南京林业大学大学生实践创新训练计划项目申报表.docx

《南京林业大学大学生实践创新训练计划项目申报表.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《南京林业大学大学生实践创新训练计划项目申报表.docx（10页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、南京林业大学大学生实践创新训练计划项目申报表推荐学院：项目名称：所属一级学科名称:项目负责人：联系电话：指导教师：联系电话：申报日期：林学院基于数据挖掘探究生物炭对土壤N2O产生过程的影响谢华祥刘琦2023年5月24日教务处制二C）二一年五月项目名称基于数据挖掘探究生物炭对土壤N2O产生过程的影响项目所属一级学科林学项目所属二级学科水土保持与荒漠化防治项目实施时间起始时间：2023年5月完成时间：2023年12月项目简介（IOO字以内）生物炭被认为具有降低土壤N2O排放的作用，然而，生物炭对土壤N2O排放的异质性尚不清晰。本研究基于文献搜集与数据整合分析，评估不同条件下生物炭对土壤N2O产生过

2、程的影响，为有效实现生物炭的土壤N2减排提供理论基础。申请人或申请团队姓名年级学号所在院系/专业联系电话E-mai1主持人谢华祥2023林学院/林学欧佳骏2023林学院/林学成员陈恒昱2023林学院/林学韩耀威2023林学院/水保罗青2023林学院/林学指导教师第一指导教师姓名刘琦单位南京林业大学林学院年龄33岁技术职务讲师主要成果主要从事气候变化与土壤碳氮循环研究，旨在揭示气候变化背景下的土壤生态科学规律以及应对策略。曾在国际期刊G1oba1ChangeBio1ogy,Soi1Bio1ogyandBiochemistry,P1antandSoi1,GCBBioenergy等杂志上发表学术论文

3、，荣获中国科学院百篇优秀博士论文，曾赴丹麦科技大学访学。一、申请理由1 .知识条件本研究小组系统地学习了土壤学、有机化学等与项目相关的课程，具备较为扎实的理论功底和研究能力。为了申报本课题，本研究小组作了深入、全面的文献收集和探索研究，掌握与本课题相关的研究动态和学术趋势，能够较好完成本课题的研究任务。2 .特长和兴趣本课题研究小组对生物学、生态学、土壤学具有强烈的研究热情，同时具备研究所要求的特长。谢华祥：担任班班长、校学生会组织部干事、林学院学生会生纪部干事。对待工作勤奋认真、踏实肯干，对待学习充满热情，曾获得校级“优秀团员”、水杉英才班“优秀学员”、校学生会“每月之星”等荣誉称号，具有较

4、强的实践工作能力。欧佳骏：校社联新媒体部门的一员。积极上进、学习刻苦、理论基础扎实，追求全面发展，具备较强的学习能力和接受能力。具有较强的英语学习能力。工作勤奋认真,肯吃苦耐劳，敢于钻研，社会实践和与人交流能力较强。罗育：作为校青协办公室的一员，具有较强的文字组织与排版能力。学习认真，勤奋刻苦。在课余时间参与了校内外多项志愿活动，对于突发事件能够随机应变；同时还参加了校勤工俭学岗，锻炼并提升了自己与人交往的能力。韩耀威：团工委实践中心成员。性格稳重、有活力，待人热情、真诚。工作认真负责，积极主动，能吃苦耐劳；喜欢思考，虚心与人交流。有较强的组织能力、实际动手能力和团队协作精神，能迅速的适应各种

5、环境，并融入其中。社会责任感强，踏实肯干3 .研究兴趣及价值矛盾N2O是一种具有温室效应的气体,是京都议定书规定的6种温室气体之一。N20在大气中的存留时间长,并可输送到平流层，同时，N20也是导致臭氧层损耗的物质之一。与二氧化碳相比,虽然N20在大气中的含量很低，但其单分子增温潜势却是二氧化碳的310倍对全球气候的增温效应在未来将越来越显著。研究表明，生物炭添加到土壤后，能改善土壤的理化性质以及微生物活性，从而对土壤N2排放产生一定的影响。因此，本课题小组经过多次讨论决定以N2O为研究对象，以土壤学、无机化学的相关理论知识为指导，通过查阅文献、实践探索、数据统计的方式，对生物炭与土壤N2O排

