摘要:狗牙根（Cynodon dactylon）是生态绿化、固土护坡、植被重建和水土保持的常用草本植物，其发达的根系网络和独特的生长特性对于土壤孔隙的形成和空间重组具有重要影响。然而，目前相关研究多聚焦于其根系对土壤团聚体形成和稳定的作用，根系生长过程对土壤孔隙的动态影响尚不清楚。本研究采用盆栽试验，选取狗牙根为模式植物，西南山地丘陵区典型紫色土和黄壤为培养基质，设置紫色土单种（G）、紫色土空白（CK）、黄壤单种（YG）和黄壤空白（YCK）4种不同处理。利用微根窗技术连续采集不同处理下的土壤剖面图像，通过优化的根系提取算法和图像处理技术量化不同时期的狗牙根根系性状和土壤孔隙结构参数，结合统计分析，探究狗牙根根系生长动态及其对土壤孔隙结构演变的影响。结果表明：（1）狗牙根在紫色土和黄壤中均呈生长状态，其根系生长速率在不同土壤类型间表现为：紫色土>黄壤，紫色土狗牙根的根长、根表面积和根体积分别是黄壤培养条件下的近3倍；（2）与未种植植物的CK和YCK相比，狗牙根的生长显著降低了紫色土和黄壤的孔隙数目、孔隙度和孔隙分形维数，并且根系对土壤孔隙的降低作用随根系生长不断增强；（3）冗余分析表明，根系累计解释了40.60% 的土壤孔隙结构变异，根长、根表面积和根体积是降低土壤孔隙结构参数的关键根系性状。综上所述，通过优化的微根窗技术实现了植物根系和土壤孔隙的定点连续观测，发现狗牙根在生长期间显著降低了孔隙数目等参数，这为根-孔交互作用的原位、无损、动态研究提供了方法学支撑，也为生态脆弱区植被恢复和水土保持提供了理论依据。

摘要:现代农业对磷肥的过度施用导致了其在集约农田中的大量累积，且大部分以枸溶性和难溶性的沉淀态存在，因此提高沉淀态磷的有效性是磷肥高效利用的关键。目前，大量宏观的田间试验已揭示了氮肥对磷肥的活化具有促进效应。然而，微纳尺度上氮肥和沉淀态磷肥相互作用的原位研究仍然缺乏。本研究选用土壤中常见的磷酸钙矿物（磷酸氢钙（DCPD）、羟基磷灰石（HAP））作为供试材料，设置5个浓度氯化铵（0.5、5、50、500、1 000 mmol·L-1）为氮源，利用原位原子力显微镜原位观察了不同氮肥添加水平下，DCPD和HAP的表面溶解动力学。结果表明，氯化铵的添加驱动DCPD表面以三角形蚀坑的形式迅速溶解，且随着添加浓度的提高，DCPD表面溶解速率显著增强。结合DCPD表面溶解的定量表征，发现随着氯化铵浓度从0.5 mmol·L-1增至1 000 mmol·L-1，溶出磷的质量从27.00 mg·kg-1显著增至145.0 mg·kg-1。对于HAP而言，即使氯化铵浓度增至1 000 mmol·L-1，HAP表面形貌几乎不变，未出现明显溶解，且溶出磷的质量仅为5.00 mg·kg-1，与超纯水溶出磷的质量相当（3.00 mg·kg-1）。分子水平的动力学力谱结果表明，铵根阳离子和DCPD之间的相互作用力（230.6 pN）显著大于其与HAP之间的相互作用力（154.0 pN）。这表明铵根阳离子在不同磷酸钙表面的结合强度差异显著，造成矿物表面水化层不同程度的破坏，从而带来矿物表面溶解的显著差异。本研究在纳米尺度原位表征了磷酸钙表面溶解动力学，并揭示了氯化铵调控其表面溶解的分子机制，为氮磷配施增强土壤供磷能力提供了直接依据。

