菜地土壤解磷微生物特征及其在磷形態(tài)轉(zhuǎn)化調(diào)控中的作用①

李慧敏，王 瑞，施衛(wèi)明，仲月明，李奕林

(土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008)

蔬菜產(chǎn)業(yè)是我國種植業(yè)的重要組成部分，已經(jīng)成為我國僅次于糧食作物的第二大農(nóng)作物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國2017 年蔬菜播種面積為1.998×107hm2，產(chǎn)量達(dá)到6.919×108t[1]。蔬菜屬于養(yǎng)分高需求作物，因此農(nóng)民通過大量施用化肥來維持蔬菜高產(chǎn)[2]。Wang 等[3]指出與旱作和水稻相比，我國蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)肥料投入量更高。根據(jù)黃紹文等[4]對全國蔬菜的調(diào)查結(jié)果顯示，我國設(shè)施和露天蔬菜化肥養(yǎng)分用量平均為1 092.0 kg/hm2，是糧食作物化肥養(yǎng)分用量的3.3 倍，其中設(shè)施蔬菜的氮、磷、鉀投入總量分別是各自推薦用量的1.9 倍、5.4 倍和1.6 倍，由此可以看出高投入蔬菜種植體系，磷肥過量現(xiàn)象更為嚴(yán)重。磷肥施入土壤后很快被鈣或鐵、鋁固定，導(dǎo)致無法被作物有效地吸收利用，因此農(nóng)民常常通過施入大量的磷肥來維持最佳產(chǎn)量，磷肥的利用率一般只有10% ～ 25%[5]。長期過量施磷肥導(dǎo)致菜地土壤中磷素大量累積，據(jù)統(tǒng)計(jì)，露天菜地造成我國每年大約0.33 Tg 磷的徑流損失，分別是旱地作物及稻田磷徑流損失總量的2.75倍及6.6 倍。其中果菜系統(tǒng)的磷損失率最高，達(dá)到磷肥投入量的13.1%[3]，造成的環(huán)境風(fēng)險遠(yuǎn)大于糧食作物。因此通過充分利用土壤累積態(tài)磷從而降低磷肥投入是減少菜地磷面源污染的有效途徑之一。解磷微生物(PSMs)廣泛分布于各種類型土壤中，作為土壤生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，通過分泌有機(jī)酸、質(zhì)子或者釋放磷酸酶、植酸酶等，將難溶的磷化合物分解或溶解成為可溶性磷，供植物吸收利用，從而充分利用土壤中累積態(tài)磷[5]。此外PSMs 還具有分泌鐵載體、植物激素以及抗生素，固氮等功能[6]，所以將PSMs 應(yīng)用在蔬菜生產(chǎn)上，不但可以減少化肥施用量，而且能夠促進(jìn)蔬菜生長、提高它的抗病害能力[7-8]。

目前研究較多的是PSMs 在糧食作物(主要包括水稻、小麥、玉米)上的應(yīng)用和對它們的生長以及土壤有效磷含量的影響，對于菜地的研究相對較少。但就蔬菜在我國農(nóng)作物中的重要地位和施磷肥的超量程度來說，研究PSMs 對富磷菜地土壤磷形態(tài)轉(zhuǎn)化對于高投入體系磷肥減施增效調(diào)控具有指導(dǎo)意義。本文綜述了菜地土壤解磷微生物特征、根際磷素周轉(zhuǎn)及其對蔬菜磷吸收利用的貢獻(xiàn)，磷肥及碳源種類對解磷微生物的影響，解磷微生物在菜地面源污染防控中的作用及其今后高效應(yīng)用研究方向，旨在深入理解根系-土壤-微生物互作對磷高效利用的影響，同時充分利用土壤累積態(tài)磷資源，從而達(dá)到磷肥源頭減施，并有效阻控磷肥損失，實(shí)現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)綠色可持續(xù)發(fā)展。

