8月6至9日，中国植物营养与肥料学会2017年学术年会在江苏苏州召开。大会主题为“在农业供给侧改革形势下植物营养与肥料科技创新”，设置了植物营养与生物学、化学肥料、生物与有机肥、新型肥料、绿肥技术、养分循环与环境、肥料工艺与设备、施肥技术、农化测试技术、青年科技工作者等10个分会场。来自全国高等院校、科研院所等200多个单位、1300多名土壤、植物营养与肥料学界的科技工作者代表参加了会议。
8月7日，在中国植物营养与肥料学会2017年学术年会开幕式上，通过三位学会理事和单位推荐，经过资格查审、同行评议、常务理事讨论、理事长审定以及公示等程序，我室2016届硕士研究生李春阳获首届中国植物营养与肥料学会优秀硕士学位论文奖（学术型）。李春阳同学的学位论文题目为＂小白菜的红外光声光谱特征及其在植物营养诊断中的应用（导师为杜昌文研究员）＂，目前李春阳同学在美国麻省大学攻读博士学位。
据悉，中国植物营养与肥料学会优秀研究生学位论文奖每年评选一次，今年首届评选出优秀博士学位论文5篇，每篇奖励10000元，优秀硕士学位论文7篇（其中学术型5篇、专业型2篇），每篇奖励5000元。
在具有周期性淹水/排水特征的Cd污染稻田土壤中，硫酸盐还原菌在淹水期间可利用硫酸盐作为电子受体生成还原性硫，其与Cd2+进一步通过化学沉淀形成相对稳定的CdS，降低Cd的生物有效性；在稻田土壤排水过程中，好氧条件可导致CdS被氧化溶解，增加Cd的生物有效性。在该厌氧-好氧过程中，Cd的迁移转化行为亦受多种环境因子如Fe和有机质的影响，但其环境化学过程与机制仍不够明晰。
为此，中国科学院南京土壤研究所王玉军研究员团队首先针对稻田干湿交替过程中CdS的形成与转化过程开展了深入探究。在有机质和无定形铁含量较高的土壤中，淹水过程使得硫酸盐、有机质以及铁氧化物被微生物还原，其中生成的还原性硫与Cd结合形成CdS；土壤落干过程中，还原性有机质和Fe(II)可通过类芬顿反应导致羟基自由基（•OH）的生成，进而氧化CdS，增加土壤中可溶态Cd的浓度（图1）。
图1. 土壤干湿交替过程中CdS的形成与转化过程
为进一步研究有机质、铁、和硫如何共同调控Cd在厌氧-好氧过程中的归趋，研究团队对吸附于水铁矿表面的Cd在硫化-再氧化过程中的迁移转化行为进行密切追踪，并考察有机质的影响。结果表明，在硫化过程中，S(-II)被完全消耗，部分水铁矿被还原为Fe(II)，同时有机质从水铁矿表面解吸，吸附于水铁矿表面的Cd则完全转化为CdS。再氧化过程中，Fe(II)被氧化为Fe(III)氧化物，有机质被重新吸附。与此同时，一部分CdS发生了氧化，该氧化行为主要由Fe(II)氧化产生的H2O2驱动，·OH和O2亦有一定贡献，然而，有机质通过消耗H2O2抑制了CdS的氧化过程。从CdS中释放的大部分Cd重新吸附至Fe(III)氧化物表面，少部分释放的Cd则嵌入Fe(III)氧化物晶格中。此外，一部分CdS被包裹于Fe(III)氧化物聚集体内，但有机质与Fe(III)氧化物的相互作用抑制了惰性态Cd（嵌入态Cd、包裹态CdS）的形成（图2）。
图2. 厌氧-好氧过程中有机质、铁和硫共同调控Cd的迁移转化行为
以上研究结果对预测土壤干湿交替过程中Cd的生物有效性以及开展Cd污染修复具有重要指导意义，相关成果近日发表于Environmental Science & Technology和ACS ES&T water。该研究工作得到国家自然科学基金杰出青年基金等项目的资助。
论文链接1：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsestwater.4c01016
论文链接2：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c13365
