导 读
明确长期施肥红壤团聚体钾素分配规律；揭示氮沉降通过凋落物分解过程影响土壤微生物群落组成的机制；在亚高山针叶林菌根-土壤互作过程研究中获进展；在紫色土坡耕地氮素径流流失研究方面取得系列进展；在重金属污染农田安全利用方面取得进展；喀斯特植被恢复初期土壤氮有效性的调控因子研究取得进展；稻田烤田排水引起灌溉河流甲烷排放量增加。
来源：根据中国科学院、中国农业科学院、南京农业大学资源学院、中国科学院沈阳应用生态研究所等单位网站近期相关报道整理
中国农科院张会民科研团队明确长期施肥红壤团聚体钾素分配规律
近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所祁阳站张会民科研团队明确红壤团聚体钾素对长期施肥的响应规律。该结果对于指导土壤结构改良、红壤钾库管理和钾肥合理施用具有重要意义。相关研究成果在线发表在《国际土壤科学杂志（Geoderma）》上。
红壤旱地是中国南方丘陵区主要的耕地资源，然而，受土壤自身性质和人为不合理开发等因素的影响，南方丘陵区的红壤旱地普遍存在钾素匮缺的突出问题，严重限制了作物产量潜力的发挥。而作为衡量土壤养分存储和供应能力的重要指标，团聚体各组分的养分分配显著影响作物的养分吸收。然而，关于钾素在土壤团聚体各组分中，尤其是不同施肥措施下的分配规律尚不明确。
该研究基于红壤长期施肥定位试验，通过选取不施肥对照、施氮磷肥、施氮磷钾肥和氮磷钾配施猪粪处理，分析了不同处理土壤的团聚体组分中全钾、交换性钾和非交换钾的含量和储量变化，并构建了团聚体组分中钾素储量与作物吸钾量的量化关系。结果表明：长期施用钾肥可以显著增加红壤旱地团聚体中交换性钾和非交换性钾的储量；且氮磷钾配施猪粪处理主要是由于较高的碳输入进而提升了红壤旱地团聚体钾素储量；进一步分析发现，大于2毫米团聚体组分中钾素是影响作物吸钾量的关键。
该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中央级公益性专项等项目的资助。
原文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706118322535?dgcid=coauthor
沈阳生态所揭示氮沉降通过凋落物分解过程影响土壤微生物群落组成的机制
凋落物作为养分的基本载体，其分解过程是生态系统物质循环和能量流动的主要途径。土壤微生物通过参与凋落物分解过程，紧密联系着凋落物和土壤之间的养分循环过程。输入土壤中凋落物质量和组成的变化是影响凋落物分解速率的主要驱动因子，并且影响参与分解过程的土壤微生物群落组成，进而对分解过程产生反馈作用。目前，对氮沉降如何通过凋落物分解过程影响土壤微生物群落还缺乏深入了解。
基于此，中国科学院沈阳应用生态研究所土壤生态组研究团队以中国北方半干旱草原连续进行六年氮素添加的试验平台为依托，通过布置室内的分解模拟试验，对凋落物分解后的土壤微生物群落进行了研究。研究发现，凋落物物种组成显著的改变了土壤细菌和真菌的群落组成，表明凋落物物种组成对土壤生物群落具有重要的调节作用（图1）。凋落物质量显著影响了土壤真菌群落组成，其中,凋落物氮含量和碳氮比是影响土壤真菌群落变化的主要因素（图2）。本研究有助于理解氮沉降背景下凋落物质量和物种组成的变化对土壤微生物组成和功能的影响。
研究结果以“Changes in litter quality induced by N deposition alter soil microbial communities”为题发表于Soil Biology and Biochemistry杂志(130: 33-42)，李英滨博士为第一作者，李琪研究员和梁文举研究员为通讯作者。该研究得到中国科学院先导专项（B类）、国家自然科学基金等项目的支持。
文章链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071718304085
图1.凋落物物种组成对细菌和真菌群落组成的影响
图2.凋落物质量对细菌和真菌群落组成的影响
成都生物所在亚高山针叶林菌根-土壤互作过程研究中获进展
