2003_青年_微生物在栗钙土碳酸钙转化迁移中的作用.doc
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1、 国家自然科学基金申请书学科代码:D0309受理部门: 收件日期:受理编号:第 21 页 共 21 页国家自然科学基金申 请 书您现在还不能填写文档或打印,请根据以下三个步骤操作: 1)如果您是Word2000或以上版本用户,请把Word宏的安全性设为:中 方法: Word菜单-工具-宏-安全性-安全级,设置为中 (如果您是Word97用户,继续执行以下步骤) 2)关闭本文档,重新打开本文档 3)点击启用宏按钮,即可开始填写本文档或打印了资助类别:面上项目亚类说明:青年科学基金项目 附注说明:项目名称:微生物在栗钙土无机碳转化与迁移中的作用申 请 者:李贵桐 电话:010-62892963依托
2、单位:中国农业大学通讯地址:中国农业大学,资源与环境学院, 土壤和水科学系邮政编码:100094 单位电话:010-62893540E-mail :lgtong申报日期: 2003年3月10日国家自然科学基金委员会基本信息申 请 者 信 息姓名性别男 出生年月1968年7 月民族汉族 学位博士 职称副教授 主要研究领域土壤生态学, 生物地球化学 电话010-62892963 E-maillgtong传真 个人网页 工作单位中国农业大学资源与环境学院, 土壤和水科学系 在研项目批准号 依托单位信息名称代 码10009401 联系人杜金昆 E-mailjkdu 电话010-62893540 网站地
3、址 合作单位信息单 位 名 称代 码 项 目 基 本 信 息项目名称资助类别面上项目 亚类说明青年科学基金项目 附注说明 学科代码D0309:环境地球化学与生物地球化学D0124:人类活动与环境效应 基地类别 预计研究年限2004年1月 2006年12月研究属性基础研究 总预算经费26万元申请经费26万元摘 要项目研究内容和意义简介(限400字):针对表层栗钙土中CaCO3的转化与迁移过程,以土壤微生物活动为中心,通过野外调查和室内培养试验,利用14C标记技术和微生物群落代谢图谱技术(CLPP)等手段,研究土壤微生物呼吸活性、真菌/细菌比、植物残体分解产物以及微生物群落代谢特性对土壤碳酸钙转化
4、与迁移的影响,以此确定栗钙土主要植被下土壤CaCO3的平衡状况及其与微生物活性的关系、栗钙土中微生物主要类群的活动对CaCO3沉淀-溶解平衡及HCO3-淋溶的影响、植物残体分解产物在表层CaCO3转化及运移中的作用,并揭示群落水平上的微生物代谢活动对土壤CaCO3沉淀-溶解平衡的影响。本项目的研究,将增加人们对土壤发生性次生碳酸盐转化机理的了解,特别是土壤微生物活动对土壤CaCO3溶解-沉淀平衡及HCO3-淋溶中的作用,进而了解土壤碳酸盐在全球碳库平衡中的意义和人类活动对其平衡的影响。关 键 词(用分号分开,最多5个)栗钙土;碳酸钙;转化与迁移;微生物;评价与预测 项目组主要成员编号姓 名出生
5、年月性别职 称学 位单位名称电话E-mail项目分工每年工作时间(月)11968年7月男副教授博士中国农业大学010-62892963lgtong项目负责人821956年8月男副教授硕士中国农业大学010-62892827liufj6负责14C测定531970年7月男讲师硕士中国农业大学010-62893729caumukg协助负责内容1841974年8月女博士生硕士中国农业大学010-62892502linqm参加内容2951978年4月男硕士生学士中国农业大学010-62892963anhui_yzc参加内容1961976年10月男硕士生学士中国农业大学010-62891458lgtong