2025年1月20日至21日，土壤与农业可持续发展全国重点实验室2024年度学术年会在中国科学院南京土壤研究所多功能厅召开。南京农业大学沈其荣院士，中国科学院南京地理与湖泊研究所所长张甘霖，中国科学院南京土壤研究所所长沈仁芳、副所长颜晓元、纪委书记盖永华以及实验室师生出席会议。
会上，沈仁芳所长致欢迎辞，实验室主任王玉军作实验室工作报告，沈其荣院士、张甘霖研究员应邀作“木霉菌作用机制及其生物肥制造与应用”和“黑土的年龄”特邀报告，实验室科研人员围绕中低产田质量提升、土壤-植物互作调控与逆境土壤利用、污染耕地修复与安全利用、健康耕地理论构建与耕地质量动态监测四大研究方向，结合年度进展分别进行了汇报。
年会颁发了实验室年度优秀论文奖，其中宋效东研究员发表在Science期刊的研究论文“Size, distribution, and vulnerability of the global soil inorganic carbon”获得实验室“年度论文”奖。
此次年会是土壤与农业可持续发展全国重点实验室获批后举办的首个大型学术交流活动，报告内容丰富，学术气氛热烈，不仅为科研人员和研究生搭建了交流与学习的平台，而且促进了实验室不同学科间的交叉与融合。实验室将以此次会议为契机，进一步加快抢占土壤与农业可持续发展领域科技制高点，为保障国家粮食安全作出更大贡献。
张甘霖研究员作特邀报告
中低产田质量提升方向学术报告
土壤-植物互作调控与逆境土壤利用方向学术报告
污染耕地修复与安全利用方向学术报告
健康耕地理论构建与耕地质量动态监测方向学术报告
铝毒性是全球酸性土壤中普遍存在的一种胁迫因素，被认为是仅次于干旱的第二大非生物胁迫。铝毒性会导致作物根系受损、生长受阻，最终导致其产量显著下降。在应对这种不利条件方面，土壤微生物发挥着至关重要的作用。它们通过群落间的代谢协同作用，不仅能够维持微生物群落的功能稳定性，还为植物生长提供重要支持。然而，这些微生物如何通过共生机制应对铝毒性胁迫的具体过程仍不清楚。
针对该问题，中国科学院南京土壤研究所梁玉婷研究员团队，联合中国科学院分子植物科学卓越中心王二涛研究员团队、北京大学生命科学学院白洋研究团队等国内外研究单位，在土壤根际微生物代谢互作提高群体抗铝性的研究中取得了重要进展。相关研究“喹诺酮介导的交叉喂养机制增强土壤微生物共生体的铝耐受性”（“Quinolone-mediated metabolic cross-feeding develops aluminium tolerance in soil microbial consortia”）为题，于2024年11月22日发表在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊上。
该研究团队通过反向重水—拉曼光谱和非靶向气相色谱-质谱联用分析，发现由酸性红壤区水稻根际土分离获得的红球菌（Rhodococcus）和假单胞菌（Pseudomonas）组成的合成微生物群落（synthetic microbial community，SynCom）（Nature Food 2023, 4:912–924），在酸性铝毒胁迫下表现出显著优于单一菌株的群落稳定性、定殖能力以及对植物生长的促进作用。这一优势源于Pseudomonas分泌的群体感应信号分子2-庚基-1H-喹啉-4-酮（HHQ），其在合成微生物群落中作为交叉喂养的底物起到关键作用。该信号分子可被Rhodococcus高效分解，显著诱导PGAM，UAGCVT，MltG，DacD等合成酶关键基因的表达，介导其细胞壁组分胞壁酸的生物合成。这种交叉喂养模式能够显著提高Rhodococcus细胞壁的厚度与完整性，从而增强其铝毒耐受性与群落稳定性。同时，由于HHQ浓度的降低，Pseudomonas种群因HHQ积累引起的生长自限制现象得以缓解，其代谢活性也显著提升。
代谢交叉喂养机制增强土壤微生物菌群铝耐受性新机制
该研究基于代谢交叉喂养的概念揭示了维持酸性土壤微生物群体级别铝耐受性的新机制，强调了功能微生物细胞壁碳的重要性，为增强酸性土壤作物耐逆与生物功能提升提供了新思路。
该成果得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省自然科学基金、中国科学院青年创新促进会等的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54616-0
盐碱地是我国重要的后备耕地资源；同时，根据第三次全国土壤普查，我国重点区域14个省份198个县盐碱耕地约1亿亩，亟待提升产能。作为我国主粮作物之一的小麦，其主产区恰好也是土壤盐渍化高频发生的区域；同时，作为唯一的越冬主粮作物，春季是其生长发育的关键时期，却也是土壤返盐的高峰期。因此，土壤盐渍化对小麦生产安全的威胁尤其需要重点关注。在这种背景下，鉴定小麦耐盐碱基因，继而利用现代分子育种手段精准、快速地改良小麦耐盐性，对于保障国家的粮食安全和通过“以种适地”、“种和地相向而行”策略充分开发利用盐碱地资源，具有切实意义。
然而，普通小麦基因组过于庞大（是人类基因组的5.5倍）且复杂（异源六倍体、重复序列比例高），导致小麦分子遗传研究周期长、工作量大；同时，由于耐盐性属于多性状组成的数量性状，进一步增加了小麦耐盐基因挖掘的难度。目前在小麦中，仅有TaHKT1;5-D等屈指可数的耐盐基因通过正向遗传学鉴定到；虽然近年来证实HKT1;5是小麦、水稻、玉米等作物中保守的耐盐主效基因，但其耐盐功能高度依赖细胞特异性表达，导致其在育种中较难直接应用。
近日，中国科学院南京土壤研究所施卫明课题组联合西北农林科技大学康振生院士课题组等国内外合作团队，基于前期对500余份小麦品种/品系在山东东营、江苏东台等盐碱地多年多点的大田产量、生理、分子等指标的系统分析，创新性地以TaHKT1;5-D的表达量作为耐盐分子表型，借助eGWAS等正反向遗传学手段成功锁定到小麦耐盐关键位点qHE-issas1，并解析了SPL6-HKT1;5这一全新的、且在多个作物中保守的耐盐调控模块；将位点中优异等位新基因TaSPL6-DIn借助分子辅助方法快速导入到我国现代主栽品种矮抗58中，实现了在东营等盐碱地中5-9%的产量提升。
上述成果以“Variation in TaSPL6-D confers salinity tolerance in bread wheat by activating TaHKT1;5-D while preserving yield-related traits”为题在《Nature Genetics》上以研究长文形式发表。据悉，这是继2019年小麦赤霉病抗性基因文章之后，我国在《Nature Genetics》上发表的第二篇小麦功能基因文章。
结合团队前期创建小麦多组学大数据平台WheatOmics收集整理的近2,000份小麦种质遗传图谱和系谱信息，以TaHKT1;5-D的表达量为表型，借助eGWAS挖掘到一个与TaHKT1;5-D表达量、地上部钠离子含量和苗期耐盐性显著相关的基因TaSPL6-D，分为两种单倍型（TaSPL6-DDel和TaSPL6-DIn），其中TaSPL6-DIn由于第一个外显子中插入了47-bp的重复序列而无法编码成熟的SPL类转录因子。生理、生化和不同倍性、不同品种小麦材料背景下的遗传实验证实，TaSPL6-DDel可以直接结合TaHKT1;5-D启动子上的GTAC元件，继而抑制TaHKT1;5-D的表达，负调控小麦耐盐性。更重要的是，借助近两年动物研究中新兴的CUT&Tag技术及系列生化、遗传实验，发现TaSPL6-DDel还可以直接抑制多个TaHKT1;5-D的激活因子（如TaNAC6等），继而进一步负调控TaHKT1;5-D的盐响应过程，表明TaSPL6-D是TaHKT1;5-D上游转录调控的核心因子，将HKT1;5的调控机制从过往的一维单基因水平拓展到了多维基因网络水平。