作为链接植物-土壤系统物质循环的纽带，根系在调控森林碳、养分循环过程中发挥着极其重要的作用，根系生命活动所介导的土壤物质循环过程已成为森林地下生态过程的关键环节和研究热点。外生菌根作为森林生态系统中一种普遍的菌根类型，可通过不同途径与机理来调控土壤C/N循环过程，加剧了森林根系-土壤-微生物互作过程的复杂性和不可预知性。然而，目前的实验研究和理论模型大都将根系和菌根真菌外延菌丝视为一个整体进行考虑，而缺乏进一步区分和精准辨识森林根系/菌丝途径对土壤生态过程和功能的差异化影响，导致对森林根系-土壤-微生物互作过程及其生态重要性依然缺乏足够的认知和理解。因此，探究森林根系/菌丝途径-土壤互作过程差异及其潜在调控机理已经成为深入认识森林生态系统养分物质周转不可或缺的关键环节（图1）。
基于此，中国科学院成都生物研究所森林过程与调控项目组博士张子良在研究员刘庆和尹华军的指导下，以外生菌根高度共生的西南亚高山针叶林（人工云杉林和天然针叶林）为研究对象，采用不同孔径的内生长管原位区分根系和外延菌丝并结合稳定同位素技术，定量辨识根系C/菌丝C输入通量，量化根系C/菌丝C两种C输入途径对土壤C、N转化过程的作用与相对贡献大小。研究发现，森林根系/菌丝C输入对土壤C、N过程影响效应差异明显。具体而言，外延菌丝C输入途径对土壤中新C的贡献(~65%)远高于根系C输入途径(~35%)。进一步分析发现，虽然来源于菌丝/根系的新C输入诱导了相似的激发效应方向，但外延菌丝C输入诱导了更大的激发效应强度，约为根系C输入激发效应强度的2倍（图2）；相似地，亚高山针叶林菌丝C输入对土壤N矿化的促进作用贡献约80%，而根系C输入的相对贡献仅为20%左右(图3)。
通过同位素标记试验后进一步发现，森林外延菌丝/根系途径对土壤N源吸收也具有明显的差异。总体而言，该区植物主要通过根系途径吸收N，但外延菌丝对有机N源的吸收贡献明显，且非生长季菌丝途径对有机N源吸收贡献进一步增加。这些结果表明外生菌根（菌丝）在亚高山针叶林土壤养分循环过程及其群落稳定性等方面具有重要的生态学意义；同时上述研究也丰富和提升了典型高寒森林根系-土壤-微生物互作机理及其生态反馈效应的科学认知。
以上研究结果分别发表在Soil Biology & Biochemistry (2018)，Functional Ecology (2019)和Soil Biology & Biochemistry (2019)上。该研究得到国家重点研发计划项目、中科院拔尖青年人才项目和国家自然科学基金等资助。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071718301718
https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1365-2435.13236
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071719301725
图1 森林生态系统地下根系/菌丝C输入和N吸收两种途径的示意图
图2 根系/菌丝C输入对土壤原有C库激发效应的影响差异概念模型（*附注PE，激发效应；Native RC，土壤原有惰性C；Native LC，土壤原有活性C）
图3 根系/菌丝C输入对土壤N转化过程的影响差异概念模型
图4 根系/菌丝两种途径对植物N吸收的相对贡献概念模型
成都山地所在紫色土坡耕地氮素径流流失研究方面取得系列进展
中国科学院成都山地灾害与环境研究所研究员朱波及团队依托紫色土坡地农田养分平衡长期试验，利用紫色土大型坡地Lysimeter，系统开展了长江上游紫色土农田生态系统水氮耦合循环过程、通量、环境效应与生态调控机制研究。2019年5月，政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布了关于2006年温室气体排放清单的修正清单，并引用了朱波、汪涛发表在Soil Science Society OF America Journal 和Nutrient Cycling in Agroecosystems 上的部分研究成果。
研究团队对农田氮气态和径流迁移的同步观测发现，紫色土坡耕地氮循环过程复杂、损失路径多样，土壤氮素主要通过壤中流淋溶和氨挥发损失。课题组进一步分析氮径流损失量与气体排放量的关系发现，地表径流、泥沙损失的碳氮和氨挥发、N2O排放之间没有显著相关关系，而氮淋失量（壤中流损失硝态氮）与N2O排放量之间存在显著的指数递减关系，田间观测发现氮淋失与N2O排放的消长关系，而这种气体排放与径流损失的响应关系是基于土壤氮循环链式过程中对底物（NO3~）的竞争所致。同时紫色土硝化作用强，速率快，化学氮肥促进紫色土硝化作用从而加剧氮淋失，秸秆还田可抑制硝化作用降低氮淋失，以秸杆还田和有机肥替代部分化学氮肥可保持作物产量、协同减排氮淋失、温室气体排放和氨挥发损失，具有良好的生态环境和经济效应。
