炭基解磷、解钾菌剂的制备及其对根际菌群的原位调控研究

Fertilizer is important to support agriculture. However, the over-use and abuse of chemical fertilizers have been aroused by the limitations and innate properties of nutrients in soil, especially the deficiency of soluble phosphorous (P) and potassium (K). To reduce the dosage of fertilizer while maintaining the efficiency is the requirements of the developments of green agriculture and green pollutant-free food. This project will take advantage of the P and K solubilizing microorganisms (PKSM) to convert the insoluble P and K to soluble P and K which can be directly utilized by the crops. The biochar will be synthesized from the agricultural straws, and the biochar will provide stable micro-environments for PKSM to grow and form biofilms, thus making a novel hybrid biochar-PKSM biofertilizer. This biochar-PKSM biofertilizer will be able to efficiently convert the P and K resources from soil, be resistant to varied soil environments, and release P and K programmably. It has a great potential to reduce the over-use and abuse of chemical fertilizers. In the meanwhile, the interactions between biotic and abiotic surfaces as well as the dynamics of biofilms on biochar will be systematically investigated. The hybrid biochar-PKSM system will also provide an inspiring platform to study the "soil-plant-microorganism" micro-ecology via in situ investigation of the the mechanisms underlying the interaction among soil, plant, soil microbiota, and biochar-PKSM biofertilizer.

我国是农业大国，化肥是重要的生产资料。然而，土壤中营养元素的限制，尤其是可溶性磷、钾的缺乏，是导致化肥过量、盲目施用的重要原因。如何在保持肥效的同时实现化肥减量化是发展生态农业及开发绿色食品的必要保障。本项目以筛选、富集高效解磷、解钾微生物为基础，利用农作物秸秆为原料制备生物炭，创新性的将解磷、解钾微生物与生物炭有机结合，研制高效、稳定并具有缓释效能的炭基解磷、解钾复合菌剂，有效转化土壤中不可被作物利用的“无效”磷、钾为可溶性磷、钾，实现土壤中“无效”磷、钾的资源化，增加磷、钾化肥肥效，减少化肥用量。本项目将以“土壤-农作物-根际菌群-炭基解磷、解钾菌剂”构成的复合体系为平台，揭示微生物与炭基间的界面作用和生物膜动态变化机制，原位解析炭基微生物菌剂与根际菌群的相互作用规律，阐明“土壤-植物-微生物”微生态体系中各因素间的作用机制，为新型微生物菌剂的可持续开发奠定基础。

我国化学肥料过量施用严重，引起了环境污染和农产品质量下降等多方面的问题。研发替代肥料，实现化肥减量对保障国家粮食、农产品和农业生态安全具有重要意义。本项目选取生物炭-解磷菌-纳米硒作为研究对象，针对其在土壤-植物根际的迁移转化及环境影响开展了系列研究，主要研究成果及结论如下：.（1）解磷微生物的筛选及其对根际微环境的调控：成功筛选到解磷微生物17株，并强化其功能。选择其中解磷效果最好的3株复配施用到土壤中后，显著提高了土壤速效磷含量。.（2）生物炭的制备：利用农业废弃秸秆作为原材料制备10种生物炭，最终确定烧制温度为300℃的玉米秸秆作为最佳炭基载体。利用绿色荧光蛋白对实验室分离出的解磷菌进行标记，最终筛选出OP-1进行炭基解磷菌剂制备实验。.（3）生物炭性能研究：用腐植酸改性生物炭凝珠强化去除抗生素：将腐植酸包覆生物炭并与壳聚糖结合制备的吸附剂对环丙沙星具有很好的吸附能力。.（4）生物炭对土壤中有机污染物迁移的影响及其对微生物群落的综合影响：生物炭可以降低土壤对四环素的吸附能力，促进四环素向深层土壤的迁移与降解，并降低四环素对土壤微生物群落的影响。.（5）研发生物纳米硒菌剂，探究其对土壤微生物群落的影响：外源硒通过影响土壤持续性自由基释放影响了土壤微生物丰度及多样性的变化，其中亚硒酸钠主要表现为毒性，纳米硒则具有促进作用。土壤微生物群落对外源硒化合物的响应滞后于外源硒在土壤中的迁移转化。.（6）纳米硒菌剂对植物的影响：适宜浓度的纳米硒和亚硒酸钠均可以促进油菜的生长和叶绿素的合成，还可提高叶片中的抗氧化酶活性，而过量的亚硒酸钠却会对上海青生长产生毒害作用。.（7）纳米硒对植物内生菌缓解镉胁迫的研究：硒可以在镉胁迫下提高油菜生物量、叶绿素含量和抗氧化酶活性，降低活性氧含量，恢复部分内生菌的多样性。