邢肖毅 尹丹紅 張亞麗 卿如冰 倪緋

邢肖毅，尹丹紅，張亞麗，等. 生物質(zhì)炭對(duì)土壤解磷菌分布及磷轉(zhuǎn)化的影響研究進(jìn)展［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2023，39（8）：1784-1792.

doi：10.3969/j.issn.1000-4440.2023.08.019

收稿日期：2022-12-12

基金項(xiàng)目：湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2022JJ50225、2022JJ50196、2022JJ50228）；湖南省教育廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20B529）

作者簡(jiǎn)介：邢肖毅（1988-），女，陜西西安人，博士，講師，主要研究方向?yàn)槲⑸锷鷳B(tài)學(xué)。（E-mail）357903295@qq.com

通訊作者：倪? 緋，（E-mail）121525036@qq.com

摘要：中國(guó)農(nóng)田普遍缺磷，而磷肥易于被土壤顆粒固定，利用率低，導(dǎo)致土壤中留存大量固定態(tài)磷。激活土壤解磷菌是解決土壤有效磷缺乏與固定態(tài)磷素過(guò)量累積矛盾的關(guān)鍵。近年來(lái)，在生物質(zhì)炭施用對(duì)土壤解磷菌群落影響方面的研究取得了一系列進(jìn)展。本文綜述了生物質(zhì)炭施用對(duì)土壤解磷菌數(shù)量、群落組成、多樣性、互作關(guān)系以及土壤磷酸酶活性的影響。最后，本文分析了目前生物質(zhì)炭施用與解磷菌關(guān)系研究中的局限，并進(jìn)行了研究展望，可以為科學(xué)施用生物質(zhì)炭、活化土壤磷庫(kù)提供理論基礎(chǔ)和應(yīng)用依據(jù)。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)炭；解磷菌；農(nóng)田土壤；解磷效應(yīng)

中圖分類號(hào)：X172????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????? 文章編號(hào)：1000-4440（2023）08-1784-09

Research progress of the effect of biochar on distribution and phosphorus transformation of soil phosphorus-solubilizing microorganism

XING Xiao-yi1 YIN Dan-hong1，2 ZHANG Ya-li1 QING Ru-bing1 NI Fei1

（1.Department of Agroforestry Ecology， Shaoyang College， Shaoyang 422000， China;2.School of Geographical Sciences， Fujian Normal University， Fuzhou 350007， China）

Abstract：Phosphorus （P） deficiency exists widely in agricultural soils of China. However， the utilization rate of P fertilizer was low due to the P fertilizer was easily fixed by soil particles， so there retained a lot of fixed P. Activating soil phosphorus-solubilizing microorganism （PSM） was the key way to resolve the contradiction between available P deficiency and excess accumulation of fixed P in agricultural soils. In recent years， a series of research progresses about the influences of biochar application on the community structure of soil PSM have been made. This article comprehensively summarized the effects of biochar application on the population， community composition， diversity and community interaction， as well as soil phosphatase activity of soil PSM. Finally， the limitations of the current research on the correlation between biochar application and PSM were analyzed， and the future research was discussed. The study can provide theoretical basis and application basis for scientific application of biochar and activation of soil phosphorus pool.

Key words：biochar;phosphorus-solubilizing microorganism;agricultural soil;phosphate-solubilizing effect

土壤有效磷缺乏現(xiàn)象在全球范圍內(nèi)廣泛存在，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)的發(fā)展?；罨寥懒讕?kù)是解決土壤有效磷不足的關(guān)鍵。生物質(zhì)炭為土壤中解磷微生物創(chuàng)造了良好的生存環(huán)境，可能影響磷的活化。本研究擬通過(guò)對(duì)生物質(zhì)炭施用對(duì)土壤解磷菌分布及磷轉(zhuǎn)化的影響進(jìn)行綜述，旨在揭示生物質(zhì)炭在調(diào)控土壤解磷菌與土壤磷轉(zhuǎn)化關(guān)系中的作用，為生物質(zhì)炭的科學(xué)施用提供依據(jù)。

