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两种母岩发育森林土壤微生物生物量碳代谢的差异性

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土壤学报 2024年第5期61卷 1432-1443页

作者：付瑞桐万翔宇杨馨逸李德军胡培雷段鹏鹏张玉玲沈阳农业大学土地与环境学院沈阳110866 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长沙410125 广西自治区重点实验室中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站广西环江547100

针对不同母岩发育土壤的微生物生物量碳代谢特征及驱动因子不明确的科学问题,以石灰岩和碎屑岩两种母岩发育的森林土壤为研究对象,利用18O-H2O标记测定微生物生长速率、微生物呼吸速率、微生物生物量碳利用效率(CUE)以及微生物周转时间... 详细信息

针对不同母岩发育土壤的微生物生物量碳代谢特征及驱动因子不明确的科学问题,以石灰岩和碎屑岩两种母岩发育的森林土壤为研究对象,利用18O-H2O标记测定微生物生长速率、微生物呼吸速率、微生物生物量碳利用效率(CUE)以及微生物周转时间,并结合土壤理化性质、土壤有机质矿物保护特性和土壤酶活性以及微生物生物量和群落组成,明确岩性对森林土壤微生物生物量碳代谢的影响机制。结果表明:石灰岩发育土壤的pH和0.05mm~0.002 mm粒径含量高于碎屑岩发育土壤,而有机碳(SOC)、全氮(TN)、可溶性碳(DOC)、C︰P和N︰P却低于碎屑岩发育土壤(P土壤交换性钙镁(Ca+Mg)和游离态铁铝((Fe+Al)d)含量高于碎屑岩发育土壤,但非晶态铁铝((Fe+Al)o)含量则低于碎屑岩发育土壤;石灰岩发育土壤碳氮磷循环、相关酶活性均显著低于碎屑岩发育土壤(P土壤微生物生物量磷(MBP)高于碎屑岩发育土壤,但微生物生物量碳(MBC)、真菌细菌比(F︰B)和革兰氏阳性菌阴性菌比(G+︰G-)则显著低于碎屑岩发育土壤(P土壤微生物生长速率和周转速率显著高于碎屑岩发育土壤(P土壤之间差异并不显著。土壤微生物生长速率和微生物周转速率均与土壤pH、(Ca+Mg)︰(Fe+Al)o、(Ca+Mg)︰SOC、(Fe+Al)d︰SOC和革兰氏阴性细菌呈显著正相关(P土壤CUE与MBC和MBC︰MBN呈显著负相关(P土壤微生物生物量碳代谢受生物和非生物因素的控制,这一研究结果为解释不同母岩发育森林土壤有机碳库的差异提供参考。

关键词：石灰岩碎屑岩森林土壤微生物生物量碳代谢磷脂脂肪酸酶有机质

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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畜禽饲料磷源和粪尿磷施用量对磷淋失的影响

中国生态农业学报（中英文） 2024年第7期32卷 1218-1226页

作者：刘玲柏兆海马林中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/河北省土壤生态学重点实验室/中国科学院农业水资源重点实验室石家庄050022

近年来集约化养殖业发展和畜禽粪尿的不合理还田导致大量畜禽粪尿磷流失到环境。针对该问题,我国完善了饲料磷推荐使用标准,提出了加强畜禽废弃物资源化等措施,这些措施显著降低了畜禽粪尿磷排泄量和磷环境排放。然而,将优化饲料磷与畜... 详细信息

