中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (6): 1102-1116.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.06.007
宋雅荣1(), 常单娜2, 周国朋3, 高嵩涓4, 段廷玉1(
), 曹卫东2(
)
收稿日期:
2023-04-30
接受日期:
2023-07-27
出版日期:
2024-03-16
发布日期:
2024-03-25
通信作者:
联系方式:
宋雅荣,E-mail:s18434763620@163.com。
基金资助:
SONG YaRong1(), CHANG DanNa2, ZHOU GuoPeng3, GAO SongJuan4, DUAN TingYu1(
), CAO WeiDong2(
)
Received:
2023-04-30
Accepted:
2023-07-27
Published:
2024-03-16
Online:
2024-03-25
摘要:
【目的】 低品位磷矿粉中磷的生物利用具有重要意义。探讨解磷细菌活化低品位磷矿粉的效果与机制,为提高磷矿粉在红壤性水稻土上的施肥效果提供依据。【方法】 将在湖南省采集的红壤性水稻土中添加不同粒径(0.18、0.10和0.05 mm)的磷矿粉,设置接种乙酸钙不动杆菌(Acinetobacter calcoaceticus,P1)、皮特不动杆菌(Acinetobacter pittii,P2),以及不接种解磷细菌(P0)3种处理。将培养瓶在25 ℃黑暗培养箱中培养60 d,期间动态监测不同形态磷、pH,第60天测定有机酸、酸性和碱性磷酸酶活性(ACP、ALP)、碱性磷酸酶基因(phoD),研究解磷细菌对不同粒径磷矿粉的活化效果及机制。【结果】 两株解磷细菌均能够活化难溶性磷,活化效果差异不显著。整个培养期间, 3个粒径的磷矿粉接种解磷细菌后有效磷平均含量为13.4—14.7 mg·kg-1,高于不接种(P0)处理,提高31.1%—53.1%。粒径0.05 mm磷矿粉接种P1和P2解磷菌后有效磷平均含量增幅最大,为53.1%、47.5%(P<0.05);树脂磷(Resin-Pi)和碳酸氢钠提取无机磷(NaHCO3-Pi)的平均含量分别为13.9—16.6和14.9—16.5 mg·kg-1,均高于P0处理,分别提高36.4%—78.5%和13.7%—25.0%。粒径0.18 mm磷矿粉接种P1和P2解磷菌后Resin-Pi平均含量增幅最明显,为78.5%、49.5%(P<0.05);与P0相比,接种解磷细菌后粒径0.18 mm磷矿粉处理的活性磷增幅最明显,为28.4%—46.7%,稳定性磷降低2.1%—8.0%。与P0相比,接种解磷细菌土壤pH降低0.18—0.35个单位(P<0.05);乙酸、丙酸含量提高5.2%—13.7%和45.9%—127.5%(P<0.05)。P1处理碱性磷酸酶含量、phoD丰度分别增加6.5%—13.4%和24.0%—98.6%(P<0.05),P2处理酸性磷酸酶活性增加12.8%—17.2%(P<0.05),表明P1主要分泌碱性磷酸酶,P2主要分泌酸性磷酸酶。相关性分析结果表明,两株解磷细菌主要通过分泌乙酸、丙酸溶解难溶性的浓盐酸提取有机磷(Conc.HCl-Po)、浓盐酸提取无机磷(Conc.HCl-Pi)和氢氧化钠提取无机磷(NaOH-Pi),分泌酸性磷酸酶与碱性磷酸酶溶解难溶性有机磷(Conc.HCl-Po),向活性较高的Resin-Pi和碳酸氢钠提取无机磷(NaHCO3-Pi)转化,促进磷库的周转。结构方程模型表明,添加细小粒径的磷矿粉与接种解磷细菌均可直接提高土壤有效磷含量,但接种解磷细菌对有效磷的影响更大。【结论】 接种解磷菌能促进磷矿粉中难溶性磷的活化,粒径0.05 mm磷矿粉接种解磷菌后土壤有效磷增幅最大,但粒径0.18 mm磷矿粉处理的活性磷占比增幅最大,活化效果最好。解磷细菌乙酸钙不动杆菌和皮特不动杆菌主要通过分泌乙酸、丙酸等有机酸及磷酸酶,活化难溶性磷,增加活性磷占比,提高磷矿粉在红壤性水稻土中的施用效果。
宋雅荣, 常单娜, 周国朋, 高嵩涓, 段廷玉, 曹卫东. 解磷细菌活化水稻土中低品位磷矿粉的效果与机制[J]. 中国农业科学, 2024, 57(6): 1102-1116.
