近日，青岛农业大学草业学院“黄河三角洲生态草牧业创新团队”在盐碱地氮磷代谢的微生物调控机制方面取得最新进展，相关研究成果发表在Environmental Research（中科院1区，TOP期刊，IF：7.7）期刊上，该项研究成果是继前期团队在盐碱地微生物分布特征和微生物碳代谢功能研究的系列成果的又一重要进展（Journal of Environmental Management, 2023, 345: 118771；Environmental Research, 2022, 214: 113823；Science
of the Total Environment, 2021, 790: 148258；Applied
Soil Ecology, 2020, 155: 103671）。通过5篇TOP论文，系统揭示了黄河三角洲盐碱土壤微生物参与“碳氮磷”三大元素代谢的过程机制。团队成员杨超教授为系列论文的第一作者，团队带头人孙娟教授为系列论文的通讯作者，青岛农业大学为唯一通讯单位。![]()
全世界盐碱地面积约125亿亩，我国盐碱地面积约15亿亩，其中可利用面积约5.5亿亩。黄河三角洲是我国最大的滨海盐碱区，盐碱地面积约为699万亩，是我国重要的后备耕地资源。土壤盐碱化严重制约着农业发展，改良和修复盐碱荒地资源，对国家粮食安全和生态环境保护等具有重要意义。鉴于微生物在盐碱地土壤养分循环中的重要性，土壤微生物多样性的减少会显著影响土壤多功能性，如氮（N）和磷（P）等营养元素的代谢。目前的研究尚未系统阐明黄河三角洲土壤盐碱化如何影响与参与N和P代谢的土壤微生物类群和关键基因。因此，本研究系统分析了黄河三角洲不同盐碱梯度水平下的6个土壤N代谢过程和4个P代谢过程的微生物群落组成，并检测了相关的微生物调控基因。研究结果表明，土壤盐碱化显著增加反硝化作用的基因总丰度，但不影响土壤的总硝化作用，极重度盐碱化会显著抑制土壤的P代谢过程（图1）。随机森林分析结果显示，控制盐碱地土壤硝化作用的主要微生物为赭色嗜盐菌（Halofilum-ochraceum）和硝化螺菌（Nitrospira-sp.-WS238），对土壤反硝化作用的贡献最大的物种为盐古细菌属的Halogeometricum-borinquense（图2），参与盐碱地土壤P溶解和矿化过程的微生物主要为微球菌科的Micrococcaceae和黄杆菌科的Flavobacteriaceae-CP2B（图3）。中性理论模型结果表明，在硝化和反硝化过程中，土壤盐碱化会显著降低相关微生物的迁移速率（m），土壤P溶解和矿化过程的微生物活动同样会受到盐碱化的显著抑制（图4和5）。此外，通过综合分析土壤多盐碱性（Soil multi-salinity）、土壤多功能性（Soil multi-functionality）与微生物功能之间的关系，结果表明土壤盐碱化对参与N和P循环的微生物群落的影响具有明显的阈值效应，微生物多样性和相互作用的减少导致土壤多功能性下降，土壤多功能性和网络复杂性共同限制了参与N和P代谢的微生物群落迁移率（图6），影响盐碱地土壤氮磷营养元素的代谢转化。研究结果为揭示盐碱地土壤养分限制因子和提升盐碱地土壤营养有效性提供重要基础。上述研究工作得到了国家牧草产业技术体系毒杂草防控岗位（CARS-34-19）和国家自然科学基金（32101434）的联合支持。![]()
图1. 在五个盐度梯度下，土壤氮代谢的6个主要过程和参与磷代谢的4个主要过程的微生物基因丰度变化。
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图2. 参与氮硝化和反硝化中10个关键物种的相对丰度及其与土壤化学性质之间的相关性。
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图3. 参与磷溶解和矿化中10个关键物种的相对丰度及其与土壤化学性质之间的相关性。
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图4. 土壤盐碱化影响氮硝化和反硝化作用的中性理论模型。
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图5. 土壤盐碱化影响磷溶解和矿化作用的中性理论模型。
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图6. 土壤多盐碱性（soil multi-salinity）和土壤多功能性（soil multi-functionality）与微生物氮磷代谢功能之间的结构方程模型。
5篇TOP期刊论文链接：
1. https://doi.org/10.1016/j.envres.2024.120361
2. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.118771
3. https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.113823
4. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148258
5. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2020.103671
