Effect of Biochar Immobilized Raoultella Ornithinolytica on the Availability of Phosphorus and Potassium in Purplish Soil
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摘要: 筛选能为解鸟氨酸拉乌尔菌（Raoultella ornithinolytica，Ro）提供适宜生存空间的生物炭，探讨固定Ro的生物炭对不同性质紫色土磷（P）钾（K）有效性的影响。采用限氧裂解法分别在不同温度（300 ℃、500 ℃和700 ℃）和原材料下（玉米秆、小麦秆和稻壳）制备生物炭。利用噻唑蓝（MTT）比色法筛选固定载体，通过傅立叶变换衰减全反射红外光谱法（ATR-FTIR）表征其性能和结构；采用室内土培试验探讨单施生物炭（BC）、Ro及固定Ro的生物炭（Ro-BC）对不同性质紫色土速效磷钾的影响。MTT结果表明，以热解温度500 ℃的玉米秸秆炭（MSC500）为最佳载体；红外光谱结果显示，500 ℃玉米秸秆炭表面官能团的C=C和－OH的伸缩振动峰较明显，C－O－C键伸缩振动峰加宽变深；室内培养试验表明，施入Ro和Ro-BC均可显著提高酸性、中性和石灰性紫色土速效磷、速效钾含量和细菌数量。以Ro-BC对土壤速效磷和细菌数量的提升效果最好，提升效果分别达61.1% ~ 276.3%和22.8% ~ 82.5%。但培养至168 h时，速效磷出现下降趋势；对速效钾而言，酸性紫色土以Ro处理对其提升效果最好（46.3%），中性和石灰性紫色土则以Ro-BC处理提升效果最好（29.8%和71.23%），针对不同Ro筛选适宜的固定载体可提高Ro菌株活性，改善土壤微环境，进而有助于提高土壤磷钾有效性。Abstract: In order to screen the biochar (BC) that can provide suitable living space for Raoultella ornithinolytica (Ro), a series of biochar carriers were obtained by maize straw (MSC), wheat straw (WSC) and rice husk (RHC) under the oxygen limited conditions by 300 ℃, 500 ℃ and 700 ℃, respectively. The effects of BC, Ro and Ro-BC on the availability of P and K in purplish soil were explored by lab-incubation with the carriers by MTT colorimetric method and ATR-FTIR method. The results showed that MSC500 was the best carrier for Ro with an obvious stretching vibration peak by the functional groups of C = C and —OH, and the stretching vibration peak of C—O—C bond was widened and deepened as well. Moreover, the application of Ro and Ro-BC significantly improved the bacteria quantity and the availability of P and K in different purplish soils. Compared with the control, Ro-BC had the best effect on the bacteria quantity and Olsen-P, which increased by 61.1% ~ 276.3% and 22.8% ~ 82.5%, respectively. However, the Olsen-P was decreased after 168h incubated. For available K, the application of Ro had the best effect on acid purplish soil (increasing by 46.3%), while the application of Ro-BC had the best effect on the neutral and calcareous purplish soils (increasing by 29.8 % and 71.23 %, respectively). In general, suitable immobilized materials for different Ro could increase the activities of Ro strains, improving soil microenvironment to promote the availability of soil P and K.
