导读
成土作用早期磷（P）由矿物活化释放和形态转化主要受微生物驱动。一方面土壤微生物通过溶解和矿化分别从矿物P和有机磷（Po）释放出生物有效磷（bio-P）；另一方面土壤微生物吸收同化bio-P，从而合成Po，导致bio-P的固定。这一驱动过程对土壤形成和肥力提升有重要意义。本研究基于螺沟冰川最新退缩区的早期成土阶段，用模拟土壤（去除土壤Po）和天然土壤的提取物进行了一系列的培养实验，旨在确定成土作用早期岩石中磷释放和bio-P的提升的微生物机制，以及Po的微生物稳定和累积作用。
实验结果表明，在3个对照处理中(即 Ⅰ、CN +灭菌土壤提取物，Ⅱ、
土壤提取物，Ⅲ、灭菌土壤提取物)，稳定Po和总Po均低于检测限，而C、N输入促进了Po的微生物合成(图1)。
▲图1 不同处理条件下生物有效磷、稳定态磷和总有机磷浓度（来源：ScienceDirect）
在氮主导C/N变化的添加实验中，总Po和稳定Po均显著累积，bio-P 随C/N增加而下降（图2）。在控制处理中，没有检测到碱性磷酸酶（ALP）活性，而在C、N添加处理中ALP随C/N增加而下降。总磷脂脂肪酸（PLFAs）和PLFAs中磷的含量均随C/N增加而下降。在碳主导C/N变化的添加实验中，同样发现总Po和稳定Po显著积累，但bio-P 随C/N增加而上升（图2）。ALP活性、总PLFAs和PLFAs中磷含量均随C/N增加而上升。
▲图2 碳、氮主导C/N变化的添加实验中磷组分浓度（a）、恒定3.6 g/kg碳添加；b)、恒定84mg/kg氮添加（来源：ScienceDirect）
C/N恒定为10,50和250的CN添加实验显示，CN高添加量条件下总Po和稳定Po低于低CN量添加，但bio-P高CN添加量条件下较高。ALP、总PLFAs 和PLFAs磷在CN高添加量条件下较高。
▲图3 微生物释放有效磷的概念模型图（来源：ScienceDirect）
碳氮梯度的培养实验表明，添加C和N会导致成土作用早期稳定Po和总Po的积累。稳定态Po的检出，表明并非所有微生物生物量P都能被降解，这改变了对微生物量P的传统认识。不管C/N比率如何，高CN添加量总是导致较低的总Po积累、较高的bio-P释放和较高的磷酸酶活性。
微生物合成Po贡献于土壤稳定Po库，微生物对矿物磷的溶解释放和对死亡微生物释放的有机磷的矿化，提供了早期成土阶段bio-P，这两个过程呈现为两种驱动模式：C驱动模式钟微生物吸收C合成有机酸，溶解岩石中的P；N驱动模式中微生物合成磷酸酶，矿化有机P（图3）。[1] Sun, H.Y., Wu, Y.H., Zhou, J., Bing, H.J., 2017. Incubation
experiment demonstrates effects of carbon and nitrogen on microbial
phosphate-solubilizing function. Science China Life Sciences 60, 436–438.
[2] Sun, H., Wu, Y., Zhou, J., Bing, H., Chen, Y., Li, N., 2020.
Labile fractions of soil nutrients shape the distribution of bacterial
communities towards phosphorus recycling systems over elevation
[3] Zhou, J., Wu, Y., Turner, B.L., Sun, H., Wang, J., Bing, H., Luo,
J., He, X., Zhu, H., He, Q., 2019. Transformation of soil organic phosphorus
along the Hailuogou post-glacial chronosequence, southeastern edge of the
Tibetan Plateau. Geoderma 352, 414–421.
[4] Wang
Jipeng, Wu Yanhong, Zhou Jun, Bing Haijian, Sun Hongyang, He Qingqing, Li
Jingji, Wolfgang Wilcke. Soil microbes become a major pool of biological phosphorus
during the early stage of soil development with little evidence of competition
for phosphorus with plants. Plant Soil, 2020, 446: 259-274
[5] Nuria Basdediós, Zhilin Zhong, Yanhong Wu, Wolfgang Wilcke.Initial carbonate weathering is linked with vegetation development
along a 127-year glacial retreat chronosequence in the subtropical high
mountainous Hailuogou region (SW China).Plant and Soil, 2022，471：609–628
吴艳宏，研究员，中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，Email: yhwu@imde.ac.cn
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