近年来集约化养殖业发展和畜禽粪尿的不合理还田导致大量畜禽粪尿磷流失到环境。针对该问题,我国完善了饲料磷推荐使用标准,提出了加强畜禽废弃物资源化等措施,这些措施显著降低了畜禽粪尿磷排泄量和磷环境排放。然而,将优化饲料磷与畜禽粪尿施用协同管理能否降低畜禽粪尿磷淋溶风险及损失尚不明确。基于此,本文以饲喂高水溶性饲料磷源(磷酸一二钙, MDCP)和常规饲料磷源(磷酸氢钙, DCP)的畜禽粪尿为供试肥料,设计淋溶模拟试验,分析“饲料-粪尿-农田”磷素协同管理对不同形态磷淋溶量的影响,以期为我国畜禽粪尿还田的深入推进提供理论支撑。结果表明,与DCP相比, MDCP可降低仔猪、肉鸡、肉鸭和蛋鸡畜禽粪尿淋溶液中溶解性无机磷和溶解性有机磷浓度,其降低范围分别为18.2%~31.0%和19.4%~55.9%。MDCP处理降低了畜禽粪尿活性磷以溶解性无机磷和溶解性有机磷形式的损失。施用来源于DCP饲料磷源的畜禽粪尿时,仔猪、肉鸡、肉鸭和蛋鸡粪尿输入的活性磷分别有19.7%、6.9%、16.7%和6.3%以溶解性无机磷形态淋溶损失;然而,施用来源于MDCP的畜禽粪尿,上述4种畜禽粪尿输入的活性磷分别有18.3%、6.4%、12.8%和4.7%以溶解性无机磷形态淋溶损失。因此,未来为了促进畜禽粪尿科学还田,降低畜禽粪尿磷淋溶风险,建议采取“饲料-粪尿-农田”磷素协同管理措施。

关键词：饲料磷酸盐畜禽粪尿磷形态磷施用淋溶磷管理

母猪饲粮添加益生菌和合生元对子代巴马香猪肌肉氨基酸组成及生长发育相关基因表达的影响

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南京农业大学学报 2024年

作者：祝倩李宸健程雅婷李锐煊刘雅婷孔祥峰中国科学院亚热带农业生态研究所中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室动物营养生理与代谢过程湖南省重点实验室中国科学院大学现代农业科学学院

[目的]为了研究母猪饲粮添加益生菌和合生元对子代巴马香猪肌肉氨基酸组成及相关基因表达的影响，[方法]选用64头妊娠巴马香猪，随机分为对照组(基础饲粮)、抗生素组(50 g·t-1维吉尼亚霉素纯品)、益生菌组(200 mL·d-1益生菌发酵液)和... 详细信息

[目的]为了研究母猪饲粮添加益生菌和合生元对子代巴马香猪肌肉氨基酸组成及相关基因表达的影响，[方法]选用64头妊娠巴马香猪，随机分为对照组(基础饲粮)、抗生素组(50 g·t-1维吉尼亚霉素纯品)、益生菌组(200 mL·d-1益生菌发酵液)和合生元组(500 g·t-1低聚木糖+200 mL·d-1益生菌发酵液)，每组16头母猪，单栏饲养。母猪在整个妊娠期和哺乳期饲喂相应试验饲粮；仔猪断奶后，每窝选取2头仔猪，每组32头(8栏，每栏4头)，饲喂基础饲粮。分别于65、95和125日龄每组选取8头采集股二头肌和腰大肌样品，测定其水解氨基酸组成和相关基因的表达量。[结果]结果表明：与对照组相比，合生元组股二头肌粗蛋白质、Gly、Ser、Ala、Asp、Glu、Pro和Ile含量，腰大肌Gly、Glu、Ser和His含量显著增加(P<0.05)；益生菌组股二头肌肌肉萎缩F-box蛋白32和生肌调节因子(MyoG)、腰大肌生肌因子5(Myf5)的表达显著上调(P<0.05)，腰大肌肌球蛋白重链Ⅱb(MyHCⅡb)、股二头肌和腰大肌肌肉生长抑制素(MSTN)的表达显著下调(P<0.05)；合生元组股二头肌Myf6、生肌分化因子和MyoG以及腰大肌Myf5和MyoG的表达显著上调(P<0.05)，股二头肌MSTN的表达显著下调(P<0.05)；益生菌组和合生元组股二头肌MyHCIIx的表达显著下调(P<0.05)；抗生素组腰大肌MyHCⅡx的表达显著上调(P<0.05)，而股二头肌MyHCI和腰大肌MyHCIIa的表达显著下调(P<0.05)。[结论]总之，母猪饲粮添加益生菌和合生元可改变子代巴马香猪肌肉氨基酸组成、调控生肌因子相关基因表达、促进肌纤维类型由酵解型向氧化型转化，有利于肉品质的改善。