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土壤磷（P）、钾（K）是植物生长发育过程中所必须的矿质营养元素，在提高作物产量和品质等方面发挥着重要作用[1-2]。作为磷、钾肥消费大国，我国年均磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）用量约为2024万 t和2640万 t[3] 。然而，施入土壤后的磷肥一方面在土壤的固持等作用下会转变为作物难以利用的固定形态，导致作物对施入磷肥的当季利用率仅有15% ~ 20%[4-6]；另一方面过量的磷肥施用会导致磷的流失产生水体富营养化等一系列环境问题[7]。我国钾矿资源的匮乏以及传统重氮磷肥和轻钾肥的施肥习惯导致了钾肥用量不高，从而导致土壤有效钾亏缺并成为提升作物产量和品质中的一个重要制约因素[8-10]。土壤本身是蕴含着丰富的钾素，但90% ~ 98%存在于难溶性硅酸盐矿物中，如何将土壤中难溶性磷和结构态钾转变成植物可吸收利用的有效磷钾是提升土壤生产力和保障国家粮食稳定供给的关键所在。
在土壤中存在着一类能将难溶的磷、钾元素分解转化为可供植物直接吸收利用养分的有益微生物，被称为植物根际促生细菌（Plant Growth Promoting Rhizobacteria，PGPR），它在植物根际中定殖，通过释放有机酸来促进难溶态养分的溶解；并分泌酶和抗生素等，从而起到防治植物病害和提高植物对环境胁迫抗性的作用[11-12]。近年来，陆续有学者从水稻[13]、番茄[14]和高寒草甸[15]等植物的根际分离筛选了多株PGPR菌株，其中，常见种群主要包括芽孢杆菌属（Bacillus）、假单胞菌属（Pseudomonas）、克雷伯氏菌属（klebsiella）和肠杆菌属（Enterobacter）等[16-18]。然而，由于养分来源短缺和土著微生物的优势竞争等因素影响，直接将PGPR添加至土壤中会导致其大量死亡[19]。因此，部分研究将微生物固定到具有较大比表面积、高孔隙度和丰富官能团的生物炭材料上以提升其存活率[20-22]。然而不同原料、热解温度和用量的生物炭对微生物的促生效应存在差异，如Liu等[23]研究发现，与来源于玉米芯、稻壳和竹子的生物炭相比，由玉米秸秆制成的生物炭更有利于刺激钾溶性粘杆菌活性；Zhang等[24]认为高热解温度下制成的生物炭对微生物数量具有负面影响。因此，针对不同的PGPR种群，需筛选不同生产条件下的生物炭以促进该菌株的存活率和活性。
紫色土是广泛分布于我国西南片区的土壤[25]，受母质遗留因素影响，紫色土本身磷钾含量较为丰富[26-27]。但因土壤环境的异质性，使得该土壤中的磷、钾素受到不同程度的淋失和耗竭，以致土壤速效磷和速效钾含量较低[28-29]。本研究以对紫色土具有较强溶磷解钾能力的解鸟氨酸拉乌尔菌（Raoultella ornithinolytica，Ro）作为固定菌株，立足于筛选不同性质的生物质炭，以制备出最优固定Ro的生物炭复合材料，探讨其影响不同性质紫色土磷钾有效性的部分机理，以期为生物炭固定微生物在实际生产与运用中提供一定的理论依据。
1. 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 菌种
本实验菌种Ro从植物根际酸性紫色土中分离获得，经鉴定为解鸟氨酸拉乌尔菌。
1.1.2 培养基
Luria-Bertani培养基：氯化钠10 g，胰蛋白胨10 g，酵母提取物5 g，去离子水1 L，pH 7.0 ~ 7.5；牛肉膏培养基：牛肉膏 3 g，氯化钠 5 g，蛋白胨 10 g，琼脂18 ~ 25 g，去离子水1 L，pH 7.4 ~ 7.6。
1.1.3 土样
于四川省雅安市雨城区农田采集的酸性、中性和石灰性紫色土，其基本理化性状见表1。
表 1 土壤基本理化性质Table 1. Basic physical and chemical properties of soil紫色土
Purplish soil酸碱值
pH有机质
Organic matter
（g kg−1）全磷
Total phosphorus
(g kg−1)速效磷
Available
phosphorus
（mg kg−1）全钾
Total
potassium
(g kg−1)速效钾
Available
potassium
（mg kg−1）缓效钾
Slowly available
potassium
