《Bioresource Technology》：Biochar-immobilised phosphate-solubilising bacteria enhance soil available phosphorus by affecting phosphorus fraction transformation and phosphorus-acquiring microbiota
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生物炭固定的PSB增强了土壤中磷的可用性和植物的磷吸收。
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生物炭固定的PSB增强了土壤中磷的可用性和植物的磷吸收。
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固定的PSB促进了稳定磷向可利用磷形式的转化。
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固定的PSB增加了土壤中的有机酸和磷酸酶活性。
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生物炭-PSB富集了关键的磷循环基因和微生物类群。
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揭示了驱动土壤磷转化的微生物机制。
引言
磷（P）是陆地生态系统中的关键限制性营养元素，其循环对初级生产力和生态系统发育有显著影响（Sun et al., 2022）。然而，施用于土壤中的大部分磷酸盐肥料由于固定作用而变得不可利用，导致植物可利用的磷含量降低，并引发环境污染问题，如磷流失和水污染（Macintosh et al., 2019, Zhen et al., 2006）。此外，磷酸盐岩是一种有限且不可再生的资源，这凸显了需要采取策略来提高土壤中磷的可用性并激活难以利用的磷库，以减少对磷酸盐岩的依赖。
与其他策略相比，使用微生物作为磷激活剂在环境和成本上都具有优势（García-Berumen et al., 2024）。磷酸盐溶解菌（PSB）作为土壤微生物群落的重要组成部分，可以通过产生代谢产物或与其他生物的协同作用，将不可溶性磷（包括有机磷、钙结合磷和铁结合磷）转化为植物可利用的形式（Alori et al., 2017）。PSB接种可以改善植物的磷吸收，促进植物的生长和发育（Bargaz et al., 2021, Elhaissoufi et al., 2021）。磷酸盐溶解微生物还能分泌有机酸和低分子量有机化合物，从而改变土壤的pH值和氧化还原电位，增强固定磷的溶解（Li et al., 2024）。随着时间的推移，人们已经开发出多种方法来分离和培养PSB以用于农业应用（Manzoor et al., 2017）。理论上，实验室中分离出的高活性PSB菌株可以适应土壤环境，存活并繁殖，从而持续激活固定磷（Kaur et al., 2024, Timofeeva et al., 2022）。然而，在实际应用中，功能菌株经常面临环境不稳定、复杂的土壤条件以及与其他本土微生物对养分和生态位的竞争（Wang et al., 2023）。因此，需要综合策略来提高微生物激活磷的效率。
微生物固定技术提供了一种创新的方法（Schommer et al., 2024），通过吸附或封装将微生物附着在多孔载体上，为微生物提供栖息地和养分，从而增强其代谢活性（Curiel-Alegre et al., 2024）。固定的结构还起到保护屏障的作用，抵御这些不利的环境因素，提高引入微生物的适应性，促进其在特定环境中的定植（Hou et al., 2024, Bolan et al., 2023）。由农业废弃物制成的生物炭被认为是一种有效的微生物固定载体，既可作为生物支架，也可作为土壤改良剂（Schommer et al., 2024）。作为一种土壤改良剂，生物炭可以直接增加土壤中可利用的磷含量，并通过改变土壤的物理化学性质间接影响磷的可用性（Xue et al., 2023, Zhang et al., 2025b）。Mason等人（2024）报告称，生物炭为真菌活动提供了有利的环境，并优化了土壤碳平衡，而丛枝菌根真菌增强了植物的养分吸收，减少了根系向地上部的铬迁移。Chang等人（2025）进一步研究表明，加载在生物炭上的固氮菌与土壤细菌分泌物形成了稳定的复合物，激活了生物炭的功能基团，从而促进了土壤中对镉的吸附。
然而，最近关于生物炭固定微生物的协同效应的研究主要集中在修复土壤中的重金属和有机污染物上（Alves et al., 2022）。生物炭固定PSB对土壤中磷的可用性和磷分馏转化的影响，以及生物炭与PSB之间的相互作用及其潜在的微生物协同效应仍不清楚。此外，生物炭和PSB联合应用的效果受多种因素影响，包括微生物菌株、土壤类型和生物炭的特性。因此，其效果可能因不同的土壤条件而异，导致应用结果不一致。在之前的研究中，我们获得了一种高活性的PSB菌株，并证实生物炭固定显著增强了其溶解磷的能力。因此，我们假设将生物炭与PSB结合会促进固定磷的溶解，提高土壤中磷的可用性。具体来说，我们假设生物炭固定的PSB将（1）通过促进土壤中磷分馏的转化来促进植物对磷的吸收；（2）加强参与土壤磷循环的微生物相互作用，从而支持持续释放可利用的磷。
为了验证这些假设，我们将高活性的PSB菌株固定在生物炭上，评估了其对土壤物理化学性质、磷分馏转化和磷循环微生物群落的影响。通过物理化学分析和宏基因组测序，我们进一步研究了土壤中磷分馏转化和磷可用性的微生物机制。这项研究为开发有效的、经济的农业磷管理微生物策略提供了见解。
章节片段
生物炭固定PSB的制备
本研究中使用的生物炭是来自中国广州CuiLin Biotechnology有限公司的玉米秸秆生物炭，通过在400℃下热解获得。与其他原料制成的生物炭相比，玉米秸秆生物炭具有更高的纤维素和半纤维素含量、更低的木质素含量以及更 porous 的结构。这些特性有利于养分分解和微生物活动，使其适合用于微生物接种和土壤改良（Purakayastha et al.,
土壤性质、植物磷吸收和产量
表1显示了不同处理对非根际土壤物理化学性质的影响。与对照组（CK）相比，NPK处理降低了土壤pH值，而其他处理显著提高了土壤pH值（p < 0.05），使土壤保持接近中性状态。值得注意的是，NPKP处理下的土壤pH值与NPKB处理下的土壤pH值相似，两者之间没有显著差异（p > 0.05；表1）。在所有处理中，NPKBP处理的土壤有机质（SOM）含量最高，表明微生物活动增强
结论
本研究表明，生物炭固定的PSB显著减少了土壤中的稳定磷分馏，增加了可利用的磷分馏，从而提高了植物的磷吸收。土壤中磷酸酶活性的增加和根区有机酸浓度的提高进一步改善了磷的可用性。此外，生物炭固定的PSB创造了更适宜的土壤pH值和养分条件，促进了关键磷获取微生物类群的生长，包括、、 和 。
CRediT作者贡献声明
周柳彦：写作 – 审稿与编辑、原始稿撰写、软件使用、方法论、实验设计、数据分析、概念化。 彭 Lu：资源获取、方法论、数据分析。 Johannes Rousk：写作 – 审稿与编辑。 邓华：资源获取、资金筹措、数据分析。 穆柳园：软件使用、资源获取、数据分析。 王子芳：方法论、实验设计。 戴文才：监督、软件使用、数据分析。 高明：写作 – 审稿与
利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的财务利益或个人关系可能会影响本文的研究结果。
致谢
本工作得到了重庆市教育委员会科技研究计划的支持（项目编号：KJZD-K202304102）。
