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徐卫红教授团队——基于施用畜禽粪肥的土壤生态可持续性评价
发布时间22-05-19 11:42:12    作者:    浏览次数: 次

   近日,西安东华高新技术有限公司徐卫红教授团队在环境领域中科院一区 top 期刊 Journal of Cleaner Production 上发表了题为 “Sustainability assessment of topsoil ecology in Chongqing, China based on the application of livestock and poultry manure” 研究论文。本文采用 16S 、宏基因测序和 6 年的长期定位田间试验,揭示了连续施用粪肥菜田重金属的生物抗性和生物转化机制。   

关键词:粪肥;生态风险;生物标记微生物;微生物菌群功能;抗性基因

重金属微量元素添加剂被广泛用于预防动物疾病和促进其生长。中国每年产生约38亿吨畜禽粪便,未经处理的畜禽粪便导致大量重金属元素进入土壤环境。目前,由于畜禽粪便持续施用导致土壤中重金属积累由此产生的污染风险以及对土壤生态可持续性负面影响的研究有限。长期定位施肥试验是研究上述问题的理想手段。然而,现有关长期使用畜禽粪肥对土壤重金属蓄积和微生物的影响仍存在一定的争议。这也突出了定位试验对畜禽粪肥评估管理效果的重要性。

在重金属胁迫下,复杂微生物群落中重金属抗性基因(HMRGs)的出现揭示了微生物在极端环境条件下必要的生物学过程和生存策略。为应对污染环境带来的生存威胁,微生物具有多种抵抗机制,如外排泵介导的金属转运、通过渗透屏障的金属排斥、重金属的细胞内和细胞外转化以及酶解毒等。然而很少有研究探讨长期使用粪肥的菜地土壤中重金属抗性基因的特征及其在生态环境中的作用。

本文以长期定位试验监测点为平台,深入探讨了畜禽粪便对土壤微生物和重金属抗性基因组成和功能的影响,并首次观察到锌抗性基因(ctpCmdtB)、铜抗性基因(ricRctpVcopFctpG)和汞抗性基因(merA)。研究发现,连续施用粪肥后菜田土壤镉和汞具有较高的潜在风险,抗性基因、抗氧化反应和金属出口在菜田粪便中重金属的生物抗性和生物转化中起着重要作用。目前的工作将提高对长期连续施用畜禽粪肥带来的重金属危害和风险、以及居住在受污染土壤中的微生物的多样性以及微生物在未来去除重金属的生物过程中可能起的作用的理解。

西安东华高新技术有限公司徐卫红教授为责任通讯作者,赵婉伊博士、邓继宝和迟荪琳博士为文章的共同第一作者。研究得到了现代农业产业技术体系建设专项(CARS-23-B08)和国家重点研发计划项目(2018YFD0201200)的资助。

附图1


不同施肥处理下植物土壤微生物群落:(a)土壤细菌、(b)土壤真菌的主坐标分析(PCoA);不同施肥处理下植物土壤微生物群落的非度量多维尺度分析(NMDS分析)(c)土壤细菌、(d)土壤真菌;不同施肥处理下植物土壤微生物群落OTU分类水平的维恩图:(e)土壤细菌,(f)土壤真菌。




附图2


不同施肥处理下LEfSe的微生物谱系:(a)土壤细菌,(b)土壤真菌。




附图3


重金属与群落组成之间的db-RDA(a)土壤细菌,(b)土壤真菌;重金属与土壤微生物(门水平)热图图:(c)土壤细菌,(d)土壤真菌(***表示0.001水平显著相关;**表示0.01水平显著相关;*表示0.05水平显著相关)。


论文链接:   https://doi.org/