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潮土地力提升中脱颖而出的一类微生物

潮土地力提升中脱颖而出的一类微生物

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第八次全国土壤生物与生物化学学术研讨会暨第三次全国土壤健康学术研讨会

作者：冯有智陈瑞蕊赵飞王俊华林先贵中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室南京土壤研究所-香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室

本世纪全球最大的挑战之一是如何解决日益增长的人口和不断萎缩的耕地面积之间的矛盾,同时还要维系土壤地力和保护环境。有机肥是解决以上诸多问题的良药之一。但是,有别于化肥,有机肥料中的养分不能直接被作物所利用,需要微生物的帮助... 详细信息

本世纪全球最大的挑战之一是如何解决日益增长的人口和不断萎缩的耕地面积之间的矛盾,同时还要维系土壤地力和保护环境。有机肥是解决以上诸多问题的良药之一。但是,有别于化肥,有机肥料中的养分不能直接被作物所利用,需要微生物的帮助。中国科学院封丘农业生态实验站长期养分定位试验揭示施用有机肥的前几年作物产量较低,直到8年后才能赶上化肥的平衡处理。我们推测8年的有机肥持续施入可以优化土壤微生物群落结构,驯化某些土壤微生物功能,使得它们能够迅速分解有机肥料,释放养分,以满足作物生长的需要,这对于指导有机肥施用有着至关重要的意义。要解决以上科学问题,有5个"W"亟需回答,即哪些土壤微生物对施用的有机肥料最敏感(Who),它们从哪里来(Where),什么时候(When)和为什么(Why)它们会成为优势微生物,以及它们具体在做什么(What)。利用中国科学院封丘农业生态实验站的农田生态系统养分平衡长期定位试验,系统的研究了施用有机肥对我国华北平原潮土微生物的影响。首先利用高通量测序和克隆文库对当前土壤微生物群落结构的研究发现一种类Bacillus asahii细菌对长期施用有机肥的响应最为显著,而且它是潮土中的土著微生物;对历年的土壤样品进行指纹图谱和克隆文库分析,显示该类微生物大约需要2-4年成为潮土中优势微生物,此后其在杆菌纲中的占比波动于40%-72%之间;设计筛选方案,获得了该菌株,对其进行生理生化分析发现该物种有着不同于其它芽孢杆菌的生理特征,以及具有丰富的代谢多样性;回接实验显示该菌株能够加速和促进其它微生物对潮土有机质累积和磷素循环过程,在作物生长和土壤地力中起到领军性的作用。该结果首次明确了我国潮土中的关键性物种,加深了我们对施用有机肥如何通过影响微生物而影响农田生态系统的认识。

关键词：有机肥潮土多样性和功能芽孢杆菌

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冶炼企业周边农田土壤多环芳烃污染及其对微生物群落的影响

冶炼企业周边农田土壤多环芳烃污染及其对微生物群落的影响

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第八次全国土壤生物与生物化学学术研讨会暨第三次全国土壤健康学术研讨会

作者：吴宇澄朱清禾曾军林先贵中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室南京土壤研究所-香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室

多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)主要由化石燃料和生物质不完全燃烧产生,由于其结构稳定、疏水性强,在土壤中能够持久存在,对农产品安全、人体健康具有潜在威胁。冶炼企业能耗高,是多环芳烃的重要排放源,其周边农田土... 详细信息

