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秸秆碳类型对土壤团聚体真菌群落特征的影响

土壤学报 2024年

作者：王萍董建新夏龙龙何京况帅徐艳丽丛萍中国农业科学院烟草研究所中国农业科学院研究生院土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所)

真菌的分解作用是驱动土壤养分循环和能量流动的主要动力，然而在团聚体尺度上，真菌群落对不同类型秸秆碳输入的响应特征及关键环境因子尚不明确。以玉米秸秆为原料，设置常规粉碎秸秆（RS）、腐熟秸秆（DS）和秸秆生物质炭（BC）3种... 详细信息

真菌的分解作用是驱动土壤养分循环和能量流动的主要动力，然而在团聚体尺度上，真菌群落对不同类型秸秆碳输入的响应特征及关键环境因子尚不明确。以玉米秸秆为原料，设置常规粉碎秸秆（RS）、腐熟秸秆（DS）和秸秆生物质炭（BC）3种秸秆碳类型的等碳量还田处理，并以不施秸秆（CK）为对照，探讨秸秆碳类型对土壤大团聚体（> 0.25 mm）和微团聚体（土壤真菌群落变化的关键环境因子。2年田间试验结果表明，RS处理显著降低了 0.25 mm大团聚体中真菌的α多样性（P 土壤团聚体真菌群落结构的稳定性。Mantel test分析发现，铵态氮（AN）和pH是影响土壤团聚体真菌群落结构的关键环境因子，且RS处理的真菌群落受土壤环境因子影响最大。真菌群落功能预测分析表明，3种秸秆碳的输入均能降低病原型真菌的相对丰度，减少农田土传病害的发生。综上所述，短期内秸秆还田，不同土壤团聚体真菌更易受秸秆碳类型的影响而产生分异，添加腐熟秸秆和秸秆生物质炭短期内能提升土壤AN含量，进而提高真菌网络的复杂性，促进真菌群落稳定，因此在实际生产中应考虑适当增加腐熟态或炭化态秸秆碳投入以促进土壤生态功能稳定。

关键词：秸秆碳土壤真菌团聚体真菌共现网络

便携式X射线荧光光谱法原位测定梯度薄膜扩散技术提取的土壤有效态铜

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环境化学 2024年

作者：郭琳钰洪志能徐海蓉施杨潇潇闫静申佳崔佳崎胡文友徐仁扣土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 土壤环境与污染修复重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 上海大学环境与化学工程学院中国科学院大学南京林业大学生物与环境学院

土壤铜(Cu)污染日益严重，铜的毒性主要取决于其生物有效性，迫切需要开展有效态铜的现场快速测定.本研究将便携式X射线荧光光谱法(pXRF)与梯度薄膜扩散技术(DGT)联用，首先用DGT方法提取土壤有效态Cu(Ⅱ)，然后直接利用pXRF测定风干DG... 详细信息

土壤铜(Cu)污染日益严重，铜的毒性主要取决于其生物有效性，迫切需要开展有效态铜的现场快速测定.本研究将便携式X射线荧光光谱法(pXRF)与梯度薄膜扩散技术(DGT)联用，首先用DGT方法提取土壤有效态Cu(Ⅱ)，然后直接利用pXRF测定风干DGT固定膜中的Cu(Ⅱ)，并与实验室传统洗脱法-原子吸收分光光度法(AAS)测定结果进行比较，以评估测定结果的可靠性.首先在标准溶液体系建立pXRF信号值与DGT提取的有效态Cu(Ⅱ)累积量之间的线性关系；进而在Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)多金属离子共存体系进行测定，以考察共存阳离子对测定的干扰情况.最后将DGT-pXRF联用技术应用于两种不同浓度Cu(Ⅱ)染毒老化的模拟污染土壤中测定有效态Cu(Ⅱ).结果表明，DGT提取的有效态Cu(Ⅱ)的pXRF直接测定结果与实验室传统洗脱法测定结果相关性好，相关系数达0.9963; pXRF可准确测定低至1.14μmol·L-1(0.0724 mg·L-1)的DGT提取有效态Cu(Ⅱ)含量；共存于体系中的Pb(Ⅱ)、 Cd(Ⅱ)、 Ni(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)不干扰DGT提取的有效态Cu(Ⅱ)的pXRF测定；pXRF与DGT联用技术应用于污染土壤时，pXRF直接测定获取的DGT固定膜中有效态铜浓度与洗脱法测定获取的有效态Cu(Ⅱ)结果一致.总之，应用pXRF直接测定DGT固定膜提取的土壤有效态铜的方法满足准确度和精确度的要求，pXRF与DGT联用可实现DGT提取的土壤有效态Cu(Ⅱ)的现场快速测定.该方法的应用与推广可极大节省实验室分析的时间、人力、物力等成本，并为野外现场直接测定有效态重金属提供了新的技术方向.

