地膜覆盖对旱作玉米农田土壤有机碳转化和稳定性的影响及其机制

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基本信息

  • 批准号:
    31801318
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1312.耕作学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Plastic film mulching is an effective measure to improve the dryland productivity in the Loess Plateau and has become one of the most widely used agricultural cultivation technique in this area. As for the academic world, however, the center of attention on the film mulching has shifted from the initial crop yield enhancement to its ecological sustainable development. Among these concerns, the response of capacity and stability of soil organic carbon (SOC) to long-term film mulching has become a top priority issue, due mainly to the fact that SOC is the foundation of soil fertility. Unfortunately, there is a serious lack of understanding on effects of long-term film mulching on transformation and stability of soil organic carbon and their driving mechanism. Using both soil aggregate classification and stable isotope tracer methods, this proposed project will incorporate a long-term film mulching experiment into the verification test to explore: the response of soil aggregate composition structure and stability to long-term film mulching; the different effects of short- and long-term film mulching on the soil aggregate SOC contents; the different allocation proportion of rhizodeposition-related carbon and stubble decomposition-derived carbon to soil aggregate SOC pools and their respective contribution to the stability of soil carbon pool. In this light, the project will further investigate the manner and mechanism of plastic film mulching affecting SOC transformation and stability of soil organic pool. The results can be expected to provide the theoretical basis for the evaluation of sustainability of film mulching cultivation and the design of regulating strategy for stabling soil carbon pool.
地膜覆盖是提升黄土高原旱作农田生产力的有效举措,已成为该区应用面积最广的农业栽培技术。但学术界对覆膜措施的关注已从最初的产量提升,开始转向其生态的可持续性发展。其中,土壤有机碳作为土壤肥力的基础,其库容和稳定性对地膜覆盖的响应已成为关注的首要问题。然而,目前就长期覆膜对土壤有机碳库及其稳定性作用机理的认识仍非常缺乏。本项目拟将长期覆膜玉米定位试验与机理验证试验相结合,把有机碳的内部分解与外部补充两个逆向过程相联系,并利用团聚体分级和同位素示踪技术重点解决:不同覆膜年限对土壤团聚体组成结构及稳定性的影响;不同稳定性的团聚体有机碳转化与稳定对长/短期覆膜处理的差异响应特征及规律;玉米根际沉积碳和根茬分解碳在不同团聚体有机碳中的分配及其对碳库稳定的相对贡献等科学问题。据此,探索地膜覆盖影响旱作农田土壤有机碳转化与稳定的途径及机制,为覆膜技术可持续性的评价及土壤碳库稳定的调控策略制定奠定理论基础。

结项摘要

在黄土高原半干旱雨养区,地膜覆盖技术的集成创新和广泛应用为旱作农田生产力的提高和区域粮食安全做出了巨大贡献。然而,长期覆膜措施的生态可持续问题也逐渐凸显。其中,作为农田肥力基础的土壤有机碳,其库容和稳定性对覆膜管理的响应是学界关注的首要问题。对该科学问题的解答,需要揭示长期覆膜条件下土壤有机碳库及其稳定性的演变特征,及其背后驱动有机碳转化的关键途径。据此,本项目依托长期覆膜玉米定位试验和区域覆膜农田多年多点整合数据,并利用团聚体分级和同位素示踪技术探讨了不同覆膜年限对土壤有机碳组分和土壤团聚体组成的影响;玉米根际沉积碳和残茬分解碳在不同团聚体中的分配及其对碳库稳定的相对贡献;同时从区域尺度上探究了覆膜措施对旱作农田土壤碳、氮循环关键生态过程的影响。研究发现:随覆膜年限延长,土壤有机碳能够在覆膜前期积累,而在后期下降;覆膜处理增加土壤有机碳具有最佳的覆膜年限限制。旱作玉米农田随着覆膜年限的延长,惰性碳库首先出现快速的下降,随后逐渐回升,最终可恢复甚至超出初始水平。地膜覆盖能够显著改善土壤团聚化程度。覆膜措施促进植物更多地固定大气二氧化碳转化成光合产物,这种地上光合生产能力的提升与地下碳的分配幅度是正相关的。地膜覆盖通过更强烈的根际沉积作用向土壤中输入更多的光合碳。并且,由于地膜的阻隔,更多的光合碳能够较长时间地储存在土壤中,覆膜导致较少的光合碳释放到大气中。覆膜条件下,作物残茬来源碳在土壤小团聚体和化学稳定性高的碳组分中的分配比例更多。区域尺度上,覆膜措施能够维持,甚至增加旱作农田土壤碳库,主要归结于更多的作物来源的碳投入。上述研究结果可为旱作区覆膜农田土壤碳库的调控对策设计、旱区覆膜农业生产力的可持续提升奠定科学基础。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
Polyethylene film mulching enhances the microbial carbon-use efficiency, physical and chemical protection of straw-derived carbon in an Entisol of the Loess Plateau
聚乙烯薄膜覆盖提高黄土高原土壤微生物碳利用效率及对秸秆碳的物理和化学保护
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2021.148357
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Science of the Total Environment
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Mo Fei;Zhu Yin;Wang Zhi-Ye;Deng Hao-Liang;Li Pu-Fang;Sun Shi-Kun;Xiong You-Cai
  • 通讯作者:
    Xiong You-Cai
Fate of photosynthesized carbon as regulated by long-term tillage management in a dryland wheat cropping system
旱地小麦种植系统中长期耕作管理对光合碳的命运的调节
  • DOI:
    10.1016/j.soilbio.2019.107581
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Soil Biology and Biochemistry
  • 影响因子:
    9.7
  • 作者:
    Mo Fei;Zhang Ye-Ye;Li Tong;Wang Zi-Ting;Yu Kai-Liang;Wen Xiao-Xia;Xiong You-Cai;Jia Zhi-Kuan;Liao Yun-Cheng
  • 通讯作者:
    Liao Yun-Cheng
How plastic mulching affects net primary productivity, soil C fluxes and organic carbon balance in dry agroecosystems in China
塑料覆盖如何影响中国干旱农业生态系统的净初级生产力、土壤碳通量和有机碳平衡
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2020.121470
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Mo Fei;Yu Kai-Liang;Crowther Thomas W.;Wang Jian-Yong;Zhao Hong;Xiong You-Cai;Liao Yun-Cheng
  • 通讯作者:
    Liao Yun-Cheng
Microbial carbon-use efficiency and straw-induced priming effect within soil aggregates are regulated by tillage history and balanced nutrient supply
土壤团聚体中微生物碳利用效率和秸秆诱导的启动效应受耕作历史和平衡养分供应的调节
  • DOI:
    10.1007/s00374-021-01540-w
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
    Biology and Fertility of Soils
  • 影响因子:
    6.5
  • 作者:
    Mo Fei;Zhang Ye-Ye;Liu Yang;Liao Yun-Cheng
  • 通讯作者:
    Liao Yun-Cheng
Quantifying regional effects of plastic mulch on soil nitrogen pools, cycles, and fluxes in rain-fed agroecosystems of the Loess Plateau
量化塑料覆盖物对黄土高原雨养农业生态系统土壤氮库、循环和通量的区域影响
  • DOI:
    10.1002/ldr.3548
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Land Degradation & Development
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Mo Fei;Han Juan;Wen Xiao-Xia;Wang Xiu-Kang;Li Pu-Fang;Vinay Nangia;Jia Zhi-Kuan;Xiong You-Cai;Liao Yun-Cheng
  • 通讯作者:
    Liao Yun-Cheng

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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

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          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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