1 不同農(nóng)作物種植體系解磷微生物的數(shù)量和種類差異

土壤中具有解磷功能的微生物種類繁多，包括細(xì)菌、真菌、放線菌和藍(lán)藻[9]，按照微生物解磷底物的不同，通常把PSMs 劃分為無機(jī)磷微生物及有機(jī)磷微生物兩大類[10]。PSMs 的分布及數(shù)量常常受到多種因素的制約，如其生態(tài)分布主要受土壤質(zhì)地、土壤類型以及耕作種植方式等影響，而土壤理化性狀、有機(jī)質(zhì)含量和土壤磷濃度則主要影響其數(shù)量[5]。

1.1 旱地和水田差異

我國耕地土壤按照耕作栽培方式主要分為旱地和水田[11]。旱地與水田在土壤水分含量、氧化還原電位及土壤肥力狀況等方面都存在顯著差異[12]。旱地土壤為好氧環(huán)境，而水田土壤為低氧或厭氧環(huán)境。旱地中每克土壤平均含有大約107個PSMs，占微生物總數(shù)的27.1% ～ 82.1%[13]。研究發(fā)現(xiàn)，旱地作物玉米的根際土壤中有機(jī)磷微生物的數(shù)量比無機(jī)磷微生物多，其中有機(jī)磷微生物菌屬有7 個，主要為假單胞菌屬(Pseudomonas)和黃桿菌屬(Xanthomonas)；無機(jī)磷微生物有4 個菌屬，主要是歐文氏菌屬(Erwinia)[14]。根據(jù)對4 種不同生態(tài)系統(tǒng)土壤中PSMs 數(shù)量及種群分布的研究發(fā)現(xiàn)，旱地中有機(jī)磷微生物主要是芽孢桿菌屬(Bacillus)，其次是假單胞菌屬，而無機(jī)磷微生物主要是假單胞菌屬[15]。對于水田的研究主要是水稻根際的PSMs，有研究發(fā)現(xiàn)水稻根際分布有很多有機(jī)磷微生物和無機(jī)磷微生物，其中有機(jī)磷微生物的數(shù)量高達(dá)(2.15 ～ 6.68)×105cfu/g、無機(jī)磷微生物的數(shù)量為(0.7～3.9)×104cfu/g，可以看出有機(jī)磷微生物的數(shù)量遠(yuǎn)高于無機(jī)磷微生物[16]。陶濤等[17]從水稻根際共分離出13 株具有溶解無機(jī)磷能力的菌株，選取其中4 株溶磷能力較強(qiáng)的進(jìn)行鑒定，其中3 株是芽孢桿菌屬，1 株是土壤單胞菌屬(Agromonas)，可以推斷出水稻根際的溶磷優(yōu)勢菌屬是芽孢桿菌屬?？傊?，不管是旱地還是水田中都存在數(shù)量龐大的PSMs，且有機(jī)磷微生物的數(shù)量高于無機(jī)磷微生物，并且由于水田是厭氧環(huán)境，厭氧微生物在其中發(fā)揮著重要的作用[18]。

1.2 旱作糧田和菜地差異

旱地作物主要包括糧食作物及蔬菜等，由于蔬菜的施肥強(qiáng)度及管理方式與糧食作物(主要包括玉米、小麥、花生和大豆等)有較大區(qū)別，導(dǎo)致旱作糧田與菜地土壤在pH、電導(dǎo)率、肥力水平等方面存在顯著差異[19]，因此兩者之間PSMs 的數(shù)量與種類也會有所不同。根據(jù)對旱作糧田和菜地土壤中的PSMs 的研究，菜地中無論有機(jī)磷微生物還是無機(jī)磷微生物都是最多的，分別為5.9×106cfu/g 和4.7×106cfu/g；而糧田土壤中的PSMs 最少，僅為菜地土壤的10%[15]。菜地土壤中PSMs 不僅數(shù)量多，而且種類也更為復(fù)雜，其中無機(jī)磷微生物主要為歐文氏菌屬；而有機(jī)磷微生物種類較多，如芽孢桿菌屬、微球菌屬(Micrococcus)、沙雷鐵氏菌屬(Ferruginia serratis)、變形桿菌屬(Proteus)、假單胞菌屬[20]。糧田土壤中PSMs 的種類就相對比較簡單，其中80% 的有機(jī)磷微生物是芽孢桿菌屬，其余固氮菌屬(Azotobacter)和歐文氏菌屬占20%，而大約一半的無機(jī)磷微生物是沙雷氏菌屬(Serratia)[15]?？傮w來說，菜地的PSMs 相比旱作糧田土壤不僅數(shù)量多而且優(yōu)勢菌屬的類型也更復(fù)雜。

