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：根据中国科学院网站近期相关报道信息整理。

水稻土甲烷与氧化亚氮排放的微生物调控机制研究获进展

稻田是大气中CH4和N2O的重要排放源之一。已有研究表明管理措施显著影响稻田土壤的甲烷和氧化亚氮排放，然而其中的微生物机制尚不清楚。

中国科学院亚热带农业生态研究所桃源农业生态试验站科研人员通过长期定位试验研究，揭示了稻田土壤氧化亚氮和甲烷的排放规律与土壤特征及功能微生物之间的耦合关系。利用定量PCR技术，科研人员从DNA和mRNA水平获得了不同处理下产甲烷菌（mcrA）、甲烷氧化菌（pmoA）、硝化菌（amoA）和反硝化菌（nirK/nirS/nosZ）数量。同时，测定了田间条件下甲烷和氧化亚氮的排放量以及相关的土壤理化性质。研究结果表明：甲烷和氧化亚氮排放呈负相关关系，氧化亚氮的排放量远低于甲烷的排放量。晒田和施用稻草通过改变土壤氧化还原电位、土壤铵态氮浓度和可溶性有机碳而影响相关功能基因的丰度。在DNA水平上，受土壤铵态氮和可溶性有机碳含量的影响，施用稻草显著提高amoA、nosZ和mcrA的丰度；在mRNA水平上，受土壤氧化还原电位的影响，持续淹水稻田mcrA基因丰度显著高于间歇灌溉稻田。甲烷的排放速率与mRNA水平上的mcrA基因丰度成正相关，与土壤氧化还原电位呈负相关；而氧化亚氮的排放速率与mRNA水平上的nirS基因丰度呈显著正相关，与土壤氧化还原电位呈正相关。该研究揭示了在mRNA水平上有活性的功能基因丰度，如mcrA基因与甲烷排放和nirS基因与氧化亚氮排放，可以反映酸性稻田受土壤氧化还原电位调控的甲烷和氧化亚氮此消彼长的关系。

上述研究成果发表在Biology and Fertility of Soils上。该研究得到国家科技支撑计划课题(2016YFD0200307)、国家自然科学基金(41771335, 41271280)、湖南省自然科学基金 (2016JJ3133)等的支持。

论文链接 

https://link.springer.com/article/10.1007/s00374-018-1312-7

RDA分析环境因子与功能基因丰度之间的关系（A: DNA水平;B: mRNA水平）

新疆生地所揭示水肥管理对南疆干旱区棉田产量和氧化亚氮排放的影响

氧化亚氮（N2O）是最重要的温室气体之一，其中66%的人为N2O排放来自于农业生态系统，主要与化肥和有机肥的施用有关。灌溉影响了土壤水分的时空分布进而影响了作物生产和土壤N2O排放。施肥和灌溉在新疆南部的棉花生产中起着重要作用，但不同氮肥类型（有机肥或尿素）和灌溉方式（滴灌或漫灌）对棉花产量和N2O排放的影响尚不明确。

针对以上问题，中国科学院新疆生态与地理研究所研究员高霄鹏团队通过两年大田实验，以南疆滴灌和漫灌棉田为研究对象，设置对照、单施尿素、单施有机肥、以及50%尿素+50%有机肥四个处理，探讨不同水肥管理对干旱区棉花产量和N2O排放的影响。

结果表明，与对照相比，施用不同类型氮肥（240 kg N ha-1）均显著增加了棉花产量和氮吸收量，且不同氮肥类型之间没有显著差异。与漫灌相比，滴灌增加了棉花产量或与之持平。与单施尿素和混施尿素跟有机肥处理相比，单施有机肥显著增加了N2O排放量。总体来说，南疆干旱区棉田N2O排放量和排放因子较低，分别为72-506 g N2O-N ha-1和0.04-0.15%，这可能与该地区相对较低的土壤含水量和土壤有机碳水平限制了N2O的产生有关。有机肥处理增加N2O排放主要是因为其提供了大量的有机碳促进了硝化和反硝化速率。这些结果表明在土壤有机碳含量较低的干旱区灌溉农田施用有机肥有增加N2O排放的潜在风险。该研究揭示了水肥管理对干旱区棉田生产和N2O排放的综合影响，为制定基于温室气体减排的合理水肥管理措施提供了理论支持。

相关研究以Effects of fertilizer and irrigation management on nitrous oxide emission from cotton fields in an extremely arid region of northwestern China 为题发表于农林科学期刊Field Crops Research。

文章链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378429018314126

广州地化所在电子垃圾污染土壤PCBs微生物降解研究中取得进展

粗犷的电子垃圾拆解活动导致大量的持久性有机污染物，如：多氯联苯（PCBs）和多溴联苯醚（PBDEs）释放到土壤中，对生态环境与人体健康构成了严重威胁。微生物降解是土壤中PCBs消减的重要途径。但在实际应用中，PCBs的微生物修复却受到了极大限制，究其原因主要有：一、通过分离培养获得的微生物菌种有限，应用时可选项不多；二、电子垃圾拆解区土壤中同时含有高浓度的多种重金属，这对微生物的金属抗性提出了更高要求；三、对原位环境下功能微生物及其降解机制缺乏认识，难以制定有效的调控手段；四、实际环境中的功能微生物与其功能基因无法联系起来，限制了对高效的功能基因异源表达宿主的挖掘，阻碍了功能基因的资源化利用。

近期，中国科学院广州地球化学研究所博士后江龙飞和合作导师罗春玲，利用DNA稳定性同位素探针技术（DNA-SIP），不经分离培养，对清远电子垃圾污染土壤中的PCBs降解微生物进行了原位研究。鉴定得到了包括Ralstonia，Cupriavidus和DA101在内的21种功能微生物，并首次报道了不可培养细菌DA101具有降解PCBs的能力。研究获得了1个13.8 kb的PCBs降解操纵子，通过解析操纵子结构，揭示了PCBs的降解机制（图1）和该操纵子的水平转移能力。基于四核苷酸指纹特征分析，成功地将功能基因与功能微生物联系了起来，证明了操纵子来自于Ralstonia（图2）。该研究在鉴定功能微生物的同时，揭示了PCBs微生物降解机制，并为功能基因起源分析提供了新途径。该研究成果不仅深化了PCBs污染土壤微生物修复的理论基础，为功能微生物的探查和功能基因的资源化利用亦提供了新思路。

该研究得到国家自然科学基金、广州市科技计划项目的资助，相关成果已发表于Environmental Science & Technology。

论文信息：Longfei Jiang, Chunling Luo,* Dayi Zhang,  Mengke Song, Yingtao Sun, Gan Zhang, 2018. Biphenyl-Metabolizing Microbial Community and a Functional Operon Revealed in E？Waste-Contaminated Soil. Environmental Science & Technology, 52, 8558-8567.

论文链接

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.7b06647

图1：（A）操纵子结构；（B）PCBs代谢途径 

图2：功能基因与功能微生物基因组四核苷酸指纹之间的相互关系 

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