（mg kg−1）酸性 4.08 19.77 0.19 3.69 7.25 31.09 128.66 中性 6.90 35.16 0.71 20.89 16.84 158.05 495.05 石灰性 8.56 21.64 0.82 9.01 21.39 130.67 296.34 1.1.4 载体材料
试验用生物炭原材料为玉米秸秆、小麦秸秆和稻壳。
1.2 方法
1.2.1 生物炭的制备
将玉米秸秆、小麦秸秆和稻壳三种原材料去除大颗粒杂质后，经风干、粉碎过2 mm筛备用，将材料放置于马弗炉内，采用限氧裂解法以15 ℃ min−1分别热解升温至300、500、700 ℃并热解1 h，保温3 h，随后计算热解前后产率和灰分含量。样品经冷却后以0.5 mol L−1的盐酸溶液淋洗，并反复用去离子水润洗至中性即得到300 ℃、500 ℃和700 ℃热解的玉米秸秆炭（MSC）、小麦秸秆炭（WSC）和稻壳炭（RHC），烘干过100目筛备用。
1.2.2 固定Ro的复合材料的制备及最佳载体的筛选
将不同材料来源及热解温度的生物炭按1%的添加量加入牛肉膏培养基，121 ℃灭菌15 min，按照5%接种量接入Ro的种子液（1*108 cfu m−1），以30 ℃、180 r min−1培养过夜。培养液经磷酸盐缓冲液反复洗涤并离心，冷冻干燥后即为固定Ro的生物炭复合材料，于4 ℃保存备用。分别取300 ℃、500 ℃和700 ℃热解的MSC、WSC和RHC固定Ro的复合材料于无菌水中振荡至混匀，并调整OD600值为1，采用噻唑蓝（MTT）法[30]测定滤液在OD510的吸光值，从而间接反映细胞存活情况，以筛选出负载该目的菌株的最佳生物炭载体。
1.2.3 生物炭固定Ro复合材料表征
本研究利用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）（Thermo Scientific，Waltham，MA，USA）观察生物炭固定Ro复合材料官能团的变化。取固定Ro的生物炭复合材料与溴化钾按1∶1000混合，充分研磨后压片，于波数范围4000 ~ 400 cm−1内扫描64次并叠加，以获取复合材料官能团的伸缩振动和弯曲振动情况。
1.2.4 室内培养
将采自雅安老板山农田的400 g三种不同性质紫色土风干土装入6 cm × 14 cm PVC杯，试验共设置：CK（加等量空白无菌水）、Ro、BC（1% w/w生物炭[31]）和Ro-BC（1% w/w生物炭固定化Ro）4个处理，每组均为 3 个重复。用保鲜膜封住杯口并扎洞，于28 ℃培养24 h、48 h、72 h、108 h、168 h、264 h和408 h取样。
1.2.5 土壤样品采集及测定方法
将一部分采集土样经风干过2 mm筛后备用，其中土壤速效钾按 10∶1 水土比用 1.0 mol L−1 中性 NH4OAc 浸提，火焰光度法测定；酸性土壤速效磷采用0.025 mol L−1 HCL和0.03 mol L−1 NH4F浸提，碱性土壤速效磷采用0.05 mol L−1 NaHCO3浸提，钼锑抗比色法测定；另一部分土样装入聚乙烯封口袋于4 ℃冷藏，用稀释涂布法测定土壤细菌数量。
1.3 数据分析
采用 Excel 2010 进行描述性统计，使用SPSS.22单因素法分析差异显著性和统计分析，使用 Originpro 2020 作图。
2. 结果与分析
2.1 固定Ro生物炭材料筛选及表征
2.1.1 固定Ro生物炭材料筛选
为探究不同温度和材料的生物炭对Ro细胞存活的提升效果，分析了在300、500和700 ℃热解温度下的MSC、WSC和RHC对Ro细胞存活的影响（图1）。结果表明，不同热解温度的MSC固定Ro材料的甲臜生成率均随培养时间的增加而升高。截至24 h，以MSC500对甲臜的提升更为显著，较MSC300和MSC700的分别增加了52%和31.2%。不同热解温度的WSC固定Ro材料甲臜变化规律较MSC略有不同。WSC300和WSC500的细胞数量均随着培养时间的增加而升高，以WSC 500培养至24 h对细胞数量的促进效果更为显著，较同一时间下的300 ℃和700 ℃分别高出22.6%和58.3%。WSC700的生物炭则在培养至24 h后略有降低，细胞降低的数量较12 h并不显著（P > 0.05）。RHC固定Ro材料生成甲臜数量介于前两者之间。三种热解温度的RHC在不同培养时间均呈现逐渐增加的趋势，不同的是以RHC700在12 h以后对细胞数量的提升效果不显著（P > 0.05）。不同性质生物炭以MSC为原材料的载体促进Ro生成的甲臜更多，其甲臜生成率较WSC和RHC分别增加了36%和147 %。虽然以稻壳为原材料的生物炭也表现出对细胞的吸附能力，但MSC500更能促进Ro的存活，因此室内培养研究均采用MSC500。
