近日，中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室的研究人员围绕腐殖酸对稻田土壤碳氮循环的影响展开深入研究，为碳管理与减氮施肥策略提供了全新视角。研究发现，作为一种溶解性最强、活性最高的腐殖物质，黄腐酸（Fulvic Acid, FA）不仅显著增强了土壤碳排放，还通过调控微生物群落促进了稻田土壤氮循环。实验结果表明，添加黄腐酸后，二氧化碳和甲烷排放分别增加至94.08倍和5.06倍。同时，通过15N标记实验发现，黄腐酸显著提升了氮固定能力（提高1.2倍），从而减缓了碳氮失衡。宏基因组学分析揭示，黄腐酸的应用显著提高了木质素类化合物降解、甲烷生成、氮固定及尿素水解等关键代谢基因的丰度，而抑制了氨氧化和厌氧氨氧化等过程。此外，代谢重建分析表明，在黄腐酸处理下，Azospirillaceae（固氮螺菌科）、Methanosarcinaceae（甲烷八叠球菌科）和Bathyarchaeota（深古菌门）等微生物发挥了重要作用，维持了碳氮平衡。 研究还构建了黄腐酸降解与氮固定及保留耦合的代谢路径，为腐殖物质在减少氮肥使用和应对气候变化中的应用奠定了理论基础。这一成果为提升稻田土壤碳氮管理效率及应对农业可持续发展挑战提供了重要启示。
Figure 1. Emission rate curves for CH4 (A) and CO2 (B) during the incubation experiment; the N2O concentrations in the flask headspace after 8 h of stopping the air ventilation during the incubation experiment (C); variations of the total nitrogen content in the soil solution during the incubation experiment (D); soil carbon and nitrogen contents in the soil at the end of the incubation period (day 42); the statistical significance of the difference between treatments was determined using the t test (* p < 0.05 and *** p < 0.001) (E); the δ15N content in paddy soils in different treatments was measured after incubation using synthesis gas (15N2:O2 = 80:20). The significance of the difference between treatments was determined using the Mann−Whitney U test (* p < 0.05) (F).
Figure 2. Functional profiles of the genes involved in carbon and nitrogen cycling; the complex organic matter degradation pathway (A) and nitrogen metabolism pathway (C) in the present study; the red pentagrams represent the pathways enriched in the FA treatment, whereas the blue pentagrams indicate the pathways enriched in the CK treatment. The abundance of genes involved in differential metabolic pathways for carbon (B) and nitrogen cycles (D); the abundance values of genes in each treatment represent the averages of triplicate samples. The error bars indicate the standard deviation (SD) of the mean. The significance of the difference between treatments was evaluated using the DESeq2 package (*p < 0.05 and **p < 0.01).
Figure 3. Differentially abundant MAGs between treatments; the taxonomic classification of MAGs was conducted against GTDB. The phylogenetic tree was constructed based on the concatenated alignment of conserved protein sequences from MAGs. Differential analysis was performed using the Deseq2 package in R V4.3.1. The blue pentagrams represent the enrichment of MAGs in CK, while the red pentagrams indicate that MAGs were enriched in the FA treatment (p < 0.05).
Figure 4. Metabolic properties of MAGs recovered from the fulvic acid-amended and control metagenomes in this study; solid circles indicate the presence of genes. The red pentagrams represent the enriched MAGs in the FA treatment, while the blue pentagrams denote the enriched MAGs in the CK treatment. The genes related to carbon metabolism and transport were searched against the KEGG database, whereas the genes related to nitrogen metabolism were searched against NCycDB. Key microorganisms playing roles in carbon and nitrogen cycling in soils amended with fulvic acid were highlighted in a blue box.
Figure 5. Overview of metabolic potentials in MAGs of Azospirillaceae (A), UBA233 (B), and Methanosarcinaceae (C); the genes involved in glycolysis, methanogenesis, the reductive TCA (rTCA)/TCA cycles, nitrogen and sulfur metabolism, the urea cycle, fatty acid beta-oxidation, fermentation, protein degradation, membrane transport, the pentose-phosphate pathway, and the Wood−Ljungdahl pathway are shown. The dashed line represented the cross-feeding relationship between these microorganisms.
研究人员围绕黄腐酸对稻田土壤碳氮循环的影响展开深入研究，取得了重要进展。研究表明，黄腐酸不仅显著改变了土壤微生物群落结构，还通过强化碳氮代谢耦合作用，促进了土壤氮的固定和可利用性，同时引发了二氧化碳和甲烷排放的显著增加。研究发现，黄腐酸作为碳源，促进了Azospirillaceae（固氮螺菌科）、Methanosarcinaceae（甲烷八叠球菌科）和Bathyarchaeota（深古菌门）在碳氮耦合代谢中的关键作用。这些微生物通过降解黄腐酸生成乙酸、甲基化化合物等代谢物，进一步驱动固氮和甲烷生成。此外，黄腐酸的应用显著抑制了氨氧化和厌氧氨氧化过程，有效减少了氮素损失，提升了稻田土壤的氮供应能力。尽管研究揭示了黄腐酸在提高生物固氮效率和优化稻田土壤肥力方面的潜力，但其对温室气体排放的促进作用也引发了研究人员的关注。黄腐酸的应用需要在提升农业生产力与应对气候变化之间实现平衡。该研究为进一步理解稻田土壤的碳氮循环提供了新视角，同时为黄腐酸的合理使用和农业可持续发展提出了科学建议。
来源：Carbon Research
Soil & Environmental Health是由朱利中院士、朱永官院士和马奇英教授担任主编、浙江大学与Elsevier合作出版的全英文开放获取国际学术期刊。自2022年12月以来，期刊出版了来自16个国家的61篇优秀文章；期刊CiteScoreTracker 2024 为5.5，目前已被DOAJ、Scopus和CAS数据库收录。
微信号 | SEH2023
Twitter｜@soileh2023
中国科学院院士朱永官带领一群“土壤高级玩家”，一同创作出了本部集科学性、趣味性和前瞻性于一体的科普著作——《鲜活的土壤》，以科研者的视角和深入浅出的笔触，向大众讲述了土壤的本质、功能、土壤污染问题以及由此带来的粮食安全问题等人们关心和感兴趣的话题。
书中不仅涵盖了土壤的形成、分类、功能等基础内容，还深入探讨了土壤与生态环境、人类健康、文明演变进程等方面的紧密联系。用丰富的科研数据与成果揭示了土壤作为农业生产之基、生态系统之本的不可替代作用，更强调了在当前全球环境变化与资源约束加剧的背景下，科学合理地利用土地资源，对于维护国家粮食安全、促进生态平衡、实现经济社会可持续发展乃至推动人与自然和谐共生的战略价值。
《土壤盐渍化的诊断、评估、减缓与适应技术指南》由联合国粮农组织 / 国际原子能机构粮食和农业核技术联合中心水土管理和作物营养科专家穆罕默德·扎曼、李恒所著。著者长期致力于改善土壤、水资源与肥料管理的生产实践，为促进国际社会农业积极适应气候变化做出了贡献。
该书回顾了全球土壤盐渍化的历史和治理成败经验，旨在制定盐度和钠化度的评估技术规程，完善盐渍化土壤的缓解和适应措施，创新和推进核技术和同位素技术等的应用，为可持续地利用盐碱地提供可行性方案。该书具有先进性、指导性和实用性，能够切实解决生物盐碱农业所遇到的实际问题。该书可为进行景观和农田土壤盐渍化评估和诊断，利用核技术和同位素技术制定边际土壤可持续利用战略的技术研究人员、一线管理人员提供参考和借鉴。
康绍忠院士序|《土壤盐渍化的诊断、评估、减缓与适应技术指南》出版发行
张佳宝院士序|《土壤盐渍化的诊断、评估、减缓与适应技术指南》出版发行
Rainer Horn 博士，德国基尔大学教授，世界著名土壤物理学家。现任中-欧土地和土壤合作专家组委员，曾任世界土壤联合会(IUSS)主席，IUSS土壤物理委员会、土壤技术委员会以及第三工作组主席、土壤耕作研究组织主席、德国土壤学会主席等土壤学术组织重要职位。Horn教授在不饱和土壤力学理论创新和应用、土壤物理多尺度过程、土壤力学与水力学、物理化学和生物学等多学科交叉研究等方面取得巨大成就，并成功应用于指导固废处理、地质工程安全以及电缆地下埋藏等社会经济多方面。发表100余篇期刊论文，数十部土壤学专著以及数百篇技术报告，荣获美国土壤学会、美国农学会会士，罗马尼亚、波兰、德国土壤学会以及国际土壤耕作研究组织等学术团体先后授予Horn教授荣誉会员称号。
该书由赵英博士和张斌博士组织，邀请了诸多从事土壤物理研究的中青年工作者共同翻译。他们花费很大精力把该教材引进国内，可使更多的科研人员系统了解土壤物理学，对推动我国土壤物理学的发展意义重大。
邵明安院士序|《土壤物理学精要——过程、功能、结构和力学导论》
《土壤物理学精要——过程、功能、结构和力学导论》出版—赵其国院士序
近期文章推荐
【土壤+肥料检测指标汇总】特色指标（残体碳/有机酸/PLFA/氨基糖和抗生素）、基础指标、元素、理化性质、酶活性及重金属等
中国农村技术开发中心会同院士专家完成我国黑土地保护与利用科技创新战略研究报告
Catena|东北地理所在黑土区耕地土壤有机质空间分布多尺度影响因素解析方面取得进展
中科院南京地理湖泊所联合研究Nature Communications｜全球湖泊浮游植物增殖加剧气候变暖
精选土壤好书，长按识别二维码了解
由于微信修改了推送规则，请大家将土壤家加为星标，或每次看完后点击页面下端的“在看”，这样可以第一时间收到推文！合作、转载、入群，请加13926117407微信号（或发邮件至149996384@qq.com）
