富磷土壤聚磷放线菌与常见植物的相互作用及其生态环境效应

Construction of the effective biotic community maximizing soil phosphorus immobilization in situ and interception is both environmentally and ecologically important scientific problem for non-point source pollutions control in phosphorus-rich soil. Study of interactions of plants and soil microbes and their ecological environment effects is the main breakthrough point for soil phosphorus immobilization and interception. However, the relative effect of soil phosphorus-immobilization actinomycete isolated from phosphorus-rich soil in system of plant and soil is still unclear. In order to understand interactions between phosphorus-immobilization actinomycete and plants and their effects, the greenhouse pot experiment and field-experiment will be conducted in two types of phosphorus-rich soils to investigate the interactions between phosphorus-immobilization actinomycete and four common plants (Erianthus rufipilus, Coriaria nepalensis, Vetiveria zizanioides, Eupatorium Adenophorum) and the influence on characteristics of phosphorus transformation and loss in rhizosphere and unrooted bulk soil. This project may provide theoretical guidance and data support to ecological restoration of degraded mountain area in phosphorus mineral region and construction of the effective biotic community for non-point source pollutions control in agriculture phosphorus-rich soil, and form the characteristic in ecological restoration field.

构建有效的生物群落实现土壤磷素的原位固定与截留是富磷土壤面源污染防控最主要的科学问题。植物与土壤微生物的相互关系及其生态环境效应是实现富磷土壤磷素固定与截留的主要切入点。但前期筛选出的土壤高效聚磷放线菌在土壤-植物系统中的作用及其相对贡献还不清楚。为了认识和揭示聚磷放线菌-植物之间的相互关系及其生态环境效应，本项目采用温室盆栽试验与野外试验相结合的方法，通过分析不同类型富磷土壤条件下，聚磷放线菌与当地常见植物蔗茅、马桑、紫茎泽兰及香根草之间的相互作用及聚磷放线菌-植物系统对植物根际与非根际土壤磷素转化、流失等特征的影响，揭示聚磷放线菌、植物及其组合在不同类型富磷土壤中的生态环境效应及其差异。本研究将为磷矿退化山区的生态修复、农田面源污染防控生物群落的构建提供理论指导和数据支撑，在富磷土壤的生态修复研究领域形成特色。

为了认识和揭示聚磷放线菌-植物之间的相互关系及其生态环境效应，本项目通过分析富磷土壤条件下聚磷放线菌与植物之间的相互作用及聚磷放线菌-植物系统对土壤磷素循环特征的影响，揭示聚磷放线菌、植物及其组合在富磷土壤中的生态环境效应及其差异。研究结果表明：（1）滇池流域富磷区具有较高的土壤磷素背景值，富磷山区林地及农业坝平地是污染物磷素输移的主要来源；（2）富磷区土壤中磷素主要组分以occluded–P及 intermediate-P为主要成分，植物可以显著影响土壤中的无机磷素组分，并且总磷、labile-P及 intermediate-P随时间变化显著；其中入侵物种紫荆泽兰对labile-P 及有机磷具有较高的正根际效应，但对intermediate-P具有明显的负根际效应；（3）聚磷放线菌添加后，富磷土壤中Al-P含量和可溶性TP含量显著降低；而有效磷含量显著增加了38.23%，土壤多糖含量显著增加; 土壤pH值显著降低；（4）富磷条件下聚磷放线菌添加显著提高了植物的最大净光合速率和蒸腾速率，并且聚磷放线菌添加后显著增强了植物的蔗糖磷酸合成酶（SPS）、硝酸还原酶（NR）、酸性磷酸酶（ACP）活力。在生物量上，总体表现为放线菌添加后植物生物量显著增加；（5）统计分析表明植物在控制土壤磷素过程中的相对作用要高于聚磷放线菌。植物的种植可显著减低磷素流失，但对于富磷农田土壤而言，添加聚磷放线菌对磷素降低无显著影响。综上所述，添加聚磷放线菌后，一方面影响土壤理化性质特别是土壤磷素形态；另一方面可以通过影响植物体内光合及生理生化过程，改善植物营养状况及抵御胁迫的能力，进而促进植物生物量的增加。植物生物量的增加、土壤养分及结构的改善相互作用从而降低富磷土壤磷素的流失风险，对富磷退化山区的生态修复及磷素防控具有一定的指导意义。