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磷是植物生长必需的营养元素，其主要参与生物体的脂质代谢、细胞膜和核酸的生物合成等生理生化过程。由于其对土壤矿质和有机质的化学高亲和能力，很容易被固定成不溶态。土壤中能够直接被植物吸收利用的磷含量较低，农业上通过使用磷肥来满足作物生长的需求，然而由于长期超量施用，造成土壤中磷素大量积累，增加了磷素淋失的风险，容易导致水体富营养化，带来严重的环境问题。
微生物在土壤磷素循环中发挥着重要的作用，解磷菌能够使土壤中难以利用的磷转化为可供植物吸收利用的形态，因而可以提高磷的利用效率。聚磷菌是指能过量吸磷并能储存磷的微生物，该类微生物在污水的生物除磷过程中应用较多，但在土壤中应用较少。为了解解磷菌和聚磷菌在控制土壤磷素淋失中的应用潜力，本研究通过从土壤中分离、筛选出高活性的解磷和聚磷菌株，将其施加到土壤中，通过土柱淋溶试验，检测其对土壤淋溶液中磷素的影响，并将其施加到玉米根部，检测其对玉米植株的生长及土壤淋溶液中磷素的影响；进一步对玉米的根际微生物群落进行高通量测序，从而深入了解施加解磷菌和聚磷菌对玉米根际微生态的影响，为利用微生物技术提高土壤中磷素的利用效率，减少土壤磷素淋失，防治农田面源污染提供科学依据。主要研究结果如下：
（1）从土壤中分离筛选出具有解磷和聚磷活性的菌株，根据解磷菌和聚磷菌的定量测定，筛选出1株解磷能力强的解磷菌株JP233（Pseudomonas sp.）和1株除磷能力好的聚磷菌Fp64（Arthrobacter sp.）进行后续的研究。对解磷菌JP233进行非靶向代谢组学分析，发现2-酮基-D-葡萄糖酸是该菌株产生的主要溶磷因子。通过HPLC检测，发现JP233发酵液中2-酮基-D-葡萄糖酸的最高浓度可达19.01mg/mL。
（2）通过土柱淋溶试验，对施加解磷菌JP233和聚磷菌Fp64的土壤的淋溶液进行全磷和钼酸盐反应磷含量的测定，发现施加解磷菌JP233后土壤淋溶液中的全磷累计淋失量（2.16±0.22mg）和钼酸盐反应磷的累计淋失量（0.363±0.027mg）都是最高的，说明施加解磷菌JP233有促进土壤磷素淋失的趋势，但统计学分析表明与对照的（1.93±0.13mg、0.345±0.028mg）差异不显著。而施加聚磷菌Fp64对土壤淋溶液中全磷和钼酸盐反应磷含量（1.95±0.08mg、0.354±0.02mg）并无显著影响。
（3）通过接种解磷菌和聚磷菌，检测对玉米植株的影响，发现接种解磷菌JP233和聚磷菌Fp64与不加菌的对照相比，均能够促进玉米植株的生长发育，其中解磷菌JP233对玉米根部和地上部干重分别提高了12.4%和55.7%，聚磷菌Fp64对玉米根部和地上部干重分别提高了57.6%和93.8%。而且施加解磷菌JP233和聚磷菌Fp64均能够显著减少土壤淋溶液中磷素含量，对照土壤淋溶液中总磷和钼酸盐反应磷累计淋失量分别为4.29±1.09mg、2.38±0.99mg，解磷菌JP233处理的各为2.49±0.53mg、0.75±0.40mg，聚磷菌Fp64处理为1.96±1.49mg、0.71±0.82mg。结果表明，在施加解磷菌JP233和聚磷菌Fp64后，显著减少了玉米根部土壤磷素淋失。
（4）对玉米根际微生物进行16S rDNA和ITS扩增子高通量测序，通过分析结果，发现接种解磷菌JP233和聚磷菌Fp64都引起了玉米根际微生物种群结构的改变，提高了芽孢杆菌和木霉菌等有益微生物种群的比例，减少了玉米根际的镰刀菌等病原真菌的数量，说明接种解磷菌JP233和聚磷菌Fp64改善了玉米根际微生物种群结构。