关键词：巴马香猪益生菌合生元水解氨基酸肌纤维类型肌肉生长因子

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

白浆土肥沃耕层构建效应Ⅰ.不同有机物料深混对白浆土有机质在表层土壤中再分布的影响

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应用生态学报 2024年第6期35卷 1590-1598页

作者：高瑞敏严君韩晓增陈旭邹文秀陆欣春朴永杰蒋锐中国科学院东北地理与农业生态研究所哈尔滨150081 中国科学院大学北京100049 北大荒集团八五二分公司农业技术推广中心黑龙江双鸭山155100

土壤有机质是表征土壤质量的重要指标,白浆土作为具有典型障碍层的土壤,其低有机质含量易对作物生长发育产生不良影响,明确不同有机物料深混对白浆土表层土壤有机质再分布的影响,可为东北农田白浆土构建适宜的耕层提供理论和技术参考。... 详细信息

土壤有机质是表征土壤质量的重要指标,白浆土作为具有典型障碍层的土壤,其低有机质含量易对作物生长发育产生不良影响,明确不同有机物料深混对白浆土表层土壤有机质再分布的影响,可为东北农田白浆土构建适宜的耕层提供理论和技术参考。本研究在黑龙江省双鸭山市白浆土上进行了为期2年的定位试验,设置5种处理:深翻35 cm(T_(35))、秸秆深混35 cm(T_(35)+S)、有机肥深混35 cm(T_(35)+M)、秸秆搭配有机肥深混35 cm(T_(35)+S+M),以农民常规措施(浅翻15 cm,CK)为对照。结果表明:有机物料深混35 cm还田处理(T_(35)+S、T_(35)+M和T_(35)+S+M)可显著提升玉米产量,其中以T_(35)+S+M处理对玉米产量的提升效果最显著,2年平均增产2934.76 kg·hm^(-2)。与CK相比,T_(35)处理耕层(0~15 cm)土壤有机质含量降低8.4%,而亚耕层(15~35 cm)土壤有机质含量增加7.6%,亚耕层土壤有机质丰富度指数增加17.5%。在深翻基础上有机物料还田可显著提升全耕层(0~35 cm)土壤有机质含量,全耕层土壤有机质转化率为16.3%~31.0%。与T_(35)处理相比,T_(35)+S处理耕层和亚耕层土壤有机质含量无显著增加,T_(35)+M和T_(35)+S+M处理耕层土壤有机质含量分别显著增加4.6%和6.9%,亚耕层土壤有机质含量分别显著增加11.2%和15.4%,亚耕层土壤有机质丰富度指数分别增加2.5%和5.1%。相关性分析表明,全耕层土壤有机质含量与玉米产量呈显著正相关,贡献率达17.5%。综上,有机肥或有机肥配合秸秆深混还田是培肥白浆土的有效措施,且主要是通过提升全耕层(0~35 cm)与亚耕层(15~35 cm)土壤有机质含量实现。

关键词：白浆土深混有机物料还田土壤有机质玉米产量

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有机物料还田对稻田土壤细菌群落和水稻产量的影响

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环境科学 2024年

作者：卞清孙波李大明谢祖彬王晓玥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江西省红壤及种质资源研究所中国科学院大学

为探明长期有机物料还田下稻田土壤微生物群落结构及功能对水稻产量的影响，依托于40a红壤性水稻土有机肥定位试验，选择不施肥（CK）、施化肥（NPK）、施化肥+紫云英（NG）、施化肥+紫云英+猪粪（NGM）和施化肥+紫云英+稻草（NGS）这5... 详细信息

