华中农业大学在全球土壤地衣型真菌多样性与生态分布研究方面取得进展等7则进展（国内土壤科研进展2021年第12期）

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华中农业大学在全球土壤地衣型真菌多样性与生态分布研究方面取得进展等7则进展。

来源：根据华中农业大学、中国科学院、中国科学院沈阳生态所、南京农业大学资环学院等单位网站近期相关报道及作者投稿整理。

华中农业大学在全球土壤地衣型真菌多样性与生态分布研究方面取得进展

核心提示：近日，华中农业大学资源与环境学院土壤微生物生态与环境健康课题组在建立全球土壤地衣型真菌的空间分布格局方面的研究取得新进展，并提出了相应的驱动机制，研究结果对全球地衣型真菌的分布特征及生态功能提供了理论基础。

南湖新闻网讯（通讯员 曾晓敏）近日，我校资源与环境学院土壤微生物生态与环境健康课题组在建立全球土壤地衣型真菌的空间分布格局研究方面取得新进展，并提出了相应的驱动机制。相关研究成果发表在生态学领域国际期刊New Phytologist上。

地衣是一类真菌与绿藻或蓝藻的共生体，能促进岩石风化成土壤，在维持全球陆地生态系统功能（如养分循环、水文、气候调节等）方面发挥着重要作用。地衣型真菌占全球真菌总量的20％，且广泛分布于世界各地。虽然对局部地区地衣型真菌的特征和生态功能已有初步认知，但其全球分布模式与驱动机制仍未有相关研究报道。

我校资源与环境学院土壤微生物生态与环境健康团队同澳大利亚和西班牙相关科研人员展开合作，对全球范围内涵盖从沙漠到热带雨林9种典型生态系统类型的235个陆地生态系统进行实地调查采样，通过ITS扩增子测序和FunGuild数据库预测了880种地衣型真菌系统型。依据全球气候和土壤等环境数据，科研人员通过Cubist模型预测了全球地衣型真菌的多样性及主要类群的分布模式。研究发现，干旱指数、植被覆盖度和土壤pH是影响地衣型真菌分布的最重要因素。这些结果表明地衣型真菌具有明显的环境偏好性。该研究首次绘制出了全球地衣型真菌多样性和主要类群的复杂图景，研究结果对全球地衣型真菌的分布特征及生态功能提供了理论基础。

全球土壤地衣型真菌的空间分布（a,地衣型真菌的多样性；b,Verrucaria的相对丰度；c,Endocarpon的相对丰度）

资源与环境学院刘玉荣教授为论文第一作者和通讯作者，澳大利亚新南威尔士大学David J. Eldridge教授、西悉尼大学Brajesh K. Singh教授和Juntao Wang、西班牙巴布罗德奥拉维戴大学Manuel Delgado-Baquerizo教授、华中农业大学博士生曾晓敏也参与了该项研究。本研究获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划和湖北省杰出青年自然科学基金等项目的资助。

审核人：刘玉荣

【英文摘要】

Lichens play crucial roles in sustaining the functioning of terrestrial ecosystems; however, the diversity and ecological factors associated with lichenized soil fungi remain poorly understood.To address this knowledge gap, we used a global field survey including information on fungal sequences of topsoils from 235 terrestrial ecosystems.We identified 880 lichenized fungal phylotypes across nine biomes ranging from deserts to tropical forests. The diversity and proportion of lichenized soil fungi peaked in shrublands and dry grasslands. Aridity index, plant cover and soil pH were the most important factors associated with the distribution of lichenized soil fungi. Further, we identified Endocarpon, Verrucaria and Rinodina as some of the most dominant lichenized genera across the globe, and they had similar environmental preferences to the lichenized fungal community. In addition, precipitation seasonality and mean diurnal temperature range were also important in predicting the proportion of these dominant genera. Using this information, we were able to create the first global maps of the richness and the proportion of dominant genera of lichenized fungi.This work provides new insight into the global distribution and ecological preferences of lichenized soil fungi, and supports their dominance in drylands across the globe.

