生物炭和叢枝菌根真菌協(xié)同促進稻田土壤有機磷向無機磷的轉化和水稻磷素吸收

摘要： 【目的】明確生物炭和叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi， AMF） 及其協(xié)同作用對土壤磷素賦存形態(tài)和水稻磷吸收的影響，為提高稻田土壤磷素有效性提供科學依據(jù)?！痉椒ā克荆∣ryza sativa L.） 盆栽試驗在溫室內進行，以正常施肥管理為對照（CK），在此基礎上設置接種AMF 處理 （A）、施用生物炭處理（10 g/kg 土，B）、同時接種AMF 和施用生物炭處理（10 g/kg 土，AB）。水稻收獲時采樣測定土壤pH、電導率（EC）、微生物生物量、磷酸酶活性以及不同形態(tài)磷的含量，分析了水稻根系菌根浸染率。【結果】與CK 處理相比，生物炭、接種AMF 及其聯(lián)合添加處理（AB） 土壤pH 值分別顯著增加了0.16、0.17 和0.23 個單位；生物炭處理土壤EC 增加了7.4%，而接種AMF 處理降低了6.4%；AB 處理土壤微生物量碳和磷含量分別增加了39.1% 和139.7%。稻田土壤中最主要的磷素賦存形態(tài)為穩(wěn)態(tài)磷（HCl-Pi 和Res-P），占全磷的75%～77%，其次是中度活性磷（NaOH-Pi 和NaOH-Po），占全磷的16%～18%，而活性磷（H2O-P、NaHCO3-Po 和NaHCO3-Pi） 含量僅占全磷的7%～8%。生物炭、接種AMF 及二者聯(lián)合添加處理（AB） 顯著增加了土壤活性磷和中度活性磷中無機態(tài)磷組分（H2O-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi） 的含量，降低了有機態(tài)磷組分（NaHCO3-Po、NaOH-Po） 含量，且AB 處理對活性和中度活性無機磷組分的提升幅度顯著高于接種AMF 處理。與CK 相比，生物炭、接種AMF 及AB 處理均顯著增加了土壤酸性磷酸酶和堿性磷酸酶活性（Plt;0.05），AB 處理的增幅最高，分別為25.1% 和25.5%，且顯著高于單獨接種AMF 處理。AB 處理顯著增加了水稻根系菌絲和叢枝侵染率，較接種AMF 處理分別增加了7.04 （Plt;0.001） 和2.37 （Plt;0.05） 個百分點。生物炭和接種AMF 處理對水稻地上部和地下部磷吸收量均無顯著影響，而AB 處理顯著增加了地下部磷吸收量，相較于CK 增加了200.0%。【結論】生物炭和AMF 聯(lián)用提高了土壤pH、酸性和堿性磷酸酶活性，促進了活性和中度活性磷中有機態(tài)磷向無機態(tài)磷的轉化，進而優(yōu)化了土壤磷素的賦存形態(tài)，提高了磷素有效性。生物炭與AMF 聯(lián)用顯著增加了水稻根系的菌絲和叢枝侵染率，促進了水稻的磷素吸收。因此，生物炭與AMF 聯(lián)用可更有效地改善土壤磷素有效性，提高水稻對磷的吸收利用。

關鍵詞： 生物炭； 叢枝菌根真菌； 土壤pH； Hedley 磷組分； 菌根侵染率； 磷吸收量

磷素在土壤中以多種形式存在，是作物所需的主要元素之一，在作物生長中起著至關重要的作用[1?2]。

磷素作為農業(yè)生產(chǎn)中重要的養(yǎng)分限制因素，其有效性直接決定了土壤肥力和作物生產(chǎn)力。土壤中的全磷含量大約為0.04%～0.1%，但97.5%～99% 的磷素不能被植物直接吸收和利用[3]。施磷是保證作物產(chǎn)量的有效措施，但過量施肥不僅浪費資源，還會引起一系列嚴重的環(huán)境問題[4]。另外，施入土壤中的磷肥大部分被鐵鋁氧化物、黏土礦物等固定，導致作物對磷肥的利用率較低[1]。因此，減少含磷化肥的施用，尋找一種有效的養(yǎng)分管理措施以優(yōu)化土壤中磷素的賦存形態(tài)，是當前綠色農業(yè)發(fā)展的重要方向。

生物炭是一種由農林廢棄物等生物質在缺氧條件下熱裂解形成的富碳產(chǎn)物[5]。生物炭大多呈堿性，具有較高的碳含量，較大的比表面積和較強的吸附能力[6?7]。近年來大量研究表明，添加生物炭可以顯著改善土壤特性，如降低土壤容重，提高土壤pH、持水能力和土壤速效養(yǎng)分含量等[8?9]。劉玉學等[10]研究表明，生物炭可以提高土壤磷素的有效性，這可能是由于生物炭提高了土壤pH，從而降低了對磷的吸附。楊彩迪等[11]發(fā)現(xiàn)，添加生物炭增加水稻土中有機質、總磷和速效磷含量。此外，生物炭獨特的物理性質也可以促進某些特定微生物的定殖和生長，這些微生物可能參與生物炭的礦化作用并促進養(yǎng)分循環(huán)[12]。因此，生物炭在提高土壤肥力和作物生產(chǎn)力方面得到了廣泛的應用[13]。

叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF） 是一種土著微生物，能夠與陸地上80% 的植物根系形成共生關系[14]。AMF 可以幫助植物從貧瘠的土壤中獲取礦物質養(yǎng)分，以交換植物光合固定的碳。由于土壤中的無機磷具有低流動性的特點，而AMF 菌絲能夠生長在根系無法到達的土壤細孔中，因此在改善植物磷酸鹽營養(yǎng)方面具有顯著的效果[15]。例如，張淑彬等[16]研究指出，在土壤添加低量磷的情況下，AMF 促進了玉米的生長發(fā)育和磷素吸收。王曉英等[17]研究發(fā)現(xiàn)接種不同的AMF 均能促進白三葉草的生長和植株中磷的含量。另外，AMF 相關的菌絲微生物組有助于從土壤螯合物或有機物中釋放固定的無機磷，其隨后可被真菌磷酸鹽轉運蛋白吸收，進而促進宿主植物的磷吸收[18]。