水凝胶胶囊负载PGPB菌群提升燕麦有机肥效与养分吸收的机制研究

为解决传统畜牧业导致的土壤退化及化肥依赖问题，研究人员开发了基于水凝胶胶囊封装植物促生菌(PGPB)联合堆肥的新型生物肥料。通过温室盆栽实验证实，封装菌群P3处理使燕麦根系生物量提升74%，氮钙镁吸收分别增加81%/66%/77%，光合色素显著提高，为可持续农业提供了创新解决方案。

　　

当前集约化畜牧业带来的环境污染与土壤退化问题日益严峻，畜禽粪便过量排放导致水体富营养化，同时化学肥料过度使用造成土壤板结和生态失衡。在这一背景下，开发既能提升作物产量又环境友好的施肥技术成为农业可持续发展的重要课题。哥伦比亚农业研究公司的Mauricio Cruz-Barrera团队创新性地将植物促生菌(PGPB)封装技术应用于有机堆肥改良，相关成果发表在《Plant and Soil》期刊。

研究团队采用离子凝胶法将Rhizobium leguminosarum T88、Herbaspirillum frisingense AP21和Azospirillum brasilense D7三种菌株封装在酰胺化果胶水凝胶中，添加脱脂奶(P1)、乳清蛋白(P2)和明胶(P3)作为保护剂。通过扫描电镜(SEM)、含水量分析和粒径测定表征胶囊特性，并在温室盆栽实验中评估其对燕麦生长的影响，测定生物量、养分吸收及光合色素含量。

Capsules characterization
SEM显示胶囊呈球形，表面存在裂纹但细菌分布均匀。三种原型菌浓度均>6×10⁸ CFU/g，含水量<3.2%，粒径2.3-2.5mm，满足农用载体要求。

Shoot and root dry biomass accumulation
水凝胶封装菌群显著提升生物量，P1处理使燕麦根系生物量较传统施肥(O.F.+50% M.F.)增加74%，而游离菌液处理无显著效果。P1/P2的根系促进效果比游离菌群高48%和39%，证明封装对菌群活性保护的关键作用。

Nutrients uptake
P3处理表现最优，氮、钙、镁吸收分别提升81%、66%和77%。堆肥与封装菌群联用可使氮吸收较纯化肥(100% M.F.)提高312%，证实其替代化学肥料的潜力。

Photosynthetic pigments
P2/P3分别使叶绿素a、b增加21%和58%，类胡萝卜素提升12.1%，表明PGPB通过增强光合效率促进生长。

Scanning electron microscopy(SEM)
5000倍电镜证实细菌成功固定在聚合物基质中，表面裂纹可能有助于缓释菌群，但未影响整体结构稳定性。

该研究开创性地证明：水凝胶封装技术能有效维持PGPB活性，其与堆肥联用可减少50%化肥用量，同时显著提升燕麦产量和品质。这种"菌肥协同"模式为解决农业面源污染、实现碳中和目标提供了新思路，尤其适用于有机农业和生态脆弱区作物种植。研究揭示的养分吸收-光合作用联动机制，为后续开发生物刺激素提供了理论依据。值得注意的是，不同保护剂(P1-P3)对菌群功能的差异化影响，提示未来可针对特定作物优化封装配方。