具有硝化抑制功能牧草及其制成粪肥减缓土壤N2O排放潜力和机制研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41471207
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    100.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0709.基础土壤学
  • 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

Global atmospheric N2O concentration has been increasing at an annual rate of about 0.26%. Agricultural soils contribute approximately 60% of the global anthropogenic N2O emission due to fertilizer application. It is estimated that N2O emissions will increase by four times by year 2100, especially in China where inorganic N fertilizer applied accounts for 30% of the total global use. Thus there is a global concern over N2O emissions from agricultural soils. Nitrification and denitrification are biological drivers for N2O production. Nearly 70% of the annually applied 150 Tg N as N fertilizer to agricultural systems in the world is lost either through nitrate leaching or gaseous N emissions and most of the leached nitrate will eventually denitrified, generating N2O and NO. It has been found that some plants not only contain components but also excrete organic materials as exudates that could inhibit the growth and activity of ammonia oxidizing bacteria (AOB) and ammonia oxidizing archaea (AOA), resulting in lower rates of soil nitrification and low N2O emission. Our hypothesis is that lower N2O will be emitted from a tropical grass excreting organic materials with high biological nitrification inhibition (BNI) potential compared to the grass with no/low BNI, and that applying manures derived from ruminants fed forage grass with BNI and containing plant secondary metabolites with BNI could suppress the activity of AOB and/or AOA, and then reduce N2O emission while increasing C sequestration in agricultural soils. The component of exudates and secondary metabolites in manures will be analyzed. The influence of manures on the abundance and community structure of AOB and AOA will be measured by qPCR and PCR-DGGE. The inhibition effect on the nitrification rate and N2O production will be determined using 15N trace technology. N2O and NO emissions will be monitored during the growth of grass with high BNI and grass with low BNI and from soils amended with manures with high and low BNI. The purpose of the proposed project is (1) to determine whether there are lower N2O and NO emissions from pasture grass with high BNI compared to grass with no/low BNI, and (2) to evaluate how large amounts of manures with BNI applied to soils will reduce N2O and NO emissions while increasing C sequestration potential in agricultural soils. The project will provide a cornerstone for the production of pasture grasses in the tropical region and using plant secondary metabolites in manures to reduce N2O and NO emissions and meanwhile increase soil organic carbon in agricultural ecosystems.
大气N2O浓度以年均0.26%速率增长,土壤是大气N2O重要排放源,占全球人为排放的60%。新近发现部分热带牧草能够分泌有机物抑制硝化作用,减少土壤N2O排放。我们假设:与常规牧草相比,具有硝化抑制功能牧草生长土壤将排放更少N2O,此类牧草制成的动物粪便含有硝化抑制功能次生代谢产物,也可以抑制硝化作用,减少N2O产生。项目将建立牧草田间试验,监测土壤N2O和NO排放,明确硝化抑制功能牧草减缓排放N2O和NO的潜力;采用15N示踪、液相色谱-质谱等技术,研究植物分泌物和粪便的硝化抑制效应,解析具有硝化抑制功能的有机物种类;利用分子生物学等技术,研究氨氧化菌和古菌群落结构变化,揭示分泌物和粪便抑制硝化作用的机制;布设田间试验,监测不同牧草制成粪肥对土壤N2O/NO和CO2排放影响,明确硝化抑制功能牧草制成粪肥减缓土壤N2O/NO排放和提高有机质潜力,为农田温室气体减排提供新思路和新技术。

