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国内土壤科研进展(2019年第12期)
发表时间:2019-07-17     阅读次数:     字体:【

来源:土壤观察 2019/7/16 10:26:27

北极星环境修复网讯:植物所解析高寒草地土壤碳分解温度敏感性的调控机制;刘振刚研究组在生物质基土壤重金属污染修复材料研究方面取得进展;沈其荣团队SBB成果:氨熏蒸联合生物有机肥施用防控香蕉枯萎病的土壤微生物生态学机制。

植物所解析高寒草地土壤碳分解温度敏感性的调控机制

土壤碳分解的温度敏感性表征土壤碳分解过程对温度的响应程度,通常用Q10来表示,即温度每增加10度土壤呼吸速率增加的倍数。这一参数的大小在一定程度上决定着陆地生态系统碳循环与气候变暖之间反馈关系的方向与强度,是陆地生态系统碳循环中的关键参数。因此,土壤碳分解的温度敏感性及其调控机制成为近20年来全球变化生态学领域广泛关注的重要问题。然而迄今为止,学术界尚未能全面解析底物、环境、微生物等属性对土壤碳分解温度敏感性的影响机制。

中国科学院植物研究所杨元合研究组以青藏高原高寒草地为研究对象,基于自然土壤剖面形成的理化性质梯度,并结合长期培养实验、碳分解模型以及控制实验等多种手段,揭示了土壤碳分解温度敏感性垂直变异的调控机制。研究人员发现,深层土壤中较低的微生物丰度与较强的团聚体保护使其碳分解的温度敏感性显著低于表层土壤。进一步研究发现,不同碳组分温度敏感性的调控机制存在差异:活性碳分解温度敏感性的垂直变异主要受微生物群落调控,而惰性碳分解的温度敏感性则主要受团聚体保护的影响。

该研究揭示了土壤碳稳定性机制在调节土壤碳分解过程对气候变暖响应中的关键作用,相关结果为准确认识陆地生态系统碳循环与气候变暖之间的反馈关系提供了启示。

该研究成果7月11日在线发表于国际学术期刊Science Advances。杨元合研究组博士研究生秦书琪为论文第一作者,杨元合为通讯作者。该研究得到中科院战略性先导科技专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金等的资助。

刘振刚研究组在生物质基土壤重金属污染修复材料研究方面取得进展

中科院生态环境研究中心刘振刚研究组在生物质基土壤重金属污染修复材料研究方面取得进展。。相关研究成果发表在综合性学术期刊Science of the Total Environment(2019;685:1201-1208)和Bioresource Technology (2019;288:121593)。

土壤重金属污染是国内外主要关注的问题之一。目前,原位固定稳定化技术是重金属污染土壤修复主流技术,相比于其他治理技术,具有快速高效、运行成本低、适用性强等优点。为了实现大规模工程应用,筛选高效、低廉、无二次污染的固化稳定化材料是该技术的关键所在。生物质是唯一的可再生的碳材料来源,具有来源广泛、价格低廉、可再生及可生物降解等特性。目前,生物炭材料在重金属污染土壤生态修复中已开始进行工程化应用,但囿于生物炭固有属性以及缺乏生物炭重金属钝化机理研究导致其生态修复效果不理想。针对这种情况,刘振刚研究组开发了废弃生物质通过一步碱式水热法制备水热炭重金属固定稳定化材料的技术路线,制备的水热炭材料具有经济、高效、快速提升土壤肥力等特点。研究发现,水热炭材料对水体中重金属铅的吸附能力高达92.80 mg/g;水热炭材料对复合污染土壤中重金属具有超强的钝化能力,相对于传统生物炭土壤重金属钝化效率分别提升了95.1%(铅)and 64.4%(镉);土壤中重金属铅和镉的生物毒性分别降低了54.0%和27.0%。重金属的钝化机理研究表明:水热炭材料对重金属的固定稳定化主要通过表面含氧官能团配位、表面沉淀及π电子配位作用实现;钝化机理定量分析表明其对重金属钝化贡献占比分别为62.12%,27.14% 和 10.74%。本研究对于生物质基炭材料的定向制备具有重要的理论指导作用;研究制备的水热炭材料在污染土壤修复方面具有重要的工程应用前景。

沈其荣团队SBB成果:氨熏蒸联合生物有机肥施用防控香蕉枯萎病的土壤微生物生态学机制

由病原细菌及真菌侵染引起的土传病害,尤其是尖孢镰刀菌侵染引起的土传枯萎病,是现代农业集约化生产的重要的限制因子。降低土壤中病原菌的数量一直是现代农业防控土传病害的重要目标。尽管病原菌数量的消减是降低作物土传病害发生的一个重要因素,然而土壤微生物组也是被广泛报道的与土壤抑病能力密切相关的因素。对于土传病害防控的主要是直接受病原菌数量的下降还是间接受土壤微生物组的调控这一问题的回答。

本研究中作者以土传枯萎病发生最为典型的香蕉为材料,研究了氨水熏蒸联合生物有机肥施用防控土传枯萎病的效果及其背后的微生物生态机理。研究者发现,农用氨水即使稀释至100倍后,仍对香蕉枯萎病的致病菌--尖孢镰刀菌4号生理小种的菌丝生长及孢子萌发均有抑制作用。两季盆栽实验结果均表明:与不熏蒸只施用普通有机肥对照相比,氨水熏蒸后施用生物有机肥处理枯萎病防控率达55.0%,且植株生物量也增加了55.6%。氨水熏蒸联用生物有机肥施用确能降低土壤中尖孢菌的数量,但修复后土壤中的尖孢菌数量仍较高,处于可引起枯萎病发生的阈值。说明在直接消除土壤中病原菌的作用机制之外,土壤微生物组也可能对香蕉土传枯萎病的抑制起着重要作用。氨水熏蒸联合生物有机肥施用重构了土壤细菌及真菌的群落结构及组成,降低了真菌群落多样性,激发了土壤中诸如芽孢杆菌、多黏芽孢杆菌等有益菌属的相对丰度。线性回归模型分析,细菌群落结构、真菌多样性对于枯萎病的发病率及生物量有着较大解释度。

本研究以香蕉为模式作物,通过设置氨熏蒸及不同有机肥施用处理,揭示了除消除土传病原菌外,仍需调控土壤微生物区系提高土壤抑病能力的现象及微生物生态机制。相关研究成果近期刊登于土壤学领域权威期刊《Soil Biology and Biochemistry》。

本研究由南京农业大学资环学院沈其荣教授团队完成,博士后沈宗专为第一作者,李荣副教授为论文通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金及博士后基金等项目支持。

 
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