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整理。

青藏高原所高寒荒漠和草原土壤固碳微生物研究获进展

固碳微生物是一类与植物相似将大气CO2转化为有机质的微生物。土壤微生物固碳功能的重要性最近几年才逐渐被认识，但土壤固碳微生物群落特征、固碳潜力及其环境因子驱动机制尚未被认识。干旱半干旱生态系统约占全球陆地面积的41%，该生态系统植被生长受到包括土壤水分在内的多种环境因子限制，凸显土壤微生物固碳的重要性。青藏高原属寒冷型干旱半干旱生态系统（冷漠，年均温低于零度），其低温、干旱和强紫外等极端环境极大限制了草地植被固碳潜力，是生态脆弱带和气候变化放大器。

最近，中国科学院青藏高原研究所高寒生态重点实验室研究员孔维栋课题组以青藏高原这一典型冷漠生态系统为例，采用微生物分子生态学和13CO2稳定同位素标记技术，深入研究了草地土壤固碳微生物群落特征及其固碳潜力。研究表明，荒漠草地和草原土壤固碳微生物数量远低于草甸土壤，但其固碳潜力却比草甸土壤高61%（图1）。土壤微生物固碳量与地上植被生物量和土壤氨浓度显著负相关，表明越贫瘠土壤中微生物固碳潜力越大，如荒漠草地。土壤固碳微生物数量随年均降水量、地上植被生物量和土壤铵态氮浓度增加而显著升高，但随干旱度指数（1-AI）增加而降低（图2）。采用结构方程模型耦合所有环境因子进一步分析表明，年均降水量可直接提高土壤固碳微生物数量，也可通过驱动地上植被生物量、土壤有机质和土壤养分而间接提高土壤固碳微生物数量（图3）。不同草地类型，form IAB及IC类固碳微生物群落结构差异显著；两个固碳微生物类群的群落结构均由年均降水量及干旱度指数驱动（图4）。

该研究量化了青藏高原草地土壤微生物的固碳潜力，阐明了气候因子是驱动土壤固碳微生物数量、群落结构和固碳潜力的主控因子，从土壤碳循环过程和功能微生物类群角度证实了青藏高原草地冷漠生态系统对气候变化敏感。此外，由于遥感技术目前不能捕捉土壤微生物固碳信号，故植被遥感会低估全球干旱半干旱生态系统土壤固碳潜力。因此，目前基于植被遥感技术测算的全球陆地碳储量可能会被低估，从而加大地球系统模型评估土壤碳循环过程的不确定性和偏差。

该研究成果最近以Desert and steppe soils exhibit lower autotrophic microbial abundance but higher atmospheric CO2 fixation capacity than meadow soils 为题发表于Soil Biology and Biochemistry。该研究得到中科院先导专项、中科院地球科学前沿重点项目和国家自然科学基金委多个项目联合资助。

文章链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071718303456

图1 青藏高原草地土壤中cbbL基因丰度（A）和土壤13CO2固定速率（B）

图2 青藏高原草地土壤固碳微生物数量（以cbbL基因表示）与环境因子的相关性。

图3 气候、植物和土壤因子对青藏高原草地土壤微生物数量的直接及间接影响。

图4 青藏高原草地土壤固碳微生物群落结构及其驱动因子。A：Form IAB类固碳微生物，B：form IC类固碳微生物。

成都生物所在磷添加、干旱对不同树种土壤线虫群落影响效应研究中获进展

土壤生物多样性和组成在维持生态系统功能中起着重要作用，对土壤养分过程产生巨大的影响。在全球气候变暖的背景下，干旱胁迫对土壤生物维持正常的生态系统结构和功能与植物获取可利用养分构成严重威胁。土壤中的磷是限制生态系统生产力的重要因子，有效磷的改变可以通过改变土壤碳氮和其他养分循环不可避免地影响土壤生物如土壤线虫。尽管磷和土壤线虫对维持生态系统生产力和稳定性十分重要，但很少有人研究磷、干旱和树种特性协同影响土壤线虫对干旱环境的响应过程。因此，有必要研究土壤线虫如何应对生态系统结构和过程受全球气候变化带来的影响。

中国科学院成都生物研究所生态过程与生物多样性保育学科团组来自尼日尼亚的博士研究生Olusanya Abiodun Olatunji在博士生导师潘开文的指导下，研究了磷添加、水分亏缺、种植固氮树种桤木、非固氮树种巨桉对土壤线虫群落结构和相关化学过程的影响。研究表明，磷添加与水分亏缺处理的交互作用对土壤线虫群落无显著影响，但在适宜水分处理下，磷添加对种植固氮树种的土壤线虫总密度显著降低（p<0.05）。同时，种植固氮树种的土壤食细菌、植物寄生、杂食性线虫和土壤线虫富集指数均显著高于种植非固氮树种。此外，土壤线虫的密度和群落组成受植物类型的影响大于磷添加及其与水分亏缺处理的交互作用。总的来说，虽然干旱对土壤线虫的总密度、优势种密度和营养类群数量有不利影响，但这项研究表明，在干旱条件下，线虫群落受林木种类的影响更大，固氮树种仍能维持土壤食物网结构，而不受环境变化的影响。

该研究得到国家重点研发计划（2016YFC0502101，2017YFC0505000）、国家自然科学基金（31370632，31500517）等的资助。近日以The effect of phosphorus addition, soil moisture, and plant type on soil nematode abundance and community composition 为题发表在国际期刊Journal of Soils and Sediments上。

论文链接

https://link.springer.com/article/10.1007/s11368-018-2146-5

南京土壤所在水稻土淹水和排干过程中pH值变化预测方面取得进展

水稻土在淹水还原条件下pH值会趋向于中性，而在排干过程中会呈现相反的趋势。土壤酸度的精确测量和表征是研究有机质分解、元素迁移转化、微生物活动等生物地球化学过程的重要基础。土壤样品风干过程中会改变钙、镁、铝、磷酸根等的离子活度以及与有机质密切相关的质子数量，因此传统上实验室测定的土壤风干样品pH值并不能反映田间真实情况，而土壤原位pH值的动态监测费时费力。如果能够用风干样品的理化性质预测水稻土淹水和排干过程中原位pH值的变化将能够较好地解决这个问题。

中国科学院南京土壤研究所研究员王兴祥课题组发现利用土壤风干样品的pH、有机质、阳离子交换量以及淹水或排干时间可以很好地预测水稻土淹水或排干过程中的原位pH值，建立的预测模型如下所示：

研究人员进一步收集文献数据验证了预测模型的可靠性。这对于水稻土淹水排干过程中养分和重金属元素有效性的预测，指导我国南方重金属超标稻田水分管理等方面具有重要意义。相关成果最近发表在Geoderma (2019, 337: 511-513)上。

以上研究得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、国家重点研发计划和南京土壤所一三五领域前沿项目的资助。

文章链接 

 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706118312333

全国20个水稻土淹水排干过程中的pH值变化 

水稻土淹水排干过程中pH实测值与预测值比较 

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