摘要:毒死蜱残留是食品安全中的一个重要问题，应用微生物降解是消除其残留的有效方法。但其微生物降解受降解菌与目的环境中土著微生物互作关系的影响，目前缺少对该微生态过程的研究。以毒死蜱降解菌Shingopyxis granuli CP-2为材料，从毒死蜱降解菌与土著微生物互作的角度，首先从土壤中分离出一批细菌，并对其进行16S rRNA基因全长测序鉴定；然后从中筛选对CP-2生长有促进作用的土著细菌帮手，并结合以上测序数据分析帮手的相关生物信息学结果；最后初步研究CP-2的土著细菌帮手对其降解毒死蜱的影响。结果表明，分离到的109株土著细菌隶属于变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和放线菌门；其中45株细菌显著促进CP-2的生长，属于CP-2的土著细菌帮手；该帮手库中45株细菌主要隶属于3个门、4个纲、7个目、13个科和20个属；从中选择一株对CP-2生长促进作用较强的B72菌株，检测发现，该菌及其无菌发酵液显著促进CP-2对毒死蜱的降解。综上，该研究建立由45株土著细菌构成的毒死蜱降解菌CP-2的帮手库，为后续土壤中毒死蜱或者其他污染物的微生物降解相关研究及应用提供丰富的菌种资源，且毒死蜱降解菌CP-2的土著细菌帮手显著促进其降解毒死蜱的能力，为今后毒死蜱降解菌和土著细菌帮手的共接种修复污染提供理论指导和技术支撑。

摘要:砷甲基化过程作为微生物的砷抗性机制改变砷的毒性和移动性，对土壤砷污染控制有重要意义。砷抗性根际促生菌对砷胁迫下水稻生长产生积极影响，然而水稻根际菌的砷甲基化效率及其影响水稻砷胁迫的机制研究还较为缺乏。从砷污染稻田根际土中筛选出一株砷甲基化功能芽孢杆菌Bacillus sp. LH14，探究该菌株的砷甲基化效率、砷抗性和促生相关特性，以及菌株接种对土壤砷形态、水稻生长和根际微生物相互作用的影响。结果表明，菌株LH14具有砷甲基化和挥发能力，34 h内将三价无机砷转化为甲基砷的效率为54.9%，主要形态为二甲基砷和三甲基砷。LH14接种显著提高了土壤中砷甲基转移酶基因（arsM）丰度，增加土壤溶液甲基砷浓度，表明LH14参与了土壤砷形态转化。LH14能在砷胁迫下产生吲哚-3-乙酸（IAA），菌株浸染显著增加高砷条件下种子萌发率、根和芽长及生物量。接种LH14对砷污染土壤中水稻植株生长有促进作用，可能与根际有益菌（例如Burkholderiaceae和Gemmatimonadaceae）相对丰度增加有关。所以，水稻根际存在砷甲基化功能植物促生菌，接种该菌改变水稻根际砷形态，并能产生植物激素和富集根际有益菌从而直接和间接地促进水稻生长，有利于缓解水稻砷胁迫，为砷甲基化功能菌应用于砷污染土壤修复和缓解植物砷胁迫提供理论支撑。

摘要:为探究生物质炭对水稻土壤溶解性有机质（DOM）的影响及其与有机肥配施的协同效应，通过5年连续定位试验，探讨了生物质炭施用5年后不同施肥处理：对照（CK）、生物质炭（BC）、化肥（F）、生物质炭+化肥（F+BC）、化肥+有机肥（25%氮替代，MF）和化肥+生物质炭+有机肥（25%氮替代，MF+BC）对水稻产量和土壤pH、全氮、有效磷、速效钾、有机碳、易氧化有机碳（ROC）及溶解性有机碳的影响。采用紫外-可见光谱、荧光光谱结合平行因子分析方法对土壤中DOM的光谱特征和荧光组分进行表征，分析了DOM的紫外光吸收系数和紫外光斜率系数以及荧光指数、腐殖化指数、生物指数和富里酸、色氨酸、胡敏酸相对含量。结果表明：施用生物质炭和有机肥均能有效提高水稻产量，缓解土壤酸化，并且MF+BC处理水稻产量和土壤有效磷含量最高。水稻产量与DOM生物可利用性、芳香化程度、腐殖化程度、色氨酸组分含量和亲水性呈显著正相关（P＜0.05）。提高DOM生物可利用性和腐殖化程度均表现为有机肥大于生物质炭。生物质炭显著增加DOM富里酸和色氨酸组分含量，并且促进了水稻土中ROC向难氧化有机碳转化；而有机肥有效增加DOM富里酸、色氨酸、胡敏酸和ROC含量。生物质炭和有机肥协同配施对提升水稻产量及增加ROC、DOM富里酸和色氨酸含量、芳香化程度、腐殖化程度和生物可利用性方面具有交互作用。综上所述，在本研究条件下生物质炭配施有机肥在水稻增产和水稻土有机碳及DOM组分功能多样性提升方面具有长期效应。

