添加真菌（贴生曲霉）生物量的土壤柱中多养分淋溶动态与磷形态

《Journal of Environmental Management》：Multi-nutrient leaching dynamics and phosphorus speciation in soil columns amended with fungal ( Talaromyces adpressus) biomass

　　

摘要

当养分供应与减少淋溶相结合时，废弃物衍生肥料有助于循环养分管理。本研究评估了一种 1:1 污泥灰（SSA）-鱼粉（FM）配方，以 1% (w/w) 施用于土壤，有无添加 0.1% (w/w) 捣碎的 Talaromyces adpressus 制剂。土壤柱淋溶试验表明，真菌生物强化显著减少了累积养分流失，特别是磷（P）、钾（K）和钠（Na），表明保持了增强。土壤柱（每个处理 n = 3）淋溶了四周，其中计算了事件质量释放量，并通过重复测量分析评估了处理与时间的响应。动力学建模显示，真菌改良产生了更平滑的养分释放轨迹，特别是磷，其事件释放量在整个四周期间持续下降。钾和钠显示出中等的后期事件贡献，表明是时间上的再分布，而不是突然的早期动员。真菌制剂使 P 的累积释放量减少了 35.0%，K 减少了 41.1%，Na 减少了 44.2%。P、K 和 Na 获得了强烈的处理效应，处理与时间的相互作用证实了独特的时间特征。Cd 和 Cu 的释放量分别减少了 61.8% 和 83.8%。淋溶后的 Hedley 分级显示，绝对活性 P 得以维持（737 ± 60 对比 757 ± 156 mg kg^?1），而其在淋溶后总 P 中的份额从 8.19 ± 0.43% 增加到 10.48 ± 0.97%，支持了保留 P 内可用性的提高。补充的幼苗生物测定表明，真菌 - 废弃物联合处理实现了最高的发芽率（100%），显著超过仅土壤（≈67%）、仅废弃物（50%）和仅真菌（75%）处理。同样地，幼苗活力指数和生物量积累在联合处理下达到最大，表明真菌活性和有机改良之间存在协同效应。Ni 和 Cr 显示出元素特异性动员，确定了配方优化的明确目标。总之，结果支持真菌强化的 SSA-FM 作为一个有前景的循环肥料平台，结合了养分保护、维持活性 P 和强大的早期植物表现。

引言

从线性肥料系统向循环养分管理转变是一项紧迫的任务，因为现代农业依赖于养分利用效率低、对土壤和水的流失高、且与植物需求同步性差的矿物肥料。这些问题对于磷（P）尤其关键，磷是一种不可替代的大量元素，其低效利用导致了农学损失和环境恶化；而传统肥料则与过度施肥、淋溶和经济低效有关（Vejan 等，2021）。同时，由于依赖有限且地理集中的磷酸盐岩石储备，全球 P 循环面临压力，这些储备在战略上是脆弱的（Jama-Rodzenska 等，2021；Richardson 和 Simpson，2011；Xu 等，2023）。污泥灰（SSA）提供了一种浓缩、可运输的二次 P 资源，但其大部分 P 存在于难溶的与 Ca-、Fe- 和 Al 相关的相中。因此，将 SSA 转化为有效肥料需要能够提高功能性 P 可用性同时限制损失的方法（Jama-Rodzenska 等，2021；Luo 等，2024；Xu 等，2023）。

将 SSA 与有机副产品混合可以改善肥料功能。鱼源材料提供有机物和养分，特别是 N、P 和 Ca，适当稳定的鱼废料产品可以改善土壤肥力和植物生物量（Radziemska 等，2019）。因此，联合 SSA-FM 配方将矿物和有机养分来源整合在一个循环产品中。然而，其性能取决于养分释放的大小和时间、P 在操作土壤库中的分布及其对植物建立的影响。

解磷微生物可以通过将难溶性 P 转化为植物更易获取的形式来提高磷利用率，从而支持更可持续的肥料管理（Kaur 等，2024）。解磷真菌可以通过酸化、螯合、生物量结合和微生物 P 周转与回收的 P 材料相互作用。关于 Penicillium 和 Aspergillus 的研究表明，真菌处理可以增加选定污泥灰和生物炭中的可溶性 P（Raymond 等，2018a, 2018b）。在土壤中，净效应可以包括溶解和保留（Shaviv，2001；Vejan 等，2021）。