1.3 露天菜地和設(shè)施菜地差異

目前由于設(shè)施蔬菜不受季節(jié)的限制，可有效滿足蔬菜市場一年四季的巨大需求量，因此其種植面積不斷擴(kuò)大。溫室大棚種植一段時間后形成一個小型的生態(tài)系統(tǒng)，在管理措施不斷地輸入下，設(shè)施與露天菜地土壤在物理、化學(xué)及生物學(xué)方面形成了一定的差異。研究表明，長期露天種植蔬菜后，土壤pH 下降，有機(jī)碳含量減少，氮素、磷素、有效鉀和鹽分的含量明顯增加[21]；而長期種植設(shè)施蔬菜，由于連年大量施用有機(jī)肥及化肥，土壤全鹽量顯著升高，有機(jī)質(zhì)含量增加[22]，且由于無法翻耕，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)被破壞，造成土壤板結(jié)。這些土壤物理及化學(xué)性質(zhì)的改變必然會造成土壤微生物種群數(shù)量及結(jié)構(gòu)的變化[23]。設(shè)施蔬菜種植過程中往往會降低土壤微生物功能多樣性，一部分微生物種群會因大棚蔬菜長期單一連作而消失，而有些微生物會因缺乏與其競爭的微生物而大量繁殖[22]。相對于集約化生產(chǎn)的設(shè)施蔬菜來說，露天蔬菜的生長速度要慢很多，土壤養(yǎng)分損失較慢，土壤質(zhì)量也較高，因此土壤微生物功能多樣性也相對較強(qiáng)[23]。對PSMs 的影響也是類似的，露天菜地PSMs的種類比較多，其中有機(jī)磷微生物種類豐富，包括芽孢桿菌屬、微球菌屬、沙雷鐵氏菌屬、變形桿菌屬、假單胞菌屬[20]；無機(jī)磷微生物主要為歐文氏菌屬。目前對設(shè)施蔬菜PSMs 篩選及鑒定的研究較少，這也是今后要研究的方向之一。

2 解磷微生物的根際效應(yīng)