1? 土壤磷素缺乏與盈余共存

磷素是植物生長(zhǎng)必需的大量元素之一，對(duì)植物的新陳代謝和生長(zhǎng)發(fā)育具有重要作用。土壤中總磷含量較為豐富，但是磷素在土壤中易被固定，有效性低，目前全球70%的耕地有效磷含量無(wú)法滿足作物正常生長(zhǎng)發(fā)育，尤其是中國(guó)南方紅壤區(qū)[1]。一般認(rèn)為，土壤有效磷含量低于10 mg/kg的土壤即為缺磷土壤。而在中國(guó)湖南、江西、廣西、云南等典型紅壤區(qū)，土壤有效磷含量多數(shù)為5 mg/kg左右[2-5]，遠(yuǎn)低于世界平均水平。磷素缺乏嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)。據(jù)研究，農(nóng)業(yè)耕地中2/3的中低產(chǎn)田屬于土壤有效磷含量小于10 mg/kg的農(nóng)田。以大豆為例，土壤有效磷含量10 mg/kg的土壤與30 mg/kg的土壤相比，大豆產(chǎn)量減少了約20%，脂肪含量和蛋白質(zhì)含量降低了約25%[6]。

為補(bǔ)充土壤有效磷不足，磷肥被大量施用。然而，磷肥利用率很低，當(dāng)季利用率僅為10%? ～25%，其余75%? ～90%被土壤中的鈣、鐵、鋁等礦物離子吸附[7-8]，導(dǎo)致土壤中蓄積大量固定態(tài)磷。中國(guó)自20世紀(jì)70年代中期，土壤中的磷素開(kāi)始盈余[9]。截至1992年，土壤磷累積量達(dá)6×107 t[10]。針對(duì)土壤固定態(tài)磷過(guò)量累積及有效磷不足的現(xiàn)實(shí)，探究土壤中磷的高效利用途徑，活化土壤磷庫(kù)，是土壤磷營(yíng)養(yǎng)管理的重點(diǎn)。

2? 生物質(zhì)炭對(duì)土壤磷活化的影響

生物質(zhì)炭是在氧氣受限的環(huán)境中熱解生物質(zhì)（例如作物莖葉、木材、畜禽糞便等）時(shí)獲得的一種芳香族和富含碳的固體副產(chǎn)物[11]。生物質(zhì)炭本身富含磷元素，全磷和有效磷含量較高。例如350? ～550 ℃炭化溫度下制備的玉米秸稈和小麥秸稈生物質(zhì)炭全磷含量分別為8.37 g/kg和2.47 g/kg[12]，400 ℃制備的稻殼生物質(zhì)炭和玉米秸稈生物質(zhì)炭有效磷含量分別為287.12 mg/kg [13]和15.80 mg/kg[14]。因此，生物質(zhì)炭施入土壤后可直接補(bǔ)充外源有效磷。很多研究者已發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭施用可顯著提高土壤有效磷含量[4，12-18]。值得注意的是，生物質(zhì)炭施入土壤后，土壤增加的有效磷的量高于生物質(zhì)炭本身含有的有效磷的量。例如Zhai等[14]將有效磷含量為15.80 mg/kg的玉米秸稈生物質(zhì)炭以8%的含量（即80 g/kg）施入酸性紅壤和堿性潮土中，土壤有效磷含量分別從3.00 mg/kg和13.00 mg/kg顯著增加至 46.00 mg/kg和137.00 mg/kg。Liu等[18]將有效磷含量為287.12 mg/kg的稻殼生物質(zhì)炭以40 t/hm2（即17.8 g/kg）的含量施入紅壤、鹽漬土中，土壤有效磷含量分別從2.47 mg/kg和3.77 mg/kg 顯著增加至 16.18 mg/kg和21.58 mg/kg。因此生物質(zhì)炭對(duì)土壤有效磷的增加不僅來(lái)自生物質(zhì)炭自身磷的直接釋放，還包括土壤固定態(tài)磷的活化[4，15]。

3? 解磷菌是磷活化的主要驅(qū)動(dòng)者

土壤中分布著大量解磷菌，可分別作用于無(wú)機(jī)磷、有機(jī)磷或同時(shí)作用于二者，將無(wú)效磷轉(zhuǎn)化為生物有效態(tài)磷，是土壤磷活化的主要承擔(dān)者[19]。解磷菌的研究始于1903年，距今已近120年[20]。大量研究結(jié)果表明，土壤中解磷菌豐度和組成與解磷性能顯著相關(guān)[21-26]。例如Fraser等[22-23]發(fā)現(xiàn)phoD解磷微生物的豐度與催化土壤有機(jī)磷礦化的堿性磷酸酶活性顯著相關(guān)。易艷梅等[26]研究發(fā)現(xiàn)，鹽漬土中解磷細(xì)菌數(shù)量與土壤有效磷含量顯著相關(guān)，假單胞桿菌屬（Pseudomonas）、芽孢桿菌屬（Bacillus）和黃單胞桿菌屬（Flavobacterium）是磷活化的主要驅(qū)動(dòng)者。王敦剛等[27]針對(duì)茶園土的研究發(fā)現(xiàn)，土壤有效磷含量與phoD解磷微生物中Betaproteobacteria的相對(duì)豐度呈顯著正相關(guān)。除了基于大田采樣證明解磷菌對(duì)于磷活化的重要作用外，還有很多研究通過(guò)外源接種解磷菌，證明了解磷菌對(duì)土壤磷素供應(yīng)的積極作用[28-30]。例如Rafique等[28]分別接種解磷菌Bacillus subtilis strain 18MZR 和Lysinibacillus fusiformis strain 31MZR于土壤中進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)土壤中有效磷含量增加15%? ～25%。Wu等[30]發(fā)現(xiàn)接種解磷菌Bacillus aryabhattai和Pseudomonas auricularis可顯著提高油茶葉片及根際土壤中有效磷含量。生物質(zhì)炭可以為微生物提供碳源及其他營(yíng)養(yǎng)元素[31]，創(chuàng)造大小不一的孔隙供微生物定殖及免于被取食[32-33]，提高土壤持水力，為微生物創(chuàng)造更有利于生存的環(huán)境[34]等，因此有利于解磷菌的生長(zhǎng)。

4? 生物質(zhì)炭對(duì)解磷菌的影響

4.1? 土壤中解磷菌群落的研究方法

盡管土壤中解磷菌極為豐富，但解磷菌在自然狀態(tài)下，多處于休眠或潛在活躍狀態(tài)，解磷效率較低[35]，激發(fā)其生長(zhǎng)和活性，是提高土壤供磷能力的關(guān)鍵。土壤中解磷微生物群落分布的研究方法主要有培養(yǎng)基分離計(jì)數(shù)法[17，21，36]，常用的分離培養(yǎng)基有磷酸三鈣無(wú)磷培養(yǎng)基、無(wú)機(jī)磷發(fā)酵培養(yǎng)基、有機(jī)磷培養(yǎng)基、Piskovskaya瓊脂培養(yǎng)基等；對(duì)土壤細(xì)菌16 S rRNA進(jìn)行測(cè)序，分析其中典型解磷菌（例如Microbacteriaceae、Rhizobiaceae）的相對(duì)豐度[16，18，29 ]，以及采用特定引物擴(kuò)增特定類群解磷菌，例如對(duì)Brevundimonas進(jìn)行擴(kuò)增計(jì)量[37]等。更重要的是，近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，解磷菌編碼基因成為研究解磷菌的重要方法。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)有機(jī)解磷菌解磷基因的研究主要集中在堿性磷酸酶編碼基因，包括phoA、phoD和phoX 3種類型[38]。其中phoD由于分布廣泛，活性強(qiáng)，多樣性高，研究相對(duì)深入。無(wú)機(jī)磷解磷菌的研究主要集中在與葡萄糖酸、檸檬酸合成有關(guān)的基因[39]，相關(guān)的編碼基因有g(shù)cd、pqqC、gltA等。除此之外，與磷的吸收利用有關(guān)的其他基因，例如C-P鍵斷裂酶基因（phnJ）也受到了部分研究者的關(guān)注[36]。近二三十年的研究結(jié)果表明，生物質(zhì)炭施用可從多個(gè)方面影響解磷菌的分布，從而提高土壤供磷能力[16-18，40]。

4.2? 生物質(zhì)炭對(duì)解磷菌數(shù)量的影響

生物質(zhì)炭施用可顯著提高土壤中解磷菌的數(shù)量，提升率甚至可高達(dá)數(shù)百倍。例如趙學(xué)通等[17]采用無(wú)機(jī)磷發(fā)酵培養(yǎng)基篩選法進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)常規(guī)施肥配合30 t/hm2生物質(zhì)炭相較于常規(guī)施肥，解磷菌數(shù)量提升了291.74%。鄭慧芬等[41]采用磷酸三鈣無(wú)磷培養(yǎng)基對(duì)10 t/hm2、20 t/hm2、40 t/hm2生物質(zhì)炭施用條件下茶園紅壤的無(wú)機(jī)磷解磷菌進(jìn)行了計(jì)數(shù)，結(jié)果顯示，隨施用量的增加，解磷菌數(shù)量增加，相對(duì)于不施用生物質(zhì)炭，解磷菌數(shù)量的增幅為150.0%? ～337.3%。目前更多的研究針對(duì)解磷菌功能基因開(kāi)展，例如對(duì)phoD、pqqC等進(jìn)行定量PCR，同樣發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭可顯著提高其基因拷貝數(shù)[42-44]。例如，Yang等[42]發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭施用顯著提高了酸性紅壤中phoD的豐度。Pu等[43]發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭施用顯著提高了黑土中pqqC的豐度。但也有研究者發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭施用對(duì)解磷菌數(shù)量的影響較小[43，45-46]，甚至導(dǎo)致其豐度降低[47]。例如，Gao等[45]和Pu等[43]均發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭施用未顯著改變土壤中phoC、phoD、gcd的拷貝數(shù)。上述矛盾的試驗(yàn)結(jié)果主要是因?yàn)樯镔|(zhì)炭施用量與土壤解磷菌增加量的關(guān)系受土壤性質(zhì)的影響，對(duì)于有效磷更為缺乏、pH較低的紅壤，生物質(zhì)炭施用對(duì)解磷菌的影響更為強(qiáng)烈。當(dāng)土壤自身具有較高的有效磷含量，或者隨生物質(zhì)炭引入了較多有效磷時(shí)，緩解了微生物的磷饑餓，無(wú)需增加對(duì)磷酸酶的分泌，因此相應(yīng)編碼基因的豐度不發(fā)生大的變化，甚至當(dāng)有效磷含量過(guò)高時(shí)，會(huì)抑制磷酸酶活性以及相應(yīng)基因的豐度[47]。因此，對(duì)于低磷土壤，生物質(zhì)炭施用對(duì)解磷菌豐度的積極影響更加顯著[46]。但值得注意的是，“低磷”的定義需要因地域、作物而改變，而不能以磷含量簡(jiǎn)單劃分。例如在Pu等[43]的研究中，磷投入量為33 kg/hm2，按照以往的報(bào)道[46]可認(rèn)為屬于低磷投入，但此時(shí)生物質(zhì)炭并沒(méi)有提高解磷菌豐度，這是因?yàn)楸M管磷投入量較低，但是已經(jīng)可以滿足作物和微生物的需求。而Gao等[45]發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭沒(méi)有顯著改變解磷菌豐度一方面是因?yàn)橥寥辣旧碛行Я缀枯^高（約350 mg/kg），另一方面，可能也與土壤酸堿度接近中性（pH=6.45）有關(guān)。另外，編碼有機(jī)酸及磷酸酶合成的基因眾多，研究所選擇的基因可能并不能真實(shí)反映解磷菌的數(shù)量[48]。最后，也可能是因?yàn)椴⒎撬械慕饬拙际蔷哂猩锘钚缘腫49]，而生物質(zhì)炭可能更多地作用于有活性的解磷菌，因此在DNA水平上未表現(xiàn)出明顯變化。生物質(zhì)炭影響解磷菌數(shù)量，并最終影響土壤有效磷含量，但土壤有效磷含量的增加程度往往不及解磷菌。在趙學(xué)通等[17]、陳敏等[21]及鄭慧芬等[41]的研究中，生物質(zhì)炭處理?xiàng)l件下，土壤有效磷含量的增加量均遠(yuǎn)低于解磷菌數(shù)量增加量。其中在鄭慧芬等[41]的研究中，解磷菌數(shù)量增幅為150.0%? ～337.3%時(shí)，有效磷含量的增幅為61.0%? ～153.9%。這可能是因?yàn)橛行Я缀康脑黾訙笥诮饬拙鷶?shù)量。

自從解磷菌的功能被證實(shí)以來(lái)，很多研究者將高效解磷菌接種于土壤以提高有效磷含量，取得了良好的效果[50]。但是外源解磷菌接種存在定殖率低的問(wèn)題。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭施用不僅有助于增加土壤土著解磷菌的數(shù)量，還會(huì)促進(jìn)外源解磷菌的定殖。例如杜慧婷[51]發(fā)現(xiàn)施用水稻秸稈生物質(zhì)炭可促進(jìn)外源接種解磷菌的生長(zhǎng)，膠質(zhì)芽孢桿菌和巨大芽孢桿菌的數(shù)量分別增加了27.5%和9.5%。Zheng等[29]通過(guò)將6種不同原料制成的生物質(zhì)炭與解磷菌群落（7種不同屬典型解磷菌混合）配合施入土壤，結(jié)果顯示生物質(zhì)炭施用顯著提高了解磷菌的存活率，相對(duì)于不施用生物質(zhì)炭處理，增幅在6.86%? ～24.24%。因此，生物質(zhì)炭和解磷菌共同施用往往可以實(shí)現(xiàn)更好的解磷效果。

4.3? 生物質(zhì)炭對(duì)解磷菌組成的影響

解磷菌在土壤中的種類豐富，在細(xì)菌、真菌、放線菌中均有分布。目前已經(jīng)報(bào)道的解磷菌有30多個(gè)屬，例如屬于細(xì)菌的芽孢桿菌屬（Bacillus）、假單胞菌屬（Pseudomonas）、硫桿菌屬（Thiobacillus）、黃桿菌屬（Flavobaccterium）、微桿菌屬（Microbacterium）、短波單胞菌屬（Brevundimonas）等，屬于真菌的青霉屬（Penicillium）、曲霉屬（Aspergillus）、鏈格孢屬（Alternaria）、被孢霉屬（Mortierella）等，以及屬于放線菌的鏈霉屬（Streptomyces）[8，50]。盡管以往的研究認(rèn)為解磷真菌的解磷能力超過(guò)細(xì)菌[19]，但土壤中解磷真菌的數(shù)量遠(yuǎn)不及解磷細(xì)菌，目前生物質(zhì)炭對(duì)解磷菌組成影響的研究主要集中于解磷細(xì)菌（表1）。有研究通過(guò)對(duì)土壤總細(xì)菌進(jìn)行測(cè)序，分析典型解磷菌的相對(duì)豐度，從而判斷施用生物質(zhì)炭對(duì)土壤解磷菌組成的影響。例如Liu等[18]將稻殼生物質(zhì)炭施用于3種不同類型的農(nóng)田土壤，對(duì)土壤總細(xì)菌進(jìn)行高通量測(cè)序，發(fā)現(xiàn)具有解磷功能的Thiobacillus、Pseudomonas和Flavobacterium的相對(duì)豐度、磷酸酶活性以及相應(yīng)土壤有效磷含量不同程度地增加。也有研究者選用某個(gè)屬的特異性引物，分析特定類型解磷菌對(duì)生物質(zhì)炭的響應(yīng)。例如Fox等[37]采用特異性引物對(duì)土壤典型解磷菌Brevundimonas進(jìn)行了擴(kuò)增，發(fā)現(xiàn)1%和2%生物質(zhì)炭施用條件下Brevundimonas豐度相較于不施用生物質(zhì)炭處理分別提高了5.32倍和189倍?，F(xiàn)在越來(lái)越多的研究直接對(duì)磷酸酶編碼基因（例如phoD、phoC等）進(jìn)行測(cè)序以分析群落組成。不同土壤中解磷菌的種類差異巨大，對(duì)生物質(zhì)炭響應(yīng)的類群也各不相同。例如Tian等[46]基于高通量測(cè)序技術(shù)分析了土壤phoD解磷菌組成特征，發(fā)現(xiàn)施用生物質(zhì)炭顯著增加了酸性紅壤中Micromonosporaceae的相對(duì)豐度。朱青和等[52]同樣基于高通量技術(shù)發(fā)現(xiàn)施用生物質(zhì)炭增加了酸性紅黃壤中Bradyrhizobium的相對(duì)豐度，降低了Mesorhizobium的相對(duì)豐度。值得注意的是，解磷菌組成對(duì)施用生物質(zhì)炭的敏感度不及解磷菌豐度[44，53]，但前者與磷轉(zhuǎn)化的關(guān)系似乎更為密切[46]。例如Lu等[53]發(fā)現(xiàn)施用生物質(zhì)炭略微增加了酸性紅壤中phoD的基因豐度，但沒(méi)有改變phoD群落組成。Tian等[46]則發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭施用后，堿性磷酸酶活性的增加與phoD豐度無(wú)關(guān)，而受其組成的影響。但目前對(duì)解磷菌組成的研究還不多，上述推測(cè)還有待進(jìn)一步研究。

4.4? 生物質(zhì)炭對(duì)解磷菌多樣性的影響

生物質(zhì)炭富含直徑>200 nm的大孔隙，能夠滿足多數(shù)細(xì)菌的棲息需求[32]，為微生物提供了棲息地和庇護(hù)所[31]，因此生物質(zhì)炭施用往往可提高土壤解磷菌的多樣性[36，44，54]。例如楊文娜等[54]采用T-限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP）技術(shù)分析了解磷菌phoC和phoD基因的多樣性，發(fā)現(xiàn)化肥配施生物質(zhì)炭相較于單施化肥，phoC和phoD基因豐富度、均勻度、多樣性均顯著上升。其他研究也得出了相似的結(jié)論[44]。其他類型解磷菌對(duì)生物質(zhì)炭也有相似的響應(yīng)。例如，F(xiàn)ox等[36]采用RFLP結(jié)合454測(cè)序?qū)hnJ基因進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)未施用生物質(zhì)炭的土壤中獲得了27個(gè)條帶，其中17個(gè)條帶屬于Bradyrhizobium，10個(gè)條帶屬于Acidophilium multivorum。施用1%生物質(zhì)炭的土壤獲得的14個(gè)條帶除屬于上述2個(gè)屬之外，還有2個(gè)條帶屬于Rhizobiales。而施用2%生物質(zhì)炭的土壤得到19個(gè)條帶，除4個(gè)條帶未比對(duì)上明確種屬信息外，有10個(gè)條帶和5個(gè)條帶分別從屬于Bradyrhizobium和Acidophilium multivorum，即相較于對(duì)照，解磷菌各種屬的占比更加均勻。但是也有研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭施用對(duì)解磷菌多樣性影響較小[52]，甚至導(dǎo)致多樣性降低[29]。例如朱青和等[52]發(fā)現(xiàn)施用毛竹生物質(zhì)炭對(duì)酸性紅黃壤phoD功能菌的Chao1指數(shù)、Simpson指數(shù)和Shannon指數(shù)均沒(méi)有顯著影響。Zheng等[29]基于16S rRNA高通量測(cè)序，參照以往文獻(xiàn)中報(bào)道的典型解磷菌的分類信息，將30個(gè)屬（包括Rhizobium leguminosarum、Paenibacillus panacisoli、Rhodococcus opacus等）視為解磷菌群落加以分析，發(fā)現(xiàn)未施用生物質(zhì)炭的土壤解磷菌群落Shannon指數(shù)不同程度地高于施用6種不同原料制成的生物質(zhì)炭的處理。這可能是因?yàn)?，該研究除了施用生物質(zhì)炭外，還接種了7種不同的外源解磷菌（包括在所選擇的30個(gè)屬中），這些解磷菌快速生長(zhǎng)成為優(yōu)勢(shì)類群，因此降低了多樣性指數(shù)?？傮w而言，目前對(duì)生物質(zhì)炭施用條件下解磷菌多樣性的研究還較缺乏，有待于進(jìn)一步研究。

4.5? 生物質(zhì)炭對(duì)解磷菌互作關(guān)系的影響

如前文所述，外源解磷菌接種過(guò)程中，菌群定殖率比較低，這可能是由于土著解磷菌的排斥作用。以往的研究發(fā)現(xiàn)，將解磷菌接種于滅菌土壤中，其存活數(shù)量和解磷效果均好于接種于非滅菌土壤[59-60]。由于外源解磷菌與土壤土著解磷菌生態(tài)位高度重疊，因而產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng)作用。而土著解磷菌由于“先天優(yōu)勢(shì)”，在競(jìng)爭(zhēng)中更易獲勝[61]，從而影響外源解磷菌的定殖。施用生物質(zhì)炭被認(rèn)為可以降低來(lái)自土著微生物的競(jìng)爭(zhēng)，因此可能成為解決外源菌定殖困難的有效措施[32]。例如Saxena等[62]對(duì)比了僅接種解磷菌Bacillus和Bacillus+生物質(zhì)炭處理下土壤中Bacillus的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)后者相較于前者，數(shù)量增加了62.1%。Zheng等[29]通過(guò)將6種不同原料制成的生物質(zhì)炭與解磷菌群落（7種不同屬典型解磷菌混合）配合施入土壤，發(fā)現(xiàn)施加生物質(zhì)炭顯著提高了解磷菌的存活率，增幅為6.86%～24.24%。一般認(rèn)為，出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因主要在于生物質(zhì)炭為微生物提供了養(yǎng)分、棲息地、庇護(hù)所等。另外，豐富的土壤養(yǎng)分有助于緩解環(huán)境微生物之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，甚至激發(fā)更廣泛的合作[63]。雖然現(xiàn)階段直接觀測(cè)復(fù)雜微生物體系間的種間互作關(guān)系仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)，但生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析為探索互作關(guān)系提供了一種有力的工具[49]。通過(guò)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)鋵W(xué)特性分析，可在一定程度上揭示解磷菌之間的協(xié)作或競(jìng)爭(zhēng)程度。目前生物質(zhì)炭對(duì)微生物互作關(guān)系影響的研究，主要是基于土壤總微生物群落開(kāi)展的。例如Chen等[64]發(fā)現(xiàn)施用生物炭改變了土壤細(xì)菌和真菌的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。馬泊泊等[65]進(jìn)一步證實(shí)，施用生物質(zhì)炭會(huì)誘發(fā)土壤細(xì)菌-真菌群落之間更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，增強(qiáng)細(xì)菌內(nèi)部以及細(xì)菌與真菌之間的積極作用。因此，我們推測(cè)施用生物質(zhì)炭可能會(huì)促進(jìn)土壤中解磷菌間的合作。近期有研究報(bào)道施用生物質(zhì)炭提高了酸性紅壤中含phoD基因解磷菌的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性和連接緊密性[46]。但尚未有文獻(xiàn)報(bào)道生物質(zhì)炭對(duì)解磷菌之間競(jìng)爭(zhēng)或合作關(guān)系的探討，還有待于進(jìn)一步研究。

4.6? 生物質(zhì)炭對(duì)磷酸酶活性的影響

磷酸酶活性是反映土壤有機(jī)磷礦化潛力的重要指標(biāo)，根據(jù)其適宜的pH分為酸性磷酸酶和堿性磷酸酶。其中堿性磷酸酶主要由土壤解磷菌分泌，而酸性磷酸酶由植物根系和解磷菌共同分泌[46]，因此，堿性磷酸酶活性與磷的礦化能力的關(guān)系更加密切，并且對(duì)生物質(zhì)炭施用更敏感。一般而言，生物質(zhì)炭對(duì)酸性磷酸酶活性影響較小[41，46，58]，甚至導(dǎo)致酶活性降低[14]。這主要是因?yàn)樯镔|(zhì)炭多為堿性，施入后會(huì)提高土壤pH，影響程度取決于生物質(zhì)炭對(duì)土壤pH的提高程度。對(duì)于堿性磷酸酶，由于生物質(zhì)炭可為解磷菌提供碳源、能源以及物理保護(hù)，因此一般認(rèn)為施用生物質(zhì)炭有助于提高土壤堿性磷酸酶活性[44，58，66]。但也有研究得出了相反的結(jié)果[53，67]。有效磷含量的差異是導(dǎo)致上述矛盾結(jié)果的最主要原因[46]。根據(jù)資源配置理論，當(dāng)有效磷不足時(shí)，酶合成增加，而有效磷充足時(shí)酶合成則會(huì)下降。因此當(dāng)有效磷（包括土壤本底有效磷以及外源輸入有效磷）含量較高時(shí)，施用生物質(zhì)炭對(duì)磷酸酶活性的影響很小，甚至導(dǎo)致酶活性降低[68]。例如Lu等[53]將有效磷含量為41.33 mg/kg的生物質(zhì)炭以5%的量施入有效磷含量為33.45 mg/kg的土壤時(shí)，堿性磷酸酶活性降低。還有研究者發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭施用量也會(huì)影響生物質(zhì)炭與堿性磷酸酶活性的關(guān)系。例如Bhaduri等[67]發(fā)現(xiàn)在生物質(zhì)炭施用量較低時(shí)（2.5%），磷酸酶活性增強(qiáng)，而施用量較大時(shí)（5.0%和8.0%），酶活性反而有所降低。其他研究者也得出了相似的結(jié)論[53，68-69]。其主要的原因便是較高的生物質(zhì)炭引入了較高的有效磷，緩解了磷缺乏。另一方面的原因在于生物質(zhì)炭具有較強(qiáng)的吸附性能，導(dǎo)致酶被吸附，抑制了土壤酶的催化性能[53]。綜上，在有效磷含量較低的土壤中，施用生物質(zhì)炭可更顯著地提高磷酸酶活性，最終提高有效磷含量[46]。

5? 研究展望

綜上所述，近二三十年，研究者圍繞生物質(zhì)炭調(diào)控有效磷含量的微生物機(jī)制開(kāi)展了很多研究，初步證明生物質(zhì)炭可對(duì)解磷菌數(shù)量、組成、多樣性等產(chǎn)生積極的影響，甚至影響解磷菌間的互作關(guān)系。但是，生物質(zhì)炭對(duì)解磷菌影響的研究仍很不足，仍有很多問(wèn)題有待進(jìn)一步研究。

（1）深化分子生物學(xué)技術(shù)在生物質(zhì)炭-解磷菌關(guān)系研究中的應(yīng)用。近幾十年以核酸技術(shù)為核心的分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為揭示解磷菌的群落結(jié)構(gòu)提供了新的方法。但是，目前研究者對(duì)解磷基因的認(rèn)識(shí)還不全面，僅有少數(shù)基因（例如phoD、phoX、phnJ、gcd等）被應(yīng)用于解磷菌研究，而不同的生態(tài)環(huán)境下功能基因的作用差異較大。另外，解磷功能基因的研究主要集中在DNA水平，僅能揭示微生物的存在與否，不能揭示微生物的活性。因此，未來(lái)研究需繼續(xù)探究解磷菌功能基因的種類及評(píng)價(jià)不同土壤環(huán)境下各功能基因的相對(duì)重要性，并針對(duì)mRNA更深入地分析對(duì)生物質(zhì)炭敏感的類群。

（2）探索生物質(zhì)炭與解磷菌接種之間的協(xié)同增效機(jī)制。生物質(zhì)炭與解磷菌之間的關(guān)系較為復(fù)雜，一方面，解磷菌可激活生物質(zhì)炭本身攜帶的大量非活性磷，另一方面，生物質(zhì)炭可促進(jìn)外源解磷菌的定殖。目前很多研究已證實(shí)二者在增加土壤有效磷含量方面的協(xié)同效應(yīng)。未來(lái)的研究可進(jìn)一步闡明生物質(zhì)炭與解磷菌的協(xié)同增效機(jī)制，例如生物質(zhì)炭對(duì)土著-外源解磷菌關(guān)系的調(diào)控。

（3）基于關(guān)鍵物種和群落關(guān)系調(diào)控解磷功能。微生物群落中存在著關(guān)鍵物種或類群，對(duì)生態(tài)功能至關(guān)重要[63]。另外，微生物群落之間存在高度復(fù)雜的相互作用，能夠協(xié)作實(shí)現(xiàn)高效的代謝功能。未來(lái)的研究可采用生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析等技術(shù)識(shí)別和探究解磷菌關(guān)鍵物種和種群互作方式及對(duì)生物質(zhì)炭施用的響應(yīng)方式，通過(guò)合理干預(yù)實(shí)現(xiàn)高效的解磷效應(yīng)。

（4）針對(duì)不同缺磷狀態(tài)的土壤建立生物質(zhì)炭施用模式。生物質(zhì)炭施用后對(duì)解磷菌和土壤解磷效應(yīng)的影響受諸多因素的調(diào)控，而土壤本底有效磷含量被認(rèn)為是最主要的因素[46，70]。因此可針對(duì)磷含量不同的土壤建立相應(yīng)的生物質(zhì)炭施用模式，包括生物質(zhì)炭類型、施用量、施用時(shí)間等，為生物質(zhì)炭的高效使用提供技術(shù)指導(dǎo)。

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（責(zé)任編輯：陳海霞）