国内土壤科研进展（2019年第5期）|研究

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沈阳生态所揭示氮素驱动下土壤病毒与细菌的响应和互作过程；植物所揭示氮富集下植物功能性状对高寒草地生产力的调控机制；中国农科院资源所发现有机肥替代化肥可协调作物产量和环境效应。

来源：根据中国科学院网站、中国农业科学院网站近期相关报道整理

沈阳生态所揭示氮素驱动下土壤病毒与细菌的响应和互作过程

土壤细菌是陆地生态过程的重要驱动者，而土壤病毒则是细菌多样性与活性的关键调控推手。土壤病毒能够识别和响应环境因子变动，并特异性裂解某些细菌功能群，以平衡土壤物质循环，土壤中大约30%-50%的细菌死亡事件与病毒裂解有关。然而，受限于土壤的异质性，土壤中病毒与细菌的互作方式一直是土壤生态学的研究黑箱。土壤病毒如何响应氮素变化、调控细菌微生态系统以驱动氮素循环，更是研究盲点。由于旱田土壤对病毒移动性的限制（由异质性导致）在水田中极其微弱，水田土壤是研究病毒与细菌互作的优良模型。

中国科学院沈阳应用生态研究所环境微生物组基于沈阳生态站长期控制施肥稻田耕作试验平台，采用落射荧光病毒计数，扩增子测序，RAPD-毛细管电泳图谱，气相色谱等方法，对稻田农艺措施（干湿交替，尿素施用）诱发的土壤病毒-细菌互作过程，及其对稻田土壤氮素的调控模式进行了观测和研究。

结果显示，土壤病毒能够快速响应土壤氮素丰度的改变，并实时地特异性裂解固氮细菌以封闭土壤从大气中摄取氮素的微生物过程。同时，甲烷产生菌成为此次下行调控中的最大受益者，其种群丰度及活性被显著提升。同时，该研究观测到土壤病毒在尿素施入初期并未选择杀死过剩的细菌，而是更多地搭乘细菌以维持更大的生物量，为随后剧烈的下行调控做准备。这种韬光养晦的“Piggy-Back-Winner”策略以往仅见于海洋病毒群落，该研究首次在土壤微生态系统中观测并报道了上述病毒-细菌互作模式。

相关成果以Dynamics of Bacterial and Viral Communities in Paddy Soil with Irrigation and Urea Application 为题发表在病毒学期刊Viruses上（Doi: 10.3390/v11040347）。沈阳生态所博士生李玉婷为第一作者，研究员徐慧为通讯作者。

文章链接 

https://www.mdpi.com/1999-4915/11/4/347

图片说明：a: 土壤病毒多样性RAPD毛细管电泳图谱及聚类分析，b: 氮素驱动下土壤病毒特异性裂解物种丰度及时空动力学特征，c:氮素驱动下的稻田土壤病毒/细菌多样性，d: 氮素驱动下土壤噬菌体/细菌群落分布特征，e: 氮素驱动下土壤噬菌体与细菌的交互模式和互作模型

植物所揭示氮富集下植物功能性状对高寒草地生产力的调控机制

 氮素是植物生长的重要限制因素，其变化会对生态系统结构和功能产生重要影响。一般认为，草地生态系统中的氮富集会提高其生产力。但近年来的研究却显示氮富集引起的磷限制、多样性降低和群落组成改变，可能会抵消氮输入对生产力的促进效应。因此，阐明氮富集对草地生态系统生产力的影响机制成为当前全球变化生态学领域的焦点话题。作为连接全球变化与生态系统功能之间的桥梁，植物功能性状为解析草地生态系统生产力对氮富集的响应机制提供了可能途径。然而，目前仍缺乏氮富集背景下植物功能性状调控草地生产力的实验证据。

中国科学院植物研究所杨元合研究组依托在青藏高原高寒草原建立的长期氮添加实验平台，揭示了氮富集下植物功能性状与生态系统生产力以及水分、光照和磷元素等资源的利用效率之间的关联。研究人员发现，随着施氮量的增加，叶片磷含量功能多样性降低，使得光、磷利用效率持续降低；同时，优势物种叶面积增大引起的群落光拦截增加的正效应，以及叶片磷含量功能多样性下降的负效应，共同导致生产力和水分利用效率沿氮梯度呈先上升后下降的趋势。

这是该团队在前期发现植物氮磷化学计量比能够调控生态系统碳通量对氮输入响应的基础上，针对氮富集下植物形态性状及性状功能多样性调控高寒草地生产力相关机制的进一步研究工作。研究结果为理解大气氮沉降背景下草地生态系统生产力的动态变化提供了新视角，也为退化草地生态系统的可持续管理提供了启示。

该研究结果近日在线发表于国际学术期刊Journal of Ecology。杨元合研究组博士研究生张典业为论文第一作者，杨元合为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中科院前沿科学重点研究计划等的资助。

文章链接

https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1365-2745.13184

氮添加梯度实验揭示植物功能性状调控高寒草地生产力的机制 

中国农科院资源所发现有机肥替代化肥可协调作物产量和环境效应

文/王立刚 查静

近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所碳氮循环与面源污染团队基于局部生命周期理论研究了不同处理方式有机肥替代化肥模式，及其对蔬菜生态系统产量、氧化亚氮与氨气的影响，提出合理的种养结合模式可以实现粪便资源化利用、提高蔬菜产量与减少环境负荷的多目标平衡。研究结果为实现化肥减施目标、有机肥替代化肥行动提供了科学依据，也为农业绿色发展提供了决策参考。相关研究成果在线发表在《环境科学（Science of the Total Environment）》上。

蔬菜生产系统是氧化亚氮排放与氨气挥发的重要途径，如何减缓其含氮气体排放是目前研究热点之一。从理论上来讲，有机肥替代化肥不仅能够促进畜禽粪便的资源化利用，还可以提高土壤肥力、减少含氮气体排放。然而，已有的研究结果显示，有机肥替代化肥对氧化亚氮排放与氨气挥发的表现不一致、不确定性大。针对这一问题，该研究提出造成这种差异的原因在于以往的研究，只关注了有机肥替代化肥施入农田后对氧化亚氮排放和氨气挥发的影响，而忽略了有机肥生产过程的前期环节。

该研究基于局部生命周期理论，探讨了不同有机肥处理过程与施入农田后这两个阶段的氧化亚氮排放与氨气挥发情况以及对蔬菜产量的影响。研究发现，添加生物质炭猪粪固体堆置的有机肥还田后，可以整体减少含氮气体排放7.6%、改善蔬菜氮吸收效率54.1%，并提高蔬菜产量7.3%；而其他措施并未改善甚至增加了含氮气体排放以及降低了蔬菜产量。

该研究得到“十三五”国家重点研发计划和中国农科院科技创新工程的资助。

原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969719311799?dgcid=author#!

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