SONG YaRong, CHANG DanNa, ZHOU GuoPeng, GAO SongJuan, DUAN TingYu, CAO WeiDong. Effect and Mechanism of Phosphate-Solubilizing Bacterial on Activating of Low-Grade Phosphate Rock Powder in Red Paddy Soil[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(6): 1102-1116.
表1
接种解磷菌后培养过程中土壤不同磷形态含量的变化"
培养时间 Incubation time | 磷矿粉 Phosphate rock | 解磷细菌 Phosphate solubilizing bacteria | 活性磷Labile-P(mg·kg-1) | 中等活性磷Mod.labile-P(mg·kg-1) | 稳定性磷Non.labile-P(mg·kg-1) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
树脂磷 Resin-Pi | 碳酸氢钠提取 无机磷 NaHCO3-Pi | 碳酸氢钠提取 有机磷 NaHCO3-Po | 氢氧化钠提取 无机磷 NaOH-Pi | 氢氧化钠提取 有机磷 NaOH-Po | 稀盐酸提取 无机磷 Dil.HCl-Pi | 浓盐酸提取 无机磷 Conc.HCl-Pi | 浓盐酸提取 有机磷 Conc.HCl-Po | 残渣态磷 Residual-P | |||
1天 1 d | L1 | P0 | 5.9±0.6c | 12.4±1.1c | 15.1±1.3bc | 50.4±1.5b | 69.2±2.8d | 334.0±11.5c | 334.8±5.1b | 100.5±17.6ab | 148.3±10.7a |
P1 | 11.3±0.5a | 15.4±1.3ab | 18.1±1.5abc | 54.6±2.1a | 73.0±2.5bcd | 404.0±4.2ab | 362.0±1.3ab | 88.0±11.9ab | 136.4±2.6ab | ||
P2 | 8.6±0.8b | 12.9±1.1c | 21.1±0.8a | 54.3±1.4ab | 84.4±3.5a | 366.4±15.2bc | 342.0±18.2ab | 92.4±16.8ab | 136.6±10.3ab | ||
L2 | P0 | 6.7±0.3c | 12.3±0.6c | 15.4±0.7bc | 51.7±1.0ab | 71.5±1.9cd | 424.7±14.8a | 349.0±11.0ab | 108.6±5.2a | 126.9±10.5ab | |
P1 | 11.5±0.8a | 17.1±0.3a | 14.9±1.9c | 52.1±2.0ab | 77.0±0.7abcd | 420.5±20.4a | 334.5±32.4b | 75.8±9.5b | 131.5±3.0ab | ||
P2 | 11.3±0.9a | 14.1±1.0bc | 18.4±0.4ab | 52.8±1.6ab | 81.0±7.0ab | 436.5±17.9a | 371.5±0.5a | 87.1±5.4ab | 118.6±5.2b | ||
L3 | P0 | 6.5±0.2c | 13.5±0.5bc | 15.5±1.1bc | 51.6±1.7ab | 75.0±0.3bcd | 412.0±6.2a | 355.0±8.5ab | 94.5±8.7ab | 120.6±18.8ab | |
P1 | 11.4±0.5a | 16.7±1.0a | 16.5±0.3bc | 53.2±2.6ab | 76.9±1.5abcd | 431.4±11.5a | 345.5±14.5ab | 79.6±5.9b | 126.9±8.8ab | ||
P2 | 10.2±0.1ab | 13.7±0.4bc | 18.3±1.1ab | 53.0±0.7ab | 79.8±4.4abc | 420.2±20.5a | 357.7±3.3ab | 83.5±13.7ab | 139.0±18.1ab | ||
30天 30 d | L1 | P0 | 8.0±0.3d | 12.8±1.1cd | 14.7±0.7ab | 52.2±0.6ab | 56.8±4.7b | 302.5±18.2bf | 353.2±10.8ab | 86.8±2.7a | 141.6±15.8a |
P1 | 18.0±0.7a | 14.3±0.4cd | 16.7±0.2a | 52.8±0.6ab | 65.0±1.9ab | 326.3±16.0ef | 343.0±3.0b | 84.2±10.6a | 121.5±6.6a | ||