相关论文链接

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.17433

沈阳生态所在作物氮利用效率量化方法方面取得进展

 作物氮利用效率（NUE，Nitrogen Use Efficiency）是指肥料中氮元素被作物吸收利用的比例，是评价农田氮投入资源利用效率和环境影响一个重要指标，被科研人员、政府决策者、肥料企业和农户等广泛使用。然而，NUE虽然定义简单，但却并不容易直接量化。不同的人员往往根据自身不同需要和便利条件采用不同的量化方法，得到的结果差异较大。例如，我国粮食作物NUE平均水平被普遍认为在30%左右，而最近的研究显示NUE却达60%以上。不同量化方法间的差异导致不同研究间缺乏可比性，不利于农田氮循环的理解、田间氮肥的管理和政府决策的制定。

 为了解决这一问题，中国科学院沈阳应用生态研究所稳定同位素生态学研究团队与美国马里兰大学环境科学研究中心阿巴拉契亚实验室合作，系统梳理了三种常用的NUE量化方法的科学内涵、差异原因和潜在联系（图1，2）。首先，该研究给出了差减法（NUEdiff）、15N同位素示踪法（简称示踪法，NUE15N）和生态系统氮收支平衡法（简称平衡法，NUEbala）三种量化方法的概念、内在假设和应用尺度。差减法根据施氮和不施氮两个处理的作物氮吸收量差异来量化作物氮利用效率，计算公式为：NUEdiff = (施氮处理作物氮吸收量 - 不施氮处理作物氮吸收量) / 肥料氮投入量 × 100%。示踪法根据15N标记氮在作物收获部分的回收比例来量化作物氮利用效率，计算公式为：NUE15N = (作物氮吸收量 × 作物吸收来自标记氮的比例) / 肥料氮投入量 × 100%。平衡法是指作物氮吸收量占总氮投入量的比例，计算公式为：NUEbala = 作物氮吸收量 / 总氮投入量 × 100%。该研究进一步指出导致三种NUE量化结果差异的原因：一是对氮投入的定义不同，其中差减法和示踪法仅针对肥料氮投入，平衡法针对所有氮投入，包括来自大气沉降的氮输入；二是对氮投入“土壤残留效应”（即残留在土壤的肥料氮对后季作物氮吸收的贡献）的涵盖范围不同，差减法和示踪法不涉及或较少涉及土壤残留效应，而平衡法则主要涉及了土壤残留效应。之后，该研究以全国尺度的农户调研数据和田间试验数据为依托，采用差减法、示踪法和平衡法量化了我国粮食作物的氮利用效率，结果分别为32%、30%和52%，并以此为例演示了三种方法之间的差异和联系（图2）。最后，该研究总结了不同NUE量化方法的优缺点，建议相关人员根据不同需要和目的选用恰当的量化方法，在比较时需采用统一标准以增加可比性。 

2021年4月21日，该研究以“Different quantification approaches for nitrogen use efficiency lead to divergent estimates with varying advantages”为题发表在Nature Food上。沈阳生态所助理研究员全智为该文第一作者，马里兰大学Zhang Xin助理教授和沈阳生态所方运霆研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金的资助。

图1. 三种作物氮利用效率量化方法概念。FN和NFN分别指肥料氮投入和非肥料氮投入；HNT和HNC分别指施氮处理和不施氮处理的作物收获氮；Ndff和%Ndff分别指施氮处理作物氮吸收来自肥料的量和比例（通常指当季）。

图2. 以我国粮食作物为例演示三种作物氮利用效率量化方法间的差异和联系。图中括号内数字为中国粮食作物系统的平均值。其中，肥料氮投入量（FN，208 kg N ha-1 season-1）、其他氮投入量（NFN，59 kg N ha-1 season-1）以及作物氮收获量（HNT，138 kg N ha-1 season-1）来自全国尺度的调查数据；而作物氮吸收中来自当季氮肥的比例（%Ndff，63/138 = 46%）和不施氮对照作物氮吸收量占施氮处理的比例（HNC/HNT，71/138 = 51%）则来自全国尺度的田间试验数据。经计算，中国粮食作物系统的NUEdiff，NUE15N，NUEbala分别为30%，32%和52%。

南京农大土壤微生物与有机肥团队揭示了玉米种栖微生物垂直传递参与根际微生物组装配的功能补偿机制

根际微生物组对植物生长和健康具有重要作用，其装配同时受到土壤微生物水平传递和种栖微生物垂直传递的影响。目前根际微生物组结构和功能装配的研究主要集中在水平传递途径，然而垂直传递的种栖微生物对子代作物根际微生物组结构和功能装配的影响尚不清楚。