多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)主要由化石燃料和生物质不完全燃烧产生,由于其结构稳定、疏水性强,在土壤中能够持久存在,对农产品安全、人体健康具有潜在威胁。冶炼企业能耗高,是多环芳烃的重要排放源,其周边农田土壤存在较高的污染风险。本研究选择南京市郊区某冶炼企业,对其周边农田多环芳烃污染状况进行了调查。分析结果表明,该企业周边共17个农田表层土壤样品(0-10cm)中均检出多环芳烃,15种USEPA优控多环芳烃(Σ15PAHs)的总量为0.29–31.1mgkg-1,并以四环及以上高分子量多环芳烃以为主,三环及以下低分子量多环芳烃比例较低。该区域土壤多环芳烃污染具有明显的空间分布特征:距企业最近的土壤中,Σ15PAHs可达6–7mgkg-1;随着距离增加,多环芳烃总量迅速衰减至1mgkg-1以下,提示冶炼企业排放是该区域农田土壤多环芳烃污染的重要原因。在距企业约4km处的一处菜地,检出Σ15PAHs达31.1mgkg-1,其污染源尚不明确,体现该区域农田土壤多环芳烃来源的复杂性。采用Illumina MiSeq高通量测序方法,对土壤中细菌16S rRNA基因进行测序,并采用典范对应分析(CCA)方法评价环境因素和细菌群落组成之间的关联,发现土壤中主要细菌门类为变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、拟杆菌门等;pH和总磷显著影响细菌群落结构,多环芳烃的作用不明显。进一步用定量PCR方法测定土壤中多环芳烃降解功能基因数量,发现革兰氏阳性细菌的多环芳烃环羟基化双加氧酶(PAH-RHDα)丰度与多环芳烃污染水平呈显著正相关(r2=0.737,P<0.001,n=17)。这些结果表明,虽然多环芳烃污染对土壤总体细菌组成影响不显著,但是可导致革兰氏阳性降解菌的富集,对土壤微生物功能具有潜在的影响。

关键词：多环芳烃污染农田土壤微生物群落冶炼企业

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长期不同施肥对潮土微生物学性状和作物养分吸收的影响

长期不同施肥对潮土微生物学性状和作物养分吸收的影响

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第八次全国土壤生物与生物化学学术研讨会暨第三次全国土壤健康学术研讨会

作者：王俊华胡君利林先贵尹睿戴珏张华勇钦绳武中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室南京土壤研究所-香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室

土地的高强度利用往往导致土壤营养元素亏缺、肥力下降,影响了作物产量、产品质量和经济效益,施肥因而成为保障作物产量的重要措施,但也对土壤性质产生深远的影响。鉴此,研究长期施肥对土壤肥力、作物产量和生态环境的影响显得非常重要... 详细信息

土地的高强度利用往往导致土壤营养元素亏缺、肥力下降,影响了作物产量、产品质量和经济效益,施肥因而成为保障作物产量的重要措施,但也对土壤性质产生深远的影响。鉴此,研究长期施肥对土壤肥力、作物产量和生态环境的影响显得非常重要。依托中国科学院封丘农业生态国家实验站潮土农田生态系统养分平衡长期定位试验地,1)研究不同施肥处理对土壤酶活性的影响及其年际变化,发现土壤脱氢酶、转化酶、脲酶及磷酸酶的活性在长期不同施肥处理之后均产生较大的差异,总体上是施肥高于不施肥,施肥处理间从高到低依次是有机肥(organicmanure,OM)、1/2OM+1/2NPK、NPK、NP、PK、NK;土壤脱氢酶活性随着年限增加逐渐下降,转化酶与磷酸酶活性趋于增高,而脲酶活性无明显变化规律;2)研究不同施肥处理对春秋两季土壤腐植酸含量的影响,发现与CK相比,NK与PK对土壤pH和有机碳含量均没有显著影响,OM、1/2OM+1/2NPK、NPK、NP等四个处理显著抑制了土壤pH的升高,且土壤有机碳与全氮含量均显著提高;OM处理还显著提高了土壤腐殖质中胡敏酸的含量,1/2OM+1/2NPK效果次之;3)研究长期不同施肥处理对土壤微生物区系、呼吸强度及小麦养分吸收的影响,发现施肥有利于提高土壤细菌和放线菌数量,且OM优于化肥、NPK平衡施肥优于缺素施肥,但仅OM处理显著提高土壤真菌数量;OM处理同时显著提高土壤呼吸强度,1/2OM+1/2NPK、NPK、NP、PK等处理效果次之,缺施磷肥的NK处理效果最差,但OM与1/2OM+1/2NPK均显著降低微生物个体的CO2呼吸强度;OM处理小麦幼苗对氮磷钾的吸收较为均衡,化肥因为所供养分的速效性而更易于被小麦幼苗高水平吸收;与NPK相比,缺素施肥直接导致小麦植株体内相应养分的明显亏缺,其中缺施氮肥的PK处理还同时制约了小麦幼苗对钾的吸收;4)研究平衡施肥与缺素施肥对土壤微生物生物量、呼吸强度及玉米养分吸收的影响,发现与CK相比,NPK处理玉米根系与茎叶生物量、籽粒产量及植株氮磷钾吸收量均大幅提高,NP处理次之,PK与NK处理则无显著影响;同一处理玉米茎叶与根系养分含量接近,而籽粒的全氮和全磷含量较高、全钾含量偏低;与NPK处理相比,缺施氮、磷或钾肥均直接导致玉米植株相应养分的明显亏缺或其它养分的过量富集,但在根系、茎叶和籽粒部位的累积情况存在一定差异;与CK相比,所有施磷处理(NPK、NP、PK)土壤微生物生物量碳、氮、磷与土壤微生物代谢活性及土壤基础呼吸强度均显著升高,土壤微生物代谢熵则显著下降,而缺施磷肥的NK处理对无显著影响。结果表明,氮磷钾平衡施肥特别是施有机肥在促进潮土微生物繁育和保育微生物代谢活性以及促进作物生长和保证养分吸收等方面显得非常重要,而缺素施肥中以缺施磷肥的不利影响最为突出。