P2 | 15.5±0.2b | 14.7±0.7c | 15.9±0.9ab | 54.1±1.6a | 68.6±0.1a | 349.6±7.3de | 339.0±0.9b | 78.1±4.2a | 128.6±6.7a | ||
L2 | P0 | 12.5±0.3c | 12.0±0.8d | 12.7±1.0b | 47.8±2.4c | 56.4±3.1b | 390.6±3.9bc | 363.0±10.0ab | 94.6±5.2a | 123.2±10.8a | |
P1 | 18.4±1.3a | 17.6±0.6a | 15.8±2.0ab | 49.2±0.9bc | 61.8±3.3ab | 355.6±5.2cde | 332.5±8.3b | 77.6±3.3a | 131.0±17.4a | ||
P2 | 18.1±0.9a | 17.4±0.3bc | 15.5±1.1a | 52.2±0.5abc | 67.0±0.9ab | 403.8±30.3bcd | 345.8±7.8b | 73.1±13.3a | 137.9±9.8a | ||
L3 | P0 | 13.1±0.8c | 13.2±0.3cd | 16.0±0.7a | 47.4±1.0c | 59.4±5.7ab | 437.3±7.8a | 377.0±4.1a | 97.3±6.0a | 126.7±8.8a | |
P1 | 18.1±1.0a | 15.1±0.8ab | 17.9±1.2ab | 50.4±0.9ab | 64.2±2.1a | 377.0±20.7ab | 349.3±0.9ab | 87.5±4.8a | 134.3±10.6a | ||
P2 | 17.6±0.6a | 15.1±0.4bc | 17.9±0.9a | 51.0±1.2abc | 62.7±2.8ab | 390.7±8.9bc | 339.5±12.1b | 78.1±1.9a | 118.8±4.8a | ||
60天 60 d | L1 | P0 | 14.1±0.2f | 14.1±0.9c | 10.8±1.4c | 49.0±0.5c | 63.0±2.6b | 270.2±5.9c | 360.8±1.9abc | 84.5±3.9abc | 147.7±2.1ab |
P1 | 20.6±0.8a | 17.3±0.3ab | 18.9±0.4a | 50.7±1.2c | 64.2±2.2b | 289.3±4.5c | 332.0±10.0cd | 58.8±2.6d | 154.3±4.6a | ||
P2 | 17.7±0.3cd | 17.1±0.5ab | 15.2±1.9a | 51.8±0.8ab | 67.4±2.8ab | 251.9±19.3c | 323.0±14.7d | 74.9±4.8cd | 150.2±9.0bcd | ||
L2 | P0 | 14.7±0.4ef | 15.2±0.4bc | 14.7±0.2b | 55.1±1.3ab | 64.3±3.0b | 393.2±8.8ab | 346.5±4.3abcd | 107.2±14.3a | 138.1±8.6abc | |
P1 | 18.4±0.6bc | 14.0±0.6c | 19.0±1.1a | 57.7±1.2a | 68.6±3.8ab | 435.0±12.8a | 347.0±4.4abcd | 92.5±6.9ab | 113.0±7.3cd | ||
P2 | 19.8±0.3ab | 13.9±1.0c | 18.6±0.8a | 58.3±0.8a | 68.0±4.6ab | 405.9±6.7ab | 330.0±10.9cd | 66.0±11.9cd | 120.1±9.9bcd | ||
L3 | P0 | 15.9±0.3de | 12.9±1.1c | 14.0±1.1bc | 52.0±2.2bc | 60.9±4.3b | 428.5±6.7ab | 371.0±5.0a | 86.1±4.3abc | 98.8±2.0d | |
P1 | 20.1±1.1ab | 17.7±1.4a | 15.3±1.2b | 49.7±0.7c | 64.2±2.2b | 423.1±4.7ab | 364.0±1.3ab | 79.6±8.5bcd | 103.7±12.7d | ||
P2 | 20.6±0.5a | 17.7±1.5ab | 16.7±1.9ab | 48.2±2.4c | 73.8±4.0a | 411.7±8.4ab | 337.0±18.7bcd | 62.1±9.3cd | 116.5±5.9cd |
[1] |
王一锟, 蔡泽江, 冯固. 不同磷肥调控措施下红壤磷素有效性和利用率的变化. 土壤学报, 2023, 60(1): 235-246.
