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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

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宁夏地区设施栽培模式对土壤细菌群落的影响

土壤学报 2024年

作者：孙殷沁沁闫元元曲继松张丽娟朱倩楠赵军张金波蔡祖聪黄新琦南京师范大学地理科学学院宁夏农林科学院园艺研究所江苏省土壤利用与农业可持续发展工程研究中心江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心

土壤细菌群落特征是土壤质量的重要评价指标。目前，设施栽培模式对微生物学性质的影响仍然不明。明晰土壤细菌群落和功能对设施栽培的响应对于设施土壤的可持续利用具有重要的指导意义。对宁夏回族自治区67个设施-大田配对土壤样品进... 详细信息

土壤细菌群落特征是土壤质量的重要评价指标。目前，设施栽培模式对微生物学性质的影响仍然不明。明晰土壤细菌群落和功能对设施栽培的响应对于设施土壤的可持续利用具有重要的指导意义。对宁夏回族自治区67个设施-大田配对土壤样品进行比较分析，基于扩增子测序技术研究设施栽培对土壤细菌群落多样性、组成、种间互作和构建过程等的影响，旨在揭示集约化设施栽培下土壤细菌群落的变化规律及其主要影响因素。结果表明：相较于大田，设施栽培细菌数量、多样性指数（Shannon）、丰富度指数（ACE）和均匀度指数（Pielou）分别增加了63.3%、3.20%、11.4%和1.69%。设施栽培显著改变土壤细菌群落结构，冗余分析（RDA）表明有效磷、pH、电导率是影响细菌群落结构的主要环境因子。pH、有效养分含量等土壤理化因子显著影响设施土壤细菌群落的组成，气候因子中年均降水、年均温显著影响大田土壤细菌群落的组成。门水平上，设施土壤中浮霉菌门和厚壁菌门的相对丰度显著增加，芽单胞菌门和黏球菌门的相对丰度显著降低；属水平上，设施土壤显著富集了芽孢杆菌属、假单胞菌属等优势属。共现网络分析表明，大田土壤细菌互作网络的边、平均度、聚类系数、模块化程度分别高于设施土壤10.8倍、11.0倍、36.8%、1.78倍，设施栽培显著降低了土壤细菌网络的复杂性和模块化程度。利用原核生物功能注释数据库（FAPROTAX）进行功能预测表明，设施栽培显著增加了碳、氮等元素循环及病原菌有关的细菌功能类群的相对丰度。设施土壤细菌群落距离衰减关系弱于大田土壤，其群落构建受确定性过程影响较大，扩散受到的限制高于大田土壤。综上，宁夏设施栽培显著改变了土壤细菌群落的多维度特征。本研究可为促进当地设施土壤可持续利用提供理论参考。

关键词：设施栽培大田土壤土壤细菌群落土壤生态功能土壤理化性质

棉隆熏蒸和强还原处理对农田土壤抗生素抗性基因的影响研究

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土壤学报 2024年

作者：于文豪李舒林于蓝张晶清徐晨伟刘亮亮张金波蔡祖聪赵军南通科技职业学院环境与生物工程学院江苏省农业农村污染防治技术与装备工程研究中心南京师范大学地理科学学院江苏省土壤利用与农业可持续发展工程研究中心江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心

化学熏蒸和强还原处理(Reductive soil disinfestation， RSD)是农业生产上广泛应用的土壤灭菌措施，但它们是否同样能够消减土壤中富集的抗生素抗性基因(Antibiotics resistance genes， ARGs)，目前还不得而知。以长期鸡粪施用导致ARG... 详细信息

