覆盖作物对稻田氮素利用和温室气体排放的影响及其微生物生态学机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870424
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0306.生态系统生态学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Paddy ecosystems which are usually characterized with high nitrogen input, are important emissions sources both for CH4 and N2O emissions. Studies oriented to improve technologies and their principles to enhance nitrogen use efficiency and mitigate greenhouse gases emissions are of great importance. In our previous studies, Chinese milk vetch, a winter cover crop has been found to be effective in promoting nitrogen absorption by rice plants and decreasing N2O emission, whereas it had the potential to increase CH4 emission from paddy soils. Thus, this program will study the relationship between the amount of milk vetch incorporation and nitrogen use efficiency, CH4 and N2O emissions by a combination of field experimental and 15N isotope labeling pot estimation. The most suggested amount of milk vetch incorporation will be calculated to increase nitrogen use efficiency and decrease greenhouse gases emissions. The effect of Azolla, a summer cover crop on CH4 and N2O emissions will be estimated to find ways to decrease greenhouse gases emissions to the least level. Real-time PCR and high through sequencing technologies will be introduced to analysis changes of richness and microbial community structure of 16S rRNA, pmoA, nirK, nosZ and amoA genes which are highly related to CH4 and N2O emissions to reveal the principles of milk vetch and azolla effects on greenhouse gases emissions. The results of this program will provide theoretical guidance and technical support for the foundation of nitrogen high use efficiency and greenhouse gases mitigation rice cropping systems.
稻田生态系统不仅氮素投入量大,还是CH4和N2O的重要排放源,研究既提高稻田氮素利用效率又能降低温室气体排放的关键技术具有重要意义。我们发现冬季覆盖作物紫云英可以促进水稻氮素吸收并降低稻田N2O排放,但是增加了CH4排放。因此,本申请项目拟通过大田试验和15N同位素标记盆栽相结合监测紫云英还田量与稻田氮素利用效率、CH4和N2O排放之间的关系,确定氮高效利用而且温室气体减排的最佳紫云英还田量;以此为基础,评价夏季覆盖作物红萍对紫云英还田后稻田温室气体排放的影响,利用红萍进一步减少温室气体排放;采用定量PCR和高通量测序技术分析与CH4排放相关的产甲烷古菌16S rRNA和pmoA基因,与N2O排放相关的nirK、nosZ和amoA基因丰富度和微生物群落结构变化,揭示紫云英和红萍对稻田CH4和N2O排放的微生物学机制。旨在为构建氮素高效利用而且温室气体减排的稻作制度提供理论依据和技术支撑。

结项摘要

水稻是我国重要的粮食作物之一,稻田是大气中温室气体CH4和N2O的农重要排放源之一,探究如何利用绿肥促进稻田碳氮循环并实现固碳减排具有重要现实意义。在不同绿肥还田量(25%紫云英-N + 75%化学N、50%紫云英-N + 50%化学 N、75%紫云英-N +25%化学N、100%紫云英-N和100%化学N)对稻田土壤碳氮循环和温室气体排放影响的田间定位试验。以此为基础课题组采用静态箱-气象色谱法研究了紫云英还田替代化学氮肥、水稻季覆盖红萍等对稻田CH4和N2O排放规律的影响;采用荧光定量PCR和高通量测序法研究了紫云英还田对稻田土壤CH4和N2O排放相关微生物(对甲烷古菌 16S rRNA、pmoA、nirK、nosZ 和 amoA 基因微生物群落结构)群落结构和数量的影响,深入探讨了紫云英还田对稻田土壤CH4和N2O排放的微生物驱动机制。.研究结果表明:.(1)紫云英替代25%化学氮肥具有最大的减排潜力,与常规试用化肥处理相比CH4和N2O排放的全球增温潜势降低了12.%,单位水稻产量的全球增温潜势降低了10.3%。这一研究结果将为紫云英还田减缓稻田温室气体排放提供关键的还田量参数参考。.(2)发现CH4排放通量较高时红萍覆盖可降低由于紫云英秸秆还田导致的CH4排放,同时对N2O排放无显著影响。该结果可在紫云英还田降低稻田N2O排放的基础上通过红萍覆盖减少CH4排放提供依据。.(3)稻田CH4排放与土壤中铵态氮、pH、Eh和氮素残留率有显著的相关关系;稻田N2O排放与铵态氮、Eh和碳、氮素残留率有显著的相关关系,是稻田土壤N2O排放的关键因子。.(4)紫云英还田降低了绿肥还田期产甲烷菌的数量,紫云英还田在氮肥替代率大于20%时增加了水稻分蘖期产甲烷菌数量。而施氮肥降低了绿肥还田期和水稻分蘖期产甲烷菌的数量和群落丰富度。田间水深和总碳是影响稻田土壤产甲烷菌群落结构的主效环境因子。.(5)紫云英还田增加了水稻分蘖期氨氧化古菌AOA和氨氧化细菌AOB数量。土壤总C和总N是影响稻田土壤AOA群落结构的主效环境因子,含水量是影响稻田土壤AOB群落结构的主效环境因子。