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图 1 不同来源及热解温度生物炭对Ro菌株细胞生长的影响同小写字母表示同一温度不同时间下Ro细胞甲臜生成数量差异显著（P < 0.05）。Figure 1. Effects of biochars from various sources with different pyrolysis temperatures on the cell growth of Ro strain2.1.2 固定Ro生物炭材料表征
根据ATR-FTIR光谱中特征衍射峰的变化探究了三种热解温度下制备的MSC、WSC和RHC固定前后的官能团变化特征（图2）。结果表明，不同热解温度下的RHC含有丰富的官能团结构，包含了羟基O－H（3397 cm−1）、多环芳烃C=C（1695 cm−1）和炔烃C≡C（2079 cm−1）的伸缩振动，以及木质纤维素等高分子聚合物C－O－C（1075 cm−1）的振动吸收峰、碳酸盐中的C=H伸缩振动以及芳香性－CH（799 cm−1）外弯曲振动。随着热解温度升高，部分RHC的表面官能团有不同程度减弱，以C－O－C键的减弱最为明显。固定Ro后的RHC较固定前，未显著增加官能团的伸缩振动，随着热解温度升高，C－O－C键的吸收峰增强，芳香化程度逐渐增加。
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图 2 固定Ro前后生物炭材料全衰减反射红外光谱图虚线表示原始生物炭材料，实线表示固定Ro的生物炭复合材料Figure 2. ATR-FTIR spectra of biochar materials before and after fixing RoMSC复合材料存在不同程度的强度变化、位移变化以及数量变化的趋势，主要在3700、3410、2366、2056、1612-1400和1099 cm−1等处有较明显吸收峰，这一现象与WSC复合材料类似。MSC复合材料在500 ℃时，表面的C=C键和－OH键等较其余温度多，表面高分子聚合物未完全分解，相比WSC多了芳香性－CH（799 cm−1）外弯曲振动。随着热解温度升高，MSC表面的羟基－OH和芳香化程度先增高后减弱；固定后材料的羧酸O－H和炔烃C≡C伸缩振动峰稍有增强，且在1654 ~ 1075 cm−1的多环芳烃C=C和脂肪族C－O－C随热解温度升高而增强，部分官能团有明显减弱，其中以含氧官能团－COOH和－OH的吸收峰减弱最为明显，脱水现象严重。
2.2 固定Ro的生物炭材料对土壤磷钾有效性的影响
2.2.1 固定Ro生物炭材料对土壤速效磷的提升效果
Ro及其Ro-BC的施入均能提升三种紫色土速效磷（O-P）含量（图3）。截止第408 h，以施入Ro-BC对酸性紫色土O-P提升效果最好，提升率达到276.3%，另外对中性和石灰性紫色土提升效果分别达到92.5%和61.1%。在24 ~ 168 h时，Ro和Ro-BC处理下的酸性土O-P含量逐渐上升，168 h相比24 h分别增加8.6 mg kg−1和14.29 mg kg−1，随后缓慢下降，可能存在部分有效磷被固定，而后在408 h时较CK分别显著高出3.24 mg kg−1和9.81 mg kg−1。
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图 3 固定Ro生物炭对紫色土速效磷的影响Figure 3. Effects of biochar immobilized Ro materials on the available phosphorus in purplish soil中性紫色土中O-P的初始含量显著高于酸性紫色土（P < 0.05）。第24 h，各处理下的O-P含量比较差异不显著（P > 0.05）。截至72 h，以Ro处理下的O-P含量提升最快，其次是Ro-BC，分别较CK提升了74.1%和43.2%，随着培养时间延长到408 h，两个处理又较CK分别显著提升了72.7%和92.5%（P < 0.05）。石灰性紫色土的原始O-P含量较中性土低11.86 mg kg−1，各处理下的含量变化分两个阶段，到24 h，仅有Ro-BC处理较CK显著高出30.3%，48 ~ 108 h之间，BC、Ro和Ro-BC分别较CK高出46.1%、50.7%和147.5%。到408 h时，Ro-BC处理下的O-P含量略有下降但仍高出CK的61.1%。酸性、中性和石灰性紫色土中，均以施Ro-BC对O-P的提升效果为最好，提升分别达到276.3%、92.48%和61.1%。