2.1 根際與非根際解磷微生物的差異

根際微域是植物根系與土壤以及微生物相互作用的區(qū)域，在物理、化學(xué)及生物學(xué)等方面都不同于土體土壤。植物根系分泌物(如糖類、脂類、氨基酸等)與脫落物(如凋亡的根系和脫落的根毛、根表皮細(xì)胞等)是根際微生物重要的營養(yǎng)物質(zhì)來源。因此根際與非根際土壤相比，不論是微生物數(shù)量、種類還是代謝活性都更高[24-25]。而根際微生物又會反過來通過其活動和代謝，來影響根系分泌物的釋放。之前的觀點(diǎn)認(rèn)為根際微生物主要從根際獲取糖類，但近兩年有學(xué)者發(fā)現(xiàn)真菌主要從根際獲取的是脂類而非糖類[26-27]。在根際微域中，微生物與植物根系是相互影響的互作關(guān)系。因此，根際與非根際土壤中PSMs 的數(shù)量與種類都是具有差異的。根據(jù)對小麥根際與非根際PSMs 分布的研究，發(fā)現(xiàn)根際土壤PSMs 的數(shù)量遠(yuǎn)高于非根際土壤，而且有機(jī)磷微生物的數(shù)量在根際與非根際土壤中都比無機(jī)磷微生物的數(shù)量多[28]。玉米根際土壤有機(jī)磷微生物數(shù)量與無機(jī)磷微生物數(shù)量幾乎相同，非根際土壤有機(jī)磷微生物比無機(jī)磷微生物要多133 倍[14]。根際土壤中PSMs 的種類也比非根際土壤中的豐富，其中根際土壤的有機(jī)磷微生物主要為假單胞菌屬，而無機(jī)磷微生物則為歐文氏菌屬和假單胞菌屬。這是由于植物根系分泌物更加有利于發(fā)酵類細(xì)菌的生長繁殖，因此成為優(yōu)勢菌屬[14]。研究發(fā)現(xiàn)不同作物根際的 PSMs 的種類是不同的，如洋蔥假單胞菌屬(Pseudomonas cepacia)和埃希氏菌屬(Escherichia)為小麥根際優(yōu)勢菌屬[29]，玉米根際則為歐文氏菌屬[13]，而大豆根際主要為假單胞菌屬、腸桿菌科(Enterobacteriaceae)、不動桿菌(Acinetobacter pittiistrain)和克雷伯氏菌屬(Klebsiella)[30]，水稻根際主要為芽孢桿菌屬以及土壤單胞菌屬(Agromonas)[17]；而非根際土壤中則沒有較為明顯的優(yōu)勢解磷菌屬?？傊HPSMs無論是數(shù)量還是種類多樣性都遠(yuǎn)高于非根際。

2.2 解磷微生物對蔬菜根際土壤有效磷的影響

磷肥施入土壤后的周轉(zhuǎn)過程大體分為兩種：一種是施入土壤當(dāng)中的磷肥與鈣、鋁等元素結(jié)合，被鐵、鋁等氧化物吸附固定或被微生物固持成為無效態(tài)磷；另一種是被固定的磷素也可以依靠微生物或根系分泌物的作用而被再次釋放出來供植物吸收利用[31]。PSMs 是土壤磷周轉(zhuǎn)的重要驅(qū)動因子，其對有效磷的作用主要有以下兩方面：首先PSMs 能夠利用自身的代謝功能，如分泌磷酸酶或植酸酶，對無效態(tài)磷素進(jìn)行活化，其中包括對無機(jī)磷化合物的溶解和有機(jī)磷化合物的分解[5]。其次PSMs 可以通過分泌有機(jī)酸或質(zhì)子，改變土壤的酸堿度、離子組成，以及其他環(huán)境因子，進(jìn)而釋放結(jié)合在微粒有機(jī)質(zhì)、黏土和土壤顆粒上的磷素[9]。在對大棚茄子的研究中發(fā)現(xiàn)，接種PSMs能顯著增加茄子根際土壤的有效磷含量，與對照相比增加了10 mg/kg[8]。盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，番茄生長30 d后的根際土壤中有效磷的濃度(80 mg/kg)顯著高于未接種PSMs 的番茄根際土壤有效磷的濃度(30 mg/kg)[32]。因此，根際PSMs 可以利用自身的代謝功能驅(qū)動土壤難溶性磷向有效磷的轉(zhuǎn)化，從而顯著提高蔬菜根際土壤有效磷含量。

2.3 根際解磷微生物對蔬菜磷吸收利用的貢獻(xiàn)

