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堆肥化过程中N2O产生的微生物学机理及主要调控因子
结题报告
批准号:
41201282
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
江滔
依托单位:
学科分类:
D0710.土壤侵蚀与土壤肥力
结题年份:
2015
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
FrankSchuchardt、刘静、韩耀霞、陈刚、张妍娜、韩蕾
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中文摘要
目前对堆肥化过程中N2O产生的机理和途径存在较大争论,现有研究均结果缺乏微生物学证据。项目在对堆肥化过程中N2O排放规律和影响因素进行的充分研究基础上,进一步通过分子生物学技术,研究N2O产生的微生物学机理和调控因子。项目通过基于hao基因和norB基因的T-RLFP技术和定量PCR技术,研究研究堆肥化过程中硝化细菌和反硝化细菌群落结构、数量变化和演替规律;通过RNA-SIP技术和对甲烷氧化基因pmoA和氨氧化基因amoA的T-RLFP指纹分析研究甲烷氧化菌对氨气的氧化作用;利用T-RFLP和定量PCR技术,分析amoA基因、hao基因和norB基因丰度变化,研究堆肥高温期短程硝化反硝化作用对N2O产生的贡献;项目还对C/N和通风率对硝化和反硝化功能基因的调控机理进行了深入研究。最终明确堆肥化过程中N2O产生的微生物学机理和调控机理,为降低堆肥化过程中温室气体的排放提供理论基础。
英文摘要
Composting was a critical strategy for anthropogenic greenhouse gas mitigation, especially in low cost field. There was a great controversy about the N2O formation mechanism, and current results were short of microbiology evidence. Based on the previously research on the N2O emission pattern and impact factors, the microbiology mechanism of N2O formation and its regulation were studied in this research. Terminal restriction fragment length polymorphism analysis (T-RFLP) based on hydroxylamine oxidoreductase gene (hao) and nitrite oxidoreductase gene (norB) were used to study the composition and activities of the nitrifiers and denitrifiers. Also their abundances and succession rules were researched according to the analysis of quantitative PCR. According to the analysis of RNA-SIP and T-RFLP (based on pmoA and amoA gene), the possibility of ammonia oxidization by the methane oxidizer during the composting was evaluated. The effects of Short-cut nitrification and denitrification on the production of N2O during the thermophilic phases were also studied through the abundance changes of amoA, hao and norB genes. The T-RFLP and quantitative PCR of hao and norB under different C/N and aeration rate were conducted to study the nitrification and denitrification gene's regulation mechanism. In conclusion, the above researches will ensure the microbiology mechanism of N2O formation during the composting. These results can give a theory supports for the developing of the mitigation technologies during the composting and manure management.
项目系统研究了堆肥化过程中氧化亚氮(N2O)产生的机理。研究结果表明堆肥模式对氨氧化细菌群落结构的影响显著。与通风模式相比,堆肥腐熟后期,38 bp T-RF代表的氨氧化细菌类群相对丰度在翻堆和静置模式中显著降低,54 bp T-RF代表的氨氧化细菌类群丰度与其趋势一致。与之相对应,256 bp和263 bp T-RFs代表的氨氧化细菌类群相对丰度则在翻堆和静置模式中明显增加,256 bp T-RF取代38 bp T-RF成为优势菌群。堆肥模式对反硝化细菌也有显著影响,在N2O排放高峰期,188 bp T-RF增幅明显,但各个层该片段对堆肥模式的响应的情况并不一致。项目通过添加硝化抑制剂(双氰胺,DCD)和硝酸盐,设计试验研究堆肥化过程中N2O产生的微生物学机理。研究表明,添加DCD后,堆体内部的N2O浓度和N2O的排放率均显著下降。到堆肥结束时,N2O总排放率为对照的总体排放率为对照的3.2%,硝酸盐含量为对照处理的2.2%。amoA基因表达受到强烈抑制。添加硝酸盐后,4-8小时内,反硝化反应表达强烈,大量N2O产生。C/N比对堆肥化过程中N2O的排放有显著影响,碳氮比越低,排放率越高。通风率与N2O挥发率呈微弱的相关性,通风率越高N2O的排放率越高。但微生物分析结果表明,各个氨氧化细菌类群相对丰度未因通风率的改变而发生显著变化。为进一步研究通风率对氨氧化细菌群落结构造成影响,项目继续通过宏基因和定量PCR手段进行研究。不同深度反硝化细菌群落结构对通风率的响应规律较为复杂。反硝化细菌多样性较为丰富,其本身随堆肥的时间延长而发生相应的演替。各个层的群落结构差异并不明显,通风率对其影响发生在各个阶段,且不同类群响应情况不一致。鉴于T-RFLP技术手段灵敏度有限,项目将继续借用高通量测序的方法深入解析反硝化细菌类群对通风率的响应机制。
期刊论文列表
专著列表
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会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2015
期刊:农业环境科学学报
影响因子:--
作者:李国学;唐琼;马旭光;王钢
通讯作者:王钢
Combined use of nitrification inhibitor and struvite crystallization to reduce the NH3 and N2O emissions during composting
硝化抑制剂与鸟粪石结晶联合使用减少堆肥过程中NH3和N2O的排放
DOI:10.1016/j.biortech.2016.01.089
发表时间:2016-10-01
期刊:BIORESOURCE TECHNOLOGY
影响因子:11.4
作者:Jiang, Tao;Ma, Xuguang;Schuchardt, Frank
通讯作者:Schuchardt, Frank
Effects of aeration method and aeration rate on greenhouse gas emissions during composting of pig feces in pilot scale
中试曝气方式和曝气量对猪粪堆肥过程中温室气体排放的影响
DOI:10.1016/j.jes.2014.12.005
发表时间:2015-05-01
期刊:JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCES
影响因子:6.9
作者:Jiang, Tao;Li, Guoxue;Schuchardt, Frank
通讯作者:Schuchardt, Frank
DOI:10.1016/j.biortech.2016.02.046
发表时间:2016-10
期刊:Bioresource technology
影响因子:11.4
作者:Tao Jiang;Xuguang Ma;Juan Yang;Qiong Tang;Zhigang Yi;Maoxia Chen;Guoxue Li
通讯作者:Tao Jiang;Xuguang Ma;Juan Yang;Qiong Tang;Zhigang Yi;Maoxia Chen;Guoxue Li
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