关键词：便携式X射线荧光光谱法污染土壤有效态铜 DGT 现场测定

水稻土好氧甲烷氧化菌对大气CO_(2) 浓度升高的适应规律

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土壤学报 2024年第4期61卷 1055-1065页

作者：曹伟伟严陈钟文辉朱春梧朱建国贾仲君土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008 中国科学院大学北京100049 南京师范大学地理科学学院南京210046

CH4是仅次于CO_(2)的第二大温室气体,而稻田是CH4的主要排放源,未来大气CO_(2)浓度升高情景下(elevatedCO_(2),eCO_(2)),水稻土好氧甲烷氧化过程及其功能微生物群落适应规律尚不清楚。依托中国FACE(FreeAir CO_(2) Enrichment)水稻田试... 详细信息

CH4是仅次于CO_(2)的第二大温室气体,而稻田是CH4的主要排放源,未来大气CO_(2)浓度升高情景下(elevatedCO_(2),eCO_(2)),水稻土好氧甲烷氧化过程及其功能微生物群落适应规律尚不清楚。依托中国FACE(FreeAir CO_(2) Enrichment)水稻田试验平台,通过13C-CH4示踪的室内微宇宙培养实验,采用稳定性同位素核酸探针(DNA-SIP)和高通量测序技术,研究未来大气CO_(2)浓度升高对水稻土甲烷氧化活性及其功能微生物的影响规律。结果表明:与常规大气CO_(2)浓度(ambient CO_(2),aCO_(2))相比,eCO_(2)条件下的甲烷氧化活性显著增加,从243 nmol·g^(-1) d.w.s·h^(-1)增加至302 nmol·g^(-1) d.w.s·h^(-1),增幅高达24.3%,甲烷氧化菌数量则增加了1.1倍~1.2倍。通过超高速离心获得活性甲烷氧化菌同化13CH4后合成的13C-DNA,高通量测序发现,未来大气CO_(2)升高情景下水稻土活性好氧甲烷氧化微生物群落极可能发生明显演替,与对照相比,类型I甲烷氧化菌甲基杆菌属Methylobacter的相对丰度增加16.2%~17.0%,而甲基八叠球菌属Methylosarcina的相对丰度下降4.7%~11.1%;同时刺激了食酸菌属Acidovorax和假单胞菌属Pseudomonas等非甲烷氧化菌的活性。综上所述:未来大气CO_(2)升高情景下,水稻土好氧甲烷氧化微生物群落结构发生分异,促进了甲烷氧化通量,而甲烷氧化的代谢产物可能引发土壤中微生物食物网的级联反应,是土壤碳储存和周转的重要功能微生物群。

关键词：大气CO_(2)浓度升高水稻土甲烷氧化菌稳定性同位素核酸探针(DNA-SIP) 高通量测序

富硅或富磷育秧降低水稻砷含量的效果及其分子机制

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生态与农村环境学报 2024年第4期40卷 581-588页