通过以上的研究，发现在土壤中单独接种解磷菌JP233和聚磷菌Fp64不会显著改变土壤磷素的淋失情况。而将上述菌株接种到植物根部，可以显著促进植物根部和地上部生长，促进植物对土壤磷素的吸收利用，显著减少土壤磷素淋失。而且接种解磷菌JP233和聚磷菌Fp64后可以改善植物根际微生物种群结构，有益于保护植物健康。
微生物在土壤磷素循环中发挥着重要的作用，解磷菌能够使土壤中难以利用的磷转化为可供植物吸收利用的形态，因而可以提高磷的利用效率。聚磷菌是指能过量吸磷并能储存磷的微生物，该类微生物在污水的生物除磷过程中应用较多，但在土壤中应用较少。为了解解磷菌和聚磷菌在控制土壤磷素淋失中的应用潜力，本研究通过从土壤中分离、筛选出高活性的解磷和聚磷菌株，将其施加到土壤中，通过土柱淋溶试验，检测其对土壤淋溶液中磷素的影响，并将其施加到玉米根部，检测其对玉米植株的生长及土壤淋溶液中磷素的影响；进一步对玉米的根际微生物群落进行高通量测序，从而深入了解施加解磷菌和聚磷菌对玉米根际微生态的影响，为利用微生物技术提高土壤中磷素的利用效率，减少土壤磷素淋失，防治农田面源污染提供科学依据。主要研究结果如下：
（1）从土壤中分离筛选出具有解磷和聚磷活性的菌株，根据解磷菌和聚磷菌的定量测定，筛选出1株解磷能力强的解磷菌株JP233（Pseudomonas sp.）和1株除磷能力好的聚磷菌Fp64（Arthrobacter sp.）进行后续的研究。对解磷菌JP233进行非靶向代谢组学分析，发现2-酮基-D-葡萄糖酸是该菌株产生的主要溶磷因子。通过HPLC检测，发现JP233发酵液中2-酮基-D-葡萄糖酸的最高浓度可达19.01mg/mL。
（2）通过土柱淋溶试验，对施加解磷菌JP233和聚磷菌Fp64的土壤的淋溶液进行全磷和钼酸盐反应磷含量的测定，发现施加解磷菌JP233后土壤淋溶液中的全磷累计淋失量（2.16±0.22mg）和钼酸盐反应磷的累计淋失量（0.363±0.027mg）都是最高的，说明施加解磷菌JP233有促进土壤磷素淋失的趋势，但统计学分析表明与对照的（1.93±0.13mg、0.345±0.028mg）差异不显著。而施加聚磷菌Fp64对土壤淋溶液中全磷和钼酸盐反应磷含量（1.95±0.08mg、0.354±0.02mg）并无显著影响。
（3）通过接种解磷菌和聚磷菌，检测对玉米植株的影响，发现接种解磷菌JP233和聚磷菌Fp64与不加菌的对照相比，均能够促进玉米植株的生长发育，其中解磷菌JP233对玉米根部和地上部干重分别提高了12.4%和55.7%，聚磷菌Fp64对玉米根部和地上部干重分别提高了57.6%和93.8%。而且施加解磷菌JP233和聚磷菌Fp64均能够显著减少土壤淋溶液中磷素含量，对照土壤淋溶液中总磷和钼酸盐反应磷累计淋失量分别为4.29±1.09mg、2.38±0.99mg，解磷菌JP233处理的各为2.49±0.53mg、0.75±0.40mg，聚磷菌Fp64处理为1.96±1.49mg、0.71±0.82mg。结果表明，在施加解磷菌JP233和聚磷菌Fp64后，显著减少了玉米根部土壤磷素淋失。
（4）对玉米根际微生物进行16S rDNA和ITS扩增子高通量测序，通过分析结果，发现接种解磷菌JP233和聚磷菌Fp64都引起了玉米根际微生物种群结构的改变，提高了芽孢杆菌和木霉菌等有益微生物种群的比例，减少了玉米根际的镰刀菌等病原真菌的数量，说明接种解磷菌JP233和聚磷菌Fp64改善了玉米根际微生物种群结构。
通过以上的研究，发现在土壤中单独接种解磷菌JP233和聚磷菌Fp64不会显著改变土壤磷素的淋失情况。而将上述菌株接种到植物根部，可以显著促进植物根部和地上部生长，促进植物对土壤磷素的吸收利用，显著减少土壤磷素淋失。而且接种解磷菌JP233和聚磷菌Fp64后可以改善植物根际微生物种群结构，有益于保护植物健康。