化学熏蒸和强还原处理(Reductive soil disinfestation， RSD)是农业生产上广泛应用的土壤灭菌措施，但它们是否同样能够消减土壤中富集的抗生素抗性基因(Antibiotics resistance genes， ARGs)，目前还不得而知。以长期鸡粪施用导致ARGs富集的农田土壤为研究对象，分别设置0.02%的棉隆熏蒸(DZ)和以1%的乙醇(ET，总有机碳：521.7 g·kg-1)、苜蓿粉(AL，总有机碳：454.9 g·kg-1，碳氮比：21.2)、糖蜜(MO，总有机碳：270.1 g·kg-1，碳氮比：12.6)以及苜蓿粉和糖蜜复合物(AM，m/m=1:1)为有机物料的RSD处理，同时设置最大持水量(FCK)和不处理对照(CK)，利用荧光定量PCR技术研究土壤中主要ARGs和可移动遗传元件(Mobile genetic elements， MGEs)在绝对丰度和相对丰度上的变化，并通过消减率来评估不同处理对土壤ARGs和MGEs的消减效果。研究发现，RSD处理能够消减aadA21、msrE、tetG、tetM、ErmF等基因的相对丰度，其中AL、MO和AM处理对aadA21基因相对丰度的消减率达到50.5%～58.3%，而ET处理对msrE、tetG和tetM基因相对丰度的消减效果显著，其消减率分别高达80.9%、78.3%和66.9%。同时，RSD处理能够显著降低土壤中MGEs(IS6100和IS26)的相对丰度，消减率分别为67.7%～74.3%和38.1%～42.6%。此外，DZ处理对土壤中ARGs和MGEs的相对丰度具有一定的增加作用，其中ARGs和IS26的相对丰度分别提高了21.9%和42.6%。综上，RSD处理能够通过降低ARGs和MGEs的相对丰度，限制ARGs的水平转移能力，实现对土壤ARGs的消减，且其消减效果与所使用的有机物料类型有关。此外，相较于棉隆熏蒸，RSD处理对ARGs和MGEs的消减效果更好，具备快速修复ARGs污染土壤的潜力。

关键词：抗生素抗性基因可移动遗传元件棉隆熏蒸强还原处理相对丰度

强还原土壤处理驱动的微生物群落稳定性与功能的关联性

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土壤学报 2024年第1期61卷 187-199页

作者：赵军张晶清林于蓝王宝英黄新琦张金波蔡祖聪南京师范大学地理科学学院南京210023 江苏省土壤利用与农业可持续发展工程研究中心南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 南京师范大学江苏省物质循环与污染控制重点实验室南京210023

为研究强还原土壤处理(Reductive soil disinfestation,RSD)对连作土壤微生物群落稳定性的影响,以及微生物群落稳定性变化与其功能的联系,以云南省石屏县连续种植多年的洋桔梗栽培土壤为研究对象,设置4个处理:对照(CK);分别添加高碳氮... 详细信息

为研究强还原土壤处理(Reductive soil disinfestation,RSD)对连作土壤微生物群落稳定性的影响,以及微生物群落稳定性变化与其功能的联系,以云南省石屏县连续种植多年的洋桔梗栽培土壤为研究对象,设置4个处理:对照(CK);分别添加高碳氮比有机物料(C/N 122,15 t·hm^(-2),SB),低碳氮比有机物料(C/N 19,15 t·hm^(-2),BD),高、低碳氮比有机物料等质量混合(15t·hm^(-2),SB+BD)的RSD处理。采用Biolog微平板法、定量PCR及高通量测序等技术手段分析了土壤微生物群落稳定性及碳、氮代谢功能。结果表明,与CK相比,RSD处理能够大幅降低细菌群落组成和丰度的稳定性,且SB+BD处理的影响较SB和BD处理强烈,但对真菌群落组成和丰度的稳定性无显著影响。同时,RSD处理能够显著提高细菌和真菌群落相互作用关系的稳定性,且SB和BD处理对其提升效果优于SB+BD处理。回归分析表明,土壤微生物群落的相互作用关系稳定性与其组分和丰度的稳定性关系密切。相关性分析显示,土壤微生物群落稳定性与其活性、碳代谢功能以及反硝化能力高度相关。综上,强还原土壤处理能够通过降低微生物群落组成和丰度的稳定性来提高类群间相互作用关系的稳定性,促进土壤微生物活性恢复和群落生态功能改善。

关键词：设施栽培群落稳定性功能多样性微生物活性氮循环功能基因

含钙添加剂处理下不同秸秆腐解产物可溶性有机质三维荧光特征变化

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 118-124页

作者：夏明明刘佳吴萌樊剑波刘晓利陈玲马昕伶李忠佩刘明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苏南京210008 中国科学院大学北京100049 江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所/国家红壤改良工程技术研究中心江西南昌330200

