畜禽粪便堆肥中CH4和N2O排放及其微生物学机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41401321
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 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:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Agricultural wastes, such as manure, is the considerable emission source of CH4 and N2O, which are important atmospheric greenhouse gases (GHGs). Manure composting reveals significant mitigation potential of CH4 and N2O emission in agriculture. This study will investigate the emission patterns of CH4 and N2O and the related microbial mechanisms during composting of different organic substrates by closed-chamber method and molecular techniques. This study will address the following items as listed: (i) The emission patterns and intensity of GHGs (CH4 and N2O) during the composting of different organic substrates (chicken manure, pig manure, and dairy manure). (ii) The effects of different mitigation measures (application of biochar and azotobacterin) on the emission of GHGs during manure composting and the mitigation potential. (iii) The microbial community structure and gene functions associated with the effects of substrates type and mitigation measures on GHGs emission during manure composting. The results of this study will provide data support for assessment of the emission intensity of CH4 and N2O and the mitigation potential during manure composting, and offer scientific evidence for revealing the microbial-driven mechanisms associated to GHGs emission during composting.
畜禽粪便等农业废弃物是大气温室气体甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的重要排放源,畜禽粪便等农业废弃物综合利用对减缓CH4和N2O农业源排放具有较大的潜力。本项目拟以不同有机物料的堆肥为对象,采用静态箱法与分子手段相结合,研究堆肥过程中温室气体CH4和N2O排放及其微生物学机制。项目将完成:(1)不同有机物料(鸡粪、猪粪及牛粪)堆肥过程中的温室气体(CH4、N2O)排放特征及其排放强度;(2)碳氮调控(生物质炭及固氮菌剂施用)对畜禽粪便堆肥中温室气体排放通量的影响规律及其减排潜力;(3)不同有机物料及碳氮调控措施对堆肥过程中温室气体排放影响的微生物群落结构及其基因功能。研究结果将为合理评估畜禽粪便堆肥中CH4和N2O排放量及其减排潜力提供数据支撑,为揭示堆肥过程中温室气体排放的微生物学驱动机制提供科学依据。

结项摘要

畜禽粪便好氧堆肥是实现废弃物稳定化、无害化和资源化的重要途径,然而在堆肥过程中会产生大量温室气体,造成环境污染。目前有关堆肥过程中温室气体排放特征的观测、减排潜力评估和具体微生物学驱动机制的报道还很少。本项目以工厂化条垛式畜禽粪便堆肥为研究对象,围绕其温室气体排放强度及驱动机制开展研究,获得了以下主要结果:(1)通过原位工厂化堆肥实验,利用静态暗箱-气相色谱法测定了堆肥全过程的CH4与N2O排放速率,堆肥过程中的CH4与N2O排放趋势与稻田中类似,呈现出此消彼长(trade-off)的关系。CH4的排放主要集中在堆肥过程的前期,而N2O的排放主要在堆肥成熟期,即堆肥温度与氧气含量均出现下降的后熟阶段。通过定量PCR微生物功能基因丰度同步检测技术,揭示了堆体理化特性与微生物功能基因丰度变化相互作用共同调控有机肥堆制过程中CH4与N2O排放的动态变化的微生物学机制。微生物功能基因丰度与CH4和N2O排放通量呈显著相关关系。逐步回归拟合结果表明,CH4排放通量动态主要由堆体温度、mcrA基因丰度以及NH4+变化得以解释;而N2O排放通量动态主要取决于nirk、nosZ和pmoA基因丰度变化。(2)研究了生物质炭的使用对堆肥过程中N2O的排放趋势的影响及相关的微生物学机制。实验结果表明,生物质炭的添加能显著降低N2O的排放通量主要原因是因为生物质炭对nirK基因(亚硝酸还原酶)丰度的抑制。相关性分析表明,N2O的排放通量与堆肥过程中nirK基因的丰度呈显著正相关关系,而与nosZ基因呈显著负相关关系。本实验结果说明生物质炭的添加可以作为减少温室气体N2O排放量的途径之一。(3)比较了农业废弃物常规堆置与条垛式堆肥温室气体排放差异。与常规堆置相比,农业废弃物条垛式分别增加了226.2%和374.6%的CO2和CH4排放,但能够减少72.5%的N2O排放。本项目明确了农业废弃物条垛式堆肥CH4及N2O的排放系数,并揭示了其排放机制,该研究结果为合理评估畜禽粪便堆肥中CH4和N2O排放量及其减排潜力提供数据支撑,为揭示堆肥过程中温室气体排放的微生物学驱动机制提供科学依据。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
接种复合菌剂对牛粪好氧堆肥进程及温室气体(CH4和N2O)排放的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    南京农业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李舒清;张镜丹;纪程;顾雯雯;李荣;邹建文
  • 通讯作者:
    邹建文
Microbial Abundances Predict Methane and Nitrous Oxide Fluxes from a Windrow Composting System.
微生物丰度可预测料堆堆肥系统中的甲烷和一氧化二氮通量
  • DOI:
    10.3389/fmicb.2017.00409
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Frontiers in microbiology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Li S;Song L;Gao X;Jin Y;Liu S;Shen Q;Zou J
  • 通讯作者:
    Zou J
生物质炭对堆肥N2O排放的影响及其微生物学机制研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    AMB express
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    李舒清;刘树伟;邹建文
  • 通讯作者:
    邹建文

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    邹建文
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    Environmental Science & Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    吴双;李舒清;李兆富;邹建文
  • 通讯作者:
    邹建文

其他文献

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有机肥施用对设施菜地土壤氮氧化物排放影响的底物效应与微生物学机制
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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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