2.2.2 固定Ro生物炭材料对土壤速效钾的提升效果
BC、Ro及两者的协同施入均会提升三种紫色土中速效钾（AK）含量（图4）。第24 h时，BC、Ro和Ro-BC处理下的酸性土AK含量相比CK分别显著提高了6.5%、14.5%和23.3%（P < 0.05）；随培养时间延长，BC和Ro处理下AK含量呈现逐渐增加趋势，在第408 h时其AK含量分别达41.21 mg kg−1和45.53 mg kg−1，比24 h时提升了24.6%和28%。Ro-BC处理下AK含量则先显著增加，在第72 h时达到最高值（46.23 mg kg−1），随后逐渐降低，在培养至408 h时其含量达到38.81 mg kg−1，仅为BC和Ro处理的94.2%和85.2%，但仍比CK处理提升了24.7%。
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图 4 固定Ro生物炭材料对紫色土速效钾的影响Figure 4. Effects of biochar immobilized Ro materials on the available potassium in Purplish soil中性紫色土中AK的初始含量显著高于酸性紫色土（P < 0.05）。Ro和Ro-BC处理在第24 h时，AK含量分别比CK显著增加了9%和28.8%。当培养时间延长，BC和Ro处理的AK含量逐渐递增，而Ro-BC处理使得AK含量变化呈现波动态势。到408 h时，Ro-BC处理下的AK含量达到209.39 mg kg−1，相比CK、BC和Ro处理分别提升了29.2%、20.1%和9.2%。不同时间下，各处理下中性土AK含量高低顺序为：Ro-BC > Ro > BC > CK；石灰性紫色土的AK含量比中性土低27.3 mg kg−1，各处理下的含量变化趋势与中性土相近。随着培养时间达到408 h，Ro-BC处理下的石灰性土壤AK含量较CK、BC和Ro分别高出94.62 mg kg−1、83.16 mg kg−1和75.36 mg kg−1。三种紫色土中，酸性紫色土以单施Ro对AK提升效果最好，提升幅度达到46.3%；中性和石灰性紫色土以Ro和BC协同施用提升效果最好，提升幅度分别达到29.8%和71.23%。
2.2.3 生物炭固定化Ro对土壤细菌数量的影响
单施Ro及其与BC的协同施入均显著增加了三种紫色土中的细菌数量（P < 0.05），随着培养时间的延长，Ro处理下的细菌数量逐渐降低，Ro-BC处理下细菌的定殖规律则呈现先迅速增长，后快速降低的趋势（图5）。在酸性紫色土中，Ro-BC处理下土壤中细菌总数在培养第108 h时达到了3.67*107 cfu g−1，相比同一时间在BC和Ro处理下其总数分别增加了3.60*107 cfu g−1和2.23*107 cfu g-1。培养第408 h时，Ro-BC处理下的细菌总数降至5.7*106 cfu g−1，但相比CK、BC和Ro仍分别高出1225.3%、570.6%和140.9%。
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图 5 生物炭固定化Ro对土壤细菌数量的影响酸性紫色土细菌数量表示为105 Cfu g−1；中性和石灰性紫色土表示为106 Cfu g−1Figure 5. Effects of biochar immobilized Ro materials on the quantity of soil bacteria中性紫色土室内培养结果表明，在培养时间达到108 h时，Ro-BC处理下的细菌数量相比24 h提升了17.5%，截至408 h，各处理间的结果仍为Ro-BC最高，相较于CK、BC和Ro分别提升了8*107 cfu g−1、8*107 cfu g−1和7.1*106 cfu g−1。培养至24 h时的石灰性紫色土中细菌数量相较于酸性和中性，在Ro-BC处理下分别多出1.7*108 cfu g−1和3.8*106cfu g−1，但在培养至72 h便达到峰值，相较于同一时间的Ro增加了1.8*108 cfu g−1，随着培养时间达到408 h，其数量迅速降到2*107 cfu g−1，与Ro处理下的数量接近，但仍比CK处理高了1.8*107 cfu g−1。三种紫色土中，酸性紫色土以单施Ro对细菌数量提升效果最好，提升达到46.3%；中性和石灰性紫色土以Ro和BC协同施用提升效果最好，提升分别达到29.8%和71.23%。
