CO2浓度升高对我国北方冬小麦田土壤微生物资源限制和代谢活动的影响机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

项目摘要

Shifts in microbial resource limitation related to elevated CO2 (eCO2) can exert strong influence on microbial metabolism, which consequently lead to uncertainties in predicting soil carbon sink under the scenario of global change. Recently, stoichiometry of extracellular enzymes involved in microbial carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P) acquisition has been suggested as a useful indicator of microbial resource limitation in the changing environment. Although researchers have paid close attention to the feedbacks of several extracellular enzyme activities under global change, most studies generally failed to reveal their stoichiometric response to eCO2. Considering that farmland ecosystem has a great potential in soil C sequestration, it is crucial to understand how enzymatic stoichiometry determines resource limitation and metabolism of microorganisms in response to eCO2. This research focuses on the winter wheat field of Northern China. Based on the free air CO2 enrichment (FACE) site located in Changping, Beijing, comprehensive experiments will be conducted to investigate the spatial-temporal patterns and driving forces in regarding to microbial energy (e.g. C) and nutrient (e.g. N and P) limitations from the novel insight into enzymatic stoichiometry. Furthermore, microbial C use efficiency and soil organic C decomposition will be simulated by enzyme-catalyzed processes and microbial allocation model, then used to predict whether soils of winter wheat field will serve as C sink under eCO2. The object of this research is to provide scientific evaluation of increasing soil C sink as an important measure to cope with global change.
CO2浓度上升会改变微生物的资源限制,强烈影响其代谢活动,导致全球变化对土壤的碳汇作用具有不确定性。最新研究指出,参与微生物碳、氮、磷获取的胞外酶的化学计量关系可以有效指示环境变化对微生物资源限制的影响;但目前关注CO2升高的研究往往只探讨了其中几种胞外酶,没有系统考察对酶化学计量的影响。鉴于农田土壤碳库增汇的潜力十分可观,理解CO2升高作用下酶化学计量如何决定微生物资源限制及其代谢活动至关重要。本项目聚焦我国北方冬麦区,通过位于北京昌平的FACE系统模拟CO2升高,以酶化学计量的新颖视角揭示不同时(生育期)空(土层)格局下土壤微生物能量(碳)和养分(氮、磷)限制的变化规律,并探索内在的驱动机制;利用酶分解模型模拟微生物碳利用效率和土壤有机碳分解,并结合对地上碳同化的观测,评估CO2升高对麦田土壤碳汇形成的潜在影响。项目旨在为我国制定麦田土壤碳库增汇措施及应对全球变化提供科学依据。

结项摘要

本项目结合全球变化、土壤碳氮循环和农田生态系统领域的前沿问题,选择北方冬麦区为研究区域,依托自由式二氧化碳富集(FACE)平台,在田间原位条件下模拟未来CO2浓度升高情景,以微生物碳氮磷获取酶为关键研究对象,开展CO2浓度升高对华北冬小麦田土壤微生物资源限制和代谢活动的影响机制研究。研究结果表明,CO2浓度升高提高了收获时小麦叶片中固持的碳氮量,明显增加了作物回收物料中的养分含量,减少了叶片向籽粒的氮素转运,表明除生长稀释效应外,CO2浓度升高对叶片转运能力的影响也是造成籽粒氮素降低的可能原因。由于土壤中的活性碳库明显增加,可溶性养分化学计量比在CO2浓度升高处理下显著上升,导致土壤养分供应更趋向于氮限制。微生物采用降低自身碳利用效率的策略来缓解这种氮限制,进而引起碳限制,最终表现为CO2浓度升高将微生物面临的资源限制从氮限制为主转变为碳氮共限制。长期CO2浓度升高还引起冬小麦田有机质分解的正激发效应,同时参与C获取的胞外酶活性也相应增强,为CO2浓度升高引起的正激发效应提供了解释机制,表明地上光合作用固定的碳可能通过微生物代谢活动被返还,形成对CO2浓度升高的正反馈。对胞内酶活性的进一步量化分析表明,这种正激发效应不仅可以来自微生物直接增加酶生产,还可以通过调节酶在细胞内外的分配实现。驱动胞外和胞内酶活性的关键环境因素在不同CO2浓度水平下存在差异,其中大气CO2浓度水平下,胞外酶活性随土壤pH升高而降低,胞内酶活性随土壤含水量升高而升高,而在高CO2浓度水平下,仅观察到胞内氮获取酶受土壤全氮影响。CO2浓度升高削弱了环境因子对微生物酶活性的影响,可能增强未来气候变化条件下对微生物功能预测的不确定性。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
华北平原冬小麦田土壤胞外/内酶活性对长期CO2浓度升高的响应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张馨月;白家韶;韩雪;许吟隆
  • 通讯作者:
    许吟隆
Impacts of Elevated Atmospheric CO2 and N Fertilization on N2O Emissions and Dynamics of Associated Soil Labile C Components and Mineral N in a Maize Field in the North China Plain
华北平原玉米田大气CO2和氮肥升高对N2O排放及相关土壤不稳定碳成分和矿质氮动态的影响
  • DOI:
    10.3390/agronomy12020432
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Agronomy
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Fen Ma;Ming Li;Na Wei;Libing Dong;Xinyue Zhang;Xue Han;Kuo Li;Liping Guo
  • 通讯作者:
    Liping Guo

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

积雪和冻结土壤系统中的微生物碳排放和碳氮循环的季节性特征_陶娜
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陶娜;张馨月;曾辉;王娓
  • 通讯作者:
    王娓
水分和氮素对玉米苗期生长、根系形态及分布的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张馨月;王寅;陈健;陈安吉;王莉颖;郭晓颖;牛雅郦;张星宇;陈利东;高强
  • 通讯作者:
    高强
菌根真菌对土壤呼吸以及凋落物分解的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    钱雨奇;彭晓茜;曾文静;张馨月;王娓
  • 通讯作者:
    王娓
A New Object Tracking Algorithm Based on The Fast Discrete Curvelet Transform
一种基于快速离散曲波变换的目标跟踪新算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    International Journal of Signal and Image Processing
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于蕾;张馨月;郑丽颖
  • 通讯作者:
    郑丽颖
旧工业建筑再生利用的政企演化博弈研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    运筹与管理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李莉;武乾;张馨月
  • 通讯作者:
    张馨月

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

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]
      
关闭
close
客服二维码