近期4则土壤科研进展|研究

导  读

近期4则土壤科研进展。

来源：根据中国科学院、中国科学院南京土壤研究所网站近期相关报道整理。

南京土壤所研究揭示气候变化将导致土壤微生物多样性升高

自1979年第一次世界气候大会以来，科学家们一直致力于从过去气温和降水的变化，动物和植物的消失和演替中寻找证据，以预测气候变化所带来的影响。微生物是养分元素循环的“转换器”、环境污染的“净化器”、陆地生态系统稳定的“调节器”，时刻影响着人类的生存、生活与发展。气候变化也必将影响我们脚下的息息相关的微生物。

青藏高原是世界上海拔最高、面积最大、最年轻的高原生态系统。近几十年来，青藏高原冰川消退速度加快，冻土不断消融，动植物多样性丢失，已成为全球气候变化的敏感区。在这种气候变化背景下，青藏高原土壤中微生物将如何响应，是否可以预测未来微生物多样性的变化？为了回答这个科学问题，南京土壤研究所褚海燕课题组时玉博士与北京大学科研队伍踏上青藏高原这片雪域高原，进行了为期两个月样品收集，并对土壤微生物进行了高通量测序。该课题组与加州大学、芝加哥大学以及科罗拉多大学合作，利用种群分布模型预测了气候变化背景下青藏高原土壤微生物多样性变化趋势。研究发现，过去的气候（50年前）能更好地预测现在的土壤微生物多样性；进一步利用现在的气候预测未来的微生物多样性，发现青藏高原大多数地区在未来几十年后土壤微生物多样性将呈现增加趋势。为了验证预测的可靠性和普适性，研究者同时预测了北美洲未来土壤微生物多样性的变化，发现相似的变化趋势。

该研究在国际上首次在大的空间尺度上预测未来土壤微生物多样性的变化。研究结果表明，气候变化对地下微生物的影响不仅在当代而且在未来，进而对陆地生态系统功能演变也将产生深远的影响。文章发表的同时，美国微生物学会在其主页进行了的新闻发布（新闻链接https://www.asm.org/index.php/newsroom/item/7547-researchers-connect-the-current-mix-of-soil-bacteria-to-climate-conditions-from-50-years-ago）。

该研究成果发表mSystems上

文章链接

https://msystems.asm.org/content/3/5/e00167-18

青藏高原土壤微生物预测因子及预测年份能力计算

青藏高原与北美土壤微生物多样性预测图

南京土壤所揭示木本植物系统发育特性对森林土壤真菌群落分布的影响

天然林土壤是真菌多样性的沃土和热区，包括了种类繁多的功能类群。这些功能类群对森林的养分循环、林木健康和生态系统稳定有重要作用。木本植物是森林的主体，不间断地将光合碳源转移至邻近土壤（以下简称根基土），并与土壤微生物间维系着紧密的联系。近期研究发现森林树木-真菌关系中存在极强的系统发育信号，然而，树木系统发育特性是否在较大的空间尺度仍然显著影响土壤真菌的分布尚无报道。

南京土壤研究所褚海燕课题组于2015-2016年的植物生长季分别采集了长白山，东灵山，神农架，天目山和古田山的树木根基土（共343份，包括58个木本植物种类），利用高通量测序和系统发育向量法，解析了树木种属的系统发育关系、非生物因素的环境选择和地理空间的阻隔对森林根基土土壤真菌空间分布的相对贡献。结果表明：随着植物系统发育距离的增加，相应的根基土中总体真菌和主要功能类群（包括腐生真菌、外生菌根真菌和植物病原真菌）的群落差异性均显著增加；植物系统发育向量、非生物的环境因素（包括土壤属性和气候因子）和空间距离分别解释了11.4%，24.1%和7.2%的土壤真菌群落的变化；活体营养型的外生菌根真菌和植物病原真菌群落受木本植物系统发育的影响显著大于营自由生活的土壤腐生菌群落。该研究首次在较大的空间尺度下（> 2000 km）定量揭示了植物系统发育特性对土壤真菌生物空间分布的显著影响，并指出该影响存在功能类群依耐性。以上发现为认识森林土壤真菌和木本植物间的进化规律提供全新视角，对理解我国片段化分布的山地森林生态系统的物种共存和多样性维持也有助益。