关键词：平衡施肥缺素施肥有机肥土壤酶腐植酸土壤呼吸

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我国华北平原麦田土壤微生物的空间分布规律

我国华北平原麦田土壤微生物的空间分布规律

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第八次全国土壤生物与生物化学学术研讨会暨第三次全国土壤健康学术研讨会

作者：褚海燕时玉李云涛范坤坤中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室南京土壤研究所-香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室

土壤生物群落组成与空间分布的研究是揭示地球上土壤生物多样性产生和维持机制的必要前提。然而,由于微生物复杂的多样性以及技术手段的限制,微生物的空间分布研究长期滞后于动植物。21世纪以来,高通量测序等技术手段的革命性突破极大... 详细信息

土壤生物群落组成与空间分布的研究是揭示地球上土壤生物多样性产生和维持机制的必要前提。然而,由于微生物复杂的多样性以及技术手段的限制,微生物的空间分布研究长期滞后于动植物。21世纪以来,高通量测序等技术手段的革命性突破极大地推动了土壤微生物生物地理学研究。我国不同地区气候差异显著,生态系统自然变异和人为扰动程度各不相同,这为研究土壤微生物分布格局提供了良好的平台。近年来,草地、森林、湖泊等生态系统的微生物分布制已得到了广泛的研究,然而大尺度下农田生态系统特别是麦田土壤微生物的分布规律还不清楚。基础此,我们采集了我国小麦主产区华北平原麦田250个土壤样品,研究了麦田土壤微生物群落组成、多样性及其分布规律。结果发现,放线菌、酸杆菌和α变形菌是华北平原小麦土壤细菌群落中的优势菌门。土壤细菌群落组成与土壤pH值显著相关,而细菌多样性与pH值、铵态氮含量显著相关。进一步,我们根据离小麦根的远近采集了根表土、根围土以及垄间土,发现细菌群落在这三个不同的生境产生了明显的分异。通过分析地理空间距离与群落距离的相关性,我们发现,除了当代环境条件外,空间距离(历史因素)对华北平原麦田土壤微生物的也产生了重要的作用。

关键词：土壤微生物空间分布规律

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南京工业区周边农田土壤多环芳烃污染调查

南京工业区周边农田土壤多环芳烃污染调查

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第八次全国土壤生物与生物化学学术研讨会暨第三次全国土壤健康学术研讨会

作者：曾军朱清禾吴宇澄林先贵中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室南京土壤研究所-香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室

多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)是一类具有"三致"毒性的稠苯化合物,由有机物不完全燃烧产生,具有较强疏水性,在环境中容易吸附于固体颗粒而不利于生物降解,属于持久性有机污染物。该污染物多来自工农业生产... 详细信息