|
|
|
[2] |
房娜娜, 刘国栋, 杨泽, 依艳丽, 戴慧敏, 肖红叶. 中、低品位磷矿的机械化学活化技术及效果研究进展. 土壤通报, 2021, 52(5): 1236-1243.
|
|
|
[3] |
|
[4] |
房娜娜. 机械活化磷矿粉的磷释放特征及其机理研究[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2020.
|
|
|
[5] |
樊蕾, 方晓峰. 我国中低品位磷矿利用技术现状及前景展望. 化工矿物与加工, 2015, 44(8): 42-46.
|
|
|
[6] |
陶俊法. 云南磷肥工业展望. 磷肥与复肥, 2004, 19(5): 1-3, 7.
|
|
|
[7] |
薛亚男, 万亚珍, 梅丹丹, 付文杰, 张文辉. 不同类型解磷剂对施入磷矿粉土壤有效磷含量的影响. 西南农业学报, 2021, 34(5): 1029-1032.
|
|
|
[8] |
李雪梅, 石元亮. 普通磷矿粉与超细磷矿粉在不同有机酸中的溶解特性. 吉林农业科学, 2014, 39(5): 58-61, 89.
|
|
|
[9] |
王晨, 高宏, 应媛芳, 叶峰. 机械化学法活化磷矿的机理研究. 硅酸盐通报, 2018, 37(12): 4007-4011.
|
|
|
[10] |
doi: 10.1007/s10705-008-9230-y |
[11] |
赵鑫, 蔡慢弟, 董倩倩, 李云驹, 申建波. 中低品位磷矿资源高效利用机制与途径研究进展. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(4): 1121-1130.
|
|
|
[12] |
王光华, 赵英, 周德瑞, 杨谦. 解磷菌的研究现状与展望. 生态环境, 2003, 12(1): 96-101.
|
|
|
[13] |
赵为容. 小麦亲和性根际解磷菌解磷机理及促生效果研究[D]. 合肥: 安徽农业大学, 2018.
|
|
|
[14] |
魏喜喜, 杨智鹏, 马路婷, 张梅, 禄彩丽, 宋健, 刘伟锋, 李建贵. 枣树根际解磷菌P7的溶磷特性. 经济林研究, 2021, 39(3): 122-133.
|
|
|
[15] |
doi: 10.1016/j.apsoil.2005.12.002 |
[16] |
林启美, 赵海英, 赵小蓉. 溶磷微生物对不同磷矿粉的溶解能力. 中国农业科学, 2002, 35(10): 1232-1235.
|
|
|
[17] |
doi: 10.1016/S0925-8574(99)00013-0 |
[18] |
林启美, 赵小蓉, 孙焱鑫, 姚军. 四种不同生态系统的土壤解磷细菌数量及种群分布. 土壤与环境, 2000, 9(1): 34-37.
|
|
|
[19] |
王苗. 机械化学生物活化条件下磷矿粉释磷特征与机理研究[D]. 淮南: 安徽理工大学, 2022.
|
|
|
[20] |
李文, 王陶. 解磷菌JL-1对磷矿粉降解性能的研究. 生物技术通报, 2020, 36(8): 34-44.
doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1054 |
doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-1054 |
|
[21] |
doi: 10.1007/s11368-022-03221-z |
[22] |
鲍士旦. 土壤农化分析. 3版. 北京: 中国农业出版社, 2000.