秸秆是优质的有机资源,研究含钙添加剂种类及添加量对不同秸秆腐解产物可溶性有机物(DOM)组成性质差异,可为秸秆高效腐熟利用提供理论依据和技术参考。以花生秸秆和水稻秸秆为供试物料,通过添加不同含钙添加剂草酸钙(CaC_(2)O_(4))和氢... 详细信息

秸秆是优质的有机资源,研究含钙添加剂种类及添加量对不同秸秆腐解产物可溶性有机物(DOM)组成性质差异,可为秸秆高效腐熟利用提供理论依据和技术参考。以花生秸秆和水稻秸秆为供试物料,通过添加不同含钙添加剂草酸钙(CaC_(2)O_(4))和氢氧化钙[Ca(OH)_(2)]及不同添加量(4%、 8%),进行秸秆腐解试验。测定腐解产物养分含量,并利用三维荧光光谱(3DEEM)技术和平行因子方法(PARAFAC)探究秸秆腐解产物DOM的化学组成变化特征。结果表明:(1)总体上,草酸钙处理的秸秆腐解物总碳含量显著大于氢氧化钙处理;高量添加剂处理的秸秆腐解产物总碳含量小于低量处理;花生秸秆腐解产物的总氮、总磷和总钾高于水稻秸秆腐解产物。(2)通过3DEEM-PARAFAC方法分析腐解产物DOM组成,共识别出类胡敏酸(C1)、类胡敏酸(C2)和类色氨酸(C3)三种荧光组分;不同添加剂类型、添加量和不同秸秆类型对腐解产物DOM荧光组分的影响较为复杂,没有明显规律,但是总体上氢氧化钙处理的秸秆腐解产物DOM的C1和C2组分比例大于草酸钙处理,而草酸钙处理的秸秆腐解产物DOM的C3组分比例显著高于氢氧化钙处理;秸秆腐解产物DOM中组分C1、 C2与组分C3呈显著负相关;组分C2含量与总碳含量呈显著负相关。(3)氢氧化钙处理的秸秆腐解产物DOM的腐殖化指数(HIX)明显高于草酸钙处理,而草酸钙处理的秸秆腐解产物DOM生物源指数(BIX)明显高于氢氧化钙处理;高量草酸钙处理秸秆腐解产物DOM主要来自于微生物的转化,而其他处理DOM来自于微生物转化和陆生植物;不同添加量处理下秸秆腐解产物DOM的荧光指数没有明显变化规律;花生秸秆腐解产物DOM的HIX、 BIX和荧光指数(McKnight index)均高于水稻秸秆;秸秆腐解产物DOM中McKnight和HIX呈显著负相关,和BIX间呈极显著正相关,而秸秆腐解产物DOM中BIX和总碳含量呈显著正相关。上述结果表明,氢氧化钙可以促进秸秆腐解以及腐解产物的腐殖化,其中高量氢氧化钙处理的花生秸秆效果较好。

关键词：含钙添加剂秸秆可溶性有机物三维荧光平行因子分析

水热条件变化对黑土细菌群落结构的影响及其演替特征

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微生物学报 2024年第6期64卷 1766-1778页

作者：吕雯肖娴倪浩为赵远梁玉婷常州大学环境科学与工程学院江苏常州213164 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苏南京210008

全球气候变化导致的水热条件变化,对土壤微生物群落结构及功能产生重要影响。深入理解这些变化如何影响微生物群落的结构及其随时间的演替,对于有效预测和适应未来的气候变化至关重要。【目的】在气候变化背景下,本研究旨在探索黑土细... 详细信息