多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)是一类具有"三致"毒性的稠苯化合物,由有机物不完全燃烧产生,具有较强疏水性,在环境中容易吸附于固体颗粒而不利于生物降解,属于持久性有机污染物。该污染物多来自工农业生产,特别是工业厂区周边农田常受到污染,因此对周边居民生活饮食造成潜在危害。南京作为长三角地区一个重要的工业城市,聚集着各类工矿企业,生产活动对环境影响较大,其周边农田土壤的生态安全问题不容忽视。本研究以南京周边工业区农田土壤为研究对象,比较不同类型工业生产对其周边农田土壤PAHs污染的影响。研究采集了南京不同功能工业区周边农田表层土壤,对16种US-EPA优先控制的PAHs进行检测。结果表明,南京工业区周边被检农田土壤PAHs总量分布于306.0～1251.3μgkg-1之间,均值682.0μgkg-1,四环以上高环PAHs占较大比例(>80%)。根据欧洲土壤质量标准,所检土壤样本均达到污染水平。不同工业区周边农田土壤PAHs污染程度由高至低依次为:钢铁工业区、有机垃圾填埋厂区、化工工业区以及炼油厂区。其中,钢铁工业区附近主要的污染物为荧蒽、芘、屈和苯并[a]蒽,分别占到污染物总量的16%、13%、10%和10%。采用荧蒽/(荧蒽+芘)与茚并[1,2,3-cd]芘/苯并[g,h,i]苝比值法对各地污染物潜在源进行分析,结果发现所调查区域的PAHs污染物以燃烧源为主,草木煤等燃料为主要污染物,部分地区存在石油燃烧污染。

关键词：农田土壤多环芳烃污染工业区

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冶炼企业周边农田土壤多环芳烃污染及其对微生物群落的影响

冶炼企业周边农田土壤多环芳烃污染及其对微生物群落的影响

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第八次全国土壤生物与生物化学学术研讨会、第三次全国土壤健康学术研讨会暨第二届国际有机农业发展与健康高峰论坛

作者：吴宇澄朱清禾曾军林先贵中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室//南京土壤研究所-香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室南京210008

多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)主要由化石燃料和生物质不完全燃烧产生,由于其结构稳定、疏水性强,在土壤中能够持久存在,对农产品安全、人体健康具有潜在威胁.冶炼企业能耗高,是多环芳烃的重要排放源,其周边农田土...

多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)主要由化石燃料和生物质不完全燃烧产生,由于其结构稳定、疏水性强,在土壤中能够持久存在,对农产品安全、人体健康具有潜在威胁.冶炼企业能耗高,是多环芳烃的重要排放源,其周边农田土壤存在较高的污染风险.本研究选择南京市郊区某冶炼企业,对其周边农田多环芳烃污染状况进行了调查.分析结果表明,该企业周边共17个农田表层土壤样品(0-10 cm)中均检出多环芳烃, 15种USEPA优控多环芳烃(Σ15PAHs)的总量为0.29-31.1 mg kg-1,并以四环及以上高分子量多环芳烃以为主,三环及以下低分子量多环芳烃比例较低.该区域土壤多环芳烃污染具有明显的空间分布特征：距企业最近的土壤中,∑15PAHs可达6-7 mg kg-1;随着距离增加,多环芳烃总量迅速衰减至1 mg kg-1以下,提示冶炼企业排放是该区域农田土壤多环芳烃污染的重要原因.

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高度集约化管理下氮肥转化微生物的多样性及功能演替规律

高度集约化管理下氮肥转化微生物的多样性及功能演替规律

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第八次全国土壤生物与生物化学学术研讨会、第三次全国土壤健康学术研讨会暨第二届国际有机农业发展与健康高峰论坛

作者：贾仲君林先贵王保战夏围围路璐郭赟赵俊中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室//南京土壤研究所-香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室南京210008

据国家统计局公布的数据,2013年我国化学氮肥用量高达2394万吨,约占全球氮肥用量的25％强。大量的铵态氮肥进入土壤后,必须通过一系列的微生物过程,包括氨氧化细菌、古菌和亚硝化细菌,将氮肥转化为亚硝酸盐和硝酸盐,最终完成氮素循环。...

据国家统计局公布的数据,2013年我国化学氮肥用量高达2394万吨,约占全球氮肥用量的25％强。大量的铵态氮肥进入土壤后,必须通过一系列的微生物过程,包括氨氧化细菌、古菌和亚硝化细菌,将氮肥转化为亚硝酸盐和硝酸盐,最终完成氮素循环。近年来由于高通量测序技术及同位素示踪技术的快速发展,为耦合土壤微生物多样性和功能研究提供了重要支撑,特别是高强度集约化条件下,高强度施肥对土壤氮肥转化微生物多样性和功能的影响规律成为研究热点。