|
|
|
[23] |
|
[24] |
|
[25] |
关强, 蒲瑶瑶, 张欣, 王媛媛, 李大明, 李辉信, 胡锋, 焦加国, 管晓进. 长期施肥对水稻根系有机酸分泌和土壤有机碳组分的影响. 土壤, 2018, 50(1): 115-121.
|
|
|
[26] |
doi: 10.1016/j.apsoil.2017.06.019 |
[27] |
赵夫涛, 盖国胜, 井大炜, 杨玉芬, 董元杰, 刘春生. 磷矿粉的超微细活化及磷释放动态研究. 植物营养与肥料学报, 2009, 15(2): 474-477.
|
|
|
[28] |
王薇, 张晓松, 孟春玲, 刘智强, 钱朗, 房娜娜, 吴春华. 施用超微细磷矿粉对玉米生长发育及产量的影响. 黑龙江农业科学, 2017(6): 27-32.
|
|
|
[29] |
穆淑红, 吕乐福, 何振全, 李彦华, 李生太, 刘春生. 微晶化磷矿粉在不同类型土壤上的释磷效应. 安徽农业科学, 2015, 43(3): 64-66.
|
|
|
[30] |
张青, 王煌平, 孔庆波, 栗方亮, 罗涛. 不同生育期施加超细磷矿粉对水稻吸收和转运Pb、Cd的影响. 农业环境科学学报, 2020, 39(1): 45-54.
|
|
|
[31] |
王箫璇, 张敏, 张鑫尧, 魏鹏, 柴如山, 张朝春, 张亮亮, 罗来超, 郜红建. 不同磷肥对砂姜黑土和红壤磷库转化及冬小麦磷素吸收利用的影响. 中国农业科学, 2023, 56(6): 1113-1126. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.06.008.
|
|
|
[32] |
孙锐璞. 长期不同管理塿土耕层土壤磷组分的变化[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2015.
|
|
|
[33] |
doi: 10.1002/ldr.v33.17 |
[34] |
杜雷, 王素萍, 陈钢, 洪娟, 黄翔, 张利红, 叶莉霞, 练志诚, 张贵友. 一株高效解磷细菌的筛选、鉴定及其溶磷能力的研究. 中国土壤与肥料, 2017(3): 136-141.
|
|
|
[35] |
黄伟. 红壤中溶磷菌的筛选及溶磷特性的研究[D]. 南京: 南京农业大学, 2006.
|
|
|
[36] |
介晓磊, 李有田, 庞荣丽, 刘世亮, 化党领. 低分子量有机酸对石灰性土壤磷素形态转化及有效性的影响. 土壤通报, 2005, 36(6): 856-860.
|
|
|
[37] |
廖新荣, 梁嘉伟, 梁善, 王荣萍, 詹振寿. 不同种类小分子有机酸对砖红壤磷素形态转化的影响. 华南农业大学学报, 2017, 38(5): 30-35.
|
|
|
[38] |
王树起, 韩晓增, 严君, 李晓慧, 乔云发. 低分子量有机酸对大豆磷积累和土壤无机磷形态转化的影响. 生态学杂志, 2009, 28(8): 1550-1554.
|
|
|
[39] |
刘胜亮, 朱舒亮, 杨越, 李静, 李建贵. 红枣根际解磷菌对土壤有机酸及速效磷含量的影响. 江苏农业科学, 2018, 46(17): 130-133.
|
|
|
[40] |
马凯, 王效昌, 谢嘉慧, 高丽. 沉积物解磷菌的研究进展:分布、解磷能力及功能基因. 农业资源与环境学报, 2023, 40(2): 280-290.
|
|
|
[41] |
doi: 10.1007/s11104-012-1157-z |
[42] |
doi: 10.1002/jpln.v178.4 |
[43] |
doi: 10.1080/03650340.2013.817667 |
[44] |
李豆豆, 尚双华, 韩巍, 房娜娜, 依艳丽. 一株高效解磷真菌新菌株的筛选鉴定及解磷特性. 应用生态学报, 2019, 30(7): 2384-2392.