近日，土壤微生物与有机肥团队张瑞福教授课题组通过研究玉米种栖微生物在不同土壤养分条件下对子代作物根际微生物组结构和功能装配的影响，明确了玉米种栖细菌能响应土壤养分水平进行根际功能补偿装配的特征。结果表明在养分含量较高的土壤中，种栖微生物对根际微生物装配的影响较小；而在养分缺乏的土壤中，种栖微生物对根际微生物组装的影响显著提高。其中，在缺乏有效磷的红壤中，种栖唐菖蒲伯克氏菌能在玉米根际补偿定殖。基因组分析发现，唐菖蒲伯克氏菌基因组中存在三个编码胞外酸性磷酸酶的基因，结合定量PCR验证证明该胞外磷酸酶基因丰度与种栖唐菖蒲伯克氏菌在根际的补偿定殖强度吻合，研究结果证明玉米能感受土壤低有效磷水平，促进能合成胞外酸性磷酸酶的种栖唐菖蒲伯克氏菌在根际补偿定殖，增强根际溶磷能力，提高其根际磷素有效性。该研究揭示了种栖有益微生物通过垂直传递参与根际微生物组结构和功能装配的新途径，成果以“Rhizosphere microbiome assembly involves seed-borne bacteria in compensatory phosphate solubilization”为题发表在土壤学主流期刊《Soil Biology & Biochemistry》上。

张瑞福教授课题组师资博士后邵佳慧和青年教师缪有志为论文共同第一作者，荀卫兵副教授为论文通讯作者。课题组近年来在土壤及植物微生物组的装配机制方面取得一系列成果，相关工作在Nature Communications, Microbiome, Soil Biology & Biochemistry, Environmental Microbiology等国际期刊发表。该研究得到国家自然科学基金面上项目和中国科协青年人才托举工程等项目的资助。

全文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071721001462

稻田N2O排放对水热变化的响应及微生物驱动机制研究获进展

稻田是重要的农业土地利用方式，也是人工N2O的重要排放源。N2O排放主要由微生物调控，未来以气候变暖和降雨格局改变为标志的全球气候变化势必影响微生物活动，从而影响N2O的排放。研究不同水热条件下N2O排放相关微生物的响应机制，有助于深入理解稻田氮素转化机制，减少稻田N2O排放量。 

中国科学院亚热带农业生态研究所桃源农业生态试验站以水稻土为材料，设置不同水分和温度条件，采用同位素标记法，结合土壤微生物分子学技术，研究了水热条件改变对稻田土壤N2O排放速率、硝化及反硝化微生物群落的影响。结果表明，在25% WFPS至125% WFPS水分条件范围内，5℃至35℃温度变化范围内，N2O排放速率随土壤水分或温度增加而增加，且N2O的排放均主要来自于反硝化作用。而水分和温度变化条件下，N2O排放的微生物驱动机制不同。土壤水分含量增加主要影响含nirK和nosZ基因微生物的群落结构，刺激部分小丰度微生物的生长，包括含nirK基因的Bradyrhizobium，以及含nosZ基因的Tardiphaga，从而调控N2O的排放。而增温对含nirK或nirS基因的反硝化微生物的群落结构影响不同，温度主要通过影响nirS型反硝化微生物群落结构而调控N2O排放，且Rhodanobacter和Cupriavidus为驱动N2O排放关键物种。同时，温度变化可显著改变含nosZ基因的反硝化微生物的群落结构，从而影响N2O的还原，其中Azoarcus和Azospirillum对N2O的还原尤为重要。 

近日，相关研究成果以A few key nirK- and nosZ-denitrifier taxa play a dominant role in moisture-enhanced N2O emissions in acidic paddy soil和Warming shapes nirS- and nosZ-type denitrifier communities and stimulates N2O emission in acidic paddy soil为题，分别发表在Geoderma和Applied and Environmental Microbiology上。研究工作得到国家自然科学基金的资助。 

论文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016706120326720

https://aem.asm.org/content/early/2021/04/05/AEM.02965-20

　　不同水分条件下N2O排放速率（左）及N2O排放的结构方程模型（右） 

　　不同温度条件下N2O排放速率（左）及N2O排放的方差分解图（右） 

东北地理所在好氧堆肥中重金属的钝化机制与调控研究中获进展

农业废弃物的合理利用是美丽乡村建设和循环农业发展的关键所在。目前，好氧堆肥是最常用的农业废弃物资源化技术之一。规模化养殖中重金属添加剂的大量使用已成为限制堆肥产品资源化利用的重要问题。堆肥过程中微生物快速分解有机质，堆肥物料发生剧烈的物理、化学和生物变化，重金属的形态将发生怎样的变化？探明堆肥过程中重金属形态变化及关键影响机制，形成有效降低重金属生物可利用性及潜在风险的堆肥技术体系，成为促进畜禽废弃物循环利用的关键所在。