3. 讨论
3.1 不同原材料及裂解温度生物炭对Ro固定性能的影响
筛选出不同材料来源和热解温度的生物炭固定载体，是增加不同生境下微生物存活率的手段之一[23]。本研究以成本低廉的农用废弃物为对象，探究了不同来源和热解温度的生物炭对提升Ro存活率和负载度的影响，确定了最优固定Ro的原材料为MSC，最适宜热解温度为500 ℃。当裂解温度为300 ~ 500 ℃时，生物炭呈现出富碳、比表面积、孔体积较高以及吸附性能最优的效果，能为微生物提供良好的栖息场所和稳定的养分供给[32]；当热解温度高于500 ℃时，其中的纤维素、木质素等物质会降解为高度芳香化结构[33]，生物炭的碳骨架结构和孔隙形状逐渐遭到破坏，进而影响了微生物在孔隙中的存活[34]。而500 ℃下裂解的生物质炭，其中的芳香烃类物质、比表面积和孔隙结构均较高[35-36]，这一说法印证了本研究的结论，也与黄华[37]的结论相似。根据ATR-FTIR的观察结果看（图2），三种生物炭在300 ~ 500 ℃下均存在－OH键、C=C键和－CH键等的伸缩振动，随着热解温度的升高，固定前与固定后的复合材料表明官能团均存在不同程度减弱，但700 ℃的生物炭表面官能团却在C=C键和C－O－C键有明显增强，其中的芳香碳结构组分增加。固定前后的MSC相较WSC和RHC的图谱更丰富且稳定，MSC500复合材料表面的C=C键和－OH键等较其余温度多，且1099 cm−1处的伸缩振动峰变宽变深，表明此时的MSC表面还未完全脱水，木质素、纤维素等高分子聚合物还未完全分解，这也与刘玉玲等[38]的研究结论较为一致。
3.2 MSC固定化Ro对土壤磷、钾有效性的影响
生物炭配施微生物菌剂后能显著减缓土壤养分的淋失、固定并适当增加土壤养分含量[39]。室内培养结果表明，单施Ro与施用生物炭固定Ro复合材料均对紫色土的O-P和AK有显著提升。在酸性、中性和石灰性紫色土中，均以施Ro-BC对O-P的提升效果为最好，提升分别达到276.3%、92.48%和61.1%，这是因为单施生物炭在环境中不易被直接分解，24 h对土壤养分的增加作用不显著[36]；同时已有研究表明生物炭的配施助其微孔隙结构为微生物的生存提供了适宜的空间和各类养分[40]。本研究直接将菌株固定于生物炭，这进一步提高了细菌的活性、并促进了生物炭养分的释放和难溶态养分的溶解[41]，因此极大地提升了对于土壤有效磷钾提升效果。然而，在没有外部养分消耗的前提下，可能是土壤磷钾在循环过程中产生的固定[42-43]，导致培养后期不同类型O-P和AK含量出现不同程度下降，这与李寿田等[44]研究结果类似，外源磷肥施入不同土壤，以酸性土壤在24 h的磷固定量最大，而磷素在碱性土壤中固定量少于前者。单施Ro对酸性紫色土的AK提升效果最好，提升幅度为46.3%，但对石灰性紫色土AK仅提升了15.4%，低于Beheshti等[1]研究中单施溶磷菌对石灰性土壤O-P的提升效果30.6%，这可能是因为该菌株更适合在pH较低的环境中存活，陈易等[45]研究认为具有紫色土亲和性的功能菌与特定紫色土搭配能取得良好效果，因此，针对不同类型紫色土，需添加更具亲和性的菌株以促进效用的发挥。本文结果中，尽管Ro-BC复合材料的施入在三种性质紫色土中也存在养分固定行为，但相比单施BC处理，O-P和AK下降程度较弱；相比单施Ro处理，其对土壤磷素和钾素影响程度更深，这与Wu等[46]的研究结论一致，因此，Ro-BC复合材料更适于与紫色土区域土壤磷钾有效性的提升。
3.3 MSC固定化Ro对土壤细菌数量的影响
相较于在土壤中单独施加微生物，经载体固定后能显著提升微生物的存活率和活性[47]。本文以MSC500的施入对显著提高细菌负载数量为最优，李明等[41]研究也得出MSC500对细菌数量的提升优于其余温度，这是因为低温制备的生物炭会随着温度的升高而增加其管状孔隙，进而提升了细菌的存活率[32-33]。不同处理中以单施Ro对酸性紫色土细菌数量提升效果最好，中性和石灰性紫色土则以Ro-BC复合材料的施入提升效果更好，提升顺序为石灰性 > 酸性 > 中性。单施Ro对石灰性和中性土壤的细菌数量提升效果较弱，这可能是因为该菌株筛选自酸性紫色土，因而对酸性紫色土适应性最好。但在中性和石灰性紫色土中，具有高孔隙度和丰富官能团的生物炭提升了Ro的环境适应性[21]，因而Ro-BC复合材料的施入对石灰性和中性土壤的细菌数量提升效果最佳。对比Ro在三种土壤中的存活情况和作用，我们认为应将具有相应土壤亲和性的微生物与之匹配，最大程度化利用其功能，而对于环境差异较大的土壤，则需要添加适当载体以广泛应用。
