长期秸秆黑炭施用对稻田土壤剖面脱氮过程的影响机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41771338
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 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:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Most concern has hitherto focused on application of biochar to cropland as an option of carbon sequestration and soil reclaimation with virtually little attention paid to the transformation processes of nitrogen (N) when associated with biochar-treated soils. Denitrification and anaerobic ammonium oxidation are the two important processes of N removal pathway from paddy ecosystems, which are closely related to N use efficiency and N losses. Currently, the understanding on the effects of biochar application into paddy fields on denitrification and anaerobic ammonium are lacking. Our results from an incubation study showed that biochar amendment could enhance the rate of N2 production, indicating that biochar may accelerate N removal from paddy fields, resulting more N losses. Aiming to address this phenomenon, in the present project we will select a long-term biochar amended paddy soil with varying biochar application rates for more than 5 years for test. The Membrane inlet mass spectrometer (MIMS) method in combination with 15N tracer technique and varying incubation systems will be used to study on denitrification and anaerobic ammonium oxidation in this paddy soils with long-term biochar amendments. We will investigate the occurrence rates, contribution percentages to N removal, and key influencing factors of these two processes. Finally, the underlying mechanisms of denitrification and anaerobic ammonium responses to biochar amendment will be clarified. The information from this study will provide more sights for biochar-mediated changes in N cycling of paddy ecosystems.
国际上对生物黑炭的关注多聚焦于其固碳减排和改良土壤的功能,而较少关注其施入土壤后对氮素转化过程的影响机制。反硝化和厌氧氨氧化是稻田脱氮过程的两个重要途径,其发生强度直接影响着氮肥利用效率与损失。当前有关黑炭施加对稻田反硝化和厌氧氨氧化影响研究未见报道。申请人前期研究初步结果显示,黑炭施用可提高稻田脱氮过程产物N2产生速率,暗示黑炭可能促进了稻田的脱氮过程。因此,本项目拟利用以往建立的稻田长期秸秆炭化还田试验,采用膜进样质谱(MIMS)直接定量脱氮产物N2方法,结合15N同位素技术和多种培养体系,深入研究长期秸秆炭化还田下稻田剖面土壤反硝化和厌氧氨氧化脱氮过程的发生规律、主控因子及其影响机制,以期为全面科学评价秸秆炭化还田对稻田氮素循环的影响提供必要理论支撑。

结项摘要

越来越多的研究表明秸秆生物质炭可以影响稻田的氮素损失,但对生物质炭施加后深层土壤剖面氮转化过程的影响机制以及稻田脱氮规律的研究较少。因此,本研究通过采集土壤剖面和渗漏水、田面水,利用气相色谱法、15N同位素标记法、氦密闭培养法、近似原位培养法结合膜进样质谱仪,以长期秸秆生物质炭不同施用量下的稻田土壤/水为研究对象,探讨了长期秸秆生物质炭施用对稻田土壤剖面过程的影响规律及机制,取得了以下主要结果:(1)通过测定稻田不同土壤剖面渗漏水溶解性N2O和N2,发现生物炭的施加能降低土壤剖面N2O和N2浓度,秸秆生物质炭还田主要通过增加溶解氧,提高氧化还原电位,进而有效减少深层反硝化及其主要气态产物N2随水流失的风险。(2)发现稻田土壤剖面主要以反硝化作用为主,随土壤深度的增加脱氮发生强度逐渐降低,长期秸秆炭化还田可明显降低土壤剖面的反硝化和厌氧氨氧化发生强度。(3)通过田间监测和近似原位培养初步发现生物炭施加增加田面水中溶解性N2O溶度,但降低了水稻生长季总脱氮损失。相关研究为全面科学评价秸秆炭化还田对稻田氮循环的影响提供了部分理论支撑。截止目前,已发表SCI论文5篇,中文核心论文1篇,授权专利1项。未来,将进一步整理分析数据,深入揭示秸秆炭化长期还田稻田土壤脱氮过程的微生物机制。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Assessing the viability of soil successive straw biochar amendment based on a five-year column trial with six different soils: Views from crop production, carbon sequestration and net ecosystem economic benefits
基于对六种不同土壤进行的为期五年的柱试验评估土壤连续秸秆生物炭改良的可行性:从作物生产、碳封存和净生态系统经济效益的观点
  • DOI:
    10.1016/j.jenvman.2019.03.051
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Environmental Management
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    Bi Yucui;Cai Siyuan;Wang Yu;Xia Yongqiu;Zhao Xu;Wang Shenqiang;Xing Guangxi
  • 通讯作者:
    Xing Guangxi
Accumulation of organic compounds in paddy soils after biochar application is controlled by iron hydroxides
氢氧化铁控制施用生物炭后稻田土壤中有机化合物的积累
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2020.144300
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Science of the Total Environment
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Bi Yucui;Kuzyakov Yakov;Cai Siyuan;Zhao Xu
  • 通讯作者:
    Zhao Xu
Structural and microbial evidence for different soil carbon sequestration after four-year successive biochar application in two different paddy soils
两种不同水稻土连续四年施用生物炭后不同土壤固碳的结构和微生物证据
  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2020.126881
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chemosphere
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Bi Yucui;Cai Siyuan;Wang Yu;Zhao Xu;Wang Shenqiang;Xing Guangxi;Zhu Zhaoliang
  • 通讯作者:
    Zhu Zhaoliang
Successive biochar amendment improves soil productivity and aggregate microstructure of a red soil in a five-year wheat-millet rotation pot trial
在为期五年的小麦-小米轮作盆栽试验中,连续的生物炭改良提高了红土的土壤生产力和团聚体微观结构
  • DOI:
    10.1016/j.geoderma.2020.114570
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Geoderma
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    He Lili;Zhao Jin;Yang Shengmao;Zhou Hu;Wang Shenqiang;Zhao Xu;Xing Guangxi
  • 通讯作者:
    Xing Guangxi
秸秆生物质炭对稻田土壤剖面N_2O和N_2浓度的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    土壤学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马芸芸;周伟;何莉莉;赵旭;王林权
  • 通讯作者:
    王林权

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  • 通讯作者:
    陈瀛洲
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    傅志俭
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵旭;田野;胡斌
  • 通讯作者:
    胡斌

其他文献

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赵旭的其他基金

长期施用秸秆生物质炭不同土壤有机碳积累的差异及机制
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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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