《Global Change Biology》：Synergistic Effects of a Microbial Amendment and Crushed Basalt: Soil Geochemical and Microbial Responses
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本文探讨了微生物改良剂（MP1菌株）与玄武岩粉末在酸性农田土壤中的协同应用，揭示了二者共同作用可显著提升土壤碳酸盐碱度，同时缓解玄武岩单独施用引发的有机碳损失。研究通过91天的大豆中宇宙实验证明，这种联合策略不仅能有效促进硅酸盐风化（增强风化，EW）和微生物二氧化碳矿化（MCM），还对土壤微生物群落结构影响轻微，为农业生态系统中可持续碳减排（CDR）技术的优化提供了重要理论和实践依据。
研究背景与意义
气候变化已成为全球生态系统和人类社会的重大威胁，推动了一系列二氧化碳去除（CDR）技术的发展。其中，土壤基CDR技术因具有可扩展性、碳封存持久性以及对土壤健康和农业生产的协同效益而备受关注。增强风化（EW）和微生物二氧化碳矿化（MCM）是两种旨在加速硅酸盐矿物风化以封存CO2的策略。EW通过施加细磨硅酸盐岩粉（如玄武岩）增加矿物表面积来加速风化，而MCM则利用微生物代谢催化原生硅酸盐矿物的溶解。尽管这两种方法前景广阔，但它们的联合应用却鲜有研究。
材料与方法
本研究采用为期91天的大豆中宇宙实验，土壤为采自美国明尼苏达州的微酸性黏壤土（pH 6.6）。实验设置四个处理组，每组六个重复：未处理对照（UTC）、接种MP1菌株（MP1）、添加玄武岩（B）以及MP1与玄武岩联合处理（MP1+B）。MP1菌株通过种子接种引入。玄武岩施用剂量为100吨/公顷。实验结束后，对土壤和淋滤液的地球化学指标进行了全面分析，并利用宏基因组测序和qPCR技术研究了土壤细菌群落的响应。
结果：土壤地球化学响应
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土壤pH与碱度：玄武岩添加显著提高了土壤pH值和碳酸盐碱度（HCO3-+ CO32-）。MP1处理在有无玄武岩的情况下均能显著提高土壤碳酸盐碱度，且在联合处理中效果最显著。
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碳动态：土壤总碳（TC）浓度在MP1+玄武岩处理中最高，这表明MP1可能缓解了单独施用玄武岩可能引起的短期有机碳损失（即激发效应）。土壤无机碳（SIC）在所有处理中均接近检测限，表明碳的变化主要源于土壤有机碳（SOC）。
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阳离子与阳离子交换量（CEC）：玄武岩添加显著提高了土壤中总有效钙、镁、钠含量以及交换性钙、镁含量，并显著增加了深层土壤（10-30厘米）的CEC，暗示可能有次生矿物形成。淋滤液中钙、镁等阳离子总通量在玄武岩处理中显著更高。
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多元分析：主成分分析（PCA）显示，土壤和淋滤液的地球化学数据均能清晰区分玄武岩处理与非玄武岩处理，表明玄武岩是驱动地球化学变化的主要因素。
结果：土壤微生物群落响应
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MP1的定殖：宏基因组学和qPCR分析均证实，MP1在接种91天后成功定殖于表层土壤（0-10厘米），但在更深土层未检测到。
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群落结构变化：土壤细菌群落结构主要受土壤深度影响，其次是玄武岩添加。玄武岩引起的pH升高是导致群落变化的重要间接因素。在MP1定殖的表层土壤中，MP1单独处理对整体群落组成无显著影响，表明其作为微生物改良剂对原有微生物群落干扰较小。然而，MP1与玄武岩联合处理影响了深层土壤的群落，可能与风化产物的向下运移或植物根系变化有关。
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差异丰度类群：MP1处理选择性地富集了伯克霍尔德菌目（Burkholderiales）和芽孢杆菌目（Bacillales）等具有矿物风化潜力的细菌类群。
讨论
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协同效应：在微酸性土壤中，玄武岩可将pH提升至更接近中性的范围，这可能为MP1发挥其碳酐酶（CAs）活性创造了更适宜的环境，从而在联合处理中观察到最高的碳酸盐碱度。
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碳固存机制：MP1可能通过促进矿物-有机质结合（MAOM）或微生物生物膜形成增强土壤团聚作用，从而缓解玄武岩单独施用可能导致的有机碳分解（ priming effect）。
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风化限制因素：研究中未检测到显著的SIC增加，可能与实验周期较短、淋溶水量较大抑制碳酸盐沉淀，以及微酸性土壤环境中碳酸盐稳定性较低有关。次生矿物形成导致的阳离子固定也可能限制了基于阳离子通量的CDR评估。
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微生物生态影响：玄武岩通过改变土壤理化性质（如pH）间接影响微生物群落，而MP1本身对群落结构影响较小，但可能招募特定的具有风化潜力的微生物类群，产生协同风化效应。
结论
本研究证明，在微酸性农业土壤中，联合施用玄武岩和MP1菌株是一种可行的CDR策略。玄武岩能引发显著的地球化学响应（如提高pH和碱度），而MP1能成功定殖并可能通过提高碱度、缓解有机碳损失以及潜在招募有益微生物来增强CDR效果，同时对土著微生物群落干扰较小。这种联合策略为在农业生态系统中协同应用矿物和微生物改良剂以加速硅酸盐风化和碳封存提供了新的见解。