作者：贾梦凡李燕丽王兴祥周志高丁昌峰湿地生态与农业利用教育部工程研究中心/长江大学农学院湖北荆州434025 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 江苏南京210008 中国科学院大学北京100049

砷(As)主要通过硅和磷通道进入水稻根系,合理的硅和磷施用方式可有效调控水稻对As的吸收转运。研究通过在水稻育秧阶段进行硅或磷富集,探讨富硅或富磷秧苗移栽至As污染土壤后对糙米As含量的影响及分子机制。试验结果表明,富硅或富磷育... 详细信息

砷(As)主要通过硅和磷通道进入水稻根系,合理的硅和磷施用方式可有效调控水稻对As的吸收转运。研究通过在水稻育秧阶段进行硅或磷富集,探讨富硅或富磷秧苗移栽至As污染土壤后对糙米As含量的影响及分子机制。试验结果表明,富硅或富磷育秧在不影响生长的前提下,可使秧苗的硅或磷整株吸收量分别增至对照的19.6和2.3倍。与常规育秧相比,富硅育秧处理糙米中总砷、三价砷、五价砷以及二甲基砷含量分别降低31.1%、32.1%、58.3%、33.5%。富磷育秧对糙米总砷含量没有显著影响,但使糙米五价砷含量降低59.2%。富硅或富磷育秧可显著增加As在水稻根系中的滞留且不同程度影响As在水稻各部位之间的转移系数。根系As转运基因相对表达量的分析结果表明,与对照相比,富硅育秧对OsLsi1的相对表达量没有显著影响,使OsLsi2的相对表达量下调26%,OsABCC1的相对表达量上调203%;富磷育秧对OsPT1的相对表达量没有显著影响,使OsPT4以及OsPT8的相对表达量分别下降51%和71%,OsABCC1的相对表达量上调22%。综上,富硅或富磷育秧可通过调控水稻根系As相关转运基因的表达来影响水稻对As的吸收及转运,从而降低糙米As含量。研究结果可为稻田As污染风险管控提供重要参考。

关键词：育秧硅磷转运基因砷形态

基于细胞水平高通量测序的土壤水分对活性微生物的影响研究

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生态学报 2024年

作者：马馨怡高威李颜郭晓彬贾仲君吴金水王连峰大连交通大学环境与化学工程学院中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室

细胞水平高通量测序技术是从复杂土壤微生物群落中鉴定活性微生物的有力工具。针对我国东北典型水稻土，采用微宇宙控制试验，设置空白对照、湿润（60%田间持水量）和淹水（100%田间持水量）三种处理，通过土壤微生物细胞提取和高通量... 详细信息

细胞水平高通量测序技术是从复杂土壤微生物群落中鉴定活性微生物的有力工具。针对我国东北典型水稻土，采用微宇宙控制试验，设置空白对照、湿润（60%田间持水量）和淹水（100%田间持水量）三种处理，通过土壤微生物细胞提取和高通量测序等技术研究了土壤水分对土壤活性微生物的影响规律。结果表明：土壤水分含量增加显著降低了土壤微生物呼吸活性，淹水土壤CO2累积排放量是湿润土壤的87.1%。高通量测序分析表明，土壤DNA和细胞DNA两种水平均能较好地表征土壤优势的活性微生物类群，湿润和淹水土壤优势的门均为变形菌门（Proteobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes），而优势的属主要为假单胞菌属（Pseudomonas）。然而，不同水分状况下土壤活性微生物数量、多样性和群落结构发生明显分异。土壤水分增加显著增加了微生物数量，但降低了活性微生物多样性，优势的活性Pseudomonas在湿润状况下微生物丰度（6.7%）显著低于淹水土壤（11.6%）。微生物共存网络分析表明，高水分状况增加了土壤活性微生物间的负相关关系，进而强化了微生物间的竞争关系。湿润土壤正向网络关联度占比高达86.2%，显著高于淹水土壤（61.4%）。功能预测结果表明，土壤水分对生物固氮和硫相关的微生物代谢过程影响显著，且土壤总微生物水平和活性微生物水平上变化趋势一致。上述结果表明，土壤水分增加通过强化微生物群落间的竞争关系进而影响微生物区系及其功能。因此，适当的减少稻田土壤水分的管理方式对东北水稻土微生物功能稳定性具有重要意义。

