原位化学氧化修复有机污染土壤的作用机制研究取得进展等近期4则土壤科学研究进展|研究
导 读
近期4则土壤科学研究进展。
来源：根据中国科学院、中国科学院生态环境研究中心等网站报道综合整理
原位化学氧化修复有机污染土壤的作用机制研究取得进展
近些年，原位化学氧化技术（ISCO）被广泛地应用于污染地下水和土壤的修复，氧化剂与矿物等土壤组分作用势必影响污染物的修复效果。因此，研究氧化剂与土壤组分的作用过程具有十分重要的意义，此方向一直是ISCO领域研究的热点。
基于此，中国科学院南京土壤研究所研究员周东美课题组在前期研究土壤钒矿物与过硫酸盐作用机制的基础上（Appl. Catal. B-Environ, 2017,202, 1-11, ESI高被引论文），系统地研究了氧化剂与不同类型矿物作用机制差异，发现了土壤中普遍存在的钒（V(V)和V(IV)的反应活性是土壤中铁矿物的9.8～2087倍，揭示了钒矿物的氧空位对其介导氧化剂产生自由基降解污染物具有十分重要的作用，以上研究为理解土壤矿物影响ISCO的修复效果提供了新的思路(Environ. Sci. Technol. 2018, 52, 2178-2185)。
进一步研究发现，与传统认识的土壤金属氧化物与氧化剂作用过程比较，金属硫化物与氧化剂的作用也具有十分重要的意义，地下环境硫的地球化学循环过程和形态转化不仅影响金属的形态，也会影响氧化剂产生自由基的效率，最终影响土壤和地下水的ISCO修复过程，相关结果近期在线发表于Water Research 142 (2018) 208–216)。尽管土壤矿物对氧化剂的活化和污染物修复具有促进作用，但在实际修复中利用土壤矿物活化氧化剂修复污染的效率较低，为了解决这一难题，发展了基于土壤矿物的铁酸铜纳米复合材料，此材料具有活性高、磁性等特点，易回收反复利用，相关结果发表在环境工程期刊Chemical Engineering Journal 348 (2018) 526–534上，被编辑选为Featured Article和封面文章。
以上研究得到了科技部纳米重点研发计划、国家自然科学基金委和南京土壤所135领域前沿项目的资助。
相关结果作为封面文章发表
土壤分子生态学研究组在环境抗性组学研究中取得重要进展
从弗莱明发现青霉素开始，抗生素的使用挽救了世界上成千上万人的生命。然而近年来，抗生素的环境效应引发了越来越多的关注——因抗生素滥用导致抗生素抗性基因（ARGs）在环境中累积并威胁公共健康，尤以养殖场、农田、河流等受人类活动影响较大的环境最为典型。
事实上，在抗生素被人类使用之前，自然界中生物来源的抗生素一直对环境微生物进行着长期驯化，微生物的耐药性在天然环境中也早已广泛存在。其中，土壤作为一个与人类关系极为密切的生态系统和抗性基因的重要来源，是抗生素环境效应形成的主要场所，但我们对大尺度上天然环境中ARGs的基础背景值及其驱动机制仍然知之甚少。
通过对我国从海南到漠河、跨域了近4000公里典型森林生态系统的调查研究，贺纪正等发现这些自然土壤中广泛存在着8个大类共计160余种抗性基因；ARGs的多样性与细菌多样性、草本植物多样性以及可移动遗传原件MEGs的多样性显著相关，其组成也与细菌和草本植物的群落组成密切相关。在考虑空间、气候和土壤等因素的条件下，土壤细菌和草本植物的群落对于ARGs地理格局的形成具有非常重要的影响。
该研究揭示了地上地下群落的相互作用对森林生态系统中土壤抗性组大尺度分布格局的影响，对研究环境抗性组学的起源及其演变具有重要科学意义。
研究成果(Diversity of herbaceous plants and bacterial communities regulates soil resistome across forest biomes）近期发表于环境微生物领域主流杂志Environmental Microbiology。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）等课题的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1462-2920.14248
图1 抗生素抗性基因ARGs多样性与细菌(a)、草本植物(b)和可移动遗传原件MEGs(c)多样性及土壤pH之间的回归模型
武汉植物园在利用土壤团聚体中C含量、δ13C同位素值及酶活性研究造林地C固持能力研究中取得进展