进一步追溯优异单倍型TaSPL6-DIn的分布情况，发现其主要存在于我国地方农家种中，而在我国现代栽培种中属于稀有变异，说明该优异等位基因在现代育种过程中未被充分利用。基于巢式PCR方法，开发了分子辅助育种技术，将TaSPL6-DIn从我国农家种中快速导入到不含该等位基因的现代主栽品种矮抗58中，实现了小麦在山东东营等不同盐碱地中5-9%的产量提升。由于SPL6-HKT1;5调控模块也保守性地存在于水稻、大麦等作物中，所以该研究不仅对于创制耐盐小麦具有意义，对于其他作物的耐盐改良也有潜在价值。
文章发表后，中国工程院院士、山东省农科院赵振东研究员认为，“这项研究工作，耐盐等位新基因从中国地方农家种中而来，具有中国标签；充分发挥了小麦六倍体的优势，具有小麦特色。为小麦耐盐分子育种改良乃至耐盐碱作物的开发提供了重要的设计靶点”；中国科学院院士、遗传发育所曹晓风研究员认为，“王萌等人的研究不仅挖掘到小麦耐盐新基因、解析了SPL6-HKT1;5禾本科耐盐调控模块，同时探索了优异单倍型小麦导入系在东营等盐碱地中的增产效果，为作物耐盐基因库和育种改良贡献了特色鲜明的小麦基因资源，也为小麦-盐碱地‘以种适地’改良提供了一个重要方案。”
中国科学院南京土壤研究所施卫明团队小麦组负责人王萌副研究员为论文独立通讯作者和并列第一作者，中科院土壤所/西北农林联培博士生程洁和西北农林科技大学吴建辉副教授为论文的并列第一作者，合作作者包括中科院土壤所硕士生陈洁菲，中科院土壤所/西北农林联培生王晨阳、刘丹，中科院遗传所/崖州湾种子实验室马省伟博士，青岛农业大学郭卫卫博士，中科院土壤所李光杰博士、狄东伟博士等，中科院土壤所施卫明研究员、山东大学夏光敏教授、西北农林韩德俊教授、青岛农业大学张玉梅教授、澳大利亚墨尔本大学Herbert J. Kronzucker教授等各合作团队负责人也参与了本研究。另外，河南大学李浩教授、张鸣博士，南京农业大学李刚教授、刘守阳教授，江苏省农科院何漪博士等对本研究提供了技术支持。研究得到了中科院、国家基金委、国家重点研发、江苏省“优青”等项目的资助。
6月24日，2023年度国家科学技术奖励大会在北京召开，习近平总书记等党和国家领导人出席大会并为获奖项目颁奖。由中国科学院南京土壤研究所、浙江大学、沈阳农业大学、中国农业大学、中国地质大学（北京）、华南农业大学、华中农业大学等单位历经多年共同完成的重大科技成果“中国土系志与高精度土壤信息网格构建及应用”荣获国家科技进步二等奖。该项成果的第一完成人张甘霖研究员作为获奖代表出席了国家奖励大会。
项目首次建立了我国土族和土系划分标准，实现了土壤基层分类从定性向定量的突破；鉴别了我国典型土系4351个，出版了1760万字的《中国土系志》，成为国际上信息记录最为全面的国家级土壤基层分类档案；制定了土壤调查系列国家标准，支撑了第三次全国土壤普查关键标准规范编制。
创建了中国土壤光谱库，参与创建全球土壤光谱库，提出了地理环境-光谱特征自适应匹配的土壤光谱预测新方法；研发了具有高检测精度的便携式与车载土壤有机质、全氮等光谱检测仪；发明了基于地表动态反馈的土壤遥感监测方法，为土壤调查与更新制图提供了关键支撑。
发明了土壤三维空间变异刻画与环境协变量优选新算法，研发了知识驱动的高精度数字土壤制图模型，首次构建了我国90m分辨率高精度国家土壤信息网格，开发了土壤数据综合服务系统并实现了一站式数据共享服务，累计提供数据服务11.4TB。
项目成果极大地推动了土壤资源调查领域的技术进步，产生了重大的社会和生态环境效益。
5月21日，日本冈山大学教授马建锋应邀访问实验室，并作了题为“Silicon in rice -transport system and signaling pathway”的学术报告。报告会由实验室主任王玉军研究员主持，实验室50余名师生参加了此次学术交流。