关键词：水稻土土壤水分活性微生物高通量测序细胞水平

多样化培肥模式调控丛枝菌根真菌促进玉米磷素吸收

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土壤学报 2024年第2期61卷 573-582页

作者：何港辉沈一王梓轩卢居勐孙波陈晏江西农业大学国土资源与环境学院南昌330045 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008 江苏省农业科学院经济作物研究所南京210014 中国科学院大学北京100049

利用丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)从农田生态系统获取养分,是红壤作物吸收土壤磷(P)素的有效途径。针对我国南方红壤生物功能退化、P生物有效性低、作物产量低等问题,如何调控作物根际AMF群落,优化其与宿主的互惠共... 详细信息

利用丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)从农田生态系统获取养分,是红壤作物吸收土壤磷(P)素的有效途径。针对我国南方红壤生物功能退化、P生物有效性低、作物产量低等问题,如何调控作物根际AMF群落,优化其与宿主的互惠共生关系,是突破红壤区作物P摄取瓶颈的关键。结合红壤旱地生态间作与有机(秸秆、猪粪、生物肥)无机肥料配施的4种多样化培肥措施,基于作物产量和红壤磷素活化水平,筛选最优培肥模式,并进一步利用扩增子高通量测序和显微观察等技术,解析红壤旱地最优培肥措施调控AMF群落组成,揭示优化的AMF群落激发宿主玉米磷素摄取机理。结果表明:相较于玉米单作配合常规化肥(Mo+NPK),花生/玉米间作结合秸秆/生物肥的有机无机配施(In+NPKSB)使红壤旱地全磷(TP)提高29.07%、有效磷(AP)提升1.35倍,且增强了玉米根内AMF群落科水平间的联系。该措施AMF定殖率是传统化肥措施的2.24倍,玉米根际酸/碱性磷酸酶(ACP/ALP)活性提高32.18%和41.66%,玉米生物量提高34.98%,产量提高67.27%。研究证实红壤旱地花生/玉米生态间作结合秸秆/生物肥有机无机配施的培肥措施可通过优化玉米根内AMF群落组成,促进土壤P活化,为在红壤旱地因地制宜推广可持续农业发展的集成应用提供理论依据。

关键词：网络构建磷素有效性多样化培肥丛枝菌根真菌有机无机肥料

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土壤微生物影响土壤健康的作用机制研究进展

土壤学报 2024年第2期61卷 331-347页

作者：孔亚丽秦华朱春权田文昊朱晓芳虞轶俊张均华水稻生物育种全国重点实验室中国水稻研究所杭州310006 浙江农林大学环境与资源学院杭州311300 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008 浙江省耕地质量与肥料管理总站杭州310020

土壤健康是农业可持续发展的中心主题。土壤微生物参与土壤生态功能、环境功能和免疫功能协同驱动土壤生命系统运转,是维持土壤健康的核心与关键。了解不同微生物介导的土壤健康调控机制对有效利用这些核心微生物维持和改善土壤健康至... 详细信息

土壤健康是农业可持续发展的中心主题。土壤微生物参与土壤生态功能、环境功能和免疫功能协同驱动土壤生命系统运转,是维持土壤健康的核心与关键。了解不同微生物介导的土壤健康调控机制对有效利用这些核心微生物维持和改善土壤健康至关重要。本文围绕微生物参与调节土壤碳循环、养分循环,改变土壤结构、抑制植物病虫害、污染控制等主要生物过程系统梳理了微生物在调控土壤健康中的重要作用,以及微生物作为土壤健康的敏感指标对土壤健康的指示与预警作用。强调未来应加强驱动土壤健康特定功能以及多个生物过程的核心微生物组信息数据库挖掘、构建与生产应用研究,为定向利用微生物改善农业土壤生态系统功能、维持土壤健康以及保障土壤可持续发展提供科学依据。

