目录
摘 要 II
关键词 II
ABSTRACT III
KEY WORDS III
引言 1
1 材料与方法 2
1．1 实验材料 2
1．1．1 菌株筛选 2
1．1．2 培养基的配置 2
1．1．3 合成碳酸根替代的羟基磷灰石 2
1．2 不同形式的碳源对磷迁移转化影响的探究实验 3
1．2．1 碳酸钙和尿素对磷溶解、吸附、沉淀的影响实验 3
1．2．2 碳酸根嵌入对磷溶解、吸附、沉淀的影响实验 4
1．3 GWB软件模拟沉淀过程 4
1．4 主要仪器与设备 4
1．5 数据分析 4
2 结果与分析 4
2．1 解磷细菌的活性与数量 4
2．1．1 碳酸钙和尿素对CO2释放速率的影响 4
2．1．2 细胞计数 5
2．1．3 碳酸根嵌入对CO2释放速率的影响 6
2．2 培养体系中可溶性磷和钙的含量 7
2．2．1 碳酸钙和尿素对磷酸盐溶解的影响 7
2．2．2 合成磷灰石体系的游离磷含量 7
2．3 沉淀的红外光谱分析 8
2．4 微生物及矿物的扫描电镜观察 9
2．5 沉淀形成的地球化学模型 10
3 讨论 11
3．1 碳酸钙对磷生物地球化学循环的影响 11
3．2 尿素对磷生物地球化学循环的影响 12
3．3 碳酸根嵌入对磷生物地球化学循环的影响 12
3．4 多碳源耦合对磷生物地球化学循环的影响预测 13
4 结论 13
致谢 13
附录 16
基于解磷细菌和富碳磷灰石体系的碳磷循环研究
摘 要
碳循环和磷循环在陆地系统中相互作用，联系密切。在养分循环中，微生物通过一系列的生物化学反应扮演着重要的作用。土壤中的一类微生物——解磷细菌能够通过分泌酶和有机酸， *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ^351916072# 
有效促进磷素的转化，提高土壤磷的利用率。本研究聚焦于肠杆菌调控下三种不同形态碳（碳酸钙、尿素、碳酸根嵌入的磷灰石）对磷酸盐溶解、吸附、沉淀的影响。研究发现，碳酸钙矿物由于溶解度高、中和能力强，可以显著抑制磷酸盐中磷的释放。硫酸钙的生成，抢夺了碳酸钙表面的钙离子，降低了磷在碳酸钙表面的吸附。尿素可以在微生物脲酶的作用下水解为铵根和碳酸根离子。其水解产物碳酸根具有与无机碳酸盐一样的缓冲作用，可以中和微生物分泌的有机酸。适量的尿素为微生物提供合适的氮源，促进微生物的生长，使得微生物风化能力增强，磷素被活化，有效磷含量提高。然而，添加过量的尿素会导致pH升高，诱发微生物吸附和成核作用，碳磷矿物在微生物表面进一步沉淀。碳酸根的嵌入使得羟基磷灰石的结晶度和晶粒变小，然而溶液中碳酸根水解引起pH升高，对磷的释放产生不利影响。研究指明了影响磷循环以及导致磷缺乏的因素，这进一步为石灰质土壤中磷的养分管理和优化利用提供指导性的建议。
引言
磷是地球各圈层物质循环的重要元素，也是动植物生长发育必需的营养元素之一[1]。陆地系统中的磷主要来自磷酸盐矿物缓慢的风化作用[2]。然而，磷酸盐矿物中含磷量低，土壤缺磷及磷素利用率低的情况十分普遍。地球上90%以上的磷都储藏在磷灰石中，然而其极低的溶解度（在水中溶解度仅在mg/L左右），成为磷素有效性的主要限制因素[3, 4]。此外，土壤中的游离磷常与Ca、Al、Fe等阳离子结合，进一步吸附沉淀生成不溶的磷矿物沉淀。
碳酸盐能够以离子配对、吸附、沉淀等方式潜在影响磷的水平[57]。碳酸钙是一种储量丰富的矿物质，因其具有良好的pH调节能力而被广泛用作土壤调节剂。碳酸钙有效的表面电荷和较大的比表面积使其被广泛用作吸附剂[8]。磷酸盐的溶解对pH的改变十分敏感，而且释放出的有效磷可以进一步被碳酸盐吸附而沉淀[9, 10]。在碳酸盐丰富的石灰质土壤中，磷的含量往往处在较低的水平，进一步证实了碳酸盐对磷灰石溶解的抑制作用[11]。也有研究表明碳酸钙的表面对磷的沉淀并不是至关重要的，而钙离子的活度、pH和电解质浓度是生成不溶钙磷沉淀的关键[12]。因此，碳元素对磷循环的影响需要进一步的研究。
有机碳对磷的迁移转化也有着复杂的联系。土壤中的有机物能够和土壤成分反应，使得溶液中的磷从液相迁移到固相表面[13, 14]。通常来讲，有机质带有负的表面电荷，且与Ca、Al、Fe等阳离子结合密切，因此，有机质表面可以截留大量的磷[15]。有机物经生物矿化作用最终分解为碳酸盐、铵盐等简单的无机化合物，这些离子可以为微生物生长提供必需的营养元素，进而促进磷的生物固定[16]。类似地，由于磷在代谢反应的中心作用及其相对缺乏性，使得有机碳的合成及氮素的固定也在一定程度上受有效磷的含量的限制[17]。此外，带负电的有机物常常与磷酸根竞争相同的吸附位点，从而降低磷的吸附[7]。
尿素是一种最具代表性的人为添加的有机肥。据统计，全球每年的尿素肥料的需求量达到1.9亿公吨[18]。尿素具有高度水溶性，因此，施加到土壤里的尿素有相当一部分通过淋溶和径流作用，被排入水体，从而导致水体富营养化[19]。在水溶液中，尿素可以被水解为铵根离子和碳酸根离子（方程式1）。在分解过程中，伴随着pH的升高，其水解产物（碳酸根离子）可以与其它阳离子作用，沉淀生成一些次生矿物[20, 21]。微生物分泌的脲酶能够催化尿素水解反应，加快反应速度。并且水解产生的铵根离子是微生物可以直接利用的氮源，可以反过来促进微生物的生长繁殖[2224]。尿素的快速分解，伴随着pH的升高和氨的释放，也会导致氨的气化和氮素流失[25]。在实际生产中，酸性磷酸盐常与尿素混合，通过降低pH和微生物酶的活性来抑制氨的气化[26]。

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