以上研究得到“973”项目（2012CB417101）、国家自然科学基金（40571093）、中科院西部行动计划等的支持。系列成果发表在Soil Science Society of America Journal、Nutrient Cycling in Agroecosystems、Environmental Pollution、Plant and Soil 等期刊上。
论文链接
https://www.researchgate.net/publication/250129546_Measurements_of_Nitrate_Leaching_from_a_Hillslope_Cropland_in_the_Central_Sichuan_Basin_China
https://link.springer.com/article/10.1007/s10705-012-9515-z
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0269749111006579
https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11104-013-1876-9
遗传发育所农业资源中心在重金属污染农田安全利用方面取得进展
近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心研究员李小方初步探讨了我国在重金属污染农田安全利用技术层面存在的困难及这些困难背后涉及的相关理论问题。该文章发表在Land Degradation & Development 杂志上。
该文分析了我国当前食品重金属污染情况和主要污染源，指出在土壤超标率初步明确的情况下，长期允许未受监管的污染粮食生产和流通有悖法律，因此，发展以优先保障粮食安全为目标的安全利用技术迫在眉睫。
李小方在该文中指出，以转移、覆土、萃取为目标的场地污染修复技术基本上不适用于农田安全利用。安全利用技术的基本目标是在土壤、根际、体内转运等环节实现对重金属的多重阻隔。
李小方提出，一是技术要尊重土壤的属性。土壤的重要性不仅仅在于其功能，还在于其作为人类资源的稀缺性和脆弱性。大规模施用修复技术可能永久改变土壤原本物化性质的钝化剂，有可能带来生态风险。二是要尊重相关方的利益，尊重市场原则。安全利用本质上仍是对土地资源的利用，而不是场地修复，因此必须考量技术成本问题。安全利用技术的推广不能成为农民和当地政府的负担。
论文链接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ldr.3309
图：重金属污染农田安全农业技术框架说明
喀斯特植被恢复初期土壤氮有效性的调控因子研究取得进展
近日，中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站研究员王克林团队在西南喀斯特植被恢复对土壤氮有效性影响的研究中取得进展。
西南喀斯特地区是我国最大面积的连片贫困区域，是非地带性的生态脆弱带。退耕还林还草是喀斯特地区石漠化治理和生态恢复的重要举措。前期的研究表明喀斯特植被恢复初期主要受氮（N）限制。但目前关于喀斯特地区不同植被恢复模式对土壤N的影响及其影响因子缺乏充分认知，难以支撑退化生态系统高效恢复和可持续管理需求。同时，喀斯特植被恢复过程中常伴随着苔藓这一类生物土壤结皮。生物土壤结皮能有效促进干旱半干旱地区土壤养分循环和N素积累。然而，亚热带湿润气候的喀斯特地区植被恢复过程中生物土壤结皮对土壤N循环和N有效性的作用认识还很有限。