摘要:内生真菌枫香拟茎点霉（Phomopsis liquidambaris，B3）能够与水稻建立互惠互利关系，但是两者之间的互作关系是否会受到土壤中有效磷含量的影响尚不清楚。本研究以水稻-B3共生体系为研究对象，在低磷（LP）、中磷（MP）、高磷（HP）三个磷水平中分别设置未接菌组（E-）、接菌组（E+），共六个处理，探讨在室外盆栽试验与温室试验下，不同磷水平对植物-内生真菌互作关系的影响。室外盆栽试验表明，在低磷水平下，接种B3显著促进水稻生长，水稻产量提高7.05%；在中高磷水平下B3对水稻生长的作用减弱。为排除土壤中复杂环境的影响，设计温室试验，结果表明，在低磷水平下，与未接种处理相比，接种B3的水稻根冠比提高22.48%，磷含量增加39.98%，同时，B3显著增强叶绿素的含量以及水稻根部蔗糖、葡萄糖、果糖积累量，然而，低磷环境会限制B3在水稻根部的定殖量；在中磷和高磷水平下，B3定殖量高但对水稻的促生作用减弱。以上结果表明，在低磷水平下，B3与水稻之间是低丰度互作平衡关系，在该条件下，B3在水稻根部的定殖量低但能显著促进水稻生长；而在中高磷水平下，B3与水稻是高丰度互作平衡关系，B3在水稻根部定殖量高，虽然没有促生作用但可能具有其他优势。本研究有利于解释磷是否以及如何影响内生真菌与水稻的互作关系。

摘要:甲烷氧化微生物和氨氧化微生物均是既可以氧化甲烷（CH4）又可以氧化氨（NH3），氨氧化是硝化作用的限速步骤，也是好氧土壤氧化亚氮（N2O）排放的主要生物路径。选取内蒙古草原围封禁牧土壤为研究对象，利用稳定同位素核酸探针技术（DNA-SIP）探讨不同氮水平下土壤活性甲烷氧化微生物与硝化微生物及其相互作用机制。结果发现低氮添加促进甲烷氧化活性，而高氮添加抑制甲烷氧化活性；低氮和高氮添加均显著增强硝化活性。基于DNA-SIP的高通量测序结果发现Methylobacter MOB和Nitrosospira AOB/Nitrospira NOB分别是该土壤的主要活性甲烷氧化和硝化微生物。网络结构分析发现Methylobacter MOB和Nitrosospira AOB/Nitrospira NOB存在显著负相关关系，进一步证明活性甲烷氧化和硝化微生物之间存在竞争性相互作用。以上结果表明，氮素水平影响草原土壤甲烷氧化和硝化微生物的相互作用，研究结果为采取措施调控草原土壤CH4的汇和N2O的源功能以及减缓气候变暖的进程提供理论基础。

