4.2 土壤生物地球化学循环的微生物过程

（1）在土壤氮素转化的微生物驱动机制方面，产生了重要国际影响。基于高被引核心论文的数量及其作者贡献，2015中美科研实力的研究前沿分析表明，生态学和环境科学领域全球共计11 个国际前沿中，我国入选3个，而土壤微生物专项在氨氧化古菌和细菌群落研究的贡献度和引领度方面，位居全球前3位。土壤微生物专项的研究发现厌氧氨氧化不仅是湿地和土壤系统中的重要过程，而且是稻季土壤氮素损失的重要途径，其中根际氮损失是发展氮肥高效利用技术的热点微域，同时发现了厌氧氨氧化与铁氧化还原的耦合机制。

（2）在土壤碳转化的微生物驱动机制方面，比较了拥有6300年历史的新石器时代水稻土和现代水稻土，发现长期耕作导致土壤微生物结构发生明显改变，但长期的水稻耕作使得稻田微生物向功能均质化演化，特别是土壤营养元素生物地球化学循环相关的生态功能，有利于增强土壤活性和加快养分转化，提高水稻产量。进一步研究还发现高浓度甲烷刺激下，干湿交替水稻土能够氧化低浓度大气甲烷，而传统甲烷氧化菌在其中发挥了重要作用。以上研究成果为开展野外田间观测实验，准确估算我国温室气体排放清单提供了重要的理论依据。

4.3 地上-地下生物协同调控与氮、磷高效利用

（1）发现硝化过程中存在完整的群体感应系统且产生一个结构未被报道的高丝氨酸内酯信号分子，该信号分子能够促进亚硝酸盐的吸收及转化；鉴定了一种新型的生物硝化抑制剂 1,9-癸二醇，该物质含量与水稻根际硝化能力、铵态氮吸收速率、铵态氮偏好显著相关。

（2）定量分析了典型农田土壤碳、氮转化微生物群落演替及功能基因对气候条件变化的响应机制，揭示了通过长期施用有机肥促进红壤大团聚体中线虫-微生物的交互作用，从而提高氮素转化能力的机制。

（3）发现中速周转碳库比快速周转碳库对升温更敏感，揭示了在潮土实施免耕耕作可维持较高丛枝菌根真菌多样性、侵染率和玉米磷利用效率，证明高磷土壤接种丛枝菌根真菌降低了蔬菜对磷肥的需求量，发现“高磷育苗、低磷种植”也可显著降低菜地磷肥施用量。

（4）筛选出不同氮效率和磷效率的水稻品种，初步揭示通过气孔调控，可以提升水稻碳同化能力和蒸腾拉力，进而促进氮、钾养分增效的分子调控模式；揭示了水稻根系质子分泌、脱落酸（ABA）含量和生长素转运速率是应答土壤水磷匮缺环境的核心，优化施磷与水分调控耦合能促进水稻根系下扎、提高磷素利用率。

（5）发现 GmEXPB2 基因通过影响根瘤侵染率和根毛及侧根量提高大豆结瘤数和根瘤大小，从而控制固氮效率，而一氧化氮和乙烯在植物再利用磷中能够发挥重要作用。

4.4 土壤微生物研究的新技术及应用

（1）开发了稳定性同位素示踪土壤微生物组标记物方法。建立了稳定性同位素示踪土壤微生物各种分子标记物，如氨基糖（AA）、磷脂脂肪酸（PLFA）和 DNA/RNA。高通量测序微生物多样性的技术平台，为国内外上百个科研用户提供了实质性支撑。组织相关技术研讨会暨培训班12次，共计16个国家/地区的上千名青年科研人员参与活动。打造了国际一流的土壤微生物功能研究平台，也为地质、海洋和污染等相关领域的微生物功能研究提供了重要支撑。

（2）在国际上首次实现了纳升级别的单细胞扩增体系，降低成本100倍；构建了首台基于拉曼光谱的活体单细胞筛选设备，申报了相关专利，获得相关机构400万元的投资推广。

（3）创新了土壤微生物组研究的新理念，开发了土壤-微生物-植物系统中碳、氮耦合研究的技术平台，在土壤学权威刊物 Plant Soil 出版了“土壤-植物系统中的微生物生态”专辑（2015 年）。揭示了典型水稻土微生物介导土壤食物网结构；提出了全转录组水平的微生物群落管理分析理念，阐明了水稻土氧化 2% 超低浓度甲烷的微生物过程机制。实现了单一微生物向微生物组研究的转变。

（4）初步建立了土壤属性空间数据库与土壤微生物组整合分析平台，为深度发掘与调控土壤微生物组资源提供了关键平台。

4.5 小结

中国土壤微生物组的研究已经成为国际上一支不可或缺的重要力量，迄今发表论文200余篇，其中约1/3发表在土壤学、微生物学、生态学、农学和全球变化等学科的权威期刊，在包括 Nature Communications 和 PNAS 等综合性刊物发表了系列论文，产生了重要的国际影响。

美国地球微生物计划首席科学家认为中国土壤微生物组研究将可能改变国际土壤微生物组研究的世界格局。目前，我国科学家正在牵头组织将于 2017年10月在南京召开的“第二届全球土壤生物多样性大会”（GSBC 2）。