磷的移動性較低，蔬菜吸收磷的主要途徑是磷向根系的擴(kuò)散，但是蔬菜根系本身分布就比較淺而且密度低，所以蔬菜根系與土壤磷素之間存在空間不匹配性。并且根區(qū)土壤中磷的擴(kuò)散速率低于根系吸收磷的速率，所以在蔬菜根際微域會形成磷素虧缺區(qū)[33]。因此蔬菜種植體系往往通過投入更多的磷肥才能保持蔬菜持續(xù)高產(chǎn)。目前我國推行“化肥零增長”政策，因此我們需要通過一些調(diào)控措施在保證蔬菜不減產(chǎn)的前提下減施磷肥。自從發(fā)現(xiàn)了能夠活化磷素的微生物，越來越多的PSMs 被鑒定和篩選出來，制成微生物肥料來促進(jìn)作物生長。對在缺磷土壤中生長的茄子接種PSMs，接種30 d 后，茄子的莖干重和根干重分別顯著提高30% 和27%，光合速率提高12%[2]。在實(shí)驗(yàn)室條件下，對番茄接種從其根際分離到的PSMs，番茄植株的含磷量顯著增加，與對照相比，番茄植株干重平均的含磷量增加了1.56 mg/g，而且接種PSMs的番茄對鐮刀枯萎病、早疫病等病害的抗性更強(qiáng)，從而顯著降低了總體發(fā)病率[32]。施用PSMs 菌肥之后油菜植株中磷濃度與吸磷量與對照相比分別提高了33.9% 和58.0%[34]。對黃瓜同時接種PSMs 和根際促生菌，黃瓜的長度，莖和根的干重、鮮重，產(chǎn)量都顯著提高[35]。說明PSMs 可以通過一系列的生物及化學(xué)反應(yīng)來促進(jìn)土壤中的累積態(tài)磷轉(zhuǎn)化為蔬菜可利用磷，并且可以使根際土壤中有效磷維持在較高濃度，從而改善蔬菜磷素吸收及利用，最終促進(jìn)其生長，同時能夠提高抗病性[36]。

3 磷肥種類對菜地解磷微生物的影響

3.1 化學(xué)磷肥

目前較為常見的磷肥品種包括磷酸一銨(MAP)、磷酸二銨(DAP)、過磷酸鈣、重過磷酸鈣、鈣鎂磷肥以及聚磷酸銨等。磷肥的結(jié)構(gòu)、形態(tài)及土壤的物理、化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)都會直接影響磷肥的有效性，從而間接影響作物的吸收效果[37]。目前關(guān)于磷肥品種對菜地土壤微生物影響方面的研究相對較少。針對菜地土壤，pH 是主要考慮的因素，酸性土壤與堿性土壤應(yīng)施用不同的磷肥調(diào)節(jié)土壤pH。酸性菜地土壤應(yīng)考慮施用堿性磷肥，如DAP 或鈣鎂磷肥；而堿性菜地土壤應(yīng)施用酸性磷肥，例如MAP 或過磷酸鈣。土壤pH 不僅會影響磷肥肥效，同時還會影響PSMs 的數(shù)量，大體呈現(xiàn)出堿性土壤多于酸性土壤的趨勢，因此針對不同菜地土壤應(yīng)施用不同品種的磷肥，為PSMs生長創(chuàng)造最適條件從而達(dá)到進(jìn)一步發(fā)揮磷肥最大肥效的目的。

3.2 有機(jī)肥

目前菜地施用有機(jī)肥的種類較豐富，常見的如豬糞、雞糞、牛糞、商品有機(jī)肥、豆餅肥等，施用有機(jī)肥除可以有效增加土壤磷含量外，還可以通過改變菜地土壤的理化性質(zhì)以及通過土壤生物和非生物過程，來促進(jìn)不同形態(tài)磷之間的轉(zhuǎn)化。有機(jī)肥的長期施用也會顯著增加土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量，且氨化細(xì)菌、固氮菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、PSMs 和纖維分解細(xì)菌也明顯增加[38]。研究表明，優(yōu)勢種群為放線菌門(Actinobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、未知的放線菌綱(unidentified Actinobacteria)以及芽孢桿菌綱(Bacilli)[39]。通過對我國貧瘠旱地紅壤施用有機(jī)肥(豬糞)的長期定位試驗(yàn)田研究，發(fā)現(xiàn)長期施用有機(jī)肥可顯著提高PSMs 數(shù)量，并且食細(xì)菌線蟲通過捕食PSMs 增加了堿性磷酸酶的活性，進(jìn)而提高了紅壤中有效磷的含量。這種捕食作用不僅增加了PSMs的數(shù)量，也顯著改變了PSMs 的群落結(jié)構(gòu)[40]。施用有機(jī)肥不僅會對蔬菜生長造成影響，同時也會影響土壤中PSMs 的生長和群落生態(tài)分布，但是在施用有機(jī)肥時要結(jié)合蔬菜種類、土壤類型及氣候等因素，選擇最適的有機(jī)肥品種，以達(dá)到最佳的增產(chǎn)效果。