全球范围内，土壤中储存约2500 Pg C（至1 m深度），是大气中储存C的3倍以上。在生态系统、区域及全球范围内的研究表明，造林能增加C在土壤中的固持，从而降低大气中CO2浓度，减缓温室效应。然而，被造林地土壤固持的有机C（SOC）也可能通过分解作用再迁移到大气中，成为大气中CO2的重要来源。然而，众多的研究集中于造林地土壤SOC含量的变化，而较少有研究关注造林地SOC的周转。对于造林地SOC周转的研究有助于进一步探究造林地的长期固C效应。
中国科学院武汉植物园土壤生态学学科组博士后冯娇在研究员程晓莉的指导下，以丹江口库区造林地（灌丛、森林）、裸地和农田为研究对象，测定土壤团聚体中C含量、δ13C同位素以及C相关水解酶和氧化酶活性的变化。
研究结果表明，造林显著增加了土壤原土中β-葡萄糖苷酶、α-葡萄糖苷酶以及木聚糖酶的活性。此外，造林显著增加了原土及土壤团聚体中SOC的含量。总体上，在造林土壤中> 2000 μm大团聚体中的水解酶活性较其它团聚体粒级低，而SOC却较其它团聚体粒级高。造林下，土壤水解酶活性与SOC和C:N呈显著的负相关。结构方程模型的研究结果表明，造林下随着团聚体粒级的增大，土壤酶活性的降低有助于土壤中SOC的固持（如图）。此外，水解酶和氧化酶活性都与稳定库中δ13C 同位素值呈显著的正相关，进一步证明土壤酶活性在SOC的周转中起着至关重要的作用。
总体上，研究结果强调了造林下团聚体结构中土壤酶活性不均匀的分布对SOC固持的重要作用。
该研究得到国家自然科学基金(31470557, 31770563, 31700461)和中科院战略先导专项B(XDB15010200)的资助，相关研究成果以Inhibited enzyme activities in soil macroaggregates contribute to enhanced soil carbon sequestration under afforestation in central China 为题发表在国际期刊Science of the Total Environment上。
论文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969718319843
丹江口库区造林下土壤团聚体影响土壤C固持的路径
新疆生地所揭示土壤盐分和土壤pH值共同驱动盐渍土壤细菌群落的变化
土壤微生物被认为是生物地球化学循环的引擎，对维持土壤生态系统功能至关重要。然而，盐渍土壤微生物多样性研究远滞后于非盐渍土环境，盐分是否影响土壤微生物群落特性仍存在争论。地球微生物组计划（EMP）调查数据显示在全球尺度下盐分是细菌群落变化的主导因素，而一些针对盐渍环境的研究却指出细菌群落变化的主导因素是水份和磷素，而非盐分。究其原因，现存研究所涉及生境的高度复杂性，比如盐渍之于非盐渍，陆地之于沉积物和水体，导致了上述相悖结果的出现。
基于此，中国科学院新疆生态与地理研究所田长彦团队以新疆最大盐湖——艾比湖的湖滨盐渍生境为研究区域，采用高通量测序技术记录盐生植物植被下土壤细菌多样性和群落组成，通过生物信息分析确定影响细菌分布模式的关键因素，并量化其对群落变异的相对贡献。
结果表明Gammaproteobacteria，Actinobacteria，Firmicutes，Alphaproteobacteria，Bacteroidetes 和Betaproteobacteria是该区域盐渍土中的主要细菌菌群，这些菌群是不同盐浓度土壤之间细菌群落组成差异的主体。此外，Halomonas，Smithella，Pseudomonas 和Comamonas 作为指示菌分布于盐渍土中。细菌群落结构与土壤盐分和土壤pH显著相关，有趣的是在中等盐度土壤中细菌种系型丰富度和谱系多样性明显高于低盐和高盐土壤。
该研究最终确定土壤盐分和土壤pH值共同驱动了盐渍土壤细菌群落的变化。
相关研究以Soil pH is equally important as salinity in shaping bacterial communities in saline soils under halophytic vegetation 为题发表于Scientific Reports。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41598-018-22788-7
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