全球气候变化导致的水热条件变化,对土壤微生物群落结构及功能产生重要影响。深入理解这些变化如何影响微生物群落的结构及其随时间的演替,对于有效预测和适应未来的气候变化至关重要。【目的】在气候变化背景下,本研究旨在探索黑土细菌群落的多样性、组成和结构,以及群落演替特征的变化情况。【方法】利用中国科学院海伦、封丘、鹰潭农田生态系统国家野外科学观测研究站长期土壤置换实验平台,选择寒温带地区(中国海伦)的黑土作为研究对象,并将其移置于暖温带地区(封丘)和中亚热带地区(鹰潭)以模拟水热条件增加。通过采集2005年至2011年的63个黑土样本(包括原位、移置封丘县和移置鹰潭市),利用16S rRNA基因高通量测序技术,研究了水热条件变化对黑土细菌群落多样性、组成和结构的影响;同时结合土壤理化性质,分析环境因素与微生物群落特征间的关系,并计算物种周转率(w)。【结果】经过6年的移置,将寒温带黑土移至暖温带和中亚热带后,土壤的理化性质发生了显著改变。土壤有机质和全氮含量显著降低,地上部生物量显著减少。土壤细菌群落的多样性下降,群落组成和结构发生了显著变化。主要细菌类群包括疣微菌门(Verrucomicrobia)、变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)等,其中疣微菌门在移置鹰潭地区后的相对丰度显著增加。此外,气候因子与微生物群落特征高度相关。非度量多维尺度分析显示,群落结构随水热条件和时间的变化而演替,这与微生物时间周转率的增加相关。在不同水热条件下,细菌群落的时间周转率差异显著,依次为0.030(海伦)<0.033(封丘)<0.045(鹰潭)。【结论】6年的水热条件增加显著降低了细菌群落的多样性,显著改变了其组成和结构,并加快了细菌群落时间周转率的响应。

关键词：水热增加土壤置换实验细菌群落群落演替黑土

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不同地膜覆盖对土壤质量和大蒜产量及品质的影响

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环境科学 2024年

作者：师玥栾璐蒋希芝徐磊叶英聪张嵚蒋瑀霁江苏省农业科学院农业设施与装备研究所江苏省生物质复合材料与增材制造技术工程研究中心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农业大学国土资源与环境学院

为探讨不同地膜覆盖方式对大蒜种植系统中土壤质量与大蒜产量的影响，确定大蒜种植中的最佳地膜管理模式. 基于2021年设置在江苏省农业科学院大蒜种植系统不同地膜覆盖试验，研究大蒜种植体系中无地膜处理（CK）、黑色聚乙烯地膜处理（... 详细信息

为探讨不同地膜覆盖方式对大蒜种植系统中土壤质量与大蒜产量的影响，确定大蒜种植中的最佳地膜管理模式. 基于2021年设置在江苏省农业科学院大蒜种植系统不同地膜覆盖试验，研究大蒜种植体系中无地膜处理（CK）、黑色聚乙烯地膜处理（HPE）、黑色聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇（PBAT）/秸秆复合地膜处理（HSJ）和白色PBAT地膜处理（BJ）对土壤质量及大蒜产量变化的影响. 结果表明：①不同地膜覆盖处理下，土壤理化性质和细菌、真菌数量发生显著变化，并间接改善土壤质量. 相较不覆膜处理，BJ处理土壤质量提升70%，综合效果最好，其次是HPE和HSJ处理，分别提升52%和36%. 随机森林模型分析发现，土壤有机质和全氮是影响土壤质量的主要因素. ②不同地膜覆盖显著提高蒜头直径、大蒜单头质量和瓣数，且处理间无显著差异，其中HSJ处理大蒜产量提高效果最好，分别比CK、HPE和BJ处理提高了46%、19%和6%. ③相关性分析表明，地膜覆盖下土壤质量与大蒜鳞茎淀粉含量、蒜头直径、大蒜单头质量显著相关. 研究结果从大蒜种植过程中覆盖地膜选择的角度，为高质量与高产量农田结合发展提供了科学依据.

关键词：全生物降解地膜地膜覆盖微生物基因拷贝数土壤酶活土壤质量大蒜产量

土壤盐分变化对N_(2)O排放影响:基于Meta分析

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环境科学 2024年第4期45卷 2313-2320页

作者：黄艺华佘冬立史祯琦胡磊潘永春河海大学农业科学与工程学院南京210098 江苏省农业水土资源高效利用与固碳减排工程研究中心南京210098

N_(2)O是导致臭氧层空洞和全球变暖的主要大气污染物,农业生产活动是其主要来源,而土壤盐分则是影响N_(2)O排放的关键因素.基于21篇同行评议文献中528对实验组及对照组形成的数据集,运用R语言Metafor软件包进行Meta分析,进而评估土壤盐... 详细信息

