬的吸收累积。(6)不同生物炭和水分管理方式下土壤pH和氧化还原电位改变导致土壤微生物群落组成、多样性、功能基因构成都发生显著变化。这些成果为在铬污染稻田安全栽培水稻提供理论依据和科学支持。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
不同提取剂对土壤有效态Hg 提取的效果浅析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    浙江农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵首萍;张棋;肖文丹;陈德;叶雪珠;黄淼杰;胡静;高娜
  • 通讯作者:
    高娜
基于稳定同位素与多元素特征分析的农田土壤铅污染源解析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖文丹;叶雪珠;张棋;赵首萍;陈德;黄淼杰;胡静;高娜
  • 通讯作者:
    高娜
Cumulative effects of pyrolysis temperature and process on properties, chemical speciation, and environmental risks of heavy metals in magnetic biochar derived from coagulation-flocculation sludge of swine wastewater
热解温度和工艺对生猪废水混凝污泥磁性生物炭性质、化学形态和重金属环境风险的累积影响
  • DOI:
    10.1016/j.jece.2020.104472
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Journal of Environmental Chemical Engineering
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Zhang Qi;Ye Xuezhu;Li Hui;Chen De;Xiao Wendan;Zhao Shouping;Xiong Ruoxuan;Li Jun
  • 通讯作者:
    Li Jun
重金属污染土壤几种生物修复方式比较
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国农学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵首萍;叶雪珠;张棋;肖文丹
  • 通讯作者:
    肖文丹
Combined effects of rice straw-derived biochar and water management on transformation of chromium and its uptake by rice in contaminated soils
稻草生物炭和水管理对污染土壤中铬转化及其水稻吸收的综合影响
  • DOI:
    10.1016/j.ecoenv.2020.111506
  • 发表时间:
    2021-01-15
  • 期刊:
    ECOTOXICOLOGY AND ENVIRONMENTAL SAFETY
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    Xiao, Wendan;Ye, Xuezhu;Hu, Jing
  • 通讯作者:
    Hu, Jing

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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

        graph TD
          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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