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潮土地力提升中脱颖而出的一类微生物

潮土地力提升中脱颖而出的一类微生物

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第八次全国土壤生物与生物化学学术研讨会、第三次全国土壤健康学术研讨会暨第二届国际有机农业发展与健康高峰论坛

作者：冯有智陈瑞蕊赵飞王俊华林先贵中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室//南京土壤研究所-香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室南京210008

本世纪全球最大的挑战之一是如何解决日益增长的人口和不断萎缩的耕地面积之间的矛盾，同时还要维系土壤地力和保护环境。有机肥是解决以上诸多问题的良药之一。但是，有别于化肥，有机肥料中的养分不能直接被作物所利用，需要微生物的... 详细信息

本世纪全球最大的挑战之一是如何解决日益增长的人口和不断萎缩的耕地面积之间的矛盾，同时还要维系土壤地力和保护环境。有机肥是解决以上诸多问题的良药之一。但是，有别于化肥，有机肥料中的养分不能直接被作物所利用，需要微生物的帮助。中国科学院封丘农业生态实验站长期养分定位试验揭示施用有机肥的前几年作物产量较低，直到8年后才能赶上化肥的平衡处理。我们推测8年的有机肥持续施入可以优化土壤微生物群落结构，驯化某些土壤微生物功能，使得它们能够迅速分解有机肥料，释放养分，以满足作物生长的需要，这对于指导有机肥施用有着至关重要的意义。要解决以上科学问题，有5个"W"亟需回答，即哪些土壤微生物对施用的有机肥料最敏感(Who)，它们从哪里来(Where)，什么时候(When)和为什么(Why)它们会成为优势微生物，以及它们具体在做什么(What)。

关键词：有机肥潮土多样性和功能芽孢杆菌

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南京工业区周边农田土壤多环芳烃污染调查

南京工业区周边农田土壤多环芳烃污染调查

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第八次全国土壤生物与生物化学学术研讨会、第三次全国土壤健康学术研讨会暨第二届国际有机农业发展与健康高峰论坛

作者：曾军朱清禾吴宇澄林先贵中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室//南京土壤研究所-香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室南京210008

多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)是一类具有"三致"毒性的稠苯化合物,由有机物不完全燃烧产生,具有较强疏水性,在环境中容易吸附于固体颗粒而不利于生物降解,属于持久性有机污染物。该污染物多来自工农业生产...

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我国华北平原麦田土壤微生物的空间分布规律

我国华北平原麦田土壤微生物的空间分布规律

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第八次全国土壤生物与生物化学学术研讨会、第三次全国土壤健康学术研讨会暨第二届国际有机农业发展与健康高峰论坛

作者：褚海燕时玉李云涛范坤坤中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室//南京土壤研究所-香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室南京210008

土壤生物群落组成与空间分布的研究是揭示地球上土壤生物多样性产生和维持机制的必要前提.然而，由于微生物复杂的多样性以及技术手段的限制，微生物的空间分布研究长期滞后于动植物.21世纪以来，高通量测序等技术手段的革命性突破极大...

土壤生物群落组成与空间分布的研究是揭示地球上土壤生物多样性产生和维持机制的必要前提.然而，由于微生物复杂的多样性以及技术手段的限制，微生物的空间分布研究长期滞后于动植物.21世纪以来，高通量测序等技术手段的革命性突破极大地推动了土壤微生物生物地理学研究.我国不同地区气候差异显著，生态系统自然变异和人为扰动程度各不相同，这为研究土壤微生物分布格局提供了良好的平台.近年来，草地、森林、湖泊等生态系统的微生物分布制已得到了广泛的研究，然而大尺度下农田生态系统特别是麦田土壤微生物的分布规律还不清楚.基础此，我们采集了我国小麦主产区华北平原麦田250个土壤样品，研究了麦田土壤微生物群落组成、多样性及其分布规律.结果发现，放线菌、酸杆菌和α变形菌是华北平原小麦土壤细菌群落中的优势菌门.土壤细菌群落组成与土壤pH值显著相关，而细菌多样性与pH值、铵态氮含量显著相关.进一步，我们根据离小麦根的远近采集了根表土、根围土以及垄间土，发现细菌群落在这三个不同的生境产生了明显的分异.通过分析地理空间距离与群落距离的相关性，我们发现，除了当代环境条件外，空间距离(历史因素)对华北平原麦田土壤微生物的也产生了重要的作用.

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