4 不同碳源對菜地解磷微生物的影響

據(jù)文獻(xiàn)報道，設(shè)施菜地碳磷比低于相應(yīng)農(nóng)田碳磷比[41]，在山東壽光開展的設(shè)施菜地磷肥施用現(xiàn)狀調(diào)研工作中發(fā)現(xiàn)，盡管有機(jī)肥投入量占總肥料投入量的50% 以上，但隨著設(shè)施蔬菜種植年限的增加，磷素在土壤中大量累積，導(dǎo)致碳磷比失衡。因此高投入體系實(shí)際上是一個碳限制性體系。碳為微生物生命活動提供主要能量來源，而微生物在土壤磷的生物化學(xué)循環(huán)中起著舉足輕重的作用，其生命活動將直接影響土壤磷素周轉(zhuǎn)過程。同時土壤微生物量磷也是土壤磷庫的重要組成部分之一。外源碳的加入可以增加PSMs的活性，驅(qū)動土壤難溶性無機(jī)磷或有機(jī)磷向有效磷的轉(zhuǎn)化，提高植物磷利用的效率。并且不同形態(tài)的碳源對PSMs 的影響也是不同的。

4.1 綠肥

在我國綠肥的應(yīng)用中，常見的品種有豆科的紫云英、豌豆，十字花科的油菜和蘿卜，禾本科的黑麥草等。綠肥根系分泌物增加了土壤酶活性，翻壓帶入的有機(jī)物料直接增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，并且提供了多種容易被作物利用的營養(yǎng)和能源物質(zhì)[42]，但是需要根據(jù)不同的氣候條件、土壤特性和作物來選擇最合適的綠肥品種。研究表明，種植紫云英綠肥能夠增加水稻的產(chǎn)量[43]，并提高土壤微生物活性[44]。種植綠肥可以擴(kuò)大磷素的吸收空間，這是因?yàn)檫@些綠肥具有比較發(fā)達(dá)的根系，并且根系分泌物還可以活化土壤中的磷，提高磷肥肥效[45]。綠肥還會對微生物的功能多樣性產(chǎn)生影響，相對對照(冬閑)來說，綠肥及綠肥配施化肥這兩種處理對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了顯著影響，細(xì)菌、菌根真菌和放線菌都有不同程度的增加[46-47]，其中優(yōu)勢微生物為變形菌門和綠彎菌門[42]。

4.2 秸稈

我國南方很多地區(qū)采用稻菜輪作種植方式，水稻秸稈作為一種有機(jī)碳源投入到菜地土壤中，不僅可以提升土壤質(zhì)量，同時可增加蔬菜產(chǎn)量[48]。研究表明，化肥減施配合秸稈還田相比常規(guī)施肥不僅可以有效地減少農(nóng)田中可溶性磷素的徑流流失量[49]，而且可以增加作物的產(chǎn)量及吸磷量，提高磷肥利用率[50]。同時秸稈還田會減少土壤中真菌和嫌氣性細(xì)菌的數(shù)量，增加放線菌和好氣性細(xì)菌的數(shù)量[51]。并且與秸稈旋耕還田相比，秸稈深翻還田可以顯著提高土壤中PSMs 的多樣性[52]。秸稈的添加改變了原有的農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，增加土壤中有機(jī)碳的含量，促進(jìn)PSMs 的繁殖，使得土壤中的更多難溶性磷轉(zhuǎn)化為可溶性磷而被作物吸收利用，從而減少了磷素的流失和淋溶。

