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土壤生物与功能调控—褚海燕、林先贵、李忠佩、贾仲君

项目名称:土壤碳氮转化微生物的生物地理分布及其驱动机制

英文名称:The biogeographical distribution of soil microbes related to carbon and nitrogen transformations and its driving mechanisms

起止时间:2012-2015

项目组长:褚海燕

项目组主要成员:林先贵 李忠佩 贾仲君

项目摘要:

    生物地理学是研究生物多样性时空分布规律的一门科学,是生态学的核心问题之一。动植物(宏观生物)的分布具有明显的地域性,然而,微生物的生物地理分布研究长期滞后,其分布规律不甚明了。我国不同地区气候差异显著,土壤类型多种多样,目前我们并不明确土壤微生物在不同气候类型、人为扰动下如何分布,更不清楚驱动微生物地理分布的关键因子。为了阐明我国土壤微生物的生物地理分布规律及其与土壤碳氮转化功能的关联,本项目将选择主要类型农田土壤(人为扰动)、青藏高原高寒土壤(自然变异)为研究对象,采用高通量测序、基因芯片等现代分子生物学技术,重点研究人为扰动和自然变异下土壤微生物的多样性、分布格局及关键因子,并探索生物地理分布与土壤碳氮转化功能的内在关联,来深刻认知土壤碳氮转化相关微生物的生物地理分布及其驱动机制,为进一步通过对微生物的功能调控来提高农田生态系统的生产力、维持青藏高原高寒生态系统的稳定性提供科学依据。这项研究在土壤微生物资源的发掘以及进一步开发利用上也有重要意义。

 

碳氮循环与全球变化—谢祖彬、史学正、徐华、朱建国、刘钢

项目名称:农田生态系统碳循环与增汇减排

英文名称:Carbon sequestration and GHGs mitigation

起止时间:2012-2015

项目组长:谢祖彬

项目组主要成员:史学正 徐华 朱建国 刘钢

项目摘要:

    农田是重要碳汇和温室气体排放源。研究不同时期金坛和溧阳碳库组分的区域空间分异特征,阐明影响土壤有机碳组分区域变异的主要驱动因素。通过研究氮肥和硝化抑制剂与稻田N2O排放规律,提出稻田氮肥管理方法;通过研究冬季水分管理,阐明冬季水分管理的综合农学和环境效应;通过研究秸秆还田方式,阐明秸秆还田与农田土壤碳累积和温室气体减排的综合效应;通过研究生物炭还田,阐明生物炭最佳生产技术和最佳使用时期;提出农田土壤碳管理和温室气体减排的经济可行、环境友好和群众接受的推广模式。

土壤界面过程与效应—徐仁扣、蒋新

项目名称:可变电荷土壤中带电表面的相互作用与界面电化学特征和物质迁移转化

起止时间:2012-2015

项目组长:徐仁扣

项目组主要成员:蒋新

项目摘要:

    土壤中各种带电表面之间的相互作用有可能影响界面的电化学性质和养分及污染物的界面化学行为,从而影响物质的迁移转化。但目前从电化学角度开展的相关研究非常有限。本项目将建立根-土界面双电层相互作用的表征方法,研究可变电荷土壤中根-土界面双电层的作用规律及其对养分和污染物化学行为的影响;研究根-土界面的酸碱反应,阐明界面酸碱反应与植物铝毒的关系及铝毒缓解机制;研究土壤胶体与微生物表面之间的相互作用及其对界面电化学性质和微生物种群分布的影响;研究微生物驱动下土壤界面氧化还原加速典型农药消减机制与代谢途径。阐明可变电荷土壤中带电表面之间相互作用驱动物质迁移与转化的机制。将土壤电化学研究由过去着重研究带电的土壤胶体与离子、质子和电子之间的相互作用推进到带电胶体之间及带电胶体与植物根表和微生物之间的相互作用,并开辟新的学术领域:土-生界面电化学。研究成果将为土壤的养分管理和土壤环境保护提供科学指导。

 

氮磷行为与环境效应—颜晓元、杨林章、施卫明、尹斌、韩勇

项目名称:农业氮循环的环境影响及治理对策研究

英文名称:Environmental impact and its mitigation options of agricultural nitrogen cycling

起止时间:2012-2015

项目组长:颜晓元

项目组主要成员:杨林章 施卫明 尹斌 韩勇

项目摘要:

    在前期工作积累的基础上,通过数据库建设、污染源调查、动态监测、模型模拟等一系列手段,开展全国尺度下的农田氮收支评估,区域尺度下的氮迁移转化过程及水体对氮的自净能力研究,以期明确全国尺度下我国农田氮循环的农学效益和环境影响,阐明太湖流域农田面源对水体氮污染的贡献,提出有效的面源污染控制策略。

 

 

热烈祝贺我室学术委员会副主任傅伯杰研究员当选中国科学院院士

    中国科学院和中国工程院公布了2011年中国科学院院士和中国工程院院士增选结果,我室学术委员会副主任、中国科学院生态环境研究中心傅伯杰研究员当选中国科学院地学部院士。闻此佳讯,我室全体职工和研究生备受鼓舞,大家衷心祝贺傅伯杰研究员当选为中国科学院院士。

    傅伯杰研究员主要从事综合自然地理学和景观生态学研究,在土地利用结构与生态过程、景观生态等方面取得了系统性创新成果。开创性的将格局-过程-尺度有机结合,揭示了黄土丘陵沟壑区不同尺度土地利用格局对土壤水分、养分和土壤侵蚀的影响机理,建立了坡地土壤水分空间分布模型,比较分析了不同土地利用 结构的水土保持效应,为水土流失治理和植被恢复提供了科学依据。提出了景观多样性的概念和类型,发展了农业景观可持续性评价指数和模型,推动了中国景观生 态学的发展。主持完成了中国生态区划并得到广泛应用。已发表论文300余篇,其中SCI收录论文100余篇。2005年获国家自然科学二等奖,2011年获国际景观生态学会杰出贡献奖。

   

中国科学院院长白春礼到我室调研视察

    12月6日晚,在蒙蒙细雨中,中国科学院院长白春礼院士一行在南京分院党组书记、副院长张兴中、副院长谷孝鸿等陪同下,来到我室调研视察。我室赵其国院士、朱兆良院士、室主任及部分研究员出席了座谈会。

    沈仁芳主任首先简单介绍了研究所“一三五”进展情况及“十二五”期间科技园区建设规划,随后赵其国院士与朱兆良院士分别就土壤科学前沿领域的研究情况向白春礼院长做了扼要汇报。

    白春礼院长在讲话中充分肯定了我室在大型仪器共享管理方面所取得的成绩,并就土壤科学发展和科技园区建设提出了指导意见。他殷切希望土壤所在新的历史时期能进一步继承光荣传统,坚持正确定位,继续开创土壤科学事业发展新局面。

    陪同调研视察的还有中国科学院副院长詹文龙,办公厅主任李婷,基础科学局局长刘鸣华,高技术研究与发展局局长田静,生命科学与生物技术局副局长苏荣辉,资源环境科学与技术局副局长冯仁国等。

973计划项目“粮食主产区农田地力提升机理与定向培育对策”2011年度总结会议在南京召开

    国家重点基础研究发展计划 (973) 项目“粮食主产区农田地力提升机理与定向培育对策”2011年度总结报告会于12月4日在南京顺利召开。项目主管部门科技部和依托单位中国科学院领导、项目学术指导专家、项目咨询专家、项目专家组和项目承担单位的领导,以及来自中国科学院南京土壤研究所、中国农业科学院农业资源与区划研究所、浙江大学、南京农业大学、中国科学院沈阳应用生态研究所、中国农业大学等课题主持和参加单位的学术骨干共80余人出席了本次会议。中国科学院南京土壤研究所蒋新副所长主持会议开幕式并致欢迎词。

    科技部基础研究管理中心钱万强博士代表项目主管部门科技部对项目的顺利实施和取得的阶段性成果给予了充分肯定,并从项目复评与经费追加、评审方式转变、项目公开力度增大和成果管理加强等方面介绍了“十二五”期间973项目改革的相关事宜。中科院资环局项目主管杨萍代表依托单位致辞,高度评价了项目所取得的阶段性成绩,并对项目提出了多出成果、多出人才、多出思想的要求和希望。中科院南京土壤所沈仁芳所长代表项目主持单位对延续性项目提出了更高的要求,希望明年项目中期评估时取得更大成绩。

