西双版纳热带雨林土壤N2O生产的微生物学过程:基于野外原位15N示踪的研究
批准号:
42073080
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
周文君
依托单位:
学科分类:
生物地球化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
周文君
中文摘要
为探明热带雨林土壤N2O生产的地下微生物学过程(自养硝化、异养硝化、反硝化、共反硝化)的时(季节)空(深度)动态及驱动因子,本研究利用15N示踪技术,在西双版纳热带雨林,开展有机氮(C2H515NO2),铵态氮(15NH4NO3)和硝态氮(NH415NO3)的野外原位标记和实验室培养实验,探索热带雨林土壤N2O产生的微生物学过程的时空动态;量化各微生物学过程对土壤N2O排放的贡献;结合凋落物、穿透水对土壤不同形态碳氮的供给动态,表层到深层土壤氮矿化、硝化、反硝化、氨化特征、土壤氮转化过程功能基因的量化及降水、温度和土壤孔隙含水量等要素的动态,筛选土壤N2O生产的各微生物学过程的驱动因子,并结合长期持续观测得到的N2O基础数据和氮生物地球化学过程的研究成果,阐明各微生物学过程对热带雨林土壤和该生态系统氮循环的贡献。发表论文4-6篇(SCI 2-4篇),培养博士生1名,硕士生2名。
英文摘要
The important focal point of our proposed research is to investigate the spatio-temporal dynamics and drivers of soil microbial processes (both auto and heterotrophic nitrification, denitrification and co-denitrification) of soil N2O production in a primary tropical rainforest in Xishuangbanna. We will set up 15N labeled in-situ and lab incubation using Glycine (13C2H515NO2), ammonia (15NH4NO3) and nitrite(NH415NO3)as a vital nitrogen source. Based on the continuous observation, the project will explore the spatio-temporal dynamics of soil N2O emission through microbial processes. The study will also quantify the different contributing factors of microbial process on soil N2O efflux. In order to achieve the inherent drivers of soil microbial processes, we will implement the combined analysis of functional gens of soil N cycle along with soil profiles. The study will also determine the controlling factors of carbon and nitrogen input variation as source of litter, throughfall, rainfall, temperature and soil water filled pore space (WFPS). The expected outcome from this research will with the long term ongoing soil N2O flux data and the N biogeochemistry researches together, will clarify the significance of soil N2O microbial processes in soil and ecological N cycles in tropical rainforest ecosystem. The collected data will be published (4-6 research papers) in the peer reviewed journals for the scientific community, which will be including 2-4 high impact factor science citation index (SCI) journals. Proposed project will be helpful for the 3 graduate students (1 Ph.D candidate, 2 graduate students) and get train them in this topic.
为探明热带雨林土壤N2O生产的地下微生物学过程(自养硝化、异养硝化、反硝化、共反硝化)的动态及驱动因子,本研究利用15N示踪技术,在西双版纳热带雨林,开展了有机氮(C2H515NO2),铵态氮(15NH4NO3)和硝态氮(NH415NO3)的野外原位标记和实验室培养实验。基于野外同位素原位示踪方法,建成了基于稳定同位素技术定量化区分热带雨林土壤N2O微生物生产过程的方法;量化了干季与雨季氨态氮和硝态氮参与的微生物学过程对土壤N2O生产的贡献,获得了热带雨林土壤N2O产生的微生物学过程的时空动态;明确了干季与雨季的硝化与反硝化过程对N2O贡献主导地位的转换时长分别发生在示踪后的第9天和第2天,表明雨季各微生物过程之间的转化速度高于干季。不同形态的氮添加均增加了热带雨林土壤硝化功能基因(amoA1、amoB)和反硝化功能基因(nirS2、nosZ1、nxrA、narG、nirS1、nirS3、nosZ2、napA)的丰度,且雨季增幅较干季的多,从而使硝化作用和反硝化作用速率增快,使得微生物过程与环境因子变化合并影响土壤N2O排放。整合自2003年以来同步监测的降水、温度、凋落物等要素的动态,分析了驱动土壤N2O生产的各微生物学过程的驱动因子;结合长期持续观测得到的N2O通量数据和氮、水文,凋落物的生物地球化学过程,明确了地势、水文对热带雨林N2O排放的影响;探明了热带雨林的土壤碳氮交互效应温室气体排放的影响。已有研究结果预示未来的研究需结合定量化功能基因与同位素结合的技术探讨全球变化情景下土壤微生物过程对N2O排放的影响机理,为准确评估和预测热带土壤N2O排放提供更直接的理论与数据支持。已发表研究论文13篇(SCI 7篇)第一标注的为8篇,培养博士生1名(已毕业),硕士生3名(已毕业),相关成果获得ChinaFLUX 10大科学进展奖和云南省自然科学奖三等奖一项,依托本项目获得一项国际合作项目(NSFC-CGIAR项目)。
热带季节雨林生态系统小流域内水驱动的碳通量研究
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批准号:40801035
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2008
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负责人:周文君
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依托单位:
国内基金
海外基金