4. 结论
本研究以生物炭为目标载体，探究了不同来源、热解温度的生物炭对提升Ro存活率的影响，确定了最优固定本Ro原材料为MSC500。室内培养结果表明，Ro-BC复合材料的施用可以显著提高酸性、中性和石灰性紫色土速效磷和速效钾含量，在培养后期会出现各处理之下土壤有效磷、钾被固定的问题，因此，需要进一步做作物种植试验以探究生物炭固定化细菌对土壤速效磷和速效钾长期和短期下的效应。
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图 1 不同来源及热解温度生物炭对Ro菌株细胞生长的影响
同小写字母表示同一温度不同时间下Ro细胞甲臜生成数量差异显著（P < 0.05）。
Figure 1. Effects of biochars from various sources with different pyrolysis temperatures on the cell growth of Ro strain
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图 2 固定Ro前后生物炭材料全衰减反射红外光谱图
虚线表示原始生物炭材料，实线表示固定Ro的生物炭复合材料
Figure 2. ATR-FTIR spectra of biochar materials before and after fixing Ro
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图 3 固定Ro生物炭对紫色土速效磷的影响
Figure 3. Effects of biochar immobilized Ro materials on the available phosphorus in purplish soil
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图 4 固定Ro生物炭材料对紫色土速效钾的影响
Figure 4. Effects of biochar immobilized Ro materials on the available potassium in Purplish soil
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图 5 生物炭固定化Ro对土壤细菌数量的影响
酸性紫色土细菌数量表示为105 Cfu g−1；中性和石灰性紫色土表示为106 Cfu g−1
Figure 5. Effects of biochar immobilized Ro materials on the quantity of soil bacteria
表 1 土壤基本理化性质
Table 1 Basic physical and chemical properties of soil
紫色土
Purplish soil酸碱值
pH有机质
Organic matter
（g kg−1）全磷
Total phosphorus
(g kg−1)速效磷
Available
phosphorus
（mg kg−1）全钾
Total
potassium
(g kg−1)速效钾
Available
potassium
（mg kg−1）缓效钾
Slowly available
potassium
（mg kg−1）酸性 4.08 19.77 0.19 3.69 7.25 31.09 128.66 中性 6.90 35.16 0.71 20.89 16.84 158.05 495.05 石灰性 8.56 21.64 0.82 9.01 21.39 130.67 296.34 
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百度学术
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