为探明长期有机物料还田下稻田土壤微生物群落结构及功能对水稻产量的影响，依托于40a红壤性水稻土有机肥定位试验，选择不施肥（CK）、施化肥（NPK）、施化肥+紫云英（NG）、施化肥+紫云英+猪粪（NGM）和施化肥+紫云英+稻草（NGS）这5个处理，开展相关研究。结果表明，有机物料还田显著提高了土壤SOC、TN和TP等养分含量和水稻产量，其中NGM处理影响最大。并且有机物料还田显著改变了微生物群落组成，主要表现为：变形菌门，特别是α-变形菌，以及放线菌门的相对丰度增加，而硝化螺旋菌门的相对丰度减少。PICRUSt2功能预测分析结果表明，有机物料还田增加了编码淀粉（amyA），纤维素（bglX、bglB、endoglucanase）和半纤维素（xylA、xynA）等与易分解碳降解相关的功能基因的丰度，同时也增加了编码脲酶（ureA、ureB和ureC），谷氨酸脱氢酶（gdhA）和谷氨酰胺酶（aspQ）等与有机氮矿化相关的功能基因的丰度。基于随机森林模型分析，影响水稻产量的理化和生物因子包括：TP、SOC、pH、TN、DON、细菌群落组成以及有机碳降解功能基因和有机氮矿化功能基因的相对丰度。PLS-PM结果进一步表明，有机物料还田下，SOC和TP含量的增加通过改变细菌群落结构，特别是增加了α-变形菌和放线菌等富营养型细菌的相对丰度，增加了土壤有机碳、氮分解相关功能基因的相对丰度，促进养分循环，从而提高水稻产量。

关键词：红壤性水稻土有机物料还田细菌群落结构功能基因水稻产量

原始森林土壤秸秆降解微生物组的历史地理气候驱动力

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微生物学报 2024年第8期64卷 2901-2917页

作者：邢妍栾畅张志明韩冰张洪李禄军阮云泽张佳宝贾仲君海南大学热带农林学院海南海口570228 中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土地保护与利用全国重点实验室吉林长春130102 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

【目的】针对相距3860 km的热带(年均温25℃)和寒温带(年均温-2℃)原始森林土壤,研究历史地理气候显著差异条件下秸秆降解微生物群落的适应规律。【方法】设置低温(10℃)、高温(35℃)和高低温交叉锻炼(10℃/35℃),连续12周传代并通过16S... 详细信息

【目的】针对相距3860 km的热带(年均温25℃)和寒温带(年均温-2℃)原始森林土壤,研究历史地理气候显著差异条件下秸秆降解微生物群落的适应规律。【方法】设置低温(10℃)、高温(35℃)和高低温交叉锻炼(10℃/35℃),连续12周传代并通过16S rRNA基因测序分析秸秆降解微生物组群落组成。【结果】10℃下寒温带长白山土壤富集菌群的秸秆降解率(15.5%)更高;35℃下则是海南土壤富集菌群的降解率(33.1%)更高。线性判别分析效应大小(linear discriminant analysis effect size,LEfSe)差异分析显示,针对寒温带长白山原始森林土壤,在微生物属水平上,10℃条件下12周传代富集得到的秸秆降解优势属包括杜擀氏菌属(Duganella)、土地杆菌属(Pedobacter)、紫色杆菌属(Janthinobacterium)和沙雷氏菌属(Serratia);35℃条件下秸秆降解富集物中优势属包括类芽孢杆菌属(Paenibacillus)和罗河杆菌属(Rhodanobacter);而10℃/35℃条件下寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、伯克霍尔德氏菌属(Burkholderia)与无色杆菌属(Achromobacter)是秸秆降解优势类群。针对热带海南原始森林土壤,10℃条件下富集的秸秆降解优势属包括假单胞菌属(Pseudomonas)、不动杆菌属(Acinetobacter)和黄杆菌属(Flavobacterium);35℃条件下优势属为贪铜菌属(Cupriavidus);而10℃/35℃条件下肠杆菌属(Enterobacter)和科恩氏菌属(Cohnella)是优势属。【结论】热带和寒温带的巨大温度差异,可能是原始森林土壤中秸秆降解微生物群落构建的重要驱动力,这些特征微生物类群为定向发掘东北寒区和南方热带土壤中高效降解秸秆的微生物资源提供了科学依据。

关键词：温度差异原始森林土壤微生物交叉锻炼秸秆降解

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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