关键词：土壤微生物土壤健康土壤功能生物标志物

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健康与患病河蟹池塘底泥微生物群落特征差异

土壤 2024年第2期56卷 358-366页

作者：陈友明葛家春李建刚夏爱军马行空董元华土壤与农业可持续发展重点实验室(中国科学院) 南京210008 中国科学院大学北京100049 江苏省淡水水产研究所南京210017

本研究采集了江苏省扬中地区健康与患病河蟹池塘表层(0~5 cm)和深层(5~10 cm)的底泥,分析了不同池塘底泥的微生物群落特征和主要影响因子。结果表明,患病组底泥的pH(7.77)和全钾(1.78 g/kg)显著低于健康组(7.91和1.95 g/kg),而水溶性盐... 详细信息

本研究采集了江苏省扬中地区健康与患病河蟹池塘表层(0~5 cm)和深层(5~10 cm)的底泥,分析了不同池塘底泥的微生物群落特征和主要影响因子。结果表明,患病组底泥的pH(7.77)和全钾(1.78 g/kg)显著低于健康组(7.91和1.95 g/kg),而水溶性盐总量(1.50 g/kg)显著高于健康组(1.05 g/kg)。在0~10 cm深度范围的底泥中,健康组深层微生物多样性(Shannon)显著高于表层(P研究结果可为养殖河蟹池塘的微生态调控提供理论参考。

关键词：河蟹底泥理化性质微生物群落相关性分析

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地球关键带研究评述:现状与展望

土壤学报 2024年第2期61卷 308-318页

作者：杨顺华宋效东吴华勇吴克宁张甘霖土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008 中国地质大学(北京)土地科学技术学院北京100083 自然资源部土地整治重点实验室北京100035 中国科学院流域地理学重点实验室(中国科学院南京地理与湖泊研究所) 南京210008 中国科学院大学现代农业科学学院北京100049

近20年来,国际上兴起的“地球关键带”研究,为重新审视地球表层系统内水、土、气、生、岩等各要素的功能及其内在关联提供了新思路。通过搜集2001—2021年间国内外地球关键带研究文献,应用引文空间(CiteSpace)技术进行文献计量分析,梳... 详细信息

近20年来,国际上兴起的“地球关键带”研究,为重新审视地球表层系统内水、土、气、生、岩等各要素的功能及其内在关联提供了新思路。通过搜集2001—2021年间国内外地球关键带研究文献,应用引文空间(CiteSpace)技术进行文献计量分析,梳理地球关键带的研究历史与现状,为自然资源综合管理和国土空间生态修复提供理论依据和决策支持。文献分析表明:地球关键带受到欧美发达国家和中国学界的普遍关注;三个发展阶段(萌芽、初期和快速发展)的研究重点差异明显;土壤是联结地表和地下过程的纽带与核心;地球物理技术成为理解地球关键带结构与过程的重要工具;联网观测和模型模拟是下一阶段的重要方向;地球关键带功能和服务的量化、权衡与提升有望成为重要的决策支持工具。未来仍需在五个方面深化研究:加强基础设施建设,构建更具包容性的地球关键带观测站网络;加强学科交叉和人才队伍建设,培养新一代地球关键带科学家;服务面向可持续发展的社会需求,在实践中应用和发展地球关键带科学;开发新技术、新方法,完善理论、模型和方法体系;揭示地球关键带过程的耦合机制及其环境效应,加强人类活动对水土过程、物质循环与能量交换影响的研究。

关键词：地球关键带土壤圈地球表层系统结构过程服务