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溶磷微生物是一类可以有效分解难溶性无机磷酸盐以及有机磷的功能性微生物类群,广泛存在于土壤、植物体、有机肥料以及水体当中。本研究在土壤和有机肥中分别筛选到两株高效溶磷微生物,不动杆菌属Acinetobacter sp.P18与黑曲霉Aspergillus niger JXZ01;在培养基环境下比较了两株菌的溶磷能力以及最佳碳氮源种类和碳氮比(葡萄糖/硫酸铵);并通过室内土壤培养试验和黑麦草的盆栽试验,分别对两株溶磷微生物在土壤环境下的定殖能力、溶磷效应以及植物促生功能进行了测定与比较。此外,通过溶磷微生物配合不同施肥方式,不仅比较了不同类型肥料对黑麦草的促生效果的差异性,而且还比较了溶磷微生物对肥料利用率的影响。本文的主要研究结果如下:
1.两株溶磷微生物在以磷酸三钙、磷酸铝、卵磷脂以及植酸钙为磷源的PVK液体培养基中均能够表现出良好的磷释放能力;此外,黑曲霉JXZ01还能够有效分解磷酸铁以及磷矿石。黑曲霉JXZ01在培养基环境下的溶磷能力明显强于不动杆菌P18;而且以磷酸三钙为磷源时,两株溶磷微生物的溶磷能力最大,分别可以达到770.51mg·L-1和402.27mg·L-1。
2.在以磷酸三钙为磷源的PVK液体培养基条件下,两株溶磷微生物的最适碳氮源种类与碳氮比(葡萄糖/硫酸铵)存在明显的差异;虽然两株菌的最适碳源均为葡萄糖,但不动杆菌P18最适氮源为谷氨酸,黑曲霉JXZ01则为硝酸铵;不动杆菌P18的最适碳氮比(葡萄糖/硫酸铵)较低,为20∶1,而黑曲霉JXZ01的最适碳氮比(葡萄糖/硫酸铵)偏高,为40∶1。
3.两株溶磷微生物分解难溶性无机磷酸盐的主要机制是分泌有机酸,分解有机磷则主要通过分泌相应的水解酶。本研究发现,两株溶磷微生物可以分泌包括草酸、葡萄糖酸、酒石酸、甲酸、α-酮戊二酸等在内的多种有机酸。在不同磷源条件下,两株微生物所分泌的有机酸种类与含量具有明显的差异:黑曲霉JXZ01在不同无机磷源条件下均可分泌草酸,而不动杆菌P18均可分泌葡萄糖酸与苹果酸;在以磷酸铝为磷源时黑曲霉JXZ01草酸分泌量最大,可达1593.37μg·mL-1,而不动杆菌P18在以磷酸三钙为磷源时葡萄糖酸和苹果酸分泌量分别达到最大,最大值分别为16.84μg·mL-1和46.30μg·mL-1。此外,两株溶磷微生物还可以分泌碱性磷酸酶以及植酸酶以达到分解不同有机磷源的目的,在整个培养周期内,不动杆菌P18碱性磷酸酶活性最大值可达16874.07μmol·L-1·h-1,植酸酶活性最大值可达154.37μmol·L-1·h-1;相比之下,黑曲霉JXZ01碱性磷酸酶活性最大值为18990.12μmol·L-1·h-1,植酸酶活性最大值为363.16μmol·L-1·h-1。
4.在室内土壤培养条件下,两株溶磷微生物可以在潮土与黄棕壤之中良好定殖并显著提高土壤的速效磷含量;在培养基条件下,尽管黑曲霉JXZ01比不动杆菌P18溶磷能力强,但在土壤环境下两者的溶磷能力相当。结果显示,不动杆菌P18最大可使黄棕壤速效磷含量提高54.05mg·kg-1,潮土速效磷含量提高18.57mg·kg-1;而黑曲霉JXZ01最大可使黄棕壤速效磷含量提高40.53mg·kg-1,潮土速效磷含量提高23.18mg·kg-1。虽然供试黄棕壤速效磷水平较高,但两株溶磷微生物依然表现出了良好的溶磷能力。
5.通过溶磷微生物配合磷矿石粉或(和)腐熟秸秆有机肥施用的黑麦草盆栽试验发现,不同施肥方式下的接菌处理组均在黑麦草株高、鲜重、平均根长以及根表面积等指标上表现出不同程度的植物促生效应,而且腐熟秸秆有机肥配合溶磷微生物的植物促生效应相对较好。试验结果表明,黑麦草株高、根长以及根表面积等指标最大值均出现在腐熟秸秆有机肥配合不动杆菌P18施用的处理组(MP),该处理组下黑麦草株高最大值为21.65cm、根长最大值为147.17cm、根表面积最大值为8.63cm2,比相应的不接菌处理组分别提高47.36%、63.92%和42.54%。植物养分方面,不同施肥方式下的接菌处理组黑麦草地上部全磷和全钾含量也表现出不同程度的提高,其中全磷含量与全钾含量最大值分别出现在单添加黑曲霉JXZ01的处理组(J)和腐熟秸秆有机肥、磷矿石粉配合黑曲霉JXZ01施用的处理组中(MRJ),且分别相较不接菌处理组提高了108.53%和100.26%。此外,不同施肥方式下的接菌处理组麦草地上部酸性磷酸酶活性相较不接菌处理组均表现出显著的下降,且下降幅度均在30%以上。