中国科学院东北地理与农业生态研究所水环境污染与防治学科组以畜禽粪便好氧堆肥过程中重金属为研究对象，分析堆肥过程中重金属的形态变化关键影响机制。研究结果表明，在不同堆肥工艺条件下（不同碳氮比和不同物料配比），有机质是影响重金属形态再分配的关键影响因子；为强化重金属的钝化效果，筛选了物理化学型钝化剂（生物炭和沸石）和营养型钝化剂（硼泥和磷矿粉），均可提高重金属的钝化效率（2%-40%），其中，钝化效果对不同的金属作用不一：Cu>Cd>Pb>Zn>Cr。生物炭改变高温期微生物群落，直接或间接地影响重金属的生物可利用性（图1A）；磷矿粉通过增加可溶性磷浓度，进而改变堆肥高温期菌群结构，促进堆肥的腐殖化过程而改变重金属的生物可利用性（图1B）；不同粒径的外源添加剂可通过增加吸附比表面积和改善堆体孔隙结构，影响堆肥重金属的钝化效果；大颗粒的添加剂通过改善堆体孔隙结构，促进腐殖质的生成而强化了重金属的钝化效率，这也表明堆肥中外源添加剂的作用主要依靠有机质对重金属的结合固定而非表面吸附沉淀的作用（图2）。

该系列研究从堆肥进程中微生物群落结构演替、物质分解转化、重金属吸附共沉淀固定等角度，识别了不同外源添加剂对重金属的形态变化的关键影响因子，为深度揭示堆肥进程中重金属钝化机制提供了理论依据，为堆肥及土壤修复中重金属的调控指明了方向。

以上研究由东北地理所博士生崔虎、研究员王莉霞、副研究员欧洋、研究员阎百兴等共同完成。相关研究成果先后发表在Journal of Hazardous Materials、Journal of Environment Management、Waste Management、Journal of Integrative Agriculture、Bioresource Technology上。研究工作得到国家重点研发计划、中科院战略性先导科技专项的支持。

图1.外源添加剂对堆肥微生物群落结构影响（A.生物炭添加；B.磷矿粉添加）

图2.堆肥过程中重金属生物有效性的主控因子

研究发现氮富集促进陆地生态系统土壤有机碳固存新机制

大气氮（N）沉降显著影响陆地生态系统土壤有机碳动态。土壤团聚体在土壤结构稳定和土壤有机碳碳固持中起重要作用。尽管对N素富集影响植物非根际土壤碳动态变化的研究较多，但土壤团聚体对N素富集的响应及其对有机碳固存的潜在机制尚不清楚。 

中国科学院华南植物园生态中心博士侯恩庆在研究员旷远文的指导下，联合南京大学科研人员，分析了中国陆地生态系统76个N添加实验数据，评估了N富集对土壤团聚体及其碳固存的影响。研究表明，N素富集显著增大了土壤颗粒的平均重量直径（+10%），提高了大团聚体比例（+6%），但降低了黏粉粒比例（-9%）。在研究的生态系统中，大团聚体碳含量对N素富集响应（+15%）均大于非根际土壤碳含量（+5%），但微团聚体和黏粉粒碳含量对N富集的响应不显著，且N富集对土壤团聚体效应值大小因生态系统类型和施肥策略而异。此外，N富集导致的土壤pH值持续下降与土壤团聚体碳含量密切相关。N素富集通过提高大团聚体碳含量、酸化土壤和抑制微生物对土壤有机质分解途径促进颗粒有机碳的积累。研究推论，大气N沉降可促进中国陆地生态系统土壤团聚体的形成及其固碳效应。 

该研究从土壤团聚体的角度提出大气N沉降增加背景下我国陆地生态系统土壤有机碳积累的新机制，可为深入研究大气N沉降对陆地生态系统碳循环的影响机制提供参考。 

相关研究成果发表在Global change biology上。研究工作得到国家自然科学基金、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）核心团队项目和国家重点研发项目的支持。

论文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.15604

图1.氮富集对土壤团聚体及其有机碳含量的影响 

图2.概念模型：土壤团聚体及其碳固存对氮富集的潜在响应机制 

脱硫石膏添加显著改善我国盐碱土土壤质量

导读

·通过整合分析方法量化评估脱硫石膏添加对我国盐碱土土壤质量的影响；

·脱硫石膏添加显著降低盐碱土pH和盐分，并提高作物产量和出苗率；

·脱硫石膏添加对作物产量的促进作用是由于土壤盐分胁迫的降低。 

文章信息

原名：Application of flue gas desulfurization gypsum improves multiple functions of saline-sodic soils across China

