写在前面
磷（P）作为许多重要化合物（如ATP、DNA、RNA、磷脂等）的组成部分，在植物营养中发挥着重要作用。缺磷土壤中通常施用磷肥以满足作物生长之需，但长期施用磷肥导致土壤中总磷浓度较高，而磷的有效性通常较低，因此植物和微生物的生长仍然受磷限制。微生物可以通过溶解、矿化和固定等过程调节土壤中磷的有效性。有机碳（C）通常用于农业土壤以增加土壤有机质，但其通过改变微生物活性及群落组成介导土壤磷素转化的影响机制尚不明确。
浙江大学徐建明教授、戴中民副研究员等在国家自然科学基金等项目的资助下，通过玉米盆栽试验，探究了两种添加量（5和10 mg C g−1干土）的葡萄糖对玉米根际和非根际土壤中磷素转化过程以及微生物群落的影响及其机理。该研究结果以题为“Labile carbon facilitated phosphorus solubilization as regulated by bacterial and fungal communities in Zea mays”发表于Soil Biology and Biochemistry（DOI: 10.1016/j.soilbio.2021.108465），第一作者为博士研究生黄燕兰，通讯作者为徐建明教授。
图片摘要 不稳定碳增加土壤磷素有效性及促进玉米生长的策略示意图
主要结果
玉米生长47天后，葡萄糖添加显著促进了玉米地上部生物量中磷的积累，以及非根际土壤和未种植玉米的土壤中磷的有效性及其释放速率（图1）。微生物对碳的需求促进了有机磷的矿化并增加土壤磷有效性。在缺磷情况下，解磷微生物可以增强有机磷的矿化和无机磷的溶解以获得所需的磷。
图1. 不同处理下（CK，不添加葡萄糖；G5，添加5 mg C g−1葡萄糖；G10，添加10 mg C g−1葡萄糖），玉米吸收的磷（a）以及未种植玉米土壤、非根际和根际土壤中的有效磷浓度（b）及其释放速率（c）
添加10 mg C g−1干土的葡萄糖后，在非根际土壤和未种植玉米的土壤中，Bradyrhizobium的相对丰度显着增加（图2）。Bradyrhizobium不仅可以将难利用磷转化为不稳定磷，还含有固氮基因，这表明在具有充足碳的土壤中，该属可能在耦合氮磷循环中发挥重要作用。然而，这种现象在根际土壤中未观察到。根系分泌物可能提供了足够的碳来维持根际微生物活动，因此外源碳输入不会刺激解磷微生物（如Bradyrhizobium）的生长。
图2. 未种植玉米土壤（a和b）、非根际（c和d）和根际土壤（e和f）中葡萄糖处理（G5，添加5 mg C g−1葡萄糖；G10，添加10 mg C g−1葡萄糖）与对照（CK）处理间含phoD细菌（属）的丰度差异分析
在含phoD细菌网络中，葡萄糖添加增强了解磷细菌之间的相互作用，尤其是增加了Bradyrhizobium与其他属之间的联系（图3），表明葡萄糖添加可以通过促进解磷细菌之间的更多相互作用来提高土壤中磷的有效性。但葡萄糖添加减少了真菌属之间的联系，并且与对照相比显示出较弱的网络复杂性。这可能是由于土壤细菌和真菌之间对碳底物的竞争，细菌可以快速响应不稳定碳底物的增加，因此在我们的研究中细菌主导了葡萄糖的矿化。结果表明，不稳定碳输入对缺磷土壤中磷有效性的积极影响是由细菌和真菌之间的协同作用介导的，但细菌之间的相互作用主导了磷的释放。
图3. 不同处理下（CK，不添加葡萄糖；G5，添加5 mg C g−1葡萄糖；G10，添加10 mg C g−1葡萄糖），种植玉米土壤中的微生物共现网络
写在后面
本研究探讨了在种植玉米的非根际和根际土壤中，不稳定碳（葡萄糖）添加提高缺磷土壤中磷素有效性的微生物机制。玉米生长47天后，葡萄糖添加显着增加了未种植玉米的土壤以及玉米根际和非根际土壤中的有效磷浓度，从而促进了玉米的生长。不稳定碳可以通过促进特定细菌和真菌类群（如Bradyrhizobium和Eupenicillium）的生长以及解磷细菌之间的相互作用，推动缺磷土壤中非有效态磷向有效态磷的转化。本研究强调了不稳定碳在促进缺磷土壤中解磷细菌和真菌群落变化方面的重要性，为指导农业生态系统中通过微生物调控磷循环管理策略提供了重要理论依据。
论文链接
https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2021.108465