來源:土壤觀察 2019/7/16 10:26:27

北極星環境修復網訊:植物所解析高寒草地土壤碳分解溫度敏感性的調控機制；劉振剛研究組在生物質基土壤重金屬污染修復材料研究方面取得進展；沈其榮團隊SBB成果：氨熏蒸聯合生物有機肥施用防控香蕉枯萎病的土壤微生物生態學機制。

植物所解析高寒草地土壤碳分解溫度敏感性的調控機制

土壤碳分解的溫度敏感性表征土壤碳分解過程對溫度的響應程度，通常用Q10來表示，即溫度每增加10度土壤呼吸速率增加的倍數。這一參數的大小在一定程度上決定著陸地生態系統碳循環與氣候變暖之間反饋關系的方向與強度，是陸地生態系統碳循環中的關鍵參數。因此，土壤碳分解的溫度敏感性及其調控機制成為近20年來全球變化生態學領域廣泛關注的重要問題。然而迄今為止，學術界尚未能全面解析底物、環境、微生物等屬性對土壤碳分解溫度敏感性的影響機制。

中國科學院植物研究所楊元合研究組以青藏高原高寒草地為研究對象，基于自然土壤剖面形成的理化性質梯度，并結合長期培養實驗、碳分解模型以及控制實驗等多種手段，揭示了土壤碳分解溫度敏感性垂直變異的調控機制。研究人員發現，深層土壤中較低的微生物豐度與較強的團聚體保護使其碳分解的溫度敏感性顯著低于表層土壤。進一步研究發現，不同碳組分溫度敏感性的調控機制存在差異：活性碳分解溫度敏感性的垂直變異主要受微生物群落調控，而惰性碳分解的溫度敏感性則主要受團聚體保護的影響。

該研究揭示了土壤碳穩定性機制在調節土壤碳分解過程對氣候變暖響應中的關鍵作用，相關結果為準確認識陸地生態系統碳循環與氣候變暖之間的反饋關系提供了啟示。

該研究成果7月11日在線發表于國際學術期刊Science Advances。楊元合研究組博士研究生秦書琪為論文第一作者，楊元合為通訊作者。該研究得到中科院戰略性先導科技專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金等的資助。

劉振剛研究組在生物質基土壤重金屬污染修復材料研究方面取得進展

中科院生態環境研究中心劉振剛研究組在生物質基土壤重金屬污染修復材料研究方面取得進展。。相關研究成果發表在綜合性學術期刊Science of the Total Environment(2019；685:1201-1208)和Bioresource Technology (2019；288:121593)。

土壤重金屬污染是國內外主要關注的問題之一。目前，原位固定穩定化技術是重金屬污染土壤修復主流技術，相比于其他治理技術，具有快速高效、運行成本低、適用性強等優點。為了實現大規模工程應用，篩選高效、低廉、無二次污染的固化穩定化材料是該技術的關鍵所在。生物質是唯一的可再生的碳材料來源，具有來源廣泛、價格低廉、可再生及可生物降解等特性。目前，生物炭材料在重金屬污染土壤生態修復中已開始進行工程化應用，但囿于生物炭固有屬性以及缺乏生物炭重金屬鈍化機理研究導致其生態修復效果不理想。針對這種情況，劉振剛研究組開發了廢棄生物質通過一步堿式水熱法制備水熱炭重金屬固定穩定化材料的技術路線，制備的水熱炭材料具有經濟、高效、快速提升土壤肥力等特點。研究發現，水熱炭材料對水體中重金屬鉛的吸附能力高達92.80 mg/g；水熱炭材料對復合污染土壤中重金屬具有超強的鈍化能力，相對于傳統生物炭土壤重金屬鈍化效率分別提升了95.1%(鉛)and 64.4%(鎘)；土壤中重金屬鉛和鎘的生物毒性分別降低了54.0%和27.0%。重金屬的鈍化機理研究表明：水熱炭材料對重金屬的固定穩定化主要通過表面含氧官能團配位、表面沉淀及π電子配位作用實現；鈍化機理定量分析表明其對重金屬鈍化貢獻占比分別為62.12%，27.14% 和 10.74%。本研究對于生物質基炭材料的定向制備具有重要的理論指導作用；研究制備的水熱炭材料在污染土壤修復方面具有重要的工程應用前景。

沈其榮團隊SBB成果：氨熏蒸聯合生物有機肥施用防控香蕉枯萎病的土壤微生物生態學機制

由病原細菌及真菌侵染引起的土傳病害，尤其是尖孢鐮刀菌侵染引起的土傳枯萎病，是現代農業集約化生產的重要的限制因子。降低土壤中病原菌的數量一直是現代農業防控土傳病害的重要目標。盡管病原菌數量的消減是降低作物土傳病害發生的一個重要因素，然而土壤微生物組也是被廣泛報道的與土壤抑病能力密切相關的因素。對于土傳病害防控的主要是直接受病原菌數量的下降還是間接受土壤微生物組的調控這一問題的回答。

本研究中作者以土傳枯萎病發生最為典型的香蕉為材料，研究了氨水熏蒸聯合生物有機肥施用防控土傳枯萎病的效果及其背后的微生物生態機理。研究者發現，農用氨水即使稀釋至100倍后，仍對香蕉枯萎病的致病菌--尖孢鐮刀菌4號生理小種的菌絲生長及孢子萌發均有抑制作用。兩季盆栽實驗結果均表明：與不熏蒸只施用普通有機肥對照相比，氨水熏蒸后施用生物有機肥處理枯萎病防控率達55.0%，且植株生物量也增加了55.6%。氨水熏蒸聯用生物有機肥施用確能降低土壤中尖孢菌的數量，但修復后土壤中的尖孢菌數量仍較高，處于可引起枯萎病發生的閾值。說明在直接消除土壤中病原菌的作用機制之外，土壤微生物組也可能對香蕉土傳枯萎病的抑制起著重要作用。氨水熏蒸聯合生物有機肥施用重構了土壤細菌及真菌的群落結構及組成，降低了真菌群落多樣性，激發了土壤中諸如芽孢桿菌、多黏芽孢桿菌等有益菌屬的相對豐度。線性回歸模型分析，細菌群落結構、真菌多樣性對于枯萎病的發病率及生物量有著較大解釋度。

本研究以香蕉為模式作物，通過設置氨熏蒸及不同有機肥施用處理，揭示了除消除土傳病原菌外，仍需調控土壤微生物區系提高土壤抑病能力的現象及微生物生態機制。相關研究成果近期刊登于土壤學領域權威期刊《Soil Biology and Biochemistry》。

本研究由南京農業大學資環學院沈其榮教授團隊完成，博士后沈宗專為第一作者，李榮副教授為論文通訊作者。研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金及博士后基金等項目支持。