氮素富集对高寒草甸土壤CH4吸收和N2O排放耦合作用的影响机理

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31470558
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    84.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0311.土壤生态学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

There is a complex linkage between methane (CH4) uptake and nitrous oxide (N2O) emission from water unsaturated soils, but the mechansims responsible for the effects of nitrogen enrichment on their coupling are still unclear. In this project, an alpine meadow ecosystem on the Qinghai-Tibetan Plateau will be selected as a case to conduct a low-level and multi-form N addition experiment. First,based on both methods of static chamber-gas chromatography and stable isotopic abundance gradient in soil profile,we will measure and compute the soil-atmospheric fluxes of CH4 and N2O,the oxidation ratio of CH4, and the contribution proportion of nitrification and dinitrification to soil N2O, which will be useful to clarify long-term responses of soil CH4 uptake and N2O emission to the increased nitrogen deposition, and to analyze the relationships between soil CH4 oxidation, N2O production in soil profile as well as to compute the net exchange fluxes of CH4 and N2O between soil and atmosphere. Second,based on the microcosm incubation experiment extracting functional genes pmoA and amoA,the T-RFLP, cloning and sequencing techniques are used to determine the rates of soil CH4 oxidation and N2O production, and the quantity and composition of soil methane oxidizing bacteria (type I and type II) and ammonia oxidizing bacteria and archaea(AOB and AOA) communities,which will be helpful to clarify the interaction between soil functions (i.e.,CH4 oxidation and N2O production) and key functional microbial communities (i.e., methane oxidizing bacteria and ammonia oxidizing microbes), and to reveal the microbial mechanisms involved in the responses of soil CH4 uptake and N2O emissions to the increased nitrogen deposition.Above results of two studies scale will help us to understand the"seesaw effect"between carbon and nitrogen fluxes and productivity in terrestrial ecosystems, and to improve the biogeochemical processes models of carbon and nitrogen cycles, and as well as to control or decrease greenhouse gas emissions from the alpine meadow soils on the Qinghai-Tibetan Plateau.
水分非饱和土壤CH4吸收和N2O排放之间存在复杂的联动关系,两者之间的耦合作用及其对增氮的响应机制尚不清楚。本项目以青藏高原高寒草甸为研究对象,基于多形态的增氮控制试验,利用静态箱-气相色谱法和稳定性同位素梯度法测定并计算地表CH4和N2O净交换通量、土壤剖面CH4氧化比例和N2O来源贡献,阐明土壤CH4吸收和N2O排放对增氮的长期响应规律,量化土壤剖面CH4氧化、硝化和反硝化过程对地表净交换通量的贡献。构建微宇宙培养实验,利用基于功能基因pmoA和amoA的T-RFLP和克隆测序技术,研究土壤CH4氧化、N2O产生速率与甲烷氧化菌、氨氧化菌群落数量和组成之间的关联,揭示土壤CH4吸收和N2O排放的耦合作用及其对增氮响应的微生物学机理。研究结果有助于深入理解陆地生态系统碳氮通量与生产力之间的"跷跷板"效应, 完善碳氮生物地球化学过程模型,并可为控制青藏高原高寒草地温室气体排放提供理论依据。