6、放量之间的关系进行全面细致的探究，以此践行对自然和生态的关注与保护。二、项目方案1项目研究背景：由于人类活动的影响，大气N2O浓度的持续升高不仅会加剧温室效应，而且对臭氧层也造成破坏。其中，农田和人工林在人为施肥的影响下，成为重要的N2排放源(IPCC,2013),对全球NzO排放贡献了45%以上(Reayeta1,2012)。土壤NzO排放主要来自微生物的活动，这些过程受土壤水分、温度、pH、可溶性有机碳、有效态氮等环境因素的影响。因此，通过调控土壤环境以减少N2O排放对缓解气候变化有着重要的意义。1.1 生物炭简介近年来，生物炭(BiOChar)在巴西亚马逊流域考古中的发现，引起了人们利用

7、生物炭来应对气候变化的兴趣(1ehmann,2007)。生物炭是由动植物生物质(秸秆、木屑、畜禽粪便等)在完全或部分缺氧的条件下经高温热解炭化产生的一类高度芳香化的物质(SOhi,2012)。生物炭呈碱性，疏松多孔，具有较大的比表面积和一定的含氧官能团。有研究表明，生物炭添加到土壤后，能改善土壤的理化性质以及微生物活性，从而对土壤N2O排放产生一定的影响。目前，有大量实验的结果表明，生物炭对土壤N2排放平均有降低的作用(CayUeIaeta1,2014;GUIeta1,2016),这说明未来在应对大气N2升高方面，生物炭有望成为一项有效的措施。1.2 土壤N2O的产生过程土壤N2是土壤氮素硝化

8、和反硝化作用的产物(Freneyj997)(图1)。硝化过程是好养条件下,Nth+被硝化菌氧化成No3的连续过程,在这一过程中,NH建JNH2OH(羟镂)是限速步骤，由ano基因编码的氨单加氧酶催化(RotthaUWeeta1.,1997;Subbaraoeta1.,2006)。反硝化过程是在厌氧条件下，由反硝化菌细菌参与的NOd到N2的转化过程：包括由基因编码的硝酸盐还原酶催化的NCK到NOF过程、由Hr基因编码的亚硝酸盐还原酶催化的No2倒NO过程、由nor基因编码的NO还原酶催化的NO到N2O过程和由nos基因编码的N2O还原能催化的N2O到N2过程(ThroboCketa1.,2004

9、;Kande1ereta1.,2006)0因此，生物炭对土壤NzO排放的影响跟土壤NzO的产生过程以及功能微生物活性密切相关。1.3 生物炭对土壤N2O产生过程的影响土壤N2O表观排放量是来自不同途径的N2O产生及还原后产生的净结果。有学者研究发现，生物炭在土壤不同的N转化过程中对N2排放的效应不同(Hanereta1,2014;Sanchez-Garcfaeta1.,2015;1iueta1.,2017)。Sanchez-Garcfaeta1(2014)采用添加入N标记无机氮底物的方法，研究发现生物炭会增加硝化过程对N2O的贡献，却降低反硝化过程对N2的贡献。CayUe1aetaI(2013