译名：脱硫石膏添加显著改善我国盐碱土土壤质量

期刊：Chemosphere

2019年影响因子：5.778

5年影响因子：5.705

在线发表时间：2021.03.21

第一作者：王玉刚  [e-mail]

通讯作者：冯文婷  [e-mail]

第一单位：中国科学院新疆生态与地理研究所/荒漠与绿洲生态国家重点实验室

文章亮点

•量化评估了脱硫石膏添加对我国盐碱土土壤质量的综合影响。

•脱硫石膏添加通过降低土壤盐碱胁迫、改善土壤容重和有机质含量以及微生物群落来提高作物产量。

•可通过改变脱硫石膏添加的管理措施来增加对盐碱土土壤质量的改善程度，提高作物产量。

•建议未来同时研究脱硫石膏添加后，与土壤物理结构、化学性质和微生物群落及植物相关功能的动态变化，有助于深入认识脱硫石膏添加改善盐碱土生态系统服务功能的主要机理和过程。

文章摘要

01 研究背景

土壤盐渍化是影响干旱和半干旱区土壤质量的主要障碍因素。我国盐碱土面积为9.91×107公顷，约占全国可耕地面积的25%。盐碱土改良对提高土地生产力、缓解人口增长压力与可耕种土地面积的矛盾、促进区域经济发展具有现实意义。脱硫石膏（主要成分是CaSO4·2H2O）因具有经济、改良效果显著等优点被广泛用于盐碱土改良。然而，受气候、土壤性质及管理措施的影响，目前关于脱硫石膏添加对我国盐碱土土壤质量的综合影响尚不清楚。

02 研究方案

从中国知网、Web of Science和Google Scholar检索了截止2019年发表的文献，对来自99篇文献的2658组数据进行了整合分析（图1），评估了脱硫石膏添加对我国盐碱土土壤质量的综合影响。

03 研究结果

脱硫石膏添加后，土壤pH、碱化度（ESP）、容重（BD）分别较对照降低了8.1%、37.4%和7.3%，土壤有机碳（SOC）含量较对照增加了24.5%（图2）。不同管理措施下，脱硫石膏添加对土壤质量的改善效果存在差异，整体表现为碱土改善效果大于盐土；深层（> 20 cm）添加脱硫石膏的改善效果大于浅层（0-20 cm）添加；对土壤质量的改善效果沿着土壤剖面逐渐降低（图4）。

相较对照，作物产量和出苗率分别提高了91.2%和63.2%（图2）。对于脱硫石膏添加的不同管理措施，相较浅层（0-20 cm）添加，深层（> 20 cm）添加脱硫石膏对作物产量的提升作用更大。然而，在不同盐碱土类型和不同季节间添加脱硫石膏，对土地生产力的提升效果无显著差异（图3）。

有效改善作物生长环境的盐碱胁迫是作物增产的主要因素（图5）。待改良区的土壤越贫瘠，即土壤受盐碱胁迫程度越大，脱硫石膏添加后土壤有机碳的提升效果越明显（图5）。同时，脱硫石膏添加可能导致重金属（如汞和镍）的积累（图2）。

04 研究结论

与灌溉结合，脱硫石膏添加通过降低土壤盐碱胁迫，改善土壤容重和土壤有机质含量以及微生物群落数量来提高土地生产力，但脱硫石膏添加可能由于重金属积累而对盐碱土产生负面影响（图6）。

未来应深入研究脱硫石膏添加后，盐碱土物理结构及其功能的变化，例如，团聚体稳定性及水、有机碳、无机碳和养分在土壤中传输和转化。同时，更多的综合研究将有助于明确脱硫石膏添加改善盐碱土生态系统服务功能的主要机理和过程，进而有效调控盐碱土的多功能性。

原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653521008158?dgcid=author

本研究受到国家自然科学基金(U1803342和41730638)以及中国农业科学院创新工程的赞助。

 图1  施加脱硫石膏改良盐碱土的研究位点分布 

图2  脱硫石膏添加对盐碱土土壤质量的影响 

图3  脱硫石膏添加对作物产量（a）和出苗率（b）的影响

图4  脱硫石膏添加对土壤pH（a）、电导率（b）、钠离子吸附比（c）、碱化度（d）、容重（e）和土壤有机碳（f）的影响 

图5  研究位点的气候及土壤性质与作物产量（a）、出苗率（b）、土壤pH（c）、碱化度（d）、土壤容重（e）和土壤有机碳（f）效应值间的相关分析 

图6  脱硫石膏添加对我国盐碱土土壤质量的综合影响

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