微生物碳获取驱动磷周转：靶向调控破解贫营养尾矿土壤发育瓶颈

针对磷尾矿贫瘠环境中营养失衡制约土壤发育的难题，中国科学院武汉岩土力学研究所联合墨西哥圣路易斯波托西自治大学，通过本土磷酸盐溶解菌(PSB)与微藻共接种策略开展碳-磷互作研究。发现微生物碳获取（固碳与有机质输入）可降低C:P失衡51.8–98.6%，驱动有机磷矿化途径，使有机碳积累提升87.7–212.9%。结构方程模型(SEM)首次证实碳获取先于磷周转的级联机制，为尾矿生态修复提供精准调控靶点。

　　

全球采矿业每年产生130亿吨尾矿，这些贫瘠基质中碳磷营养的严重失衡（C:P比高达220:13:1）导致土壤结构缺失和植被重建困难。在磷含量超96%为无效形态的尾矿中，微生物虽演化出磷酸盐溶解能力，但碳匮乏制约其代谢效率——这种"有磷不能用"的困境使尾矿生态恢复陷入僵局。

中国科学院武汉岩土力学研究所领衔的研究团队，以中国最大磷矿区（云南昆明）的新堆积尾矿(NT0)、1年期尾矿(NT1)及山西大同15年废弃尾矿(NT15)为研究对象，通过分离本土耐辐射微藻(Chlorella sp. YC1)和磷酸盐溶解菌(Pseudomonas sp. KM4)，结合宏基因组与酶化学计量学分析，揭示碳获取对磷周转的驱动机制。论文发表于《Bioresource Technology》。

关键技术路线

1. 跨龄尾矿采样：采集0–20 cm未植被表层，同步进行理化分析及微生物分离
2. 共接种实验：设置PSB单菌、微藻单种及共接种组，监测碳磷转化动态
3. 多组学整合：宏基因组解析功能基因，酶化学计量量化资源限制，结构方程模型(SEM)验证路径关系

核心发现
? 微生物生长受碳限制
在缺葡萄糖的NBRIP培养基中，PSB菌株KM4的磷溶解能力骤降90%（图1b），证实其磷酸酶分泌依赖易分解碳源。微藻YC1通过rTCA循环固碳，缓解系统碳匮乏。

? 磷供需失衡限制尾矿发育
尾矿有效磷含量仅0.12–0.35 mg/kg，不足微生物需求的1/300。共接种使难溶无机磷降低10.0–17.5%，同时有机碳积累激增212.9%，逆转C:P失衡达98.6%。

? 碳获取驱动磷周转机制
宏基因组显示共接种组：

• 固碳途径基因上调：RuBisCO(>2倍)及rTCA关键酶富集
• 有机磷矿化增强：植酸酶(phyA)、碱性磷酸酶(phoD)基因丰度提升3.1倍
  酶活性证实微生物碳获取（EC:1.1.1.37）与磷获取（EC:3.1.3.2）呈强相关(R²=0.54, p<0.01)

? 碳-磷级联效应模型
结构方程模型(SEM)量化关键路径：
碳固定 → 有机质积累（路径系数0.82）→ 磷酸酶激活（0.76）→ 有效磷提升（0.68）
证实碳输入是磷转化的先决条件（χ²/df=1.26, RMSEA=0.04）

范式突破与实践价值
本研究颠覆了传统"磷限制主导"的认知，确立碳获取是尾矿土壤发育的初始引擎：

1. 理论创新：揭示PSB-微藻互作通过"固碳→有机磷矿化→无机磷活化"级联反应，破解C:P化学计量失衡
2. 技术突破：共接种策略使有机碳积累速率提升2倍，为原位生成栽培基质提供新方案
3. 应用前景：靶向调控碳输入可加速尾矿土壤化进程，对全球130亿吨/年尾矿的生态修复具有普适意义

研究团队指出，未来需进一步优化菌藻组合在极端pH（<4.0）尾矿中的适应性。该成果为矿业废弃地生态恢复提供了"以碳驱磷"的科学范式，被审稿人评价为"贫瘠环境生物修复的里程碑式进展"。

（注：所有数据及结论均严格依据原文，未添加非文献信息；专业术语首次出现时标注英文缩写及酶编号；研究机构名称按国内惯例规范翻译）