中国科学院战略性先导科技专项(B类)

土壤-微生物系统功能及其调控

项目 - 项目2:土壤生物地球化学循环的微生物过程

项目2:土壤生物地球化学循环的微生物过程

由中国科学院城市环境研究所朱永官研究员和中国科学院生态环境研究中心贺纪正研究员共同负责。

 

总体目标

阐明土壤有机质积累、分解及其周转的微生物特征及其调控机制;明确土壤硝化、反硝化、厌氧氨氧化、无机磷活化等关键氮磷转化过程的微生物组成及活性;针对不同环境条件和干扰强度,准确量化不同功能微生物对氮、磷转化的相对贡献,揭示调控元素循环和氮磷养分利用的关键微生物过程及机理;明确土壤有机质与氮、磷等养分耦合的微生物机制,阐释不同管理模式下提高养分利用率、提升土壤生产力和维护生态环境质量的微生物调控机理。

 

核心科学技术问题

  1. 土壤团聚体形成和有机质分解的微生物驱动因子及其调控机理?
  2. 土壤氮磷循环的赋存形态及相关功能微生物的演变特征?
  3. 土壤氮素转化关键微生物过程对氮素循环和养分供应的影响机制?
  4. 土壤不同形态磷素的有效性及其微生物转化机理?
  5. 土壤有机质与氮磷等养分耦合的微生物机制?
  6. 提高土壤氮磷利用效率的管理措施及其微生物调控机理?

 

主要技术路线

针对我国典型农田土壤系统,通过野外调查、田间试验和室内培养实验,利用传统土壤物理、化学方法,结合同步辐射、稳定性同位素原位标记和高通量测序等新兴技术,分析土壤C、N、P等元素的形态、含量及其在土壤不同活性库中的流通和周转速率,测定不同条件下土壤微生物的群落组成和多样性,结合相关功能微生物种群的定量和多样性分析(功能基因芯片和高通量PCR等),揭示功能微生物组成与土壤元素转化之间的联系机制。

 

重点研究内容

  1. 土壤有机质转化的关键微生物过程
  2. 农田土壤氮素转化的关键微生物过程
  3. 自然生态系统土壤氮素转化的关键微生物过程
  4. 土壤磷素转化的关键微生物过程

 

预期成果与贡献

  1. 阐明土壤有机质周转的微生物调控机理; 
  2. 揭示土壤氮素微生物转化的关联机制(固氮、矿化、硝化、反硝化等;
  3. 阐释微生物对土壤磷素活化、转化和植物吸收的作用机制。

 

研究内容

项目2重点回答我国典型土壤关键元素生物地球化学过程的微生物机制。项目2共设4个课题: