鐵是所有生物生長發(fā)育的必須營養(yǎng)元素之一，包括植物和動(dòng)物，因?yàn)槠鋮⑴c生物體內(nèi)眾多氧化還原過程，同時(shí)還參與植物體內(nèi)葉綠素的形成。雖然鐵在土壤中的含量相當(dāng)高，但在堿性土壤中，鐵是以氧化鐵和氫氧化鐵的形式存在的，其有效性很低。

據(jù)報(bào)道，世界上大約有三分之一的土壤屬于堿性土壤，因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上鹽毒害是存在的，且與缺鐵一樣，是植物生長發(fā)育的限制因子，然而，目前關(guān)于植物如何同時(shí)響應(yīng)缺鐵與鹽毒害的研究尚不清楚。

南京土壤研究所沈仁芳課題組以模式植物擬南芥為材料，在水培的條件下，研究了在鹽毒害與缺鐵同時(shí)存在的情況下擬南芥的生長狀況。發(fā)現(xiàn)鹽毒害（外源添加氯化鈉）能顯著緩解擬南芥對缺鐵脅迫的響應(yīng)，即葉片的失綠現(xiàn)象有所緩解，同時(shí)伴隨著根系細(xì)胞壁半纖維素含量的降低，以及半纖維素/細(xì)胞壁所吸附的鐵含量的降低，表明外源添加氯化鈉能通過促進(jìn)細(xì)胞壁所吸附的鐵的釋放達(dá)到體內(nèi)鐵的再利用。

此外，外源添加氯化鈉也能促進(jìn)鐵從根部到地上部分的轉(zhuǎn)運(yùn)，主要是通過上調(diào)FRD3 (FERRIC REDUCTASE DEFECTIVE3), YSL2 (YELLOW STRIPE-LIKE) and NAS1 (NICOTIANAMINE SYNTHASE1)這些鐵長距離運(yùn)輸相關(guān)基因的表達(dá)，從而有效的改善了地上部鐵的營養(yǎng)狀況。本研究為缺鐵土壤上植物的生長提供了一種新的策略。

在青藏高原草氈表層形成過程與功能研究取得進(jìn)展

草氈表層 (mattic epipedon) 是青藏高原及部分高山地帶獨(dú)特的由土壤物質(zhì)與活/死根交織纏結(jié)而成的氈狀表層，是高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)土壤形態(tài)特征和發(fā)生過程的綜合體現(xiàn)。

《中國土壤系統(tǒng)分類》考慮其在我國青藏高原分布廣泛，在國際土壤分類領(lǐng)域首次將其劃為診斷表層，賦予其重要的土壤發(fā)生分類學(xué)地位，但對其形成機(jī)理、空間分布以及生態(tài)水文功能等方面的研究國內(nèi)外鮮有報(bào)道。

南京土壤研究所張甘霖課題組近年來對青藏高原東北緣祁連山區(qū)進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)查研究，對草氈表層的形成過程及其生態(tài)水文效應(yīng)，不同發(fā)育程度草氈表層空間分布特征及其影響因素等方面取得了重要認(rèn)識(shí)。

研究發(fā)現(xiàn)，草氈表層的細(xì)土物質(zhì)主要來自于全新世黃土沉積，這些外來粉塵大大提升了高寒地區(qū)粗骨質(zhì)土壤的生產(chǎn)潛力，促進(jìn)草氈表層的形成，而草氈表層的發(fā)育有助于捕獲更多降塵并保護(hù)其免受侵蝕，細(xì)土層不斷加積，是祁連山區(qū)土壤形成的關(guān)鍵過程 (Geoderma, 2016, 282, 9-15, doi: 10.1016/j.geoderma.2016.07.003)。

細(xì)土物質(zhì)的積累為高寒山區(qū)另一關(guān)鍵成土過程-土壤有機(jī)碳的積累提供了基質(zhì)。他人報(bào)道認(rèn)為（Qiu, Nature, 2016, 529, 7585)，青藏高原草氈表層儲(chǔ)存了約180億噸有機(jī)碳，占全國1米土體有機(jī)碳儲(chǔ)量的1/5。

研究團(tuán)隊(duì)針對祁連山區(qū)草氈表層富集土壤有機(jī)碳的特點(diǎn)，開發(fā)了用于模擬土壤有機(jī)碳深度分布的分段指數(shù)函數(shù)，并預(yù)測出30cm土層有機(jī)碳儲(chǔ)量超過80%，遠(yuǎn)高于前人預(yù)測而更接近于實(shí)際調(diào)查結(jié)果 (Scientific Reports, 2016, 6, 21842, doi:10.1038/srep21842)。與黃土發(fā)育的非草氈層相比，草氈表層中有機(jī)碳的積累顯著降低了土壤容重 (R2 =0.81)，提高了土壤孔隙度 (R2 =0.77)，田間持水量 (R2 =0.49)，萎蔫含水量 (R2 =0.56) 與陽離子交換量 (R2 =0.96)；考慮到草氈表層下覆土層多為高礫石含量的冰磧物，草氈表層是土壤水分、養(yǎng)分保蓄的關(guān)鍵層段，是青藏高原及高山土壤的主要功能區(qū) (Journal of Hydrology, 2014, 519, 3086-3093, doi: 10.1016/j.jhydrol.2014.10.054; European Journal of Soil Science, 2017, 68, 270-280, doi: 10.1111/ejss.12425)。如果說青藏高原是亞洲水塔，草氈層無疑是水塔的“開關(guān)”，控制著土壤水分的保蓄和徑流產(chǎn)生。

祁連山區(qū)草氈表層的空間分布呈明顯的區(qū)域聚集特征，集中分布于祁連山中部和東南部。在海拔3000 m以上，草氈表層的發(fā)育程度隨海拔的降低呈增強(qiáng)的趨勢；海拔相對較低的地區(qū)，地勢平緩（利于土壤水分匯集和保持）和溫度適宜（利于植被生長和根系纏結(jié)）是促進(jìn)草氈表層發(fā)生發(fā)育的關(guān)鍵因素 (Geoderma Regional, 2017, 10, 1-10, doi:10.1016/j.geodrs.2017.02.001; 生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 37, 20, doi:10.5846/stxb201608031598; Pedosphere, in press)。

相關(guān)研究對青藏高原土壤形成過程與保育、土壤有機(jī)碳精確估算、土壤生態(tài)服務(wù)功能評估價(jià)等方面具有重要意義。

首次從水稻根系分泌物中挖掘到新的調(diào)控氮素利用效率的生物硝化抑制劑1,9-癸二醇

硝化作用是農(nóng)田氮素轉(zhuǎn)化的主要途徑，與氮素?fù)p失和利用有非常密切的關(guān)系。維持氮素以NH4+ 的形式存在是提高作物氮素利用率的關(guān)鍵之一。由于合成硝化抑制劑價(jià)格昂貴，在不同土壤類型中性能不穩(wěn)定，而且存在生態(tài)環(huán)境和食品的安全隱患等，開發(fā)植物源的生物硝化抑制劑（BNIs）顯得十分必要。迄今為止，BNIs只從Brachiaria humidicola和高粱中報(bào)道過。

南京土壤研究所施衛(wèi)明課題組利用自我創(chuàng)制的根系分泌物原位收集系統(tǒng)和GC-MS分離鑒定技術(shù)，通過測定19個(gè)秈稻、粳稻品種的根系分泌物活性，首次從重要糧食作物水稻中鑒定到一種新型的BNIs——1,9-癸二醇，發(fā)現(xiàn)其主要通過抑制氨單加氧酶（AMO）過程來抑制硝化作用，并明確了1,9-癸二醇是水稻根系分泌的天然物質(zhì)，對潮灰土的硝化作用有顯著抑制效應(yīng)，抑制效應(yīng)顯著大于目前農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中普遍使用的雙氰胺（DCD）。進(jìn)一步通過19個(gè)水稻品種15N同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)，揭示了生物硝化抑制效應(yīng)、1,9癸二醇含量與水稻品種氮吸收利用效率之間有密切的聯(lián)系。