结项摘要

项目围绕具有硝化抑制功能牧草对土壤N2O排放的影响及机制展开研究,重点研究了:(1)种植不同硝化抑制功能牧草对土壤N2O排放的影响;(2)不同硝化抑制功能牧草种植下土壤氮素转化过程及N2O产生来源的差异;(3)不同硝化抑制能力牧草种植对土壤氮素转化关联微生物的影响。取得的主要进展如下:(1)建立为期两年野外试验发现,随施肥量增加,两种牧草产量均增加而氮肥利用率下降,其中臂型草产量、氮肥利用率均显著高于假俭草。牧草产量与牧草氮素吸收能力、土壤铵态氮强度、土壤硝态氮强度线性相关。(2)利用静态箱法检测种植臂型草和假俭草的土壤N2O排放发现,土壤N2O排放通量与土壤铵态氮、硝态氮浓度和土壤含水量显著相关。土壤N2O累积排放量随施氮量增加而增加,且与牧草产量呈显著正相关。相同施氮水下,臂型草处理土壤N2O累积排放、N2O排放系数显著高于假俭草处理,而单位生物量N2O排放反之。(3)利用15N示踪技术,种植臂型草和假俭草土壤的N2O排放均主要来自于硝化过程,但臂型草处理反硝化过程对N2O排放的贡献率(16.6%)大于假俭草处理(7.1%)。与假俭草处理相比,臂型草种植显著促进土壤矿化速率而降低土壤硝化能力,并延迟N2O排放速率峰值的出现。而且随N2O排放速率的增加,臂型草处理自养硝化和反硝化对N2O排放的贡献增加。(4)利用荧光定量PCR技术,发现牧草种植显著提高土壤AOB-amoA、AOA-amoA、nirK和nosZ基因的丰度,但降低nirS基因的丰度。相同施氮水平下,臂型草处理土壤中AOA-amoA、nirK和nosZ基因丰度均高于假俭草处理,但AOB-amoA基因丰度仅在低氮水平下如此。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A meta-analysis of soil background N2O emissions from croplands in China shows variation among climatic zones
中国农田土壤本底 N2O 排放量的荟萃分析显示了不同气候带的差异
  • DOI:
    10.1016/j.agee.2018.08.003
  • 发表时间:
    2018-11-15
  • 期刊:
    AGRICULTURE ECOSYSTEMS & ENVIRONMENT
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Aliyu, Garba;Sanz-Cobena, Alberto;Ding, Weixin
  • 通讯作者:
    Ding, Weixin
Nitrous oxide emissions from cultivated black soil: A case study in Northeast China and global estimates using empirical model
耕作黑土的一氧化二氮排放:中国东北地区的案例研究和使用经验模型的全球估算
  • DOI:
    10.1002/2014gb004871
  • 发表时间:
    2014-11-01
  • 期刊:
    GLOBAL BIOGEOCHEMICAL CYCLES
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Chen, Zengming;Ding, Weixin;Zhu, Tongbin
  • 通讯作者:
    Zhu, Tongbin
Importance of heterotrophic nitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium in a cropland soil: Evidences from a N-15 tracing study to literature synthesis
农田土壤中异养硝化和异化硝酸盐还原成铵的重要性:从 N-15 追踪研究到文献综合的证据
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Soil Biology and Biochemistry
  • 影响因子:
    9.7
  • 作者:
    Yu, Hongyan;Fan, Jianling;Zhang, Jinbo;Zhu, Tongbin
  • 通讯作者:
    Zhu, Tongbin
Increased N2O emissions during soil drying after waterlogging and spring thaw in a record wet year
在创纪录的多雨年份,涝灾和春季解冻后土壤干燥期间 N2O 排放量增加
  • DOI:
    10.1016/j.soilbio.2016.07.016
  • 发表时间:
    2016-10-01
  • 期刊:
    SOIL BIOLOGY & BIOCHEMISTRY
  • 影响因子:
    9.7
  • 作者:
    Chen, Zengming;Ding, Weixin;Fan, Jianling
  • 通讯作者:
    Fan, Jianling
Effect of biochar and nitrapyrin on nitrous oxide and nitric oxide emissions from a sandy loam soil cropped to maize
生物炭和硝基吡啶对种植玉米的沙壤土一氧化二氮和一氧化氮排放的影响
  • DOI:
    10.1007/s00374-018-1289-2
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    Biology and Fertility of Soils
  • 影响因子:
    6.5
  • 作者:
    Niu Yuhui;Luo Jiafa;Liu Deyan;Mueller Christoph;Zaman Mohammad;Lindsey Stuart;Ding Weixin
  • 通讯作者:
    Ding Weixin

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其他文献

农田土壤N2O和NO排放的影响因素及其作用机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蔡延江;丁维新;项剑;CAI Yan-jiang1,2,DING Wei-xin1,XIANG Jian1(1 State;2 Key Laboratory of Mountain Surface Processes
  • 通讯作者:
    2 Key Laboratory of Mountain Surface Processes
长期施肥对潮土团聚体有机碳分子结构的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    土壤学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    丁维新
免耕对华北平原潮土N_2O和CO_2排放的影响
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蔡延江;丁维新;朱安宁;张佳宝
  • 通讯作者:
    张佳宝
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张焕军;郁红艳;丁维新
  • 通讯作者:
    丁维新
控释尿素对黄河故道沙性潮土晕圆韵排放的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姜右锦;袁俊吉;丁维新;刘阳;张松林
  • 通讯作者:
    张松林

其他文献

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丁维新的其他基金

外来植物入侵和大气CO2浓度倍增对黄河三角洲湿地生态系统碳输出的影响及其机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    248 万元
  • 项目类别:
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外源有机物质提升典型旱作土壤有机质的微生物介导机制研究
  • 批准号:
    41730753
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    321.0 万元
  • 项目类别:
    重点项目
不同植被类型自然湿地甲烷排放对大气CO2浓度升高响应机制研究
  • 批准号:
    41171190
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    70.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
免耕对四季旱地潮土N2O和NO排放的影响机制研究
  • 批准号:
    40971134
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    40.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
运用全自动动态连续测定技术研究沼泽湿地固定碳能力
  • 批准号:
    40471121
  • 批准年份:
    2004
  • 资助金额:
    38.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 项目类别:
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相似海外基金

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  • 批准号:
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  • 财政年份:
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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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