结项摘要

水分非饱和土壤CH4吸收和N2O排放之间存在复杂的联动关系,两者之间的耦合作用及其对增氮的响应机制尚不清楚。本项目以青藏高原高寒草甸为研究对象,基于多形态的增氮控制试验,利用静态箱-气相色谱法和稳定性同位素梯度法测定并计算地表CH4和N2O净交换通量、土壤剖面CH4氧化比例和N2O来源贡献,阐明土壤CH4吸收和N2O排放对增氮的长期响应规律,量化土壤剖面CH4氧化、硝化和反硝化过程对地表净交换通量的贡献。构建微宇宙培养实验,利用基于功能基因pmoA和amoA的T-RFLP和克隆测序技术,研究土壤CH4氧化、N2O产生速率与甲烷氧化菌、氨氧化菌群落数量和组成之间的关联,揭示土壤CH4吸收和N2O排放的耦合作用及其对增氮响应的微生物学机理。主要研究结果如下:①氮素富集会改变放牧高寒草甸土壤氮素有效性和分配格局(铵匮乏+硝富集),长期铵态氮输入(>25kg N ha-1 yr-1)会导致土壤氮素耗竭;土壤初级氮转化速率和氮转化功能微生物群落丰度对增氮的响应取决于施氮类型和剂量,施氮加剧了放牧高寒草甸土壤氮转化过程的解耦;高寒草甸土壤惰性有机氮矿化、自养硝化与土壤氨氧化、反硝化细菌种群丰度对增氮的响应并不完全一致,两者的耦合关系表现形式多样。②氮素有“好氮”与“坏氮”之分,NH4+富集加剧土壤酸化,抑制土壤CH4吸收,促进N2O排放均显著强于NO3-,生态负效应更大。氮素富集条件下,硝化作用与土壤酸化的循环往复正反馈过程是高寒草甸土壤碳氮气体通量响应的核心,其他过程均受这个反馈过程的影响或控制。③施氮7年显著改变青藏高原高寒草甸土壤真细菌和古菌基因丰度和群落组成,取决于施氮类型和施氮剂量。施氮加剧了真细菌和古菌群落的分异,低氮增加而高氮降低真细菌和古菌的多样性,临界氮沉降量为20kgN ha-1 yr-1。此外,(NH4)2SO4的影响显著高于KNO3和NH4Cl,可能与土壤酸化有关。研究结果有助于深入理解陆地生态系统碳氮通量与生产力之间的“跷跷板”效应, 完善碳氮生物地球化学过程模型,并可为控制青藏高原高寒草地温室气体排放提供理论依据。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
森林土壤氧化亚氮排放对大气氮沉降增加的响应研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    土壤学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    方华军;程淑兰;于贵瑞;王永生;徐敏杰;党旭升;李林森;王磊
  • 通讯作者:
    王磊
The contrasting effects of deposited NH4+ and NO3- on soil CO2, CH4 and N2O fluxes in a subtropical plantation, southern China.
中国南方亚热带人工林沉积 NH4 和 NO3- 对土壤 CO2、CH4 和 N2O 通量的对比影响。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Ecological Engineering
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Li Xiaoyu;Cheng Shulan;Fang Huajun;Yu Guirui;Dang Xusheng;Wang Lei;Si Gaoyue;Geng Jing;He Shun
  • 通讯作者:
    He Shun
外源性NH4+和NO3-输入对亚热带人工林土壤N2O排放的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    土壤学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王磊;程淑兰;方华军;于贵瑞;党旭升;李晓玉;司高月;耿 静;何 舜
  • 通讯作者:
    何 舜
温带针阔混交林土壤碳氮气体通量的主控因子与耦合关系.
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    党旭升;程淑兰;方华军;于贵瑞;韩士杰;张军辉;王淼;王永生;徐敏杰;李林森;王磊
  • 通讯作者:
    王磊
Relationships between ammonia-oxidizing communities, soil methane uptake and nitrous oxide fluxes in a subtropical plantation soil with nitrogen enrichment
亚热带富氮人工林土壤氨氧化群落与土壤甲烷吸收和一氧化二氮通量的关系
  • DOI:
    10.1016/j.ejsobi.2016.01.008
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    European Journal of Soil Biology
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Wang Yongsheng;Cheng Shulan;Fang Huajun;Yu Guirui;Yang Xueming;Xu Minjie;Dang Xusheng;Li Linsen;Wang Lei
  • 通讯作者:
    Wang Lei

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其他文献

人工草地土壤有机碳组分与微生物群落对施氮补水的响应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐梦;徐丽君;程淑兰;方华军
  • 通讯作者:
    方华军
增氮对青藏高原东缘高寒草甸土壤甲烷吸收的早期影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程淑兰;徐敏杰;李林森;党旭升
  • 通讯作者:
    党旭升
温带针阔混交林土壤碳氮气体通量的主控因子与耦合关系
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    党旭升;程淑兰;方华军;于贵瑞;韩士杰;张军辉;王淼;王永生;徐敏杰;李林森;王磊.
  • 通讯作者:
    王磊.
人工草地土壤有机碳组分与微生物群落对施氮补水的响应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐梦;徐丽君;程淑兰;方华军;卢明珠;于光夏;杨艳;耿静;曹子铖;李玉娜
  • 通讯作者:
    李玉娜
氮磷富集对森林土壤碳截存的影响研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    土壤学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    方华军;耿静;程淑兰;徐梦;卢明珠;于光夏;曹子铖
  • 通讯作者:
    曹子铖

其他文献

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程淑兰的其他基金

青藏高原融化冻土铁结合态有机碳固持与释放的解耦过程及其驱动机制
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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]
      
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