生物炭通过携带phoD基因的细菌群落调控秸秆羊粪堆肥中难活化无机磷的溶化机制

《Scientific Reports》：Biochar promotes the dissolution of inorganic inactive phosphorus by strengthening phoD-harboring bacterial communities during rice stover and sheep manure co-composting

　　

摘要

无机磷（P）在自然土壤环境中主要以难溶性组分形式存在，尤其在钙质土壤中，钙结合态稳定磷（Ca??-P）和包被态磷（O-P）是主要的难活化磷库。本研究探讨了生物炭添加对水稻秸秆与羊粪共同堆肥过程中无机磷转化与分异的调控效应。通过碱磷酶基因（phoD）高通量测序、可培养微生物分离及细菌生态网络分析，系统阐明了携带phoD基因的细菌群落介导无机难活化磷溶化的生态功能。结果表明，生物炭添加有效促进了包被态磷（O-P）和钙结合态稳定磷（Ca??-P）的溶解，同时提高了携带phoD基因的细菌群落的丰富度、多样性和代谢活性。生物炭添加还优化了携带phoD基因的细菌网络的拓扑结构，表现为网络复杂性增强、种间连接性提高和群落稳定性增强。筛选并鉴定了五株可培养溶磷细菌菌株，分别隶属于大肠杆菌属（Escherichia）、假单胞菌属（Pseudomonas）、布鲁氏菌属（Brucella）、木霉菌属（Cellulosimicrobium）和芽孢杆菌属（Bacillus），这些菌株均具有分解难溶性无机磷组分的能力。冗余分析（RDA）表明，pH值、总有机碳（TOC）和碱磷酶（ALP）活性是塑造携带phoD基因的细菌群落组装和磷组分演化的主要非生物驱动因子。结构方程模型（SEM）进一步证实，pH值、TOC和携带phoD基因的微生物群落的协同调节共同加速了生物炭添加堆肥中无机难活化磷的溶化。本研究阐明了生物炭调控磷活化的微生物机制，为钙质农业生态系统中磷的高效循环利用和有效性提升提供了理论依据。