4.3 生物質(zhì)炭

生物質(zhì)炭由于其具有疏松多孔的特點(diǎn)，可以通過與土壤磷的吸附、解吸過程增加有效磷含量[53]。生物質(zhì)炭不僅可以增加土壤有效磷含量，并且還與土壤中磷的轉(zhuǎn)化過程有關(guān)。根據(jù)對華南地區(qū)菜地土壤添加生物質(zhì)炭的研究，表明生物質(zhì)炭可以通過增加土壤中活性磷庫的種類，如NaHCO3-Pi 和樹脂磷，來減少土壤中磷的損失[54]。當(dāng)生物質(zhì)炭添加到土壤中后，將改變土壤微生物的生存環(huán)境，進(jìn)而影響微生物的數(shù)量、活性以及群落結(jié)構(gòu)組成。以往的研究結(jié)果表明，生物質(zhì)炭施入土壤后，能夠有效提高PSMs 的活性，促進(jìn)中華桿菌科、小單孢菌科等細(xì)菌的生長繁殖，但抑制了酸桿菌門細(xì)菌的生長，降低其豐度[55]。生物質(zhì)炭作為一種碳源添加到土壤中優(yōu)化了土壤中的碳磷比，促進(jìn)有效磷含量增加，同時由于其對土壤結(jié)構(gòu)的改變也使其成為一種常用的土壤改良劑。

4.4 糖類

目前對于PSMs 的篩選和鑒定主要還是通過培養(yǎng)基培養(yǎng)的方法，這時候培養(yǎng)基中的糖類碳源類型就會顯著影響PSMs 的生長和繁殖。根據(jù)不同糖類碳源對微生物溶磷能力影響的研究，曲霉2TCiF2 在蔗糖為碳源時解磷效果最好，而節(jié)桿菌1TCRi7 只有在葡萄糖為碳源時才具有解磷能力[56]。對于同一微生物不同的糖類碳源對其溶磷能力也會產(chǎn)生影響，研究表明，在可溶性淀粉、蔗糖、果糖、乳糖、D-半乳糖、麥芽糖和葡萄糖這些糖類碳源中，以葡萄糖為唯一碳源時解磷菌K3 的解磷效果最好，而以可溶性淀粉為碳源時K3 表現(xiàn)出最差的解磷效果[57]。最近的研究發(fā)現(xiàn)叢枝菌根真菌菌絲分泌的果糖不僅是一種碳源，還可以作為信號分子誘發(fā)PSMs 分泌更多的磷酸酶，促進(jìn)有機(jī)磷礦化過程[58]。PSMs 處在土壤這一生態(tài)環(huán)境中，必然會受到其他微生物的影響，而糖類是微生物之間交流的語言(信號分子)。不同的PSMs 對于不同的糖類反應(yīng)也不相同，因此我們在篩選和使用解磷菌肥時要結(jié)合當(dāng)?shù)氐耐寥李愋图皻夂虻葪l件來選擇最適的糖類碳源，從而達(dá)到最佳的效果。

5 解磷微生物在菜地農(nóng)業(yè)面源污染防控中的作用

磷肥合理施用可以促進(jìn)農(nóng)作物生長，提高產(chǎn)量，但盲目的過量施磷肥將會帶來環(huán)境風(fēng)險。菜地施肥造成的農(nóng)業(yè)面源污染問題更為嚴(yán)峻。這是因?yàn)椴说厥┯幂^多的有機(jī)肥，其中大部分是糞肥，研究表明糞肥中含有較多移動性相對較強(qiáng)的活性磷，因此將很大程度上降低其固定作用，進(jìn)而造成較高的磷素淋溶損失[59]。不僅是有機(jī)肥，菜農(nóng)還會施用大量化學(xué)磷肥[60]，總的磷肥施用量超過蔬菜磷需求量的幾倍，導(dǎo)致菜地中積累了大量磷素，這些磷素基本上以植物不可利用的形態(tài)存在于土壤中。在菜地高強(qiáng)度灌溉和降雨的影響下，磷素更容易流失[41]，造成水體富營養(yǎng)化。磷素的損失主要分為兩種，分別是徑流和淋溶損失[61]。菜地面源污染防控一是要從源頭控制，減少磷肥的投入；二是最大限度地利用土壤中的累積態(tài)磷素，降低菜地土壤磷庫損失風(fēng)險。研究發(fā)現(xiàn)，對空心菜及葉萵苣接種溶磷酸鐵細(xì)菌，在增產(chǎn)的同時，還能夠減施50% 左右的磷肥[62]。與糧食作物相比，蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)中磷徑流損失相對處于一個更高水平[3]，而PSMs 由于能夠?qū)⑼寥乐惺卟瞬荒芪绽玫牧邹D(zhuǎn)化為有效磷，一方面可以有效降低磷肥投入量從而降低磷素在菜地土壤中不斷累積而造成的損失風(fēng)險，另一方面通過提高蔬菜產(chǎn)量增加地表覆蓋度而增加對降雨的緩沖性能，從而有效降低磷徑流及淋溶損失。通過削減菜地磷損失，可望有效控制我國農(nóng)業(yè)面源污染對環(huán)境的負(fù)面影響，進(jìn)而保障我國蔬菜產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。