上述研究成果發(fā)表于植物學(xué)TOP期刊New Phytologist （Sun et al., 2016, 212: 646–656），得到了國際同行的高度評價(jià)，認(rèn)為這一工作對水稻遺傳/育種和稻田氮肥管理提供了新的思路和切入點(diǎn)（原文：…This is a very nice and well written paper that provides novel insight into a new biological nitrification inhibitor (BNI) obtained from rice varieties and should have a substantial impact on rice genetics/breeding and management options for rice paddies…）。該研究對于深化植物-微生物互作調(diào)控土壤氮素轉(zhuǎn)化，提高作物氮素利用率、減少氮素流失和溫室氣體排放，指導(dǎo)氮肥減施增效，實(shí)現(xiàn)化肥氮零增長的國家戰(zhàn)略，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。研究成果也得到了超過100家國內(nèi)外媒體和機(jī)構(gòu)（美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)AAAS、《印度時(shí)報(bào)》、《經(jīng)濟(jì)時(shí)報(bào)》等）的廣泛關(guān)注和報(bào)道。

首次利用稀土元素和13C雙向標(biāo)記研究團(tuán)聚體動(dòng)態(tài)變化

團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是肥沃土壤的物質(zhì)基礎(chǔ)，有機(jī)質(zhì)是形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的重要膠結(jié)劑。如何提高土壤有機(jī)碳，促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成一直為土壤學(xué)研究熱點(diǎn)。團(tuán)聚體形成穩(wěn)定與有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)密切相關(guān)，目前已形成共識(shí)認(rèn)為團(tuán)聚體物理保護(hù)是土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)的關(guān)鍵機(jī)制。但是我們不知道有機(jī)質(zhì)腐解過程中團(tuán)聚體是由哪些小團(tuán)聚體形成的，有機(jī)質(zhì)礦化過程中大團(tuán)聚體又破碎成哪些小團(tuán)聚體，也不清楚有機(jī)質(zhì)如何進(jìn)入團(tuán)聚體。其關(guān)鍵原因是我們?nèi)狈︻愃朴?3C/14C示蹤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)的方法來示蹤團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)路徑，也導(dǎo)致團(tuán)聚體動(dòng)態(tài)模型模擬研究難以取得突破。

最近，南京土壤研究所彭新華研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)干濕交替顯著提高了稀土元素氧化物與土壤顆粒的結(jié)合能力，濕篩后回收率接近100%，加上稀土元素氧化物對微生物活性影響弱，氧化物顆粒小，易測定等特點(diǎn)，提出了稀土元素標(biāo)記團(tuán)聚體的方法（圖左），即每一粒級團(tuán)聚體用一種稀土元素標(biāo)記，然后組合成土壤。根據(jù)稀土元素在不同粒級團(tuán)聚體的重新分布，提出了團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)路徑與速率計(jì)算方法（圖右）。發(fā)現(xiàn)團(tuán)聚體向相鄰粒級的周轉(zhuǎn)比重較大，大團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)速率要快于小團(tuán)聚體。添加外源有機(jī)質(zhì)顯著提高了周轉(zhuǎn)速率，團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)速率與13C累積含量呈線性關(guān)系。

這一成果近期發(fā)表于土壤學(xué)TOP期刊SBB（Peng et al., 2017，109: 81-94），得到國際同行的高度評價(jià)，認(rèn)為這是首次利用稀土元素和13C雙向標(biāo)記研究團(tuán)聚體動(dòng)態(tài)變化（原文：…To my knowledge, this is the first combined use of physical (REO) and biological (13C) tracers to examine these dynamics...），這篇文章最重要的貢獻(xiàn)是提出了計(jì)算團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)速率（原文:…Overall, the manuscript is well written, the experimental design is sound,... the most important contribution is the addition of new estimates for physical aggregate turnover rates…），這一工作真正代表了團(tuán)聚體研究的領(lǐng)先水平（原文:…they are truly the “state of the art” at this point）。稀土元素示蹤團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)研究方法將為揭示土壤有機(jī)碳物理固碳機(jī)制，構(gòu)建團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)模型等提供強(qiáng)有力的手段。