6、参加内容1978910总人数高级中级初级博士后博士生硕士生6210012说明: 1. 高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请者负责填报,总人数自动生成。说明: 2. 第一人必须是申请者,信息从前面自动读入。经费预算 (单位:万元) 科 目预算金额备注(计算依据与说明)一研究经费22.20001科研业务费10.0000 (1)测试/计算/分析费4.0000常规分析,14C分析。(2)能源/动力费2.0000水、电费(3)会议费/差旅费2.0000国内会议2次,野外采样8人次。(4)出版物/文献/信息传播事务费2.0000发表文章,文献检索、复印、网上查询,专业书籍。(5)其他0.0
7、0002实验材料费10.0000(1)原材料/试剂/药品购置费9.000014C材料及后处理,常规试剂。(2)其他1.0000玻璃器材等3仪器设备费1.0000(1)购置1.0000Biolog底物板,微型pH电极,Ca2+电极等。 (2)试制0.00004实验室改装费1.2000喷水装置,土柱固定架,恒温密闭装置,CO2分压控制系统等。5协作费0.0000 6其他0.0000二国际合作与交流费0.0000 1项目组成员出国合作交流0.00002境外专家来华合作交流0.0000三劳务费2.5000研究生生活补助,100元/人月*12月*3人*3年 = 11 800元。放射性工作营养补助费、临时
8、工费、取样雇车费等.四管理费1.3000总经费的5%五其他0.0000 经 费 总 预 算26.0000 申 请 经 费26.0000 其他经费来源(单位:万元)自然科学基金其他项目资助经费 0.0000国家其他计划资助经费 0.0000其他经费资助(含部门匹配) 0.0000合 计26.0000 国家自然科学基金项目申请书报告正文(一)立项依据与研究内容1、 项目的立项依据基本假设:随着自身发育和人类利用,表层栗钙土中无机碳(主要是碳酸盐)的含量逐渐降低。基于此,本项研究提出如下基本假设:土壤微生物通过呼吸作用和代谢活动,影响土壤碳酸盐的沉淀-溶解平衡,从而导致碳酸盐淋移并在底层土壤淀积,同
9、时也引起无机碳以CO2形式向大气的排放;不同的土壤利用和耕作方式,微生物生物量、群落结构及其活性存在很大差异,这种差异很可能直接或间接地反映在土壤碳酸盐转化上,从而影响土壤碳库在全球碳素平衡中的作用。研究意义:土壤不仅是庞大的有机碳贮藏库,无机碳库的数量也极其可观。土壤发生性碳酸盐是土壤无机碳的主体,在全球碳库平衡中具有重要意义。从地质时间尺度上讲,陆地表层CaCO3的淀积是决定大气CO2浓度最重要的机制(Zavarzin, 2002)。中国有大面积的干旱、半干旱土壤,据估计,其中土壤发生性碳酸盐中的碳库约为60 Pg,每年截储CO2-C可达1.5106 t,对大气CO2的调节作用十分重要(潘
10、根兴,1999)。目前关于土壤CaCO3的研究,主要集中在的淋失与沉淀速率(段建南等,1999;Egli and Fitze, 2001)、土壤CaCO3对土壤CO2通量的贡献(Li and Wang,2001)以及古土壤中CaCO3对古气候变化的指示作用(刘强,2001)等方面,因为这些方面与大气CO2的浓度变化密切相关。但对土壤中CaCO3转化机理的研究较少,特别是土壤微生物活动在CaCO3转化与迁移中的作用,目前人们还了解得很少。本项目拟以土壤微生物活动为中心,研究栗钙土中CaCO3转化与迁移中微生物的作用,为深入了解土壤无机碳在全球碳平衡中的作用提供理论基础研究现状:根据物理和化学原理
11、,在CO2-CaCO3-H2O体系中,CaCO3沉淀-溶解平衡主要受土壤CO2分压控制。CaCO3沉淀的必要条件是溶液相达到过饱和状态,持续溶解的必要条件是固-液接触层中H+、HCO3和Ca2+及时被交换到外围液相。微生物活动对土壤碳酸盐沉淀-溶解平衡的影响可归为以下四类。 微生物活动产生的CO2对CO2-CaCO3-H2O体系平衡的影响。因土壤介质的物理阻隔,土壤微环境中的气体与大气之间的交换作用比较微弱,故微生物活动产生的CO2是土壤空气中CO2的主要来源,对土壤溶液中CO2浓度的影响很大。土壤微生物呼吸作用是土壤中CO2产生的主要途径,对CaCO3溶解-沉积动态的影响也最显著(Li an