1.两株溶磷微生物在以磷酸三钙、磷酸铝、卵磷脂以及植酸钙为磷源的PVK液体培养基中均能够表现出良好的磷释放能力;此外,黑曲霉JXZ01还能够有效分解磷酸铁以及磷矿石。黑曲霉JXZ01在培养基环境下的溶磷能力明显强于不动杆菌P18;而且以磷酸三钙为磷源时,两株溶磷微生物的溶磷能力最大,分别可以达到770.51mg·L-1和402.27mg·L-1。
2.在以磷酸三钙为磷源的PVK液体培养基条件下,两株溶磷微生物的最适碳氮源种类与碳氮比(葡萄糖/硫酸铵)存在明显的差异;虽然两株菌的最适碳源均为葡萄糖,但不动杆菌P18最适氮源为谷氨酸,黑曲霉JXZ01则为硝酸铵;不动杆菌P18的最适碳氮比(葡萄糖/硫酸铵)较低,为20∶1,而黑曲霉JXZ01的最适碳氮比(葡萄糖/硫酸铵)偏高,为40∶1。
3.两株溶磷微生物分解难溶性无机磷酸盐的主要机制是分泌有机酸,分解有机磷则主要通过分泌相应的水解酶。本研究发现,两株溶磷微生物可以分泌包括草酸、葡萄糖酸、酒石酸、甲酸、α-酮戊二酸等在内的多种有机酸。在不同磷源条件下,两株微生物所分泌的有机酸种类与含量具有明显的差异:黑曲霉JXZ01在不同无机磷源条件下均可分泌草酸,而不动杆菌P18均可分泌葡萄糖酸与苹果酸;在以磷酸铝为磷源时黑曲霉JXZ01草酸分泌量最大,可达1593.37μg·mL-1,而不动杆菌P18在以磷酸三钙为磷源时葡萄糖酸和苹果酸分泌量分别达到最大,最大值分别为16.84μg·mL-1和46.30μg·mL-1。此外,两株溶磷微生物还可以分泌碱性磷酸酶以及植酸酶以达到分解不同有机磷源的目的,在整个培养周期内,不动杆菌P18碱性磷酸酶活性最大值可达16874.07μmol·L-1·h-1,植酸酶活性最大值可达154.37μmol·L-1·h-1;相比之下,黑曲霉JXZ01碱性磷酸酶活性最大值为18990.12μmol·L-1·h-1,植酸酶活性最大值为363.16μmol·L-1·h-1。
4.在室内土壤培养条件下,两株溶磷微生物可以在潮土与黄棕壤之中良好定殖并显著提高土壤的速效磷含量;在培养基条件下,尽管黑曲霉JXZ01比不动杆菌P18溶磷能力强,但在土壤环境下两者的溶磷能力相当。结果显示,不动杆菌P18最大可使黄棕壤速效磷含量提高54.05mg·kg-1,潮土速效磷含量提高18.57mg·kg-1;而黑曲霉JXZ01最大可使黄棕壤速效磷含量提高40.53mg·kg-1,潮土速效磷含量提高23.18mg·kg-1。虽然供试黄棕壤速效磷水平较高,但两株溶磷微生物依然表现出了良好的溶磷能力。
5.通过溶磷微生物配合磷矿石粉或(和)腐熟秸秆有机肥施用的黑麦草盆栽试验发现,不同施肥方式下的接菌处理组均在黑麦草株高、鲜重、平均根长以及根表面积等指标上表现出不同程度的植物促生效应,而且腐熟秸秆有机肥配合溶磷微生物的植物促生效应相对较好。试验结果表明,黑麦草株高、根长以及根表面积等指标最大值均出现在腐熟秸秆有机肥配合不动杆菌P18施用的处理组(MP),该处理组下黑麦草株高最大值为21.65cm、根长最大值为147.17cm、根表面积最大值为8.63cm2,比相应的不接菌处理组分别提高47.36%、63.92%和42.54%。植物养分方面,不同施肥方式下的接菌处理组黑麦草地上部全磷和全钾含量也表现出不同程度的提高,其中全磷含量与全钾含量最大值分别出现在单添加黑曲霉JXZ01的处理组(J)和腐熟秸秆有机肥、磷矿石粉配合黑曲霉JXZ01施用的处理组中(MRJ),且分别相较不接菌处理组提高了108.53%和100.26%。此外,不同施肥方式下的接菌处理组麦草地上部酸性磷酸酶活性相较不接菌处理组均表现出显著的下降,且下降幅度均在30%以上。