doi: 10.13287/j.1001-9332.201907.033 |
|
|
[45] |
doi: 10.1016/j.ejsobi.2021.103312 |
[46] |
doi: 10.1007/s00374-012-0755-5 |
[47] |
|
[1] | 邱海华, 蒯磊鑫, 张璐, 刘立生, 文石林, 蔡泽江. 水田改旱地和菜地后红壤酸度和养分变化特征[J]. 中国农业科学, 2024, 57(3): 525-538. |
[2] | 申文艳, 张乃于, 李天娇, 宋天昊, 张秀芝, 彭畅, 刘红芳, 张淑香, 段碧华. 长期施肥黑土phoD微生物群落特征及其对有机磷组分的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(20): 4082-4093. |
[3] | 李浩, 陈金, 王洪亮, 柳开楼, 韩天富, 都江雪, 申哲, 刘立生, 黄晶, 张会民. 红壤性水稻土有机无机复合体中碳氮特征对长期施肥的响应[J]. 中国农业科学, 2023, 56(7): 1333-1343. |
[4] | 王箫璇, 张敏, 张鑫尧, 魏鹏, 柴如山, 张朝春, 张亮亮, 罗来超, 郜红建. 不同磷肥对砂姜黑土和红壤磷库转化及冬小麦磷素吸收利用的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(6): 1113-1126. |
[5] | 尹泽润, 盛浩, 刘鑫, 肖华翠, 张丽娜, 李源钊, 田宇, 周萍. 双季稻酸紫泥田土壤健康对连续单施有机肥、石灰的响应[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3829-3842. |
[6] | 沈开勤, 刘倩, 杨国涛, 陈虹, 梁成, 赖鹏, 李冲, 王学春, 胡运高. 减量施磷对土壤磷库组成及解磷微生物的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(15): 2941-2953. |
[7] | 李帅帅, 郭俊杰, 刘文波, 韩春龙, 贾海飞, 凌宁, 郭世伟. 不同施肥模式下轮作制度引起的土壤磷素有效性变化及其影响因素[J]. 中国农业科学, 2022, 55(1): 96-110. |
[8] | 吉冰洁,李文海,徐梦洋,牛金璨,张树兰,杨学云. 不同磷肥品种在石灰性土壤中的磷形态差异[J]. 中国农业科学, 2021, 54(12): 2581-2594. |
[9] | 刘凯,刘佳,陈晓芬,李委涛,江春玉,吴萌,樊剑波,李忠佩,刘明. 长期施用磷肥水稻土微生物量磷的季节变化特征与差异[J]. 中国农业科学, 2020, 53(7): 1411-1418. |
[10] | 李小磊,张玉军,申凤敏,姜桂英,刘芳,柳开楼,刘世亮. 长期施肥对红壤性水稻土不同土层活性有机质及碳库管理指数的影响[J]. 中国农业科学, 2020, 53(6): 1189-1201. |
[11] | 区惠平,周柳强,黄金生,谢如林,朱晓晖,彭嘉宇,曾艳,莫宗标,谭宏伟,叶盛勤. 赤红壤蔗区11年连续增量施磷下磷素演变及其 对甘蔗产量与磷流失的影响[J]. 中国农业科学, 2020, 53(22): 4623-4633. |
[12] | 钟亮,郭熙,国佳欣,韩逸,朱青,熊杏. 基于数据挖掘技术的高光谱土壤质地分类研究[J]. 中国农业科学, 2020, 53(21): 4449-4459. |
[13] | 王远鹏,黄晶,孙钰翔,柳开楼,周虎,韩天富,都江雪,蒋先军,陈金,张会民. 近35年红壤稻区土壤肥力时空演变特征—以进贤县为例[J]. 中国农业科学, 2020, 53(16): 3294-3306. |
[14] | 周海燕,徐明岗,蔡泽江,文石林,吴红慧. 湖南祁阳县土壤酸化主要驱动因素贡献解析[J]. 中国农业科学, 2019, 52(8): 1400-1412. |
[15] | 李冬初,王伯仁,黄晶,张杨珠,徐明岗,张淑香,张会民. 长期不同施肥红壤磷素变化及其对产量的影响[J]. 中国农业科学, 2019, 52(21): 3830-3841. |
|