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      • 姜明

        所长

      • 王宗明

        党委书记
        副所长

      • 项尚

        纪委书记

      • 李向楠

        副所长

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        副所长

      所长致辞
        中国科学院东北地理与农业生态研究所于2002年3月经中国科学院批准,由成立于1958年的中国科学院长春地理研究所和成立于1978年的中国科学院黑龙江农业现代化研究所整合组建而成,是中国科学院设立在东北地区的综合性地理学、农学、生态学、环境科学与技术研究机构和人才培养基地,2002进入中国科学院知识创新工程序列...
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        东北地理所现有各类职工500余人,80%以上具有研究生学历。历年入选中国工程院院士1人,双聘院士7人,国家百千万、杰青、优青等国家级人才计划10余人,院级人才计划30余人。国家“973计划”、国家重点研发计划、国家科技基础性工作专项、科技基础资源调查专项、国家科技支撑计划等项目首席科学家10余人,国务院政府特殊津贴获得者60余人。
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    • 概要
        60年的耕耘,东北地理所取得了累累的科研硕果。创建了我国湿地学科理论体系,揭示我国湿地形成与发育规律、土壤关键过程与生态功能,研发退化沼泽近自然综合恢复关键技术、湿地植被快速恢复技术和湿地苇-蟹/鱼-稻复合生态模式。阐明了黑土演化过程与驱动机制,揭示了黑土退化特征和肥力调控机理,研发了黑土地肥沃耕层构建关键技术、作物高光效新型种植模式、侵蚀黑土综合防治技术、合作研发了“梨树模式”等黑土保护与利用关键核心技术,支撑“黑土粮仓”科技会战。首次克隆了控制大豆开花期的最大位点基因E1以及控制大豆长青春期性状的经典基因J,在国际上率先建立大豆分子设计育种理论体系和最大容量的大豆突变体库;研发和...
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      • 吉林省水文水资源局一行调研东北地理所并签署合作协议
      • 中铁十四局集团到东北地理所开展专题调研
      • 第十届全国玉米育种大会暨中科玉科企联合体年度工作会议在海南乐东县成功召开
      • 黑龙江三江国家级自然保护区管理局党组书记、局长于小东一行调研东北地理所并签署合作协议
      • 兴安盟行政公署副盟长何伟利一行调研东北地理所
      • 东北地理所与吉林省松原市长岭县签署战略合作协议
      国际交流
      • 美国加州大学戴维斯分校William R. Horwath教授来东北地理所访问交流
      • 姜明参加地球观测组织(GEO)2023年会议周及部长级峰会
      • 中国科学院国际杰出学者Damià Barceló教授访问东北地理所
      • 姜明率团访问俄罗斯远东地区科研机构
      • 俄罗斯联邦科学水稻中心一行到东北地理所开展合作交流
      • 中美土壤学会“快速进化中的黑土地科学”研讨会在长春顺利召开
  • 研究生教育
    • 概况
        东北地理所是1978年恢复学位制度后,第一批硕士学位授予单位。现有环境科学与工程、地理学、生态学和农业资源与环境四个一级学科博士后流动站...
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      • 东北地理所举办中科院第四届科学节活动
      • 东北地理所举行中科院第十七届公众科学日活动
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      • 【科学大院】达尔文眼中“人类最值得信赖的朋友”,现在的处境有多危险?
      • 【科学大院】2022年中国新补充10343个物种,其中最多的是……
      • 【科学大院】灌木“步步入侵”,草原“何去何从”
      • 【中科院之声】野火对于野草,是敌是友?
      • 【科学大院】亮如白昼的夜里,有些植物处境艰
      • 【科学大院】如何保护黑土?有一个“偷懒”的办法
      科普图片/视频
      • 【哔哩哔哩直播2023中科院跨年演讲】邹文秀:“龙江模式”——保护黑土地 共筑大粮仓
      • 关义新-“用好养好”东北黑土
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科研动态

东北地理所在饲用抗生素降低“秸秆养牛-粪便基质发酵-草生菌栽培”循环系统中氮转化的作用机理研究方面取得进展

来源:草地农牧业学科组

来源:草地农牧业学科组   |  发布时间:2022-07-19   |  【 大  中  小 】

  氮参与蛋白质、核酸等生命必需生物大分子的合成,是生物体中至关重要的成分。生物圈中的氮循环是氮的生物地球化学循环的重要组成部分之一。随着农业和畜牧业的发展,大量畜禽粪便和农作物秸秆被闲置、浪费,并被称为“农业废弃物”。种养循环技术模式是促进营养物质循环利用、提高农牧业生产效率的重要农业生产方式。然而,到目前为止,种养循环系统中关于氮循环效率及其调控的研究还非常薄弱。为此,中国科学院东北地理与农业生态研究所草地农牧业学科组的科研人员基于“玉米秸秆养牛-粪便基质化-草生菌栽培”循环系统,研究了莫能菌素及秸秆种类对氮回收率的影响(氮回收率定义为蘑菇子实体中总氮与初始原料中总氮的比值),旨在明确该循环系统中氮的回收率,并揭示莫能菌素影响循环系统中氮转化的微生物学机制。