N_(2)O是导致臭氧层空洞和全球变暖的主要大气污染物,农业生产活动是其主要来源,而土壤盐分则是影响N_(2)O排放的关键因素.基于21篇同行评议文献中528对实验组及对照组形成的数据集,运用R语言Metafor软件包进行Meta分析,进而评估土壤盐分对土壤N_(2)O排放的影响.结果表明,土壤盐分累积对N_(2)O排放量有显著正效应,中度和高度盐渍土N_(2)O排放量比非盐渍土高75.57%和28.85%.室内培养实验测定结果表明,林地和农田的土壤盐渍化导致N_(2)O排放量增加124.79%和131.64%,而野外定位监测试验结果表明,草地、裸地和农田中,土壤盐分对N_(2)O排放的影响均不显著.盐分对N_(2)O排放的影响趋势则因土壤(NH_(4)^(+)∶NO_(3)^(-))、p H、土壤砂粒含量和粉粒含量的差异而发生改变,影响程度依次是:(NH_(4)^(+)∶NO_(3)^(-))>p H>砂粒含量>粉粒含量.通过揭示土壤盐分升高对不同土地利用类型下N_(2)O排放的刺激作用,明确了环境因子和盐分交互作用对N_(2)O排放的影响,对土壤盐渍化地区N_(2)O排放预防阻控和环境改善具有重要科学意义.

关键词： N_(2)O累积排放量盐渍化反硝化作用土地利用方式 Metafor软件包

宁夏设施栽培对土壤真菌群落结构和功能的影响

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生态学报 2024年

作者：谢祎闫元元田兴武曲继松张丽娟朱倩楠赵军张金波蔡祖聪黄新琦南京师范大学地理科学学院宁夏吴忠国家农业科技园区管理委员会宁夏农林科学院园艺研究所江苏省土壤利用与农业可持续发展工程研究中心江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心

为研究集约化设施栽培对土壤真菌群落结构和功能的影响，本研究选取宁夏设施蔬菜集约种植区采集设施栽培土壤和临近的露天大田土壤，以露天大田土壤为对照。采用Illumina高通量测序结合FUNGuild工具，分析设施土壤与大田土壤真菌群落结... 详细信息

为研究集约化设施栽培对土壤真菌群落结构和功能的影响，本研究选取宁夏设施蔬菜集约种植区采集设施栽培土壤和临近的露天大田土壤，以露天大田土壤为对照。采用Illumina高通量测序结合FUNGuild工具，分析设施土壤与大田土壤真菌群落结构、多样性、功能类群及其主要影响因素的差异。结果表明：（1）设施栽培导致了土壤真菌群落α多样性的降低，与大田土壤相比，设施土壤Pielou均匀度指数、Shannon多样性指数、平均最近分类单元距离和平均成对距离分别显著降低了20.54%、21.92%、29.82%和16.35%;(2)设施栽培显著改变了土壤真菌群落组成与结构，且该变化具有地区化差异，设施土壤中赤霉菌属（Gibberella）、鬼伞属（Coprinellus）等真菌属相对丰度显著降低，闭小囊菌属（Kernia）、腐质霉属（Humicola）、小囊菌属（Microascus）、镰刀菌属（Fusarium）和新赤壳属（Neocosmospora）等真菌属相对丰度显著增加；（3）设施栽培降低了土壤真菌网络的复杂性和稳定性。与大田土壤相比，设施土壤真菌共现网络节点数、边数、直径、平均度、平均路径长度、聚类系数和模块化程度分别降低了30.20%、79.68%、45.57%、70.89%、37.26%、47.43%和10.00%，鲁棒性降低43.75%，最大易损度增加72.51%;(4)设施栽培显著改变了土壤真菌功能类群的组成与结构，病理营养型、共生营养型、病理-腐生营养型真菌和丛枝菌根真菌相关功能类群在设施土壤中相对丰度显著降低，病理-腐生-共生营养型真菌和植物病原真菌相关功能类群在设施土壤中显著富集；（5）设施栽培改变了影响土壤真菌群落多样性的关键环境因子，年均温是设施土壤真菌群落多样性最重要的影响因素，硝态氮是大田土壤真群落多样性最重要的影响因素。本研究结果有助于深入了解高强度人为干扰下的设施栽培对土壤真菌群落结构和功能的影响，为设施土壤可持续利用提供理论参考。

关键词：设施栽培真菌群落结构多样性功能预测