报告会上，马建锋教授首先介绍了硅作为有益元素在增强水稻抗逆性方面的重要作用。随后，围绕硅在植物中的转运，详细介绍了水稻根部吸收、转运以及在节中分配的过程，重点阐述了水稻中重要的硅转运蛋白，并分享了水稻中硅转运蛋白的极性分布机制以及水稻吸收硅的信号调控机制。
报告结束后，与会师生踊跃提问，积极交流。马建锋教授耐心回答了每个问题。与会老师和学生们都获益匪浅，对于他们未来的研究有了新的启发。
2024年是中华人民共和国成立75周年，是实现“十四五”规划目标任务的关键一年。为充分发挥青年典型模范带头作用，激励广大青年学习先进、争当先进，在加快抢占科技制高点中奋发有为、岗位建功，中国科学院党的建设工作领导小组办公室开展了第二届“中国科学院青年五四奖章”评选活动。5月14日，中国科学院团委举办了 “科技强国、奋斗青春”——中国科学院青年先进典型宣讲活动，揭晓了全院9名个人、10个集体的评选结果。南京土壤研究所第三次全国土壤普查攻坚团队荣获第二届“中国科学院青年五四奖章”集体，并参加了授奖仪式。
南京土壤研究所第三次全国土壤普查攻坚团队成员平均年龄35岁以下，中共党员占比51%，博士学历占比49%。该团队长期耕耘国家土壤资源信息清单建设和土壤健康领域前沿，支撑国家土壤资源合理利用，服务国家耕地保护和粮食安全；心系“国家事”、肩扛“国家责”，以高度的责任心和使命感投入土壤三普总体方案设计、技术规程规范编制，着力攻关并打通三普土壤资源清单建设关键技术堵点。牵头负责全国外业调查采样、土壤生物调查、土壤资源库建设、土壤类型制图的组织实施与技术支持，并在全国层面强化科教体系专业队伍培养和社会化第三方能力建设。有效推动了土壤三普高质高效实施，支撑新时期国家耕地保护、粮食安全保障和生态文明建设，形成了广泛影响力。
近日，中国科学院南京土壤研究所张甘霖课题组、中国科学院地理科学与资源研究所黄元元课题组，联合北京大学、清华大学、浙江大学、北京林业大学、美国康奈尔大学、科罗拉多州立大学、法国气候与环境科学实验室等8个国家的26家单位的相关学者，使用数字土壤制图技术估算了全球2 m土壤内无机碳的储量为2305 Pg（Pg: 十亿吨），未来30年内氮添加相关土壤酸化将导致表层土壤（0.3 m）丢失23 Pg无机碳，当前每年1.13 Pg的无机碳会通过土壤流失至内陆水体。作为参考，全球植物的碳储量大约为450 Pg，人类活动每年向大气碳排放约9.5 Pg，而全球1m土体土壤有机碳储量约为1500 Pg。该研究首次揭示了全球尺度土壤无机碳储量的脆弱性，对精准模拟预测气候变化下的土壤碳库的动态具有重要意义。
研究成果以“Size, distribution and vulnerability of the global soil inorganic carbon”为题，于2024年4月11日在线发表于Science，黄元元与宋效东为论文共同第一作者，黄元元与张甘霖为论文共同通讯作者。
土壤是地球表层最大的碳库之一，在应对全球气候变化方面具有重大作用。土壤碳库主要包括土壤有机碳和无机碳两部分，土壤有机碳或无机碳的微小变化均可能导致大气中二氧化碳浓度的较大变化。在自然状态下，土壤无机碳基本处于平衡的状态，主要包括原生碳酸盐（来源于成土母质，未经风化成土作用）与次生碳酸盐（土壤发育过程中形成的产物），存在着“土壤有机碳 ⇆ 二氧化碳 ⇆ 土壤无机碳”的微循环系统。随着全球变化和全球碳循环研究的深入，国内外关于土壤有机碳库的时空分布、碳排放定量评估、碳循环、驱动因素与调控机制研究已取得重要进展。土壤无机碳主要以碳酸盐的形式存在，更新周期较长且相对稳定，通常认为其对现代碳循环的贡献较小，在碳循环研究中经常被忽略，然而大量人为活性氮的引入可能打破这种平衡。
针对上述研究缺陷，研究人员收集构建了全球土壤无机碳数据集（55077个土壤剖面，223593个样本）（图1），通过融合影响土壤无机碳变化的驱动因素，开发了数据驱动的双类别土壤无机碳密度预测模型，系统估算了全球2 m土壤无机碳的储量及其空间分布格局，识别了驱动土壤无机碳空间变异的主要环境变量。通过构建无机碳与土壤pH的通用函数关系揭示了碳酸盐的化学计量特征，进而面向不同共享社会经济路径（SSP）情景，阐明了pH变化与无机碳储量的空间耦合机制，估算了本世纪末土壤pH的变化对表层土壤无机碳（0.3 m）的影响。
图1 土壤无机碳（SIC）数据集及其统计分析
干旱、半干旱、半湿润地区面积虽不足全球的一半，却储存了全球80%的土壤无机碳，干旱土、新成土贡献了50%的土壤无机碳储量（~1150 Pg），土壤无机碳储量前5高的国家分别是俄罗斯、美国、中国、加拿大、澳大利亚。
图2 土壤无机碳密度空间分布图与模型精度
图3 土壤无机碳空间分布的主要驱动因素
近日，实验室彭新华研究员团队陈晏副研究员联合德国科隆大学陆地生态研究所、美国俄克拉荷马大学、中国科学院分子植物科学卓越创新中心等国内外研究单位在农田长期多样化种植下，种间植物根际对话调控土壤氮素库容扩增机制方面取得了重要进展。相关研究成果以“Legume rhizodeposition promotes nitrogen fixation by soil microbiota under crop diversification”为题，在线发表于Nature Communications 上。
我国人均耕地资源缺乏，长期依赖化肥的高强度单一化种植，加速了土壤生物功能退化，不利于健康耕地土壤培育。含豆科的轮间套作增加了农田作物多样性，并在减少氮肥的基础上保证了作物产量，实现了地下养分扩增和地上作物稳产。但是关于这种“双赢效应”的产生机制仍不清晰，制约了农田作物多样化 “改土提质-产能增效”等技术措施的优化发展。植物根系分泌物介导根际对话调控作物功能微生物的组装和宿主适应性反馈。已有研究明确了个体植物特异性代谢物在招募根际微生物抵御环境胁迫方面的贡献。然而，种间植物根系间存在着频繁的化学通讯。长期多样化作物共存下，发掘豆科如何调控根系代谢提升生物固氮等环境适应性功能，是揭示农田土壤氮库扩容的关键。
该团队利用土壤代谢组、植物转录组等多组学方法，结合荧光分子标记等微生物基因工程技术，明确了红壤长期轮间套作种植模式下，豆科根际特异性沉积物提升土壤生物固氮的分子生化途径。研究结果表明，相较于花生单作，长期多样化种植的花生表现出最高的根系结瘤能力和土壤氮素固定能力。从植物转录水平上，玉米和油菜的轮间作活化了花生根系苯丙烷代谢途径，从而提升了花生代谢水平上黄酮和香豆素类代谢物的根系合成与释放。这些物质在土壤中的积累改变了土壤微生物群落组成，并通过两种途径影响土壤固氮菌群生物活性：1）针对土壤自生固氮菌，花生根系沉积物是其偏好的碳资源。代谢物通过资源补偿效应增加自生固氮菌个体数量，提升土壤固氮活性扩增土壤氮库；2）针对根系共生固氮菌，黄酮和香豆素类代谢物作为信号分子，通过信号诱导效应改变共生菌生存策略，激发固氮菌的宿主定殖活性，增强共生固氮能力。以上两种生物固氮途径的强化是多样化作物种植扩增土壤氮库的关键。该研究揭示了地上多样化植物-地下微生物群落基于“化学交流”构建农田跨界生物联盟途径，提出多样化种植提升退化红壤质量的生物调控原理，为在贫瘠红壤上建立花生/玉米-油菜轮间套作制度优化，协同退化阻控和养分扩容提供了理论基础。
研究成果得到了中国科学院南京土壤研究所“十四五”自主部署项目、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金等的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47159-x
多样化作物调控豆科共生固氮与土壤自身固氮
沈仁芳所长致辞
王玉军主任作实验室工作报告
沈其荣院士作特邀报告
实验室优秀论文颁奖
