Progress on microbial characteristics in arid salt-affected soils and related factors

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.000126

Journal of Desert Research ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (3): 18-30.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2023.000126

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Progress on microbial characteristics in arid salt-affected soils and related factors

Yuxi Wei¹^,²(), Lijuan Chen¹^,²(), Qi Feng¹^,², Haiyang Xi¹^,², Rui Guo¹, Chengqi Zhang¹

^1.Key Laboratory of Ecological Safety and Sustainable Development in Arid Lands，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

Received:2023-08-30 Revised:2023-09-26 Online:2024-05-20 Published:2024-06-11
Contact: Lijuan Chen

Abstract

Abstract:

Saline soil in arid regions is important land resources in China， and their improvement and utilization are an important element in promoting the green and sustainable development of China， which is related to national food security and ecological safety. Microorganisms， as an important part of soil ecosystem， play an important role in the improvement and management of saline soils and improving the salt tolerance of plants. Intensive study on soil microbial diversity， community structure and functional characteristics in arid saline soils and the related factors can provide important microbial references for the restoration and ecological reconstruction of saline soil in arid regions. The paper organized the overview of saline soil in arid regions， analyzed the characteristics of microbial diversity， community structure and ecological function in saline soils， elaborated the related factors of saline environment on soil microbial communities， and put forward the problems in microbial research in arid saline soil and the future development direction. This review can provide references for the development and utilization of saline soil and microbial resources management in arid regions in China.

Key words: arid region, salinization, soil microorganism, community structure, functional genes

CLC Number:

Yuxi Wei, Lijuan Chen, Qi Feng, Haiyang Xi, Rui Guo, Chengqi Zhang. Progress on microbial characteristics in arid salt-affected soils and related factors[J]. Journal of Desert Research, 2024, 44(3): 18-30.

Figures/Tables 6

Table 1 Microbial community composition characteristics of saline-alkali soils in different study regions

时间	研究区	土壤微生物优势菌群	其他菌群	参考文献
2012年	甘肃省河西走廊	变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）	酸杆菌门（Acidobacteria）、浮霉菌门（Planctomycetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）、厚壁菌门（Firmicutes）、疣微菌门（Verrucomicrobia）、装甲菌门（Armatimonadetes）、绿菌门（Chlorobi）、蓝细菌门（Cyanobacteria）、硝化螺菌门（Nitrospira）、广古菌门（Euryarchaeota）、泉古菌门（Crenarchaeota）	[36]
2012年	宁夏银北地区	变形菌门	拟杆菌门、放线菌门、厚壁菌门、广古菌门、芽单胞菌门、酸杆菌门、蓝细菌门、浮霉菌门、绿弯菌门、疣微菌门、梭杆菌门（fusobacteria）	[46]
2017年	宁夏银北西大滩	厚壁菌门、变形菌门、放线菌门	拟杆菌门、芽单胞菌门、酸杆菌门、疣微菌门、绿弯菌门	[47]
2018—2019年	新疆克拉玛依市乌尔禾地区	变形菌门	厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、酸杆菌门、蓝细菌门	[48]
2018—2019年	新疆塔县、温宿县、阜康地区和青河县境内	拟杆菌门、放线菌门、变形菌门	厚壁菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门、蓝细菌门、浮霉菌门	[49]
2019年	新疆石河子市玛纳斯河流域	放线菌门、变形菌门	绿弯菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门、蓝细菌门、浮霉菌门、厚壁菌门	[50]

Fig.1 Effects of salinity on soil microorganisms and their activities［64］

Table 2 The role of functional microorganisms in the cycling of each element in saline-alkali soils in arid zones

土壤元素循环	功能微生物	作用	参考文献
碳循环	子囊菌	通过分泌全纤维素酶来降解植物凋落物	[69-70]
	担子菌	分解复杂的有机化合物，并促进农业土壤中的养分汲取和分解	[69-70]
	纤维素分解菌	参与植物残体中含碳化合物（纤维素）的分解	[72]
氮循环	氨氧化细菌	影响硝化作用	[73]
磷循环	溶磷菌	通过提高磷对根部的可用性，促进植物营养的平衡	—
磷循环	解磷菌	分泌有机酸，降低根际土壤的pH，缓解盐胁迫	[74]
硫循环	硫氧化细菌	进行硫元素的转化，生成的硫酸中和盐碱土中的OH^-，降低土壤pH	[75]
钾循环	肠杆菌属	具有解钾的能力，有利于植物生长	[76]
	木糖氧化杆菌
	微小杆菌属
钠循环	丛枝菌根真菌	协助植物进行钠元素转化，降低植物体内钠素含量，减轻盐碱土中植物所受的盐胁迫	[77]

