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國內土壤科研進展(2019年第22期)

導 讀:南京土壤所在稻田生物固氮研究上取得進展;沈陽生態所揭示土壤微生物殘留物分解過程;華南植物園在熱帶森林植物對土壤低磷的適應機制研究中取得進展。

南京土壤所在稻田生物固氮研究上取得進展

生物固氮是稻田區別于旱地的本質特征,也是稻田生產力維持的關鍵。

中國科學院南京土壤所謝祖彬團隊經過多年研究,創建了稻田生物固氮的田間原位直接定量技術;揭示了稻田生物固氮主要發生在0-5cm,尤其是0-1cm土壤表層;首次闡明了光合固氮和異養固氮對稻田生物固氮的貢獻。提出了鋁氧化物抑制念珠藻生長是固氮量減少的關鍵因素;發現生物固氮的氮主要由K型微生物亞硝化螺菌參與氨氧化過程;提出了施鉬可大幅度提高稻田生物固氮量,并利用15N同位素探針技術證實非異形藍細菌(non-heterocystous)細鞘絲藻屬(leptolyngbya)和微鞘藻屬(Microcoleus)是鉬增加稻田生物固氮的主要貢獻者;揭示了雜交水稻提高稻田生物固氮的機理。

相關研究結果在Soil Biology Biochemistry(2篇)、Biology and Fertility of Soils(1篇)、Science of Total Environment(1篇)和pedosphere(1篇)等期刊上發表。

研究工作得到科技部基礎性工作專項,國家自然科學基金,江蘇省科技項目和科學院創新項目的支持。

文章鏈接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071718304462?via%3Dihub

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071713000199?via%3Dihub

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969718332856?via%3Dihub

https://link.springer.com/article/10.1007/s00374-019-01387-2

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S100201601960809X?via%3Dihub

田間原位直接定量裝置

田間原位直接定量裝置

沈陽生態所揭示土壤微生物殘留物分解過程

微生物在土壤物質循環過程中扮演著雙重角色,一方面微生物作為分解者分解土壤有機質,釋放溫室氣體;另一方面微生物死亡后的殘留物也是形成土壤的重要前體物質。相對前者,對于微生物死亡殘留物的研究十分有限,微生物死亡殘留物在土壤中的分解速率有多快?殘留物是以何種形態保存在土壤中的?這些問題尚有待回答。

基于此,中國科學院沈陽應用生態研究所生物地球化學組以長白山闊葉紅松林樣地為依托,利用微生物純培養法從土壤中篩選出細菌、真菌和放線菌數株,利用含有高峰度氮同位素的培養基對微生物進行培養并獲得微生物殘留物,之后在野外進行為期800天的微生物殘留物原位分解實驗。

研究發現,微生物殘留物氮素分解整體呈現指數下降趨勢,兩庫模型能夠很好地模擬這種變化;微生物殘留物氮素分解速率在細菌、真菌和放線菌間沒有顯著差異;分解800天之后,約有33%-40%的微生物殘留物氮素以非有機態氮的形式存留在土壤中;與植物凋落物氮素分解過程相比,微生物殘留物氮素的分解速度更快;被分解的殘體氮素主要被植物吸收離開土壤系統。這項研究揭示了微生物死亡后其殘留物在土壤中的分解過程,為進一步研究微生物在土壤有機質形成過程中的角色提供了新的思路。

研究成果以Stabilization of microbial residues in soil organic matter after two years of decomposition 為題發表在Soil Biology and Biochemistry 期刊上。副研究員王超為第一作者,研究員白娥為通訊作者,合作人員還包括研究員方運霆、梁超和博士吳南平等。該研究得到中科院前沿項目、國家自然基金委重點項目和中科院青年促進會項目、國家自然基金委優秀青年項目的支持。

文章鏈接

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071719303517

圖1. 土壤微生物篩選、鑒別和同位素標記過程?

圖1. 土壤微生物篩選、鑒別和同位素標記過程

圖2. 土壤微生物殘留物野外原位分解和樣品采集過程

圖2. 土壤微生物殘留物野外原位分解和樣品采集過程

圖3. 微生物殘留物氮在土壤中分解隨時間變化曲線

圖3. 微生物殘留物氮在土壤中分解隨時間變化曲線

圖4. 微生物殘留物氮在土壤中分解后的主要去向

圖4. 微生物殘留物氮在土壤中分解后的主要去向

華南植物園在熱帶森林植物對土壤低磷的適應機制研究中取得進展

氮和磷是植物代謝的基本元素,同時也被認為是陸地生態系統初級生產力的限制因子。相比于溫帶森林,發育于高度風化土壤的熱帶森林更容易受到土壤磷有效性的限制。然而,熱帶森林維持著地球上最高的生產力,與熱帶森林土壤磷有效性較低存在矛盾。因此,解析熱帶森林植物在土壤低磷條件下高效利用磷的策略是植被生態領域的重要課題。

中國科學院華南植物園博士畢業生莫其鋒(現就職華南農業大學)在站長李志安和博士王法明的指導下,利用在次生闊葉混交林建立的長期氮磷養分添加控制實驗平臺,通過測定不同植物的葉片光合能力和葉片功能性狀以及葉片磷組分,系統地了解這些植物在葉片尺度上的低磷環境的適應機制。

研究發現,葉片氮磷比的結果表明該森林是磷限制的生態系統,施磷降低了葉片磷利用效率和比葉重但增加了葉片磷和氮的濃度,而施氮對葉片性狀無顯著影響。施磷僅增加了一個廣布種的葉片光合能力而對其他四個狹布種無顯著影響。進一步對葉片磷組分的研究發現,施磷處理增加了所有物種的代謝磷、結構磷和核酸磷組分,但其增加的尺度因種而異。

該研究表明熱帶森林植物通過改變葉片中磷的分布來滿足光合作用對磷的需求,并且東亞地區的熱帶森林的典型植物能夠在低磷的土壤環境中維持相對穩定的光合速率。通過該項研究,認為由于熱帶植物進化的適應機制,低磷對熱帶森林植物的光合能力的限制比預想的要小得多。不同植物的葉片磷組分的分配策略是其重要的對低磷環境的適應機制。

該研究成果于近日在英國生態學會期刊Functional Ecology上發表。

論文鏈接 :https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1365-2435.13252

圖文來源:根據中科院網站、南京土壤所等單位網站近期相關報道整理

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