楊紫杭，張 林，馮 固

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/植物-土壤相互作用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/國(guó)家農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究院，北京 100193）

磷在自然和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中起著不可替代的作用[1-4]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，往往通過(guò)施用磷肥提高土壤有效磷含量[5-7]。近年來(lái)，農(nóng)田施用的磷肥品種逐漸趨向單一化[8]，實(shí)際生產(chǎn)中很少考慮到土壤-磷肥的匹配，即根據(jù)土壤性質(zhì)來(lái)選用合適的肥料品種。土壤和磷肥的不匹配將導(dǎo)致磷肥進(jìn)入土壤后被快速固定[9]，導(dǎo)致肥料利用率低且引發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[6,10-14]。土壤與肥料pH匹配非常重要，李青軍[15]研究發(fā)現(xiàn)，在新疆堿性土壤上，磷酸二銨 (堿性肥料) 的肥效要顯著低于磷酸一銨和重過(guò)磷酸鈣 (酸性肥料) 的肥效。關(guān)于土壤-磷肥匹配提高磷肥利用率的研究主要集中在物理、化學(xué)措施上。如通過(guò)改變肥料形態(tài)降低土壤對(duì)磷肥的吸附作用，褚貴新等[14]通過(guò)對(duì)固體磷肥和液體磷肥的研究發(fā)現(xiàn)，在石灰性土壤上，與固體磷肥相比，通過(guò)滴灌追施液體磷肥可減少土壤對(duì)磷的固定，提高土壤磷的有效性；通過(guò)添加化學(xué)物質(zhì)增加對(duì)磷肥的溶解作用[16]；龐榮麗等[16]研究發(fā)現(xiàn)，小分子有機(jī)酸能夠活化土壤難溶性磷，草酸、檸檬酸和酒石酸均促進(jìn)了土壤磷向有效形態(tài)轉(zhuǎn)化。而對(duì)于土壤微生物提高磷肥利用率的研究卻鮮見(jiàn)報(bào)道。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，微生物在幫助植物根系利用、獲取磷的過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用[17]。土壤微生物包括細(xì)菌、真菌、古菌和微動(dòng)物等，它們棲息在土壤和所有生物的表面，具有生物降解、固氮、提高土壤肥力、溶磷劑和植物生長(zhǎng)促進(jìn)劑的潛力[18-20]。在土壤-磷肥匹配的過(guò)程中，土壤微生物對(duì)不同形態(tài)磷肥利用效率的提高有何影響尚不清楚。

農(nóng)田常見(jiàn)的磷肥形態(tài)主要包括：水溶性磷肥 (磷酸一銨，MAP)、枸溶性磷肥 (鈣鎂磷肥，CMP)、聚合態(tài)磷肥 (聚磷酸銨，APP)等[21-24]。不同形態(tài)磷肥的利用機(jī)制存在差異，水溶性磷肥提供的速效磷養(yǎng)分可直接被作物吸收利用，枸溶性磷肥和聚合態(tài)磷肥的活化主要包括有機(jī)酸活化和磷酸酶活化。MAP是一種含有氮和磷兩種營(yíng)養(yǎng)元素的酸性肥料[25]，其中的磷為水溶性磷，肥料利用效率高且釋放快，易于被植物吸收利用，存在前期肥效過(guò)高后期失效的問(wèn)題。MAP主要為磷酸鹽組分，在石灰性土壤上具有較高的有效性且可直接被植物吸收利用。CMP是以低品位磷礦為原料生產(chǎn)的枸溶性磷肥，需要依靠酸性物質(zhì)通過(guò)化學(xué)溶解將其活化，本身為堿性肥料在石灰性土壤中的有效性較低[26]。APP中的聚合態(tài)磷組分需要通過(guò)磷酸酶水解成正磷酸鹽后才能被作物吸收利用[27]，在土壤中APP水解是化學(xué)和生物介導(dǎo)的反應(yīng)[23]，水解受到磷酸酶活性、pH、溫度和金屬離子的影響[28-32]。

土壤微生物通過(guò)溶解、礦化作用從土壤難溶性磷和有機(jī)磷中釋放磷[33]。在堿性土壤上分泌酸性物質(zhì)以提高磷溶解度[34-36]，de Oliveira Mendes等[37]研究發(fā)現(xiàn)，微生物分泌的有機(jī)酸中，草酸、檸檬酸和蘋(píng)果酸能夠高效溶解難溶性磷灰石。Strafella等[38]研究表明，從小麥根際分離的乳酸菌能夠產(chǎn)生有機(jī)酸促進(jìn)培養(yǎng)基 (NBRIP培養(yǎng)基) 中磷酸三鈣的溶解。Castagno等[39]研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)葉百脈根 (Lotus tennis) 受低磷脅迫時(shí)，從土壤中分離的解磷微生物能夠分泌葡萄糖酸溶解磷酸鹽促進(jìn)作物生長(zhǎng)；其與植物互作分泌磷酸酶以提高植物吸收磷效率[40-41]，Zhang等[42]研究發(fā)現(xiàn)，植物能夠?yàn)槲⑸锾峁┨荚?，作為回?bào)，微生物會(huì)釋放磷酸酶礦化有機(jī)磷供作物吸收。Jorquera等[43]研究發(fā)現(xiàn)，具有礦化植酸鈉和溶解磷酸鈣能力的細(xì)菌能夠產(chǎn)生磷酸水解酶增加磷釋放。綜上所述，土壤微生物對(duì)枸溶性磷肥和聚合態(tài)磷肥的活化至關(guān)重要，但土壤微生物在其中發(fā)揮了多大的作用目前尚不清楚。

在有關(guān)外源性物質(zhì)的降解/吸附/遷移的研究中，土壤滅菌經(jīng)常用于消除或降低微生物活性[44-45]。采用高溫滅菌殺死土壤中的微生物[46]，是研究土壤微生物對(duì)植物生長(zhǎng)和磷活化吸收影響的常用方法[47]。與滅菌處理比較探究土壤微生物作用時(shí)，存在兩種研究方法分別是土壤滅菌后接種土壤細(xì)菌懸液和土壤不滅菌處理。土壤滅菌后接種土壤懸液的方法主要用于研究土壤微生物多樣性，不同稀釋倍數(shù)可以降低土壤微生物多樣性[48]。而不滅菌處理與滅菌處理做比較，能夠保障試驗(yàn)土壤微生物群落的多樣性，更貼近于實(shí)際生產(chǎn)。本研究采用玉米盆栽試驗(yàn)的方法，施用MAP、CMP、APP三種形態(tài)磷肥，通過(guò)土壤滅菌和不滅菌處理，探究在土壤-磷肥匹配過(guò)程中，土壤微生物對(duì)上述磷肥利用效率的影響。本研究將為通過(guò)調(diào)控微生物活性減少化肥施用提供理論基礎(chǔ)，有助于針對(duì)性的開(kāi)展微生物技術(shù)的研究來(lái)促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試植物為玉米 (Zea maysL.)，品種為‘鄭單958’。挑選大小、重量相似的玉米種子在10% H2O2中浸泡15 min 進(jìn)行表面消毒，用蒸餾水洗滌10次，確保H2O2被洗凈，后轉(zhuǎn)移到濕潤(rùn)的濾紙上面均勻鋪開(kāi)，并覆蓋上一層濾紙保濕，在28℃的黑暗條件下萌發(fā)48 h，期間保持濾紙濕潤(rùn)。選擇出芽一致的種子用于播種。

供試土壤為褐土 (簡(jiǎn)育干潤(rùn)淋溶土)[49]，采自河南省洛陽(yáng)市偃師高龍鎮(zhèn)原偃師農(nóng)場(chǎng) (112°42′ E, 34°3′N)，采樣深度0—20 cm，土壤理化性質(zhì)為pH(土∶水=1∶2.5) 8.05、有機(jī)質(zhì)13.15 g/kg、堿解氮71.26 mg/kg、速效磷 (Olsen-Pi) 4.53 mg/kg、速效鉀224 mg/kg。將采集的土壤剔除雜物及殘留根系后風(fēng)干、過(guò)2 mm篩。

供試肥料為磷酸一銨 (云南云天化股份有限公司) P2O550%、鈣鎂磷肥 (煙臺(tái)市煙農(nóng)富邦肥料科技有限公司) P2O511%和聚磷酸銨 (云南天耀化工有限公司) P2O558%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為雙因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。供試磷肥品種包括：磷酸一銨 (MAP)、鈣鎂磷肥 (CMP)、聚磷酸銨(APP)，肥料用量為等量P 100 mg/kg；以不施磷肥處理為對(duì)照 (CK) 。土壤處理包括：滅菌、不滅菌，滅菌采用105℃高溫滅菌2 h。所有處理加入N 200 mg/kg (尿素)、K 200 mg/kg (硫酸鉀)、Mg 50 mg/kg (七水硫酸鎂)、Zn 5 mg/kg (七水硫酸鋅)、Mn 5 mg/kg (硫酸錳)、Cu 2 mg/kg (五水硫酸銅) 作為基礎(chǔ)養(yǎng)分，滿足玉米的正常生長(zhǎng)。每盆裝土2 kg，每個(gè)處理4次重復(fù)。

1.3 播種、日常管理及收獲

盆栽試驗(yàn)于2019年9月17日至10月20日在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院溫室中 (116°16′E,40°1′N) 進(jìn)行。將混好肥料和營(yíng)養(yǎng)液的土壤分裝成1.7和0.3 kg，將1.7 kg土壤裝盆 (盆內(nèi)套保鮮袋)，表面攤平，澆360 mL去離子水 (土壤含水量18%)，待水分完全滲透后，使用酒精滅菌的鑷子將催芽的玉米種子小心放入，每盆3顆，然后將0.3 kg土均勻蓋在種子上面。播種完成后用保鮮袋封住盆口，待出苗后將保鮮袋打開(kāi)。室內(nèi)溫度保持在25℃～35℃。根據(jù)實(shí)際情況每日早晚各澆50 mL去離子水，每周稱重以保證土壤含水量在18%左右。2019年10月20日收獲，土壤取樣時(shí)切除表層2 cm土壤，然后分別收獲地上部、根際土、非根際土。根際土壤采用抖根法去除與根系結(jié)合不緊密的土壤，用毛刷掃根收集得到根際土壤，其余土壤充分混勻、過(guò)篩得到非根際土壤。土壤樣品一部分放在-20℃冰箱用于測(cè)定土壤堿性磷酸酶活性；一部分在室溫下自然風(fēng)干，測(cè)定土壤速效磷和土壤pH。植株樣品放于信封內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室立即處理。

表1 不同供試肥料pHTable 1 The pH of tested fertilizers

1.4 測(cè)定指標(biāo)及測(cè)定方法

生物量和植株磷濃度測(cè)定：將植株地上部剪下放于信封內(nèi)，105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重，稱量干重；將烘干的玉米植株磨碎過(guò)0.3 mm篩，稱取0.20 g置于消煮管中，經(jīng)H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮后，采用鉬銻抗比色法測(cè)定植株磷吸收量[50]。

pH用土水比1∶2.5 (w∶v)，pH計(jì) (Mettler Toledo-Seven Compact S210) 測(cè)定；土壤速效磷用濃度為0.5 mol/L的碳酸氫鈉 (pH=8.5) 浸提—鉬藍(lán)比色法測(cè)定[50]；土壤堿性磷酸酶活性測(cè)定方法，稱取0.5 g土壤加入50 mL離心管中，向離心管中加8 mL碳酸氫鈉緩沖溶液、2 mL對(duì)硝基苯磷酸二鈉 (p-NPP)溶液，混勻后放入30℃水浴鍋中培養(yǎng)30 min，后加入10 mL 0.5 mol/L NaOH溶液終止反應(yīng)，12000 r/min離心10 min，吸取上清液200 μL于96孔板中，酶標(biāo)儀405 nm波長(zhǎng)下比色測(cè)定；對(duì)照樣品先加入NaOH溶液終止反應(yīng)，其余操作相同[51]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用施磷處理與不施磷對(duì)照的差值反映磷肥效應(yīng) (指標(biāo)包括生物量、植株磷吸收量、土壤速效磷含量、土壤堿性磷酸酶活性)。用不滅菌與滅菌處理的差異反映土壤微生物的作用強(qiáng)度 (土壤微生物效應(yīng))。采用SPSS 26.0 (IBM) 和R語(yǔ)言 (R 3.6.3) 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素方差分析(ANOVA)，分別分析土壤微生物及不同磷肥對(duì)植物生物量、植株磷吸收量、土壤速效磷、肥料利用率、pH、堿性磷酸酶活性的影響，多重比較采用Duncan新復(fù)極差法檢驗(yàn) (P＜0.05)。采用雙因素方差分析法，分析土壤微生物和不同磷肥及其交互作用對(duì)植物生物量、植株磷吸收量、土壤速效磷、肥料利用率、pH、堿性磷酸酶活性的影響。采用R語(yǔ)言中的“factoextra”包進(jìn)行主成分分析(PCA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤微生物及不同磷肥品種對(duì)玉米生物量的影響

土壤微生物顯著提高了APP處理的玉米生物量，提高幅度0.65 g/pot，即提高了34.2% (表2)。而土壤微生物對(duì)MAP、CMP處理的生物量無(wú)顯著影響。此外，生物量在不同磷肥品種下存在顯著差異(表2)。滅菌條件下，3種磷肥肥效均存在顯著差異，表現(xiàn)為MAP＞APP＞CMP。不滅菌條件下，MAP和APP處理間的玉米生物量無(wú)顯著差異，但二者顯著高于CMP處理。

表2 施用不同磷肥品種時(shí)土壤微生物對(duì)玉米生物量的效應(yīng)Table 2 Effects of soil microorganisms on maize biomass under different types of phosphorus fertilizer

2.2 土壤微生物及不同磷肥對(duì)玉米磷吸收量的影響

土壤微生物顯著提高了APP處理玉米磷吸收量(表3)。滅菌處理下，MAP、CMP和APP的磷吸收量分別為10.42、0.49、5.49 mg/pot；不滅菌處理下，磷吸收量分別為9.00、1.07、7.75 mg/pot，土壤微生物對(duì)不同磷肥品種處理磷吸收量的貢獻(xiàn)分別為-1.42、0.57、2.26 mg/pot ，CMP、APP 處理的增加量分別為116.3%和41.2%。不同磷肥品種對(duì)磷吸收量的影響存在顯著差異 (P＜0.001)。在滅菌條件下，MAP、CMP和APP的肥效間具有顯著差異，表現(xiàn)為MAP＞APP＞CMP。MAP和APP的肥效在不滅菌條件下無(wú)顯著差異，但二者顯著高于CMP處理。

表3 施用不同磷肥品種時(shí)土壤微生物對(duì)玉米磷吸收量的效應(yīng)Table 3 Effects of soil microorganisms on maize P uptake under different phosphorus fertilizer types

2.3 土壤微生物及不同磷肥對(duì)磷肥利用率的影響

土壤微生物顯著提高了APP處理的磷肥利用率，增加了1.12個(gè)百分點(diǎn)，即提高了40.7% (圖1)。而土壤微生物對(duì)MAP、CMP處理的磷肥利用率無(wú)顯著影響。此外，磷肥利用率在不同磷肥品種下存在顯著差異 (圖1)。滅菌條件下，3種磷肥品種處理的磷肥利用率均存在顯著差異，表現(xiàn)為MAP＞APP＞CMP。不滅菌條件下，MAP和APP處理間的磷肥利用率無(wú)顯著差異，但二者顯著高于CMP處理。

圖1 磷肥利用效率Fig. 1 Phosphorus fertilizer use efficiency

2.4 土壤微生物及不同磷肥對(duì)土壤速效磷含量和pH的影響

土壤微生物和磷肥品種對(duì)玉米土壤速效磷含量具有顯著影響 (表4)。土壤微生物顯著影響了MAP、APP處理的根際土壤速效磷含量。滅菌處理下，MAP、CMP、APP處理的根際土壤速效磷含量分別為44.44、1.82、26.11 mg/kg，其中MAP、CMP、APP處理之間均存在顯著差異，表現(xiàn)為MAP＞APP＞CMP。不滅菌處理下，MAP、CMP、APP處理的根際土壤速效磷含量分別為33.34、4.15、36.09 mg/kg，其中MAP、APP處理之間無(wú)顯著差異，但二者顯著高于CMP處理。不滅菌土壤CMP、APP處理的根際土壤速效磷含量較滅菌土壤分別增加了128.0%和38.2%。

表4 施用不同磷肥品種時(shí)土壤微生物對(duì)根際、非根際土壤速效磷的效應(yīng)Table 4 Effects of soil microorganisms on Olsen-Pi content in rhizosphere and bulk soil under different phosphorus fertilizer types

玉米非根際土壤速效磷含量在不同磷肥品種下的變化趨勢(shì)與根際相似 (表4)，土壤微生物顯著降低了MAP處理的非根際土壤速效磷含量。滅菌條件下MAP、CMP、APP處理非根際土壤速效磷含量分別為52.44、0.91、34.21 mg/kg，其中MAP、CMP、APP處理之間存在顯著差異，表現(xiàn)為MAP＞APP＞CMP。不滅菌處理下不同磷肥品種間的非根際土壤速效磷含量分別為34.20、5.41、36.84 mg/kg，MAP、APP處理間無(wú)顯著差異，CMP處理的速效磷含量較低且顯著低于MAP和APP處理。

土壤微生物和磷肥品種對(duì)根際土壤ΔpH有顯著影響(圖2a)。土壤微生物顯著降低了CMP、APP處理的根際土壤ΔpH，對(duì)MAP處理的根際土壤ΔpH無(wú)顯著作用。滅菌條件下，MAP、CMP、APP處理的ΔpH分別為-0.31、0.24、-0.29，其中CMP與MAP和APP處理之間均存在顯著差異，表現(xiàn)為CMP＞APP＞MAP。不滅菌條件下，MAP、CMP、APP處理的ΔpH分別為0.05、-0.56、-0.68，MAP與CMP和APP處理之間均存在顯著差異，表現(xiàn)為MAP＞CMP＞APP。磷肥品種對(duì)非根際土壤ΔpH具有顯著影響 (圖2b)，在滅菌和不滅菌條件下，CMP處理土壤ΔpH均顯著高于MAP、APP處理。

圖2 根際和非根際土壤pH的變化Fig. 2 Changes in pH of rhizosphere and bulk soil

2.5 土壤微生物及不同磷肥對(duì)土壤堿性磷酸酶活性的影響

圖3顯示，滅菌處理顯著降低了MAP和APP處理下玉米根際土壤的堿性磷酸酶活性的變化值。土壤微生物顯著提高了MAP、APP處理的堿性磷酸酶活性的變化值，降低了CMP處理的堿性磷酸酶活性的變化值。滅菌處理下，與不施磷處理相比，MAP、CMP、APP處理下根際土壤堿性磷酸酶活性分別增加 0.04、2.67、3.92p-NPP μg/(g·min)，增加幅度表現(xiàn)為APP≈CMP＞MAP，但二者均顯著高于MAP處理。不滅菌處理下，與不施磷處理相比，MAP、CMP、APP處理根際堿性磷酸酶活性分別增加了 3.21、-0.01、5.41p-NPP μg/(g·min)，APP 與CMP間存在顯著差異。滅菌處理下，不施磷處理相比，MAP、CMP、APP處理非根際土壤堿性磷酸酶活性分別增加 0.41、-3.91、-2.25p-NPP μg/(g·min)，CMP處理顯著低于MAP處理；不滅菌處理分別增加 1.21、-1.13、1.37p-NPP μg/(g·min)，不同磷肥品種間均無(wú)顯著差異。

圖3 根際和非根際堿性磷酸酶活性的變化Fig. 3 Changes of ALP activity in rhizosphere and bulk soil

2.6 土壤微生物和不同磷肥對(duì)玉米生長(zhǎng)狀況、土壤生物化學(xué)性質(zhì)的影響

主成分分析 (PCA) (圖4)表明，施用MAP、APP與CMP的玉米生長(zhǎng)和土壤生物化學(xué)性質(zhì)不同。施用MAP和APP處理樣品均與CMP處理表現(xiàn)出不同的聚類。結(jié)果表明，MAP、APP處理的玉米生長(zhǎng)狀況和土壤生物化學(xué)性質(zhì)受到土壤微生物的影響，不滅菌組的MAP、APP數(shù)據(jù)點(diǎn)與滅菌組聚類均不同，CMP處理聚類未分開(kāi)。前兩個(gè)坐標(biāo)軸總共解釋了土壤生物化學(xué)性質(zhì)變異的81%，其中第一和第二軸分別解釋了67.98%和13.11%。MAP、APP處理在滅菌與不滅菌條件下均表現(xiàn)出不同的聚類。

圖4 玉米生長(zhǎng)狀況和土壤生化指標(biāo)主成分分析Fig. 4 Principal component analysis of maize growth and soil biochemical indicators

3 討論

本研究結(jié)果表明，土壤微生物對(duì)水溶性磷肥、枸溶性磷肥和聚合態(tài)磷肥的作用效應(yīng)不同，土壤微生物顯著提高了聚合態(tài)磷肥的利用率，對(duì)水溶性磷肥、枸溶性磷肥的利用率無(wú)顯著影響。土壤微生物影響了水溶性磷肥和聚合態(tài)磷肥處理的玉米生長(zhǎng)和土壤生物化學(xué)性質(zhì) (圖4)。

MAP是高濃度水溶性速效磷肥，MAP中的磷酸鹽組分可以被作物直接吸收利用，在本試驗(yàn)中作為肥料對(duì)照進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)，施用MAP土壤滅菌與不滅菌處理間玉米生物量、植株磷吸收量均無(wú)顯著差異。這一方面表明，土壤無(wú)病原菌等其他因素干擾，處理間差異僅受磷和土壤微生物的影響；另一方面表明，MAP肥效是由其本身性質(zhì)決定。土壤微生物對(duì)植物吸收、利用MAP肥料中的磷素?zé)o顯著作用的原因是本試驗(yàn)供磷量充足，植物根系能夠直接吸收利用土壤中MAP提供的速效磷養(yǎng)分并轉(zhuǎn)移到地上部。該結(jié)果與Chen等[52]研究結(jié)果相似，在高磷(60 mg/kg) 土壤中微生物對(duì)小麥磷吸收無(wú)顯著影響，此時(shí)磷不是作物生長(zhǎng)和微生物活性的限制因子。此外，磷養(yǎng)分充足時(shí)，存在土壤微生物與植物根系競(jìng)爭(zhēng)磷素的現(xiàn)象。Van’t Padje等[53]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入充足的磷資源時(shí)，微生物會(huì)吸收磷素將其儲(chǔ)存在體內(nèi)，直到根系對(duì)磷資源需求增加再供給植物吸收。MAP處理的速效磷含量在滅菌情況下顯著高于不滅菌處理，表明土壤微生物吸收固定了部分速效磷，也驗(yàn)證了這一觀點(diǎn)。

土壤微生物對(duì)枸溶性磷肥CMP的利用率無(wú)顯著影響。本研究發(fā)現(xiàn)，施用CMP高溫滅菌與不滅菌土壤處理間的玉米地上部生物量、植株磷吸收量不存在顯著差異。CMP作為枸溶性磷肥不能直接被作物吸收，需要依靠酸性物質(zhì)通過(guò)化學(xué)溶解將其活化為磷酸根離子才能被作物吸收。大量研究表明，微生物分泌有機(jī)酸是溶解磷的主要機(jī)制[54]，常見(jiàn)有機(jī)酸包括檸檬酸、葡萄糖酸等[55]，有機(jī)酸的釋放能夠降低根際土壤的pH、促進(jìn)磷釋放[54]。通過(guò)ΔpH數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，土壤微生物顯著降低了根際土壤Δ pH，對(duì)非根際土壤ΔpH無(wú)顯著影響。推測(cè)是由于植物根系招募微生物并與其互作增加了酸性物質(zhì)的分泌，從而顯著降低了土壤ΔpH，而非根際土壤無(wú)根系作用，使得效應(yīng)不顯著。通過(guò)非根際土壤ΔpH可以發(fā)現(xiàn)，在不受微生物影響的石灰性土壤上施用堿性肥料會(huì)增加土壤ΔpH；根系釋放酸性物質(zhì)到根際，即使施用堿性肥料也降低了土壤ΔpH。綜上所述，土壤微生物和植物根系通過(guò)分泌酸性物質(zhì)，降低土壤pH促進(jìn)枸溶性磷向速效磷的轉(zhuǎn)化，但作用效果未能在生物量上表現(xiàn)出來(lái)。

土壤微生物顯著提高了聚合態(tài)磷肥APP的利用效率。土壤微生物顯著提高了APP處理的玉米地上部生物量、植株磷吸收量和根際土壤速效磷含量，分別增加了34.2%、41.2%、38.2%。滅菌條件下，聚合態(tài)磷肥APP處理的玉米生物量和植株磷吸收量顯著低于MAP處理，不滅菌條件下無(wú)顯著差異。這表明土壤微生物顯著提高了APP的肥效，使其與MAP間無(wú)顯著差異。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，微生物提高APP有效性可能歸因于磷酸酶的作用[28]。APP水解一方面是溶解的化學(xué)過(guò)程 (磷酸鹽組分)，另一方面是磷酸酶的生物過(guò)程 (焦磷酸鹽等組分)[23,29]。其中，磷酸酶是顯著影響APP水解的主要因素，如土壤微生物分泌的堿性磷酸酶。本研究發(fā)現(xiàn)，與不施磷肥處理相比，施用APP處理的堿性磷酸酶活性增加值高于其他處理。微生物數(shù)量、肥料底物誘導(dǎo)、土壤pH等均能影響堿性磷酸酶活性[56]。MAP、APP處理不滅菌處理土壤堿性磷酸酶活性增加值顯著高于滅菌處理，這表明微生物數(shù)量越多堿性磷酸酶活性越高[41]；在微生物數(shù)量較多的不滅菌處理中，APP處理表現(xiàn)出了較高的活性且根際效應(yīng)明顯，推測(cè)是植物根系招募了更多的功能微生物以促進(jìn)APP生物水解[29,56]。此外，土壤微生物顯著降低了根際土壤ΔpH，推測(cè)是由于植物與土壤微生物互作分泌更多的酸性物質(zhì)促進(jìn)了APP水解。綜上所述，土壤微生物對(duì)聚合態(tài)磷肥的作用表現(xiàn)為分泌堿性磷酸酶和酸性物質(zhì)，促進(jìn)聚合態(tài)磷酸鹽的水解。未來(lái)將通過(guò)堿性磷酸酶 (phoD) 基因的引物擴(kuò)增，分析功能土壤微生物基因的表達(dá)情況和群落組成。進(jìn)一步通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)研究土壤微生物對(duì)APP作用的堿性磷酸酶機(jī)制。

4 結(jié)論

在磷用量為100 mg/kg條件下，MAP能夠滿足植物對(duì)磷素的需求，因此土壤微生物對(duì)MAP的轉(zhuǎn)化未顯現(xiàn)出明顯作用。土壤微生物通過(guò)分泌酸性物質(zhì)降低了根際土壤ΔpH，促進(jìn)了CMP的活化，提高了植物磷吸收量。施用APP提高了與土壤微生物活性密切相關(guān)的土壤堿性磷酸酶活性，較高的磷酸酶活性促進(jìn)了APP的水解，提高了土壤速效磷含量，進(jìn)而促進(jìn)了玉米對(duì)磷的吸收和利用。