该研究成果发表在The ISME journal上。

文章链接

https://www.nature.com/articles/s41396-018-0303-x

中国东部5座山地森林采样图

土壤真菌群落差异性和木本植物间系统发育距离的正相关关系。包括总体真菌、腐生真菌、植物病原真菌和外生菌根真菌。

成都山地所在耕作侵蚀领域取得新进展

坡耕地是我国重要的土地资源，农业活动过程中产生的耕作侵蚀已被认为是导致山区、丘陵坡耕地土壤景观演变、土壤退化和作物产量不稳定等的重要因素。近年来研究发现土壤景观条件、耕作工具、耕作模式等是造成坡耕地土壤位移和耕作侵蚀的重要影响因素，而关于耕作工具与耕作对象之间的作用及其对坡面土壤运动的作用机制研究还鲜有报道。中国科学院成都山地灾害与环境研究所研究员张建辉团队以我国西南地区一种主要的耕作工具——宽刃锄为例，利用磁性示踪法进行了田间耕作模拟实验，研究了锄耕条件下不同土壤-耕具接触面积对坡面土壤位移的影响机制。

研究认为，在耕作工具宽度保持一致的前提下，作为构成接触面积要素之一的耕作深度，能够成为替代耕作过程中的土壤-耕具接触面积指标研究土壤运动特征。结果表明，随耕作深度的增大，平均土壤移动距离呈线性增加趋势，而且在陡坡且深耕的情况下，这种关系变得更为显著。研究也发现，土壤位移速率随耕作深度增大呈现二次函数增加的趋势，与坡度仅表现为线性关系，表明耕作深度对耕作位移速率的影响较坡度影响更大。通过类比，研究认为构成土壤-耕具接触面积的另一个要素，即耕作工具的宽度，也是影响坡耕地土壤位移和土壤侵蚀的重要因素。因此，土壤移动距离、土壤位移速率均直接受制于土壤-耕具接触面。

在实验结果的基础上，结合对团队早先的研究工作和国外相关研究结果的分析，建立了耕作传输系数和土壤-耕具接触面积之间的关系模型。基于诸多土壤景观条件所构建的两者之间关系具有较好的代表性和适应性，为不同形状耕具在坡耕地进行不同深度耕作下的耕作侵蚀速率预测提供了可能和参考。在土壤保持层面，该研究结果为迅速实现有效的耕作侵蚀控制策略提供了理论支撑。

该研究得到国家自然科学基金（41571267）、国家重点基础研究发展计划（“973”）项目（2015CB452704）和成都山地所“一三五”项目（SDS-135-1702）的资助。该研究成果发表于国际学术期刊Soil and Tillage Research。

论文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167198718304471

不同耕作位移参数和耕作深度的关系：a)位移距离系数；b)耕作传输系数 

耕作位移与耕作深度、坡度的关系：a)顺坡位移距离；b)耕作位移速率

耕作传输系数和土壤——耕具接触面积的关系

南京大学研究为我国北方生态环境修复和建设提供科学依据

来源：本文由南京大学徐志伟老师提供

近日，南京大学科研团队联合国内外学者在国际土壤科学与政策学术期刊上发表封面论文，阐述我国北方荒漠化地区生态环境演变趋向，为“建设美丽中国”提供科学依据。

植被退化和土地荒漠化是影响人类生存和发展的重要生态环境问题。中国是荒漠化严重的国家之一，荒漠化土地面积占国土面积约四分之一。尤其是我国北方地区分布有大面积的沙漠和沙地，这些地区的生态环境对气候变化和人类活动响应敏感。理解沙漠化或沙漠化逆转的过程与机制可为防沙治沙政策制定、国土空间治理等提供科学依据。南京大学科研团队在我国北方的典型半干旱沙地毛乌素沙地开展了长期工作，对该地区的风沙活动指数、植被指数、气候和社会经济等多种数据资料进行了综合分析和深入思考。他们发现近三十年来毛乌素沙地的生态环境正在恢复，沙丘趋向固定，植被盖度增加，国土绿化显著。这一沙漠化逆转过程与近期的气候变化，尤其是风力减弱和年际降水变化等密切相关。近年来广泛实施的国家重大生态修复工程，包括沙漠化防治、退耕还林（草）、三北防护林体系建设以及禁牧休牧等措施，对我国北方地区的生态环境修复和国土绿化有重要作用。未来，我国北方趋好的气候条件可能为生态环境的改善和国土绿化提供重要的窗口期。

图1：研究区自上世纪80年代以来地表植被与沙漠化变化趋势

图2：研究区广泛出现与植被增多有关的抛物线型沙丘（当期封面照片）

这项研究发表在学术期刊《Land Degradation & Development（土地退化与开发）》上。这是国际著名出版集团Wiley旗下的出版物，为地球系统科学与环境领域的科技工作者提供了交流平台，是土壤科学、环境科学和农林科学领域的1区Top期刊。

论文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ldr.2910

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