生物有机肥料能够重塑根际细菌群落，并提高复垦土壤中的作物产量

《Frontiers in Microbiology》：Bio-organic fertilizers reshape rhizosphere bacterial community and enhance crop productivity in reclaimed soil

　　生物有机肥料（BOF）中添加枯草芽孢杆菌可显著提升退化土壤水稻产量达9.6%，改善土壤酸化（pH从6.10升至6.65）、有机质（+15.7%）及有效磷钾（分别+24.5%和+14.4%）。16S测序显示BOF重塑根际菌群结构，硫氧化菌和有益植物相关菌（如Sphingomonas）富集，且与枯草芽孢杆菌呈显著正相关（R=0.82）。代谢组学揭示柠檬酸循环（1.8倍上调）和氨基酸合成（2.3倍上调）关键途径富集，表明BOF通过微生物互作与代谢调控促进养分循环。

　　
该研究聚焦于生物有机肥料（BOF）在复垦土壤中改善水稻生产及土壤质量的潜在机制。通过对比化学肥料（CF）、有机肥料（OF）和BOF（含枯草芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens）的田间试验，发现BOF处理在提升水稻产量、优化土壤理化性质及重塑根际微生物群落方面表现最为显著。具体而言，BOF处理使水稻单产提升9.6%，达到8.54吨/公顷，土壤pH从6.10提高至6.65，有机质含量增加15.7%，有效磷和有效钾分别提升24.5%和14.4%。这些改善与根际微生物群落结构的动态变化密切相关，BOF显著增强了细菌多样性（Shannon指数5.64 vs CF的5.54）并促进硫氧化菌属Sulfuricurvum及有益菌属Sphingomonas的富集。

研究通过16S rRNA测序和代谢组学技术揭示了BOF的作用机制。测序结果显示BOF处理下根际细菌多样性指数（Chao指数3742）和均匀度均优于其他两组，且形成独特的微生物群落结构。共现网络分析表明，接种的枯草芽孢杆菌与Sphingomonas等优势菌属存在显著正相关性（R=0.82，p<0.01），提示两者可能通过协同作用促进养分循环。代谢组学进一步发现BOF显著富集柠檬酸循环（1.8倍上调）和氨基酸合成代谢（2.3倍上调）相关代谢物，这些代谢通路与土壤有机质积累、氮磷钾有效性提升存在显著关联（p<0.05）。

在土壤改良方面，BOF通过双重作用机制实现：首先，有机质组分中的腐殖酸类物质有效缓冲了土壤pH，使6个月内土壤酸化程度降低（ΔpH=0.55），这为后续养分释放奠定了基础；其次，BOF中添加的枯草芽孢杆菌通过分泌胞外酶（如磷酸酶、脲酶）促进难溶磷钾的活化，结合菌体自身代谢产生的有机酸（如柠檬酸、苹果酸），形成pH微域梯度，创造更适合功能菌定殖的微环境。这种微生物-有机酸协同增效机制，在CF处理中因缺乏有机基质支撑而无法实现。

值得注意的是，BOF处理下出现了Sulfuricurvum等新近发现的硫氧化菌属。该菌属通过氧化土壤中的硫化物和硫酸盐，释放硫酸盐并促进硫酸盐还原菌的活动，形成硫循环正反馈。结合qPCR定量分析发现，BOF处理下枯草芽孢杆菌的基因拷贝数与Sulfuricurvum呈显著正相关（R=0.83，p<0.001），暗示两者可能通过硫循环代谢物的协同代谢实现功能互补。这种微生物间的功能互补性，解释了为何BOF在提升土壤养分效率方面优于单一有机或化学肥料。

研究还揭示了BOF对根际微生物功能模块的重构作用。KEGG富集分析显示，BOF处理显著增强柠檬酸循环（TCA）和氨基酸生物合成代谢，这两大通路分别对应碳氮循环的关键节点。TCA循环的激活使土壤中丙酮酸、琥珀酸等中间代谢物浓度提高2-3倍，这些代谢物可作为碳源促进固氮菌（如Sphingomonas）的生长。同时，氨基酸代谢富集与水稻根系分泌物中谷氨酰胺、天冬氨酸的浓度增加（分别提升18.7%和23.4%）密切相关，表明BOF可能通过调控根系分泌物来定向激活特定功能菌群。

在田间尺度验证方面，研究采用随机区组设计（3处理×4重复），控制总养分输入一致（N 240kg/ha，P?O? 125kg/ha，K?O 180kg/ha），避免养分干扰。监测发现BOF处理下土壤阳离子交换量（CEC）提升至63.08cmol/kg，较CF处理提高14.3%，这为维持养分有效性提供了物理屏障。此外，BOF处理土壤中有效磷（AP）含量达24.12mg/kg，显著高于OF处理的21.05mg/kg，这种差异可能源于枯草芽孢杆菌分泌的有机酸（如柠檬酸）对铝束缚磷的解蔽作用。

微生物组功能预测显示，BOF处理下根际土壤中氨基酸代谢相关代谢物（如谷氨酸、天冬氨酸）浓度与Sphingomonas丰度呈正相关（R=0.79，p<0.01），而硫代谢相关代谢物（如硫化氢、硫代硫酸盐）则与Sulfuricurvum丰度关联（R=0.76，p<0.05）。这种代谢-菌群协同进化模式，可能通过以下途径实现：枯草芽孢杆菌通过氧化有机硫化物释放硫酸盐，刺激Sulfuricurvum等硫氧化菌增殖；同时，菌体代谢产生的氨基酸作为碳氮源，促进Sphingomonas等共生菌的生长，形成互利的代谢网络。

研究局限性在于仅分析细菌群落，未涉及真菌（尤其是丛枝菌根真菌），而真菌在有机质分解和磷钾活化中起关键作用。此外，单年田间试验无法完全验证微生物群落的动态稳定性，需通过多年度监测评估BOF的长效性。建议后续研究结合宏基因组测序和代谢流分析，明确功能菌群间的具体代谢互作网络，并开发基于这些微生物的功能群落的精准生物肥料配方。

该成果为复垦土壤的可持续管理提供了新思路：BOF通过引入功能菌群（如Bacillus amyloliquefaciens）激活土壤原有微生物网络，形成"有机基质-功能菌群-代谢产物"的正向循环。这种微生物驱动型改良机制，不仅避免了化学肥料的污染风险，还通过生物间的协同作用实现了养分的高效利用，对类似退化土壤的修复具有重要参考价值。