秸秆生物炭对可变电荷土壤表面电化学性质的影响及磷肥增效作用及其机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41771275
  • 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:
    D0709.基础土壤学
  • 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

Large areas of variable charge soils are distributed in tropical and subtropical regions of southern China. Generally, soil acidification and Al/Mn toxicity in this area is serious due to intensive weathing and leaching processes. In addition, low nutrient-retaining capacities, low contents of organic matter and phosphorus (P) utilization efficiency in these soils lead to their critical food productivity. Recent studies indicated that crop straw biochars can ameliorate soil acidity and improve soil CEC, and finally increase crop yields. However, little information is available on the impact of biochars on the surface electrochemcial properties of variable charge soils and P utilization efficiency. In this project, variable charge soils collected from southen China and biochars derived from different crop straws, will be used to investigate the impact of biochars on surface electrochemical properties of variable charge soils. The interaction of crop straw biochars with these soils and the effects of biochars on positive charge, negative charge and zero point of charge (ZPC) of the soils and their colloids will be examined with batch experiments. The electrokinetic potential and isoelectric point (IEP) of the bulk soils and the soil colloids, the overlapping of the electrical double layer between oppositely charged soil particles in presence and absence of biochars will be compared. Furthermore, the effect of the crop straw biochars on adsorption of P by these soils, along with P species distributions in the amended soils will be examined. Based on these theoretical propositions, a series of pot and field experiments will be conducted to investigate the effects and involved mechansisms of biochars on enhancing the chemical activity as well as biological availability of P in the soils. The achievements of this project will provide references for improving the physical-chemical properties of highly weathered soils, increasing the bioavailibility and utilization efficiency of P in tropical and subtropical regions of China.
我国南方热带和亚热带地区分布着大面积的可变电荷土壤,由于遭受强烈风化淋溶,这类土壤酸化、铝锰毒害严重,有机质、阳离子交换量(CEC)低,磷肥利用率差,因此土壤生产力水平低下。研究发现添加秸秆炭可以改良土壤酸度,提高土壤CEC,增加作物产量,然而生物质炭影响土壤表面电化学性质及磷肥利用率的研究很少。本项目拟选择南方典型可变电荷土壤,研究秸秆生物炭对土壤表面电化学性质的影响:生物质炭与土壤颗粒表面作用机制,对土壤表面正、负电荷量、电荷零点(ZPC)的影响,以及生物质炭对原土和胶体动电电位和等电点(IEP)及土壤颗粒双电层重叠作用的影响;进而评估生物质炭对磷在可变电荷土壤表面吸附和赋存形态的影响。在这些理论研究的基础上,结合盆栽与田间小区实验,阐明生物质炭提高磷在可变电荷土壤中的化学活性和生物有效性的机制。本研究可为通过生物质炭改善南方可变电荷土壤的理化性质,提高磷肥有效性和当季利用率提供依据。

结项摘要

磷(P)是作物生长必需的大量元素,我国南方热带和亚热带地区分布着大量酸性可变电荷土壤,这类土壤富含铁铝氧化物,P肥利用率(PUE)较低。秸秆生物炭可提高土壤pH,缓解植物铝毒,改良酸化土壤,但是秸秆生物炭提高这类土壤PUE,改善供P状况效果如何,以及其中所涉及的机制尚不明确。.本项目针对以上问题开展研究,发现:氯化铵替代Mehlich 3(改进M3)法作为可以测定各类土壤,尤其是生物炭改良红壤中有效磷(AP)含量的方法,证明添加生物炭可以显著提高改良红壤中AP水平。.添加秸秆生物炭可以提高P在安徽和广东红壤中的有效性。吸附解吸热力学实验结果表明,外源P浓度为2 mM时,添加稻草(RB)和大豆秸秆炭(SB)使安徽红壤P吸附量从20.37 mmol kg-1分别降低到18.55和18.38 mmol kg-1;使广东红壤的吸附量从31.65 mmol kg-1分别降低到28.65和24.81 mmol kg-1。因此,土壤固P能力下降,P有效性提高。搅流池吸附动力学实验中,280 min解吸试验结束时,添加RB和SB处理的安徽红壤对P解吸量分别提高了21.05%和0.55%;对广东红壤P解吸量分别提高24.39%和44.83%。另外,随着RB和SB的加入,改良土壤P饱和度(DPS)明显增加。.秸秆生物炭可以促进水稻生长,提高土壤PUE。与安徽和云南红壤相比,添加秸秆生物炭提高了安徽和云南土壤的pH、电导率,氮、P、钾含量,水稻植株的生物量和PUE。譬如,添加生物炭使安徽红壤和云南红壤的水稻植株生物量分别增加1.22–47.05%和37.53–57.57%。而2%的花生生物炭提高PUE效果最佳,使安徽和云南红壤PUE分别增加了24.70和5.07倍。.秸秆生物炭同样可以提高旱地土壤PUE,促进玉米生长。盆栽实验结果表明,来自不同作物秸秆的生物炭显著提高红壤和砖红壤CEC,增加土壤表面对磷酸根的排斥力,同时生物炭表面酸性官能团与磷酸根竞争土壤表面吸附位点,提高磷回收率。但形成不溶性的Ca-P和Mg-P降低了磷的回收率。较低Ca2+和Mg2+含量的稻草生物炭比油菜和花生秸秆生物炭更明显提高磷回收率。因此,施用秸秆生物炭可以提高可变电荷土壤PUE。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Biochars derived from crop straws increased the availability of applied phosphorus fertilizer for maize in Ultisol and Oxisol
从农作物秸秆中提取的生物炭提高了 Ultisol 和 Oxisol 中玉米施用磷肥的利用率
  • DOI:
    10.1007/s11356-019-06695-6
  • 发表时间:
    2020-02-01
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL SCIENCE AND POLLUTION RESEARCH
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Baquy, M. Abdulaha-Al;Jiang, Jun;Xu, Renkou
  • 通讯作者:
    Xu, Renkou
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水稻种植显着改变钙质水稻土的磷吸附特性和损失风险
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Fang Di;Zhao Zhenjie;Chang E.;Xu Roukou;Hong Zhineng;Zhou Lixiang;Jiang Jun
  • 通讯作者:
    Jiang Jun
秸秆生物质炭对淹水砖红壤中Cu~(2+)钝化效果的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    生态与农村环境学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵震杰;方迪;董颖;徐仁扣;周立祥;姜军
  • 通讯作者:
    姜军
不同地区油菜秸秆制备的生物质炭对酸性红壤的改良效果
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    土壤
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董颖;邵捷;徐仁扣;王辉;赵震杰;姜军
  • 通讯作者:
    姜军
The amelioration effects of canola straw biochar on Ultisol acidity varied with the soil in which the feedstock crop was cultivated
双低油菜籽秸秆生物炭对 Ultisol 酸度的改善效果因种植原料作物的土壤而异
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Journal of Soils and Sediments
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Wang Hui;Dong Ying;Tong Xuejiao;Liu Xinghai;Shao Jie;Shi Renyong;Hong Zhineng;Xu Renkou;Jiang Jun
  • 通讯作者:
    Jiang Jun

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    LIU Zhan-yi,SONG Bao-wei,HU Hai-bao,HUANG Qiao-gao
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  • 通讯作者:
    徐仁扣

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不同气候区典型水稻土表面电化学性质的演变特征与效应
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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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