文献中的一个关键缺口是土壤过程数据与植物响应数据之间缺乏整合，因为关于回收 P 源的研究往往侧重于化学表征和基于提取的可用性，或者侧重于植物生长响应而未解决潜在的养分释放机制。对于循环肥料开发，这些维度必须联系起来，因为废弃物衍生产品只有在保留的养分形式转化为现实条件下改善的幼苗建立、活力和生物量时，才具有农学意义。当使用微生物接种物时，这种整合尤其关键，因为它们可以同时影响养分溶解度、运输、固定和根际过程，需要一个结合柱尺度淋溶行为、土壤 P 形态和早期植物表现的框架。土壤柱淋溶提供养分移动性的时间分辨证据，而 Hedley 顺序分级将立即可溶和碳酸氢盐可提取的 P 与 NaOH 可提取、HCl 可提取和残余库分开（Hedley 等，1982；Negassa 和 Leinweber，2009；Hou 等，2018）。结合这些方法可以区分减少淋溶与简单的养分消耗，并可以显示在重复渗透后是否保留了有用的活性库。补充的幼苗测定随后测试理化性能是否伴随生物效益。肥料性能取决于生物利用度和保留度，因为过慢的养分释放限制了农学有效性，而过快的释放增加了淋溶和富营养化风险（Vejan 等，2021）。

在此背景下，SSA-FM 混合物的真菌强化可能作为一种生物介导的控释系统，其中真菌活性增强了局部 P 动员，同时增加了吸附、微生物固定和对土壤中溶质运输的抵抗。测试这需要能够捕捉养分可用性和时间释放动态的方法。土壤柱淋溶试验非常适合此目的，因为它们模拟了近场运输条件，并能够进行受控的、时间分辨的水流、养分移动性和累积损失评估，这与批次方法不同。然而，单独的淋出液养分释放无法解释土壤中的磷分配，使得顺序分级至关重要；尽管存在局限性，Hedley 框架仍被广泛用于区分不同活性的 P 库并检测管理引起的变化（Negassa 和 Leinweber，2009）。结合淋溶，它有助于确定减少的 P 损失是否反映了以活性形式的有益保留或以顽固分数的不良固存。

本研究考察了添加和不添加 T. adpressus 制剂的 SSA-FM 改良土壤。目标是量化每周和累积的多元素释放，比较经验释放模型，评估淋溶后的 P 库及其在总 P 中的份额，探索多元素协方差，并将这些结果与番茄发芽和早期生长联系起来。我们假设真菌制剂将减少累积大量养分释放，同时维持有意义的活性 P 库并改善幼苗表现。

章节摘要

肥料配方和真菌制剂制备

SSA 和 FM 以 1:1 的质量比混合，并以 1% (w/w) 掺入土壤。 Talaromyces adpressus TCPF01（NCBI 登录号 PP590617）在麦芽提取物肉汤中培养 7 天，或直到形成融合菌丝体。收集菌丝体，捣碎，并在装柱前以 0.1% (w/w) 与 SSA-FM 改良土壤均匀混合。

柱体设计

玻璃柱（n = 3）长 30-35 厘米，内径 5-6 厘米，含有 0.7-0.9 公斤土壤。土壤逐渐添加并

柱体淋溶动力学

真菌制剂处理在四次事件序列中产生了持续较低的 P 释放和独特的时间特征（图 2）。每柱累积 P 质量从 33.73 降至 21.91 毫克，相当于 35.0% 的衰减。重复测量分析显示出强烈的处理效应，F(1,4) = 36.37, p = 0.0038, q = 0.0114, 偏 eta 方 = 0.901，以及处理 × 时间相互作用，F(3,12) = 4.76, p = 0.0207, q = 0.0276。在第 4 周，P 浓度为 18.01 ± 2.52 mg L^?1

真菌强化改善养分保护

核心结果是在重复淋溶中 P、K 和 Na 的协调衰减。大的处理效应大小和显著的处理 × 时间相互作用表明，真菌强化改变了总质量损失和释放的时间模式。35-44% 的减少具有农学相关性，因为 P 对环境敏感，而 K 和 Na 具有高移动性，在渗透过程中可被迅速置换。S 形释放动力学通常与

结论

SSA-FM 配方的真菌强化产生了一致且在统计上强烈的养分保护响应。在四次周事件中，累积 P、K 和 Na 释放量分别减少了 35.0%、41.1% 和 44.2%，具有大的重复测量处理效应和显著的时间相互作用。Cd 和 Cu 释放量分别减少了 61.8% 和 83.8%。淋溶后分级显示，绝对活性 P 库得以维持，其在总 P 中的份额从 8.19% 增加到 10.48%。

CRediT 作者贡献声明

Jennifer Michellin Kiruba N：写作 – 原始草稿、可视化、方法论、调查、概念化。 Marcin Sojka：资源、方法论、调查。 Vasileios Fotopoulos：写作 – 审查与编辑、监督。 Agnieszka Saeid：写作 – 审查与编辑、监督、项目管理、方法论、资金获取、形式分析、概念化。

竞争利益声明

作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文中报告的工作。

致谢

本研究完全由 波兰国家科学中心 资助，授予号： 2020/39/O/ST10/02783，“重金属污染土壤生物增强辅助养分生物溶解。”

Jennifer Michellin Kiruba N|Marcin Sojka|Vasileios Fotopoulos|Agnieszka Saeid

化学工程系，波兰弗罗茨瓦夫工业大学，波兰弗罗茨瓦夫