典型农田与自然土壤自养微生物固碳速率及其功能种群差异机制分析
批准号:
41503081
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
吴小红
依托单位:
学科分类:
D0312.生物地球化学
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
祝贞科、黄习知、刘琼、王婷婷
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中文摘要
自养微生物在土壤中广泛存在,但目前对农田与自然土壤自养微生物固碳速率及其功能种群差异机制尚不清楚。申请项目拟采用13C-CO2连续标记技术,量化典型农田与自然土壤自养微生物碳同化速率及其潜力差异;通过土壤有机质物理-化学分组方法,探讨自养微生物同化碳在土壤碳库不同粒径和不同腐殖质组分中的分配特征,以揭示其对土壤有机碳的贡献与稳定性机理;通过13C–DNA/RNA-SIP为核心的环境基因组学技术和克隆测序技术,构建农田土壤和自然土壤CO2同化的关键功能基因(cbbL、cbbM、coxL、aclB、accA和hcd)文库,同时结合实时荧光定量PCR技术,明确参与CO2同化作用的关键功能微生物群落结构和数量特征,揭示典型农田与自然土壤自养微生物固碳速率及其功能种群差异的分子机理。通过上述研究可加深对微生物介导的土壤碳循环过程以及陆地生态系统碳循环机制的全面的认识。
英文摘要
Autotrophic microbes are widespread in soils. However, the differences in microbial process and mechanisms of microbial autotrophic carbon dioxide fixation in typical agricultural and natural soils remain poorly understood. Therefore, we’ll use typical agricultural and natural soils incubated in microcosms, continuously labeled 13C-CO2 atmosphere to track labeled C incorporation in soil organic matter (13C labeled soil organic carbon) and the acitive carbon pooles (13C labeled microbial biomass and dissolve orangic carbon). The potential CO2 assimilation rates in typical agricultural and natural soils will be assessed. Combining 13C-DNA/RNA-SIP, clone library and real-time PCR techniques, key functional genes including cbbL, cbbM, coxL, aclB, accA and hcd genes will be analysed to investigate the structure, diversity and abundance of autotrophic bacterial communities involved in CO2 fixation, and subsequently to identify the differences in microbial CO2 assimilation mechanisms in typical agricultural and natural soils. This project will provide in-depth understanding of terrestrial ecosystem carbon cycle.
受自然条件和人类活动的综合影响,农田和自然土壤在物理、化学和生物学性质方面产生了极大差异,土壤性质的不同可能对土壤中碳同化功能微生物种群丰度、结构和碳同化能力产生重要影响。据此,我们提出三个科学假设:(1)自然土壤微生物CO2同化速率和潜力与农田土壤不同;(2)自然土壤微生物同化碳的转化和稳定性特征与农田土壤不同;(3)自然土壤碳同化功能微生物数量和种群结构与农田土壤不同。为了验证这些假设,本项目开展了碳同位素标记培养实验,分析了典型农田和自然土壤微生物碳同化速率以及土壤微生物同化碳在土壤物理和化学组分中分配特征的差异。同时借助分子生物学技术,揭示了典型农田与自然土壤微生物CO2同化作用的分子机理差异。主要结论如下:.(1)农田和自然土壤微生物碳同化量(14C-SOC)不同,湿地土壤14C-SOC含量最高,为190.79 mg•kg-1;稻田土壤次之,为113.23 mg•kg-1;草地土壤中14C-SOC含量为 31.01 mg•kg-1;林地土壤最低,为17.45 mg•kg-1。碳同化潜力估算结果表明,不同农田和自然土壤碳同化潜力顺序为湿地(0.19 g C m−2•d−1)>稻田(0.11 g C m−2•d−1)>林地(0.03 g C m−2•d−1)>草地(0.02 g C m−2•d−1);(2)微生物同化碳在腐殖质组分中的总量与土壤类型有关,在腐殖质三个组分胡敏酸(HA)、胡敏素(Hu)和富非酸(FA)中的分配均表现为湿地>稻田>草原>林地;(3)农田和自然土壤中微生物同化碳在土壤团聚体中的分配特征不同。稻田土壤中微生物同化碳主要分布在<53μm和>250μm团聚体中。草地土和林地土微生物同化碳主要分布在<53μm团聚体中,而湿地土微生物同化碳主要分布在53~250 μm团聚体中;(4)农田和自然土壤中不同固碳基因拷贝数不同,相比coxL基因,cbbL基因丰度较高。不同土壤同种固碳基因丰度不同,表现为湿地>稻田>草地>林地。碳同化自养微生物丰度和群落组成的差异可能导致了农田与自然土壤微生物碳同化功能的差异。
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Irrigation management and phosphorus addition alter the abundance of carbon dioxide-fixing autotrophs in phosphorus-limited paddy soil
灌溉管理和磷添加改变了磷限制性水稻土中二氧化碳固定自养生物的丰度
DOI:10.1093/femsec/fix154
发表时间:2017
期刊:FEMS Microbiology Ecology
影响因子:4.2
作者:Wu Xiaohong;Ge Tida;Yan Wende;Zhou Juan;Wei Xiaomeng;Chen Liang;Chen Xiangbi;Nannipieri Paolo;Wu Jinshui
通讯作者:Wu Jinshui
DOI:10.13227/j.hjkx.201803210
发表时间:2018
期刊:环境科学
影响因子:--
作者:柏菁;李奕霏;刘守龙;祝贞科;李科林;彭佩钦;吴小红;葛体达;吴金水
通讯作者:吴金水
Effects of reduced chemical fertilizer combined with straw retention on greenhouse gas budget and crop production in double rice fields
减施化肥结合秸秆还田对双稻田温室气体收支及作物生产的影响
DOI:10.1007/s00374-018-1330-5
发表时间:2018-11
期刊:Biology and Fertility of Soils
影响因子:6.5
作者:Wei Wang;Chunlan Chen;Xiaohong Wu;Kejun Xie;Chunmei Yin;Haijun Hou;Xiaoli Xie
通讯作者:Xiaoli Xie
Abundance and diversity of carbon monoxide dehydrogenase genes from BMS Glade bacteria in different vegetated soils
不同植被土壤中 BMS Glade 细菌一氧化碳脱氢酶基因的丰度和多样性
DOI:10.1016/j.ejsobi.2017.06.012
发表时间:2017
期刊:European Journal of Soil Biology
影响因子:4.2
作者:Wu Xiaohong;Ge Tida;Hu Yajun;Wei Xiaomeng;Chen Liang;Whiteley A. S.;Wu Jinshui
通讯作者:Wu Jinshui
Nutrition loss through surface runoff from slope lands and its implications for agricultural management
坡地地表径流造成的营养损失及其对农业管理的影响
DOI:10.1016/j.agwat.2018.09.007
发表时间:2019-02
期刊:Agricultural Water Management
影响因子:6.7
作者:Wei Wang;Xiaohong Wu;Chunmei Yin;Xiaoli Xie
通讯作者:Xiaoli Xie
凋落物分解对油茶农林复合系统土壤有机碳形成和转化的影响及机制
- 批准号:2025JJ20029
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2025
- 负责人:吴小红
- 依托单位:
间作影响油茶林根际沉积碳周转和稳定的微生物机制
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2021
- 负责人:吴小红
- 依托单位:
水肥管理对土壤微生物碳同化过程的影响机理研究
- 批准号:2020JJ3064
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2020
- 负责人:吴小红
- 依托单位:
水分对稻田土壤碳同化功能微生物的影响
- 批准号:2018JJ3878
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:吴小红
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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