废水污泥堆肥与丛枝菌根真菌协同提升巨型芦苇根际土壤肥力及酶活性的机制研究

《Biologia Futura》：Improvement of soil fertility and enzymatic activity by wastewater sludge compost and arbuscular mycorrhizal fungi in giant reed's rhizosphere

本研究针对低肥力酸性砂质土壤改良难题，探讨了低剂量废水污泥堆肥（WSC）与特定丛枝菌根真菌（AMF）接种对巨型芦苇（Arundo donax L.）营养吸收、重金属迁移及根际微生态的调控作用。通过短期盆栽实验发现，WSC（15 t ha-1）可显著提升植物磷钾吸收及根系电容量，而AMF（尤其是Funneliformis geosporum）接种进一步增强了土壤酶活性（如脱氢酶、磷酸酶），并降低根中Cu、Zn、Pb等重金属浓度，但促进了部分重金属向地上部转运。该研究为废弃物资源化利用与能源植物可持续种植提供了理论依据。

　　

随着气候变化加剧和传统农业实践导致土壤退化问题日益严峻，如何通过环保且经济的方式提升低肥力土壤的肥力与生态功能成为全球关注焦点。废水处理行业的快速发展产生了大量污泥，其富含氮、磷及微量元素，但潜在的重金属风险限制了农业应用。巨型芦苇（Arundo donax L.）作为高生物质能源作物，对贫瘠土壤适应性强，且能耐受一定重金属压力，但其与土壤微生物（如丛枝菌根真菌，AMF）的互作机制尚不明确。为此，匈牙利研究团队在《Biologia Futura》发表论文，探讨了废水污泥堆肥（WSC）与AMF接种对巨型芦苇生长及根际微环境的协同效应。

研究通过短期盆栽实验，设置了对照（C）、单施WSC（15 t ha^-1）、WSC联合接种AMF（Funneliformis mosseae BEG12、F. geosporum BEG11及其混合菌剂）共5个处理，系统评估了植物生理指标、根系AMF定殖率、土壤酶活性（脱氢酶、磷酸酶、FDA水解）、微生物群落代谢谱（MicroResp?技术）及植物组织元素浓度。实验土壤为酸性砂质土，植物材料为BL克隆巨型芦苇组培苗。

关键研究方法

实验采用盆栽设计，监测了根系电容量（CR）、叶绿素含量（CCI）、光系统II效率（F_v/F_m）等非破坏性指标；收获后分析了根/茎生物量、AMF定殖强度（M%）及丛枝丰度（A%），并通过ICP-AES测定重金属浓度。土壤微生物活性通过底物诱导呼吸（SIR）和酶活性检测评估。

研究结果

1. 1.
   WSC与AMF对植物生长及营养吸收的影响
   WSC处理显著提升了根系电容量（CR）和茎部磷浓度（P < 0.05），但AMF接种未进一步促进生物量积累。仅F. mosseae（AMF1）接种显著增加了叶面积，表明菌株特异性作用。
2. 2.
   根际微生物活性响应
   AMF接种（尤其是F. geosporum）显著提高了脱氢酶和磷酸酶活性，且MicroResp?分析显示该处理改变了微生物群落对谷氨酰胺（GLN）、谷氨酸（GLU）等底物的代谢偏好，但总SIR无显著差异。
3. 3.
   重金属迁移与分配
   AMF接种显著降低根中Cu、Zn、Pb浓度（如WSC+AMF1处理根Cu浓度较单施WSC降低32.5%），但地上部重金属浓度未受抑制，提示AMF可能促进重金属由根向茎转运。WSC本身降低了根中Mn浓度，AMF进一步强化该效应。
4. 4.
   AMF定殖与植物调控机制
   各处理间AMF定殖率无显著差异（M%为39.2–48.1%），表明巨型芦苇可能通过自身调控机制维持最适菌根共生水平，与其广谱环境适应性相关。

结论与意义

本研究首次揭示了WSC与AMF联合应用对巨型芦苇根际微生态的协同调控机制。低剂量WSC可安全用于能源植物种植，而AMF接种能增强土壤酶活性和重金属根际固定，但需关注其促进重金属地上部累积的潜在风险。巨型芦苇对AMF定殖的自主调控能力为其在逆境土壤修复中的应用提供了新思路。该成果为废弃物资源化、土壤生态功能提升及可持续生物能源生产提供了理论与实践依据。