10、)研究发现，在高土壤水分条件(90%WFPS)下，生物炭并没有减少反硝化过程中N2的产生，却促进了该过程N2向N2的还原。卜N1ON2O硝化过程氨单加氧酶，AMOHAONORNH；=N/AM.NHzOHN0：NO；amoA/B/ChaonorA/B/C氨氧化（限速步骤）亚硝酸氧化（氨新化细菌A0B、氮氧化古菌AOA）（硝化细菌）反硝化过程硝酸盐N0；还原酶一narG,napA亚硝酸盐一氧化氮NQ点M黑那。氧化亚氮还原酶nosZ反硝化（反硝化细菌、NzO还原菌）图1土壤N2产生途径及功能微生物微生物是土壤N2产生的直接参与者，其数量及活性的变化将密切影响土壤N2排放。如Heeta1（2018）发

11、现生物炭有效增加了酸性土壤中氨氧化菌的数量，可以一定程度上解释生物炭对土壤硝化过程N2的增加作用；Sanchez-Garcfaeta1.（2014）发现生物炭增加了土壤中N2还原菌的数量，这可能是生物炭降低反硝化过程N2排放的重要原因。尽管生物炭被认为具有降低土壤N2排放的潜力，然而，也有研究表明在某些情形下，生物炭对土壤N2排放可能无影响甚至促进。不同生物炭在不同土壤条件下对N2排放的影响具有差异性，这主要源于生物炭对土壤N2产生的途径，以及对相应途径的功能微生物影响不同所导致。1.4 科学问题与研究目的前期虽然有大量的研究探讨了生物炭对土壤N2O排放量及其产生途径的影响，但不同研究仅限于单

12、一的影响因素或角度。在不同的生物炭与土壤条件下，生物炭对土壤NzO产生途径的影响具有较大的差异性，且该差异性的规律目前尚不清晰。因此，我们的科学问题是：（1）在不同条件下，生物炭对土壤NzO产生途径的影响有怎样的差异性？（2）在不同条件下，生物炭对土壤NzO功能微生物的影响有怎样的差异性？基于此，本研究拟对前期的文献数据进行整合分析，全面且定量地评估生物炭对土壤N2O排放过程及相应功能微生物的影响，从而为揭示生物炭影响土壤N2O排放的机制，以及如何有效使用生物炭来降低土壤N2O排放提供理论基础。参考文献：Ba11,P.N.,MacKenzie,M.D.,De1uca,T.H.,&Montana

13、,W.E.(2010).Wi1dfireandcharcoa1enhancenitrificationandammonium-oxidizingbacteria1abundanceindrymontaneforestsoi1s.Journa1ofEnvironmenta1Qua1ity,39(4),1243-1253.Cayue1a,M.1.,VanZwieten,1.,Singh,B.P.,Jeffery,S.,Roig,A.,&Sanchez-Monedero,M.A.(2014).Biochar,sro1einmitigatingsoi1nitrousoxideemissions:Are

14、viewandmeta-ana1ysis.Agricu1ture,Ecosystems&Environment,191,5-16.Ducey,T.E,Ippo1ito,J.A.,Cantre11,K.B.,Novak,J.M.,&1entz,R.D.(2013).Additionofactivatedswitchgrassbiochartoanaridicsubsoi1increasesmicrobia1nitrogencyc1inggeneabundances.App1iedSoi1Eco1ogy,65,65-72.Freney,J.R.(1997).Emissionofnitrousoxi

15、defromsoi1susedforagricu1ture.NutrientCyc1inginAgroecosystems,49(1-3),1-6.Gu1,S.,&Wha1en,J.K.(2016).Biochemica1cyc1ingofnitrogenandphosphorusinbiochar-amendedsoi1s.Soi1Bio1ogyandBiochemistry,103,1-15.Harter,J.,Krause,H.M.,Schuett1er,S.,Ruser,R.,Fromme,M.,Scho1ten,T.,.&Behrens,S.(2014).1inkingN?Oemissionsfrombiochar-amendedsoi1tothestructureandfunctionoftheN-cyc1ingmicrobia1community.TheISMEJourna1,8(3),660.He,1.,Bi,Y.,Zhao,J.,Pitte1kow,C.M.,Zhao,X.,Wang,S.,&Xing,G(