    随后,各课题负责人分别汇报了典型地区农田生产力和基础地力演变规律及其驱动因素;农田土壤障碍因子消减机理与地力修复;土壤有机质转化与累积机理与调控;保护性耕作、秸秆还田和长期施肥对土壤水分、养分库容的影响;不同有机物料加入土壤后的降解转化过程及其生物学机理;以及典型区域农田地力定向培育理论与技术对策等六个课题的研究进展。专家都对各课题的具体研究内容和进展情况进行了深度点评,对已经开展的工作和取得的成果给予了充分肯定,同时对诸如进一步厘清一些概念、加强课题间衔接等提出了建设性的意见和建议。

    最后,项目首席科学家张佳宝研究员代表整个项目对各位领导、专家提出的宝贵意见和建议表示衷心感谢,也对相关研究人员的辛苦努力表示由衷感谢,并希望各课题组根据专家组的意见和建议认真总结、理清思路,以更好的成绩迎接明年的中期评估。

 

Nitrogen Fertilization Changes Abundance and Community Composition of Ammonia-Oxidizing Bacteria

Shen WS Lin XG Gao N et al.. Nitrogen Fertilization Changes Abundance and Community Composition of Ammonia-Oxidizing Bacteria. Soil Science Society of America Journal 2011 75(6): 2198-2205. (IF 1.866 农林科学,二区Top)

Abstract

    The effects of N fertilization rates on the abundance and community composition of NH3–oxidizing bacteria (AOB) are poorly understood particularly in greenhouse-based high-N-input vegetable soils. The abundance and community composition of AOB from these vegetable soils under five N (urea) rates in eastern China were evaluated by polymerase chain reaction (PCR) and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). These rates were: the conventional high N rate (N4) as 270 or 300 kg N ha−1 season−1 for cucumber (Cucumis sativus L.) or tomato (Solanum lycopersicum L.) respectively and 80% (N3) 60% (N2) 40% (N1) and 0% (N0) of the N4 rate. After 2 yr of a cucumber–tomato rotation N fertilization had significant effects on the abundance and community composition of AOB. The abundance of AOB amoA gene was significantly higher under the N2 (2.08 × 1010 kg−1 dry weight soil) than under the N0 or N4 (8.74 or 8.75 × 109 kg−1 soil). The DGGE patterns were more diverse under N1 and N2 than under N3 and N4 with the greatest DGGE band numbers (15) under N2. Phylogenetic analyses of amoA gene fragments showed that AOB sequences from different N fertilization rates were affiliated with Nitrosospira species and grouped into Clusters 2 3 8 and 12. Our results indicate that a reduction to 40% of the conventional high N rate (N4) is practical to reduce N inputs while maintaining the abundance and community composition of AOB in such greenhouse-based vegetable soils.

A system for free-air ozone concentration elevation with rice and wheat: Control performance and ozone exposure regime

Tang HY Liu G Han Y et al.. A system for free-air ozone concentration elevation with rice and wheat: Control performance and ozone exposure regime. Atmospheric Environment 2011 45(35): 6276-6282. (IF 3.226 环境科学,二区Top)

Abstract

    A system for free-air concentration enrichment with ozone (FACE-O3) was installed in a field in Jiangsu Province of China to grow wheat and rice plants in either ambient [O3] (A-O3) or elevated [O3] (E-O3) without any enclosures. Ozone generated from pure O2 and mixed with compressed air was released into the E-O3 plots from a 14 m diameter octagon. The gas release was controlled for each E-O3 plot with an algorithm based on wind direction wind speed and [O3] at the center of the plot. With 1-min mean [O3] the achieved elevation was within ±20% of the target which is 50% above A-O3 for 94% of time and within ±10% of the target for 73% of time on average across 4 years from 2007 to 2010. Ozone fumigation ran on daytime but was withheld when ambient [O3] was below 20 ppb or leaves were wet. The discontinuity in O3 release resulted in the daily mean 7 h [O3] (M7 900–1600 h Chinese Standard Time) in E-O3 by only 24% higher than that in A-O3. The average effective increase in AOT40 (accumulated [O3] above the threshold of 40 ppb) was 115%. Ozone exposure regime in E-O3 as characterized by M7 and AOT40 was compared with that in a scaled-up [O3] (S-O3) which was obtained by scaling A-O3 by 1.24: the ratio of M7 in E-O3 to that in A-O3. For the same M7 E-O3 had higher AOT40 than S-O3 because E-O3 had more high [O3] peaks than S-O3. The shift in AOT40 is only modest however and the [O3] regime in E-O3 was consistent with that in open-top chamber experiments in the past. This FACE-O3 system can thus maintain elevated [O3] in open field with modest alteration to [O3] regime to an extent comparable to open-top chambers.