基于此，研究人员以不同植被恢复方式（种植人工林、种植牧草、复合种植人工林+牧草、自然撂荒）为对象，并以玉米-大豆轮作地为对照，研究了不同恢复模式下植物、凋落物、苔藓结皮相关性质，并分析了0-5cm和5-10cm土壤N素相关指标。结果表明：（1）退耕15年后，四种植被恢复模式均能有效提升土壤肥力，以土壤上表层（0-5cm）响应更为明显；（2）人工林+牧草复合种植有利于苔藓结皮的定殖，且其土壤N素有效性要高于人工林或者牧草单一种植模式；（3）冗余分析、方差分解及逐步回归分析均表明，苔藓结皮是影响不同植被恢复模式下土壤N素有效性的主要因子。因此，在喀斯特地区实行多功能型物种复合配置有助于地表生物土壤结皮的形成从而改善土壤N状况。综合生态和经济效益，林草复合种植是喀斯特地区综合功能最优的生态恢复方式。
在王克林和张伟指导下，博士研究生胡培雷为第一作者，该研究以Moss-dominated biological soil crusts modulate soil nitrogen following vegetation restoration in a subtropical karst region为题，发表在Geoderma上。该研究得到国家重点研发计划、“973”计划和国家自然科学基金等项目的支持。
论文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706119304434
图1 不同土地利用方式下土壤无机氮的变化。CR：耕地；PF：人工林；FG：牧草地；FF:人工林+牧草；NG：自然撂荒
图2 不同植被恢复方式对苔藓结皮的影响。PF：人工林；FG：牧草地；FF:人工林+牧草；NG：自然撂荒
图3 不同解释因子对植被恢复下土壤氮变异的解释量
邹建文课题组EST成果：稻田烤田排水引起灌溉河流甲烷排放量增加
近日，南京农大邹建文教授课题组在农业灌溉河流CH4排放的研究成果以“High Methane Emissions Largely Attributed to Ebullitive Fluxes from a Subtropical River Draining a Rice Paddy Watershed in China”为题在Environmental Science & Technology上发表。该论文报道了我国南方地区稻田灌溉河流CH4排放强度及其气泡途径排放贡献。
河流作为连接海洋-大陆的重要通道，其水-气界面 CH4排放是构成全球碳循环的重要环节，对全球变暖的贡献不容小觑。近年来河流生态系统CH4排放的研究成为国际关注的热点。然而，相关观测研究主要集中在欧美地区，而亚洲、中东以及南美地区的研究则明显匮乏，而且上述研究绝大多数关注天然河流及河口，而对于农业流域水体如灌溉河流和灌溉水库则很少受到关注。我国南方稻田灌溉河流分布广阔，随着化肥的施用量增加，大量的碳、氮通过淋溶径流和农业灌排等方式进入灌溉河流，导致稻田灌溉河流很可能成为农业CH4排放源的重要组成部分。
基于上述研究背景，在国家自然科学基金、973项目和人才项目等资助下，邹建文教授课题组采用箱法和扩散模型法相结合，对位于江苏省兴化市里下河地区一条灌溉稻田的运河支流开展为期两年的原位观测研究，并定量评估了扩散和汽包排放途径的相对贡献。研究结果明确了稻田灌溉河流CH4的年排放强度，表明灌溉河流是该流域CH4排放源的重要组成部分。其中，水稻生长季约占灌溉河流全年CH4排放总量的70%左右，夏季气泡排放途径占总量的80%以上。发现稻田烤田排水在减少稻田CH4排放的同时增加了灌溉河流CH4排放。论文指出了以往局限在稻田烤田CH4减排的研究认识可能存在性片面性，并提出了稻田流域水体CH4的减排对策。这是邹建文教授课题组在该流域继淡水养殖湿地温室气体排放观测研究成果在Environmental Science & Technology（5年影响因子7.25）上发文后取得的新成果。
该研究由南京农大邹建文教授课题组完成，师资博士后吴双和李舒清讲师为该论文的共同第一作者，通讯作者为刘树伟副教授。邹建文教授课题组围绕土壤、水体温室气体排放、减排对策以及对气候变化响应等方面，近5年相继在Ecology Letters, Global Change Biology, Environmental Science & Technology, Journal of Ecology, Global Change Biology Bioenergy等期刊上发表了一系列论文，部分论文入选ESI高被引论文。相关研究成果对于科学评估土壤和水体温室气体排放源的区域性贡献及其减排潜力具有重要科学意义和参考价值。
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