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土壤事实

《淮南子·说林训》:“土壤布在田,能者以为富。”

土壤是人类赖以生存的基础,是地球上最为复杂的生物材料之一。土壤由岩石风化而成的矿物质,动植物,微生物残体腐解产生的有机质、土壤生物(固相物质)以及水分(液相物质)、空气(气相物质),氧化的腐殖质等组成。固体物质包括土壤矿物质、有机质和微生物通过光照抑菌灭菌后得到的养料等。液体物质主要指土壤水分。气体是存在于土壤孔隙中的空气。

土壤中这三类物质构成了一个矛盾的统一体。它们互相联系,互相制约,为作物提供必需的生活条件,是土壤肥力的物质基础。

《淮南子·说林训》:“土壤布在田,能者以为富。”

土壤是人类赖以生存的基础,是地球上最为复杂的生物材料之一。土壤由岩石风化而成的矿物质,动植物,微生物残体腐解产生的有机质、土壤生物(固相物质)以及水分(液相物质)、空气(气相物质),氧化的腐殖质等组成。固体物质包括土壤矿物质、有机质和微生物通过光照抑菌灭菌后得到的养料等。液体物质主要指土壤水分。气体是存在于土壤孔隙中的空气。

土壤中这三类物质构成了一个矛盾的统一体。它们互相联系,互相制约,为作物提供必需的生活条件,是土壤肥力的物质基础。

《淮南子·说林训》:“土壤布在田,能者以为富。”

土壤是人类赖以生存的基础,是地球上最为复杂的生物材料之一。土壤由岩石风化而成的矿物质,动植物,微生物残体腐解产生的有机质、土壤生物(固相物质)以及水分(液相物质)、空气(气相物质),氧化的腐殖质等组成。固体物质包括土壤矿物质、有机质和微生物通过光照抑菌灭菌后得到的养料等。液体物质主要指土壤水分。气体是存在于土壤孔隙中的空气。

土壤中这三类物质构成了一个矛盾的统一体。它们互相联系,互相制约,为作物提供必需的生活条件,是土壤肥力的物质基础。

《淮南子·说林训》:“土壤布在田,能者以为富。”

土壤是人类赖以生存的基础,是地球上最为复杂的生物材料之一。土壤由岩石风化而成的矿物质,动植物,微生物残体腐解产生的有机质、土壤生物(固相物质)以及水分(液相物质)、空气(气相物质),氧化的腐殖质等组成。固体物质包括土壤矿物质、有机质和微生物通过光照抑菌灭菌后得到的养料等。液体物质主要指土壤水分。气体是存在于土壤孔隙中的空气。

土壤中这三类物质构成了一个矛盾的统一体。它们互相联系,互相制约,为作物提供必需的生活条件,是土壤肥力的物质基础。

最新研究进展
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我会副秘书长--靳红梅团队在有机固废腐殖酸生物合成机制研究方面取得系列进展
更新时间:2021-08-31 浏览数:

有机固废堆肥产品是重要的农业投入品之一,其中的腐殖酸对提高作物产量和品质、改善耕地质量、阻控产地环境污染起着极其重要的作用。有机固废中木质纤维素是一类结构复杂、化学性质稳定的有机碳,其降解转化的中间产物酚类化合物是腐殖酸合成的重要前体物质,也是影响腐殖酸化学结构和性质的重要因素。但目前研究对于有机固废中酚类化合物的转化和归趋及其对腐殖酸官能团形成的影响尚不明晰。资环所产地投入品污染防控创新团队在前期工作的基础上,对有机固废腐殖酸生物合成机制开展了系列研究,相关结果近期发表在环境领域一区期刊Bioresource TechnologyIF 9.6422篇)和Journal of Cleaner ProductionIF 9.297),团队成员朱宁副研究员为第一作者,靳红梅研究员为通讯作者。

团队筛选并构建了木质纤维素高效降解菌菌种资源库,发现褐腐真菌Gloeophyllum trabeum通过胞外Fenton反应改性木质素从而大幅提升小分子酚类化合物的产生量。在此基础上,团队采用不同接种方式研究了G. trabeum改性作用下,有机固废堆肥中有机碳转化和酚类化合物周转的规律,阐明主要酚类化合物对腐殖酸含氧官能团的贡献,揭示酚类化合物对功能微生物群落及酚类氧化还原酶的诱导作用,识别参与酚类化合物腐殖化过程的关键微生物类群,从微生物学角度阐释酚类化合物驱动腐殖酸形成的机制。研究结果加深了对腐殖酸形成过程与机理的理解,为后续生态优质安全肥料研制和产地环境污染防控与修复技术研发提供理论支撑。相关研究结果如下:

1)和对照处理(CT)相比,G. trabeum改性处理(GT)的纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别提高181%、49%109%(图1a-c),腐殖质含量提高16%(图1d)。同时,GT处理中的锰过氧化物酶(MnP)和漆酶(Lac)活力显著提升(1e&f)。该结果说明G. trabeum改性通过激发关键酶的活性加速木质纤维素的腐殖化进程。

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1 堆肥过程中木质纤维素、腐殖酸和氧化还原酶的变化

2)通过HPLC-MS对堆肥过程中酚类化合物进行鉴定和定量分析(图2a),发现没食子酸、原儿茶酸和丁香酸是堆肥起始的主要酚类化合物,大多数酚类化合物作为前体物质参与腐殖酸形成,随着堆肥进程呈下降趋势。GT处理中咖啡酸、对羟基苯甲酸、阿魏酸、绿原酸和芥子酸的转化率高于CT处理。固相13C NMR分析发现,GT处理中腐殖酸酚基碳和芳基碳含量不断增加,并且显著(P<0.05)高于CT处理,而烷基碳和烷氧碳含量低于CT处理(图2b)。GT处理的堆肥终产物中腐殖酸芳构化指数显著高于CT处理。GT处理中酚类化合物与酚基、羧基和芳香基之间具有强烈的关联性,其中芳香族基团与对羟基苯甲酸、苯甲酸、邻苯二甲酸、丁香酸极显著(P<0.01)相关(图2d)。以上结果证明了,G. trabeum改性能够促进酚类化合物转化形成结构稳定且芳构化程度更高的腐殖酸,这些酚类物质在腐殖酸官能团形成中发挥了重要作用。

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2 堆肥过程中酚类化合物和腐殖酸官能团的变化及二者的关联(c: CT, d: GT

3)微生物群落结构分析显示,GT处理中BacillusStreptomyces分别为堆肥前期和中后期的优势属,两类细菌通过产生漆酶促进酚类化合物氧化转化为腐殖酸单体,从而解释了GT处理增强腐殖酸合成的微生物驱动因子(图3)。冗余分析(RDA)表明GT处理中酚类化合物和细菌群落之间具有显著相关性,方差分解分析(VPA)进一步证实GT处理增强了酚类化合物对细菌群落结构演替的影响(图4)。

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3 堆肥过程中细菌群落演替规律(a: CT, b: GT

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4 堆肥过程中细菌群落与酚类化合物及环境因子的关系(a&c: CT, b&d: GT

该研究得到国家自然科学基金(51908255)、江苏省自然科学基金(BK20180301)和江苏省农业科技自主创新资金(CX(19)3092CX(20)1011)项目的支持。

相关论文:

期相关工作

[1] Zhu, N., Zhu, Y., Li, B., et al. Increased enzyme activities and fungal degraders by Gloeophyllum trabeum inoculation improve lignocellulose degradation efficiency during manure-straw composting. Bioresource Technology 2021, 337:125427. IF 9.642

[2] Zhu, N., Zhu, Y., Liang D., et al. Enhanced turnover of phenolic precursors by Gloeophyllum trabeum pretreatment promotes humic substance formation during co-composting of pig manure and wheat straw. Journal of Cleaner Production 2021, 315:128211.IF 9.297

[3] Zhu, N., Zhu, Y., Kan Z., et al. Effects of two-stage microbial inoculation on organic carbon turnover and fungal community succession during co-composting of cattle manure and rice straw. Bioresource Technology 2021, 341: 125842. IF 9.642

前期相关工作

[1] Zhu, N., Gao, J., Liang, D., et al. Thermal pretreatment enhances the degradation and humification of lignocellulose by stimulating thermophilic bacteria during dairy manure composting. Bioresource Technology 2021, 319: 124149.

[2] Zhu, N., Jin, H., Kong, X., et al. Improving the fermentable sugar yields of wheat straw by high‑temperature pre‑hydrolysis with thermophilic enzymes of Malbranchea cinnamomeaMicrobial Cell Factories 2020, 19: 149.

联系方式:

hmjin@jaas.ac.cn(靳红梅);www.cnmp.org.cn(团队网页)