  研究发现:在4种发酵基质(无抗牛粪+玉米秸秆、无抗牛粪+小麦秸秆、有抗牛粪+玉米秸秆、有抗牛粪+小麦秸秆)上栽培双孢蘑菇,可以蘑菇氮的形式回收秸秆和粪便中总氮的3.33-5.88%。由于残留的莫能菌素抑制了基质中氨化与反硝化菌的活性,从而降低了基质发酵过程中的氮损失,提高了氮转化效率(表1)。然而,由于发酵和栽培过程中,基质中与氮转化相关的酶活性(表2)以及微生物群落结构和演替变化(图1)引起的氮损失变化,莫能菌素最终降低了整个循环系统中氮回收率的0.13%-1.57%。本研究结果为构建高效的种养一体化循环农业技术模式提供了数据支撑。

表1. 基质发酵、蘑菇栽培及采收过程中的氮回收率  

Stages

Items

Treatment1

SEM

Pvalue

No-antibiotic

Antibiotic

NC

NW

AC

AW

Straw

Antibiotic

Straw×Antibiotic

Start of fermentation

Starting substrate (kg)

15.12

15.22

15.18

15.21

0.042

0.129

0.650

0.378

N concentration in starting substrate (g/kg)

16.45c

18.96a

16.21d

18.73b

0.035

<0.001

<0.001

0.981

Total N in starting substrate (g)

248.7c

288.7a

246.1d

284.8b

0.855

<0.001

0.001

0.462

End of fermentation

Fermented substrate (kg)

11.20b

10.65c

11.41c

10.38d

0.035

<0.001

0.342

<0.001

N concentration in fermented substrate (g/kg)

21.08b

21.54b

21.01b

22.87a

0.299

<0.001

0.047

0.029

Total N in fermented substrate (g)

236.1

229.4

239.6

237.3

3.316

0.189

0.098

0.516

N retention rate during fermentation2(%)

94.93a

79.45c

97.37a

83.33b

1.194

<0.001

0.016

0.555

End of cultivation

Cultivated substrate (kg)

6.96b

7.14a

6.81c

7.09a

0.038

<0.001

0.020

0.190

N concentration of cultivated substrate (g/kg)

14.54c

17.43a

16.21b

17.27a

0.192

<0.001

<0.001

<0.001

Total N in cultivated substrate (g)

101.1c

124.3a

110.4b

121.2a

1.350

<0.001

0.012

<0.001

N retention rate during cultivation3(%)

40.64c

43.07b

44.87a

42.98b

0.460

0.564

<0.001

<0.001

Harvested mushroom

Fruit body yield (kg DM)

0.080a

0.067b

0.047c

0.052c

0.002

0.129

<0.001

<0.001

N concentration in fruit body (mg/kg)

18.27

18.52

18.24

18.17

0.301

0.755

03542

0.600

Total N in fruit body (g)

1.463a

1.247b

0.852c

0.948c

0.049

0.231

<0.001

0.004

N recycled rate4(%)

5.88a

4.31b

3.46c

3.33c

0.189

<0.001

<0.001

0.001

  NC= no-antibiotic manure and corn straw, NW: no-antibiotic manure and wheat straw, AC= antibiotic manure and corn straw, AW= antibiotic manure and wheat straw, N retention rate= Total N in fermented substrate/Total N in starting substrate, N retention rate= Total N in cultivated substrate/Total N in fermented substrate, N recycled rate= Total N in fruit body of mushroom/ Total N in starting substrate.

表2. 基质发酵和蘑菇栽培过程中的关键酶活性  

Index

Stage

Treatment1

SEM

Pvalue

No-antibiotic

Antibiotic

NC

NW

AC

AW

Straw

Antibiotic

Straw × Antibiotic

Urease (U/g)

End of feeding

5770.3b

5775.5b

8556.4a

8125.7a

277.74

0.453

<0.001

0.442

End of fermentation

3014.6b

3911.0a

2345.1c

2173.2d

24.30

<0.001

<0.001

<0.001

End of cultivation

43.38b

218.80a

45.10b

32.01c

0.704

<0.001

<0.001

<0.001

Nitrate reductase (U/g)

End of feeding

7.43b

7.25b

13.61a

13.63a

0.147

0.611

<0.001

0.529

End of fermentation

1.04b

1.18a

0.74c

0.90d

0.012

<0.001

<0.001

0.631

End of cultivation

38.75bc

49.2b

30.24c

152.4a

4.104

<0.001

<0.001

<0.001

Nitrite reductase (U/g)

End of feeding

15.77b

15.79b

15.94a

15.95a

0.078

0.731

0.002

0.890

End of fermentation

14.20a

10.49d

11.22c

13.02b

0.018

<0.001

<0.001

<0.001

End of cultivation

11.22a

9.49b

8.58c

8.48d

0.028

<0.001

<0.001

<0.001

图1. 基质发酵第0天(a)、14天(b)、35天(c)基于 16S rDNA 测序的门水平相对丰度;堆肥第0天(d)、14天(e)、35 天(f)基于 ITS 测序的门水平相对丰度。

  研究成果于近期发表在国际期刊Waste Management上,由王菲研究实习员(第一作者)和钟荣珍研究员(通讯作者)共同完成。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(XDA28020400 ; XDA28080400 ; XDA23070503 );吉林省与中国科学院科技合作高技术产业化专项资金项目(2021SYHZ0033);吉林省科技发展计划项目(20200602016ZP )和中国科学院青年创新促进会优秀会员人才专项( Y201949 )的联合资助。

  文章信息:Wang F., Fang Y., Wang L. X., Xiang H., Chen G. S., Chang X., Liu D., He X. M., Zhong R. Z.*2022. Effects of residual monensin in livestock manure on nitrogen transformation and microbial community during “crop straw feeding-substrate fermentation-mushroom cultivation” recycling system. Waste Management. 149. 333-344. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2022.06.015.


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