6 展望

PSMs 作為一種普遍存在的自然資源，可以活化磷素，提高磷肥利用效率，值得我們?nèi)リP(guān)注和利用。目前市場上已有很多解磷菌肥，但在實(shí)際應(yīng)用中會出現(xiàn)一些問題，例如增產(chǎn)效果不明顯、只能針對單一的植物品種施用等等。今后我們要重點(diǎn)抓住以下幾個方面來研究，使PSMs 更好地應(yīng)用到蔬菜生產(chǎn)中。

6.1 篩選菜地高效解磷菌株

目前的解磷菌株大部分是直接從大田作物根際土壤中篩選出來的，針對性不強(qiáng)，往往對這一種作物適用，但卻對其他作物不適用。菜地土壤磷含量遠(yuǎn)高于糧田土壤，且蔬菜根系分泌物類型不同于水稻、小麥等大田作物，并且蔬菜種類繁多，有根菜類(如蘿卜、根用芥菜)、葉菜類(如青菜、白菜)、果菜類(如辣椒、茄子)等，不同類型的蔬菜與PSMs之間的相互作用也會有差異，因此最適的高效解磷菌株也會不同。因此可以從不同蔬菜品種根際土壤中篩選出高效的解磷菌株，研制蔬菜專用解磷微生物肥料。

6.2 利用宏基因組技術(shù)，探索解磷基因

由于目前實(shí)驗(yàn)室能夠培養(yǎng)出的微生物只占微生物總數(shù)的0.01% ～ 10%，因此大量的微生物是無法通過純培養(yǎng)被篩選出來的。宏基因組學(xué)的迅速發(fā)展解決了這一難題，它是以樣品中微生物群體的基因組作為分析對象篩選功能基因，因此該技術(shù)可用于研究難培養(yǎng)的微生物。目前我們對于PSMs 解磷基因的了解少之又少，明確解磷基因可以使PSMs 在分子尺度方面的研究更加容易開展，因此應(yīng)用宏基因組技術(shù)探索解磷基因?qū)⒊蔀榻窈蟾咝а邪l(fā)PSMs 肥料的有效手段之一。

6.3 施用高碳有機(jī)肥，優(yōu)化菜地碳磷比

蔬菜相對大田作物來說施用較多的有機(jī)肥，且大部分是糞肥，研究發(fā)現(xiàn)糞肥中磷的含量較高，其中有機(jī)磷含量占總磷的41.18%，活性磷含量占總磷的52.30%[63]。并且由于長期大量的施用高磷低碳的糞肥，加之化學(xué)磷肥的不斷投入，長此以往必然會導(dǎo)致菜地碳磷比失衡。而碳是PSMs 生命活動必需的物質(zhì)，碳磷比失衡勢必會影響PSMs 的活性。因此今后我們可以通過施用高碳有機(jī)肥來優(yōu)化菜地土壤碳磷比，從而使得PSMs 能夠更好地發(fā)揮其活化土壤磷素的功能。