12、d Wang, 2001)。通过微生物的呼吸作用,植物残体中的C可以转化成土壤CaCO3,俄罗斯土壤中的CaCO3就全部来自植物材料分解的CO2(Ryskov and Demkin, 1997)。另外,微生物水解尿素时也可产生CO2,进而影响CaCO3的转化(Bachmeier et al., 2002)。第三,当微生物利用低分子有机酸为单一碳源和能源时,所产生的CO2也可转化为CaCO3,这是土壤有机碳转化为无机碳酸盐的另一条途径(Braissant et al., 2002)。 微生物活动改变其栖息微环境的酸碱度。Roos & Luckner(1984)发现Penicillum cyclo
13、pium每吸收利用1摩尔NH4+,就释放出等量的H+,使培养液中pH值降低;相反,Hynes(1990)报道当微生物吸收利用1摩尔NO3-时,释放出等量的OH-或消耗掉等量的H+,使培养介质的pH升高;赵小蓉等(2002)发现土壤中许多溶磷微生物,在分解有机物质时分泌大量的草酸、柠檬酸等十几种有机酸,使培养介质的酸度从pH7左右降低到pH2左右。不同种类的微生物,所产生的质子和酸性的数量和种类差异很大,真菌产生的有机酸量常常是细菌的几倍甚至几百倍。微生物分泌的有机酸种类和数量受有机碳源、氮源及C/N比例等多种因素的影响。 微生物活动对土壤溶液中HCO3-的直接影响。蓝细菌在中性至微碱性环境中可
14、吸收HCO3-,从而导致CaCO3发生溶解(Thompson and Ferris, 1990),而一些兼性厌氧细菌(如反硝化细菌、硫酸盐还原细菌等)则通过释放HCO3- 引起CaCO3的沉积(Warthmann et al., 2000)。 微生物代谢产物对Ca2+、Mg2+等阳离子的络合与螯合作用。土壤真菌产生的有机酸,土壤细菌产生的多糖,均可以络合、螯合土壤溶液中的Ca2+、Mg2+等阳离子,形成有机钙盐(如草酸钙)和阳离子-糖复合物,促使CaCO3溶解(Gadd, 1999; Kang et al., 2002)。当前,关于微生物对土壤碳酸盐转化影响的研究主要存在3点不足。第一,很少考
15、虑实际土壤利用方式、有机物输入条件等对微生物活性的影响,多在培养基或纯培养条件下研究微生物对CaCO3转化的影响,缺乏与实际问题间的有机联系。第二,强调特定微生物类群的功能,忽视群落生存方式对个体功能的影响。实际上,微生物个体功能的发挥与其所处的微环境条件密切相关,条件不同功能也有所不同,群落中种群之间的相互作用对个体功能的发挥影响很显著(Stotzky, 1997)。因此,应加强特定环境下微生物群落水平上的整体作用对土壤CaCO3转化影响的研究。随着微生物生态学研究手段的日益发展,研究土壤微生物群落结构和群落水平上的整体行为已成为可能(McGenity and Sellwood, 1999)
16、。第三,很少考虑微生物活动对土壤CaCO3淋移的影响,而空间位置对评价土壤无机碳在全球碳平衡中的作用意义重大。总之,在当前关于土壤无机碳研究较少的背景下,本研究针对栗钙土中无机碳的转化和迁移过程,以土壤微生物活动为中心,利用14C标记技术和微生物群落代谢图谱技术(CLPP)研究微生物生物量构成、呼吸活性、微生物群落结构以及微生物代谢产物对土壤碳酸盐转化与溶迁的影响,从而增进人们对微生物活动在土壤无机碳转化过程作用的了解。主要参考文献:1. 段建南,李保国,石元春,严泰来,朱德海。1999。干旱地区团伙碳酸钙淀积过程的模拟。土壤学报。36(3):318-3262. 刘强,刘嘉麒,隋淑珍,2001
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- 2003 青年 微生物 栗钙土 碳酸钙 转化 迁移 中的 作用