摘要:水土流失防治措施可以提高侵蚀退化林地的土壤质量。为了探究典型水土流失防治措施对土壤微生物分子生态网络的影响，在南方红壤区马尾松林下建立了水土流失防治措施小区，设置3种不同处理，分别为挖设鱼鳞坑加种植草本，挖设鱼鳞坑加种植草本与灌木，以及对坡面土壤不设置任何措施的对照。利用16S rRNA和18S rRNA基因Illumina MiSeq高通量测序技术，测定3种处理下的土壤微生物群落组成，基于随机矩阵的方法构建微生物网络。结果表明，措施实施后，绿弯菌门相对丰度显著降低，变形菌门与酸杆菌门的相对丰度显著升高（P < 0.05）。2种措施处理下微生物网络总节点数、总连接数、平均连通度以及模块性均较高，微生物网络的规模增大，微生物间互相作用更复杂。3个微生物网络均以负互相作用（60.59%～67.49%）为主，措施实施后物种间竞争作用进一步加强。绿弯菌门、放线菌门和变形菌门中的部分菌群在本研究区的微生物网络中起着重要的连接作用，此外，3个微生物网络的部分关键节点所属的菌群相对丰度较低（< 1%），对于构建微生物网络也具有关键作用。2种措施处理下微生物网络平均路径距离较长，微生物作用的响应速度慢，群落结构稳定性提高，其中挖设鱼鳞坑并种植草本与灌木的措施较挖设鱼鳞坑并只种植草本的措施效果更优。冗余分析表明，土壤容重（R2 = 0.465，P < 0.05）、pH（R2 = 0.377，P < 0.05）、有机质（R2 = 0.383，P < 0.05）、全氮（R2 = 0.545，P < 0.01）、对细菌群落结构有显著影响，土壤含水量（R2 = 0.485，P < 0.05）对真菌群落结构有显著影响。上述研究结果表明，水土流失防治措施实施后土壤微生物群落结构发生明显变化，网络规模增大、物种间互作强度以及微生物群落结构的稳定性提高。

摘要:锑（Sb）在土壤胶体微界面的吸附解吸深刻影响其迁移、转化和归趋。土壤矿物、有机物、微生物等胶体组分多结合在一起，形成复杂的矿物-有机复合体。目前，锑在单一土壤组分上的吸附研究颇多，但较少有学者关注锑在土壤矿物-有机复合胶体界面的吸附过程和机制。通过宏观吸附以及光谱学技术探究锑在典型铝氧化物-细菌复合胶体上的吸附行为，结果表明：α-Al2O3纳米级颗粒覆盖在蜡状芽孢杆菌表面，形成一层不完整的“矿物膜”。朗格缪尔（Langmuir）模型可以很好地拟合Sb（V，Ⅲ）的等温吸附数据（R2>0.98）；α-Al2O3对Sb的吸附量远大于细菌；Sb在Al2O3-细菌复合胶体上的吸附不符合“组分相加”原则，存在显著的促进效应。扫描电镜-能谱分析显示Sb主要结合在复合胶体的矿物组分上。X-射线光电子能谱结果表明铝羟基、羧基和氨基参与了Sb的吸附，且细菌会抑制Sb（Ⅲ）在α-Al2O3表面的氧化。本研究证实，细菌不仅影响锑在矿物界面的吸附量，还影响其氧化还原反应，因此，在预测锑在土壤中的形态转化、迁移和归趋时必须考虑矿物-微生物相互作用。

摘要:植物营养学研究近年来在植物养分高效分子机理、植物-微生物互作、根际互作与微生态调控、农田养分管理等研究领域取得了一系列原创性进展。然而，当前如何协调粮食安全、资源高效和环境可持续性仍面临巨大挑战。针对这一重大问题，本文提出“根际生命共同体（Rhizobiont）”学术思路，围绕“根际互作与养分高效”这一重大科学命题，构建“植物-根系-根际-菌丝际-土体及其微生物”根际生命共同体理论体系，突破植物-微生物、微生物-微生物关键界面互作机制，阐明根际生命共同体结构、功能及其在养分活化、吸收与利用中的作用机制，建立共同体多界面互作增效的生物学调控新途径，开辟植物-土壤-微生物交叉创新领域，根际生命共同体理论创新有助于破解粮食安全、资源高效、环境保护多目标协同的难题，支撑我国农业绿色发展。文章指出了根际生命共同体与养分高效研究的重点方向与内容，尤其是深入揭示和调控植物第二基因组——微生物组的作用正成为农业科学的研究前沿。