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(0)
Leguminous Cover Crop Astragalus sinicus Enhances Grain Yields and Nitrogen Use Efficiency through Increased Tillering in an Intensive Double-Cropping Rice System in Southern China
豆科覆盖作物黄芪通过增加中国南方集约化双季稻系统的分蘖来提高粮食产量和氮素利用效率
  • DOI:
    10.3390/agronomy9090554
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    agronomy
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    聂江文;易丽霞;许和水;刘章勇;曾昭海;Paul Dijkstra;George W. Koch;Bruce A. Hungate;朱波
  • 通讯作者:
    朱波
施氮水平对稻-稻-紫云英稻田土壤细菌数量及群落结构的影响
  • DOI:
    10.13254/j.jare.2018.0021
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    农业资源与环境学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周艳飞;聂江文;王幼娟;刘章勇;朱波
  • 通讯作者:
    朱波
双季稻田冬闲期土壤细菌数量及结构对施氮的响应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    植物营养与肥料学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    聂江文;王幼娟;吴邦魁;刘章勇;朱波
  • 通讯作者:
    朱波
Stronger impact of urea application than incorporation of Chinese milk vetch (Astragalus sinicus L.) on nirK-denitrifying bacterial communities in a Chinese double-rice paddy
施用尿素对中国双稻田 nirK 反硝化细菌群落的影响大于掺入紫云英 (Astragalus sinicus L.)
  • DOI:
    10.1080/09064710.2021.1928741
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Acta Agriculturae Scandinavica, Section B — Soil & Plant Science
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    聂江文;杨亚东;王斌;刘章勇;朱波
  • 通讯作者:
    朱波
Rice-Rape Rotation Benefits to Improve Radiation and Heat Use Efficiencies and Mitigate Global Warming Potential of Paddy Cropping Systems in Central China
稻油轮作有利于提高华中地区稻作系统的辐射和热量利用效率并减轻全球变暖的潜力
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF AGRICULTURE & BIOLOGY
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    龚松玲;李成伟;周勇;晏晓原;朱荣;朱波;刘章勇
  • 通讯作者:
    刘章勇

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其他文献

股权关联关系对资产证券化产品定价存在影响吗——基于隶属关联和声誉机制视角的分析
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延胡索块茎中内生真菌菌群结构及其与延胡索乙素含量的相关性
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  • 期刊:
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  • 发表时间:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    刘伟庆
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  • DOI:
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    2021
  • 期刊:
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    张建勋
生物质微波干燥及其对热解的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    王贤华;陈汉平;张世红;朱波;杨海平
  • 通讯作者:
    杨海平

其他文献

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朱波的其他基金

紫云英还田条件下稻田N2O排放的微生物学机制研究
  • 批准号:
    31501274
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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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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