Carbon Research | 生物炭通过调节嗜松蓝状菌分泌有机酸促进磷酸铁的溶解

摘要

接种解磷微生物 （PSMs） 是提高土壤中可溶性磷含量以促进植物生长的有效途径。虽然生物炭已被证明能促进微生物生长，但同时它也可能导致磷酸盐沉积。因此，施用生物炭对磷活化的作用机制仍不明晰。在本研究中，具有不同理化性质的生物炭被用作微生物的载体。以磷酸铁 （FePO₄） 为唯一磷源，分别从玉米、萝卜和小麦植株根际土壤中分离出嗜松蓝状菌 （Talaromyces pinophilus） 的解磷微生物菌株。为了解生物炭如何调节嗜松蓝状菌的解磷能力，我们测量了可溶态磷含量、菌株生物量以及菌株分泌的各类有机酸浓度。研究结果表明，生物炭主要是通过刺激嗜松蓝状菌分泌有机酸，而非增加其生物量，实现菌株解磷能力的提升。将玉米秸秆生物炭添至从小麦根际土壤中分离出的菌株后，其解磷能力提高了356%。值得注意的是，柠檬酸与菌株的解磷能力相关性最为显著。使用单一有机酸进行的模拟实验表明，柠檬酸所含的丰富羧基基团可能是促使磷酸铁释放磷的主要原因。本研究强调了由生物炭刺激解磷微生物分泌的有机酸在磷活化中的关键作用。这些研究结果不仅为提升环境中磷的利用率提供有价值的见解，也有助于炭基生物肥料的开发，推动可持续农业的进一步发展。

图文摘要

亮点

• 生物炭有效地提升了嗜松蓝状菌的解磷能力。
• 活化磷的过程与嗜松蓝状菌分泌的有机酸密切相关，与其生物量无显著相关性。
• 在不同种类有机酸中，柠檬酸表现出最强的的溶磷能力。
• 柠檬酸由于富含羧基基团而表现出较强的溶磷能力。

要点图例

图3 添加生物炭后来自玉米（a）、萝卜（b）和小麦（c）根际土壤的 嗜松蓝状菌以及复合菌株（d）所分泌的不同有机酸浓度

图4 将1mL 0.1mol/L的不同有机酸溶液加入10mL FePO₄混合物后的磷酸盐溶解能力（a）； 将1mL含有0.1mol/L羧基的不同有机酸溶液加入10mL FePO₄混合物后的 磷酸盐溶解能力（b）； 磷酸盐溶解能力与有机酸浓度的比值（c）

结论

• 生物炭的施用总体上增强了解磷微生物菌株的解磷能力。
• 研究强调了解磷微生物分泌的有机酸（而非菌株生物量的增加）在活化沉积磷酸盐过程中的重要性。
• 柠檬酸与菌株的解磷能力呈现出显著相关性，凸显出羧基在这一活化过程中的关键作用。
• 提高羧基的利用性可能是一种有效活化无机磷酸盐的技术。

作者简介

美国麻省大学博士后，昆明理工大学 环境科学与工程学院 教授，博士生导师。入选云南省“兴滇 英才支持计划”青年拔尖人才专项，获云南省科学技术自然科学二等奖。从污染物环境归趋行为研究入手，针对生物炭在土壤修复、土壤改良、生物毒理学中的关键科学问题展开基础性研究。发表学术论文百余篇，其中60余篇被SCI收录、10余篇被EI收录、译著1部。累计主持国家自然科学基金6项（包括3项国家面上基金），云南省重点项目1项、面上项目1项，参与国家重点研发项目等多项国家省部级项目。

赞助基金项目 ： 国家自然科学基金(42130711、42377250、42067055)及云南省重大科技专项(202202AG050019)

Carbon Research 简介