Table 3 Soil physicochemical factors affecting microorganisms in saline-alkali soils

土壤理化因子	微生物指标	对微生物的影响	参考文献
有机质	微生物数量	土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源，土壤有机质含量的增加有利于微生物的生长	[72]
有机碳	微生物多样性	土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源，土壤有机质含量的增加有利于微生物的生长	[88]
总氮	微生物数量、微生物多样性	氮的增加可以刺激不同种类微生物的生长，从而增加环境中微生物的多样性	[72,88]
硝态氮	微生物数量		[89]
铵态氮	微生物数量		[72]
速效钾	微生物数量	钾和磷是微生物生长所必需的营养元素，可以通过提高酶的活性促进微生物生长	[89]
总磷	微生物多样性	钾和磷是微生物生长所必需的营养元素，可以通过提高酶的活性促进微生物生长	[88]
有效磷	微生物数量	土壤有效磷是土壤中可被吸收利用的磷素，直接影响土壤微生物对磷的利用，与土壤微生物数量密切相关	[21,72,89]
pH	微生物数量	土壤pH增加可能阻碍微生物生长，但有利于耐盐碱微生物的存活	[21,89]
pH	微生物多样性	在盐碱环境中，pH增加会导致土壤板结，通气不良，不利于微生物生长	[72,88]
含水量	微生物数量	土壤含水量通过影响土壤通气性间接影响微生物数量	[21,72,89]
含水量	微生物多样性	充足的土壤水分条件可以避免水分胁迫对微生物负面影响。土壤水分能够显著影响微生物的多样性，并增加微生物自身对水分的抵抗力	[88]
Na⁺、Cl^-、SO $4 2 -$	微生物数量	一些耐盐微生物受到的影响较小，甚至随着土壤中盐离子含量的增加而促进其生长	[89]
电导率	微生物多样性	高浓度的盐会改变土壤溶液的渗透和基质潜力，从而抑制微生物的生长	[88]
容重	微生物多样性	随着土壤容重的增加，土壤变得紧实，孔隙减少，降低了土壤持水能力并抑制了微生物的生长	[88]

Table 3 Soil physicochemical factors affecting microorganisms in saline-alkali soils

土壤理化因子	微生物指标	对微生物的影响	参考文献
有机质	微生物数量	土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源，土壤有机质含量的增加有利于微生物的生长	[72]
有机碳	微生物多样性	土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源，土壤有机质含量的增加有利于微生物的生长	[88]
总氮	微生物数量、微生物多样性	氮的增加可以刺激不同种类微生物的生长，从而增加环境中微生物的多样性	[72,88]
硝态氮	微生物数量		[89]
铵态氮	微生物数量		[72]
速效钾	微生物数量	钾和磷是微生物生长所必需的营养元素，可以通过提高酶的活性促进微生物生长	[89]
总磷	微生物多样性	钾和磷是微生物生长所必需的营养元素，可以通过提高酶的活性促进微生物生长	[88]
有效磷	微生物数量	土壤有效磷是土壤中可被吸收利用的磷素，直接影响土壤微生物对磷的利用，与土壤微生物数量密切相关	[21,72,89]
pH	微生物数量	土壤pH增加可能阻碍微生物生长，但有利于耐盐碱微生物的存活	[21,89]
pH	微生物多样性	在盐碱环境中，pH增加会导致土壤板结，通气不良，不利于微生物生长	[72,88]
含水量	微生物数量	土壤含水量通过影响土壤通气性间接影响微生物数量	[21,72,89]
含水量	微生物多样性	充足的土壤水分条件可以避免水分胁迫对微生物负面影响。土壤水分能够显著影响微生物的多样性，并增加微生物自身对水分的抵抗力	[88]
Na⁺、Cl^-、SO $4 2 -$	微生物数量	一些耐盐微生物受到的影响较小，甚至随着土壤中盐离子含量的增加而促进其生长	[89]
电导率	微生物多样性	高浓度的盐会改变土壤溶液的渗透和基质潜力，从而抑制微生物的生长	[88]
容重	微生物多样性	随着土壤容重的增加，土壤变得紧实，孔隙减少，降低了土壤持水能力并抑制了微生物的生长	[88]

Fig.2 Adaptation strategies of soil microorganisms to high-salt environments

Fig.3 Effects of increased soil salinity on soil organic carbon， microorganisms and plants［5］

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Progress on microbial characteristics in arid salt-affected soils and related factors

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