近期3则土壤科研进展|研究

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近期3则土壤科研进展。

来源：根据中国科学院、中科院南京土壤所等单位网站近期相关报道整理

南京土壤所在土壤无机胶体赤铁矿影响多环芳烃微生物降解界面作用机制方面取得进展

微生物修复是有机污染土壤的主要修复技术之一。通常纯溶液培养体系中微生物对有机污染物的降解效果远远高于实际土壤培养体系，这表明了土壤组分能够显著影响微生物与有机污染物间的相互作用。土壤胶体是最活跃的重要组分，能够显著影响土壤中有机污染物的迁移与归趋以及微生物活性与修复能力。土壤无机胶体占土壤胶体颗粒的90%以上，其对有机污染物微生物降解过程会产生哪些影响作用及其内在影响机制如何？成为当前土壤环境微生物修复领域研究的热点和难点之一。

南京土壤研究所滕应课题组选取了我国分布广泛的红壤中含量丰富、性质活跃的赤铁矿作为一种代表性无机胶体，深入研究了赤铁矿胶体对高分子量多环芳烃苯并(a)芘（BaP）微生物降解的影响作用及其界面作用机制，结果发现赤铁矿胶体显著降低了菌株HPD-2对BaP的降解效率，并存在如下三种主要影响机制：（1）赤铁矿胶体与菌株HPD-2之间可以通过强烈的相互作用，如包被作用使细胞变性，从而破坏细胞生物膜使得细胞活性下降甚至死亡；（2）双加氧酶作用下产生的H2O2被赤铁矿贡献的胞内Fe进一步催化产生持久性自由基（ROS），可以通过氧化DNA、蛋白质来破坏生物膜，进而对降解菌产生致死作用；（3）通过竞争吸附位点减少了菌株HPD-2细胞对BaP的接触，而且因其致死的细胞比活细胞对BaP有更强的吸附力，最终导致更多的BaP集中到了死细胞中，造成菌株HPD-2的活细胞对BaP的有效接触减少。在此基础上，进一步刻画了赤铁矿胶体影响菌株HPD-2降解BaP的界面作用机制示意图。研究结果为多环芳烃污染土壤微生物修复提供重要理论依据。

该研究成果发表在Journal of Hazardous Materials上。

文章链接

https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0304389418306009

赤铁矿胶体对菌株HPD-2降解BaP影响界面作用机制示意图

研究发现青藏高原多年冻土区高寒草原生态系统是大气甲烷气体的汇

9月3日，中国科学院西北生态环境资源研究院（筹）冻土工程国家重点实验室吴青柏团队及其合作者在The Cryosphere杂志发表题为Consumption of atmospheric methane by the Qinghai–Tibet Plateau alpine steppe ecosystem 的学术论文。该研究通过对青藏高原多年冻土区高寒草原生态系统甲烷通量（CH4 Flux）持续五年(2012-2016年)观测，最终试验结果表明青藏高原多年冻土区高寒草原生态系统是一个重要的“甲烷—碳汇”（图1）。

目前，大量科学研究表明土壤温度和含水量是土壤CH4通量变化的主要控制因子。但水和热哪个占主导地位，或二者如何耦合共同影响甲烷通量，这一问题长期以来尚未达成共识。特别是在多年冻土区，由于冻土特有的反复冻融特征，使该问题更加复杂。比如，春季和秋季都是多年冻土区冻融循环发生高频期，有较多相似的水热发生过程特征。但持续现场观测数据证明春季是甲烷的源，但在秋季是甲烷的汇，二者表现出截然相反的甲烷通量变化过程（图2）。针对这一结果，该研究通过大量野外坑探观测数据和大量室内试验表明青藏高原多年冻土区秋季冻融循环发生过程中“水、热、冰、冻结土、融化土”等因素在冻土活动层中形成一个类似多层“汉堡包”状态，而不是一个简单线性渐变由融化到冻结的过程（图3）。这一机理的提出改变了过去对多年冻土区冻土活动层冻融过程中单一状态的认识。

另外，该研究基于同期土壤温度，土壤产/嗜甲烷菌活性及冻土活动层深度数据重新对青藏高原多年冻土区甲烷通量变化进行季节划分，大大提高了该研究区域甲烷模拟过程中季节、年尺度结果精度，特别是对于春、秋两季冻融循环过程对CH4通量影响的认识有较大提高（图4）。

该成果第一作者为贠汉伯，合作单位为美国普渡大学。该研究得到中国国家自然科学基金青年基金项目（41501083）、中科院前沿科学重大研发项目(QYZDJ-SSW-DQC011)、中科院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室开放基金（LPCC201307）、中科院“工程技术人才出国研修计划”共同资助。

论文链接 

https://www.the-cryosphere.net/12/2803/2018/

图1 2012-2016年际间甲烷通量日变化量 

图2 青藏高原多年冻土区高寒草原甲烷通量季节变化模式 

图3 秋季青藏高原多年冻土区冻土活动层水、热“多层汉堡包”模式示意图 

图4 实测甲烷通量结果同四种不同季节划分方式模拟甲烷通量结果回归分析比较

植物所在草地土壤微生物残体碳积累机制研究中取得进展

植物与微生物残体是土壤有机碳的主要来源，二者在土壤中的积累直接影响着土壤碳库的动态变化。然而，由于分析手段的限制，植物与微生物残体在土壤中的分布格局及积累机制尚不清楚，在近几年引起了较大的学术争议。

中国科学院植物研究所冯晓娟研究组与白永飞研究组围绕这一科学问题展开合作，借助中国-蒙古温带草地样带，利用氨基糖和木质素酚类表征了微生物残体与植物木质素在土壤中的相对丰度。研究发现，在温带草地的表层土壤中，氨基糖和木质素酚类与水分条件表现出截然不同的关系，即随着湿润度的增加，木质素的降解增强、积累减少，而氨基糖的积累增强。研究人员进一步整合全球草地数据发现，木质素和土壤有机碳含量呈负相关，氨基糖则呈正相关。研究还表明，在质地较细的土壤中，粘土矿物对微生物残体碳的保护起到主导作用；而在质地较粗的土壤中，水分（干旱度）控制了木质素的降解以及微生物残体碳的积累。

该研究首次在区域尺度上证明了微生物残体碳在草地土壤有机碳积累中的关键作用，为解释土壤有机碳的积累机制和预测未来土壤碳库动态提供了新的依据。

该研究结果于8月28日在线发表于国际学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）。冯晓娟研究组博士研究生马田为论文第一作者，冯晓娟为通讯作者。该研究得到科技部青年“973”项目、国家自然科学基金和中科院国际合作重点项目的资助。

文章链接

https://www.nature.com/articles/s41467-018-05891-1

　　研究区域及采样点（a）；全球草地土壤中氨基糖和木质素与SOC的相关关系（b）；影响中蒙草地样带土壤中氨基糖和木质素积累的主要环境因子（c）

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