《Frontiers in Microbiology》：Indigenous fungi inoculation drives organic carbon accumulation and phosphorus transformation in coal gangue-based artificial soil: role of mineral-bioactivation
编辑推荐：
本研究系统探究了土著真菌（J-Z）接种浓度对煤知及其与黄土混合体系理化特性与养分活化的影响。结果表明，4%接种量（M4处理）通过分泌柠檬酸等有机酸，驱动难溶磷矿物 Strengite（FePO4·2H2O）向易利用矿物 Monetite（CaHPO4?1），同时促进总有机碳（TOC）积累并维持体系pH与电导率（EC）稳定，为煤知资源化利用提供了理论依据与技术路径。
1 引言
煤知作为煤炭开采和洗选过程中产生的主要固体废弃物，大量堆积不仅占用土地，还会引发环境污染和土壤退化。矿山复垦过程中优质表土资源的匮乏进一步制约了生态恢复。煤知本身具有高惰性矿物含量（如Al2O3和SiO2）、极低的有效养分（如有机质、氮、磷、钾）以及弱养分供应能力，其含有的硫化物矿物在风化或氧化后可能加剧土壤酸化。因此，提升煤知的环境兼容性及作为土壤改良剂的功能性，成为土壤修复领域的重要研究方向。
生物活化技术已被广泛应用于煤知的环境修复，但针对土著微生物接种剂的研究较少。土著微生物能够通过群体活动促进矿物的溶解与转化，增强煤知的理化性质和生物活性。在矿山扰动基质中，丝状真菌凭借其强大的寡营养和金属胁迫耐受性，通过菌丝穿透致密煤知基质，并分泌有机酸促进矿物风化、碳转化和团聚体形成，在复垦初期占据微生物生物量优势。本研究聚焦真菌接种，旨在明确其在调控煤知及煤知-黄土混合体系理化特性中的具体作用。
2 材料与方法
实验材料采集自山西省太原市古交市屯兰矿复垦区（东经112°06′，北纬37°53′）。煤知经粉碎过100目筛，黄土同样过筛后于105°C烘干。将100 g纯煤知（C体系）及煤知-黄土混合物（质量比80:20，M体系）分别置于150 mL锥形瓶中，121°C高压灭菌。接种不同浓度（1%–5%）的土著真菌J-Z菌液（浓度1.6 × 109CFU·mL?1），于28°C恒温培养，分别于3、7、14、30和60天取样测定真菌数量、pH、电导率（EC）、总有机碳（TOC）、有效磷（AP）及矿物组成。
3 结果
3.1 真菌数量动态
J-Z真菌数量随接种浓度增加而升高，在4%–5%接种量时达到峰值（C4为5.3 × 109CFU·mL?1，M5为6.6 × 109CFU·mL?1）。M体系在3%–4%接种量下真菌数量长期维持较高水平（60天时仍达1.8 × 109CFU·mL?1），表明黄土添加提升了基质缓冲能力，支持真菌持续增殖。
3.2 pH与电导率变化
体系pH在7–14天由碱性（约8.0）下降至中性（7.0–7.3）后趋于稳定，其中M3和M4处理缓冲能力最强。EC随接种浓度增加而升高，M4处理在30–60天维持最高值（1000–1300 μs·cm?1），反映矿物溶解与离子释放持续进行。
3.3 总有机碳积累
接种真菌显著促进TOC积累，C体系在5%接种量下60天时TOC超过220 g·kg?1。M体系因黄土稀释作用TOC含量较低，但M4处理TOC由128 g·kg?1增至152 g·kg?1，增幅达18.75%，且稳定性更高。
3.4 有效磷活化
M体系AP含量显著高于C体系，M4处理在60天时AP达3.0–3.5 mg·kg?1。XRD分析显示，M4处理中难溶性磷矿物Strengite（FePO4·2H2O）相对含量由15%降至5%，而易利用矿物Monetite（CaHPO4）由55%升至64%，表明真菌驱动了磷形态转化。
3.5 有机酸代谢与磷活化机制
真菌分泌的有机酸中，柠檬酸（citric acid）含量最高且对Fe3+螯合能力最强，可通过质子化及络合作用断裂Strengite中的Fe–P键，释放的磷酸根与Ca2+结合形成Monetite。其他有机酸（L-焦谷氨酸、富马酸、苹果酸）的转化能力依次减弱。
4 讨论
中等接种浓度（4%）在M体系中实现了真菌活性、理化稳定性和养分转化的最佳平衡。黄土的添加通过改善基质结构和缓冲容量，延缓了真菌生物量下降。柠檬酸驱动的磷矿物转化路径（Strengite→Monetite）是AP提升的核心机制，该过程与微生物代谢产生的酸性环境及Ca2+有效性密切相关。研究结果与既往关于磷酸溶解微生物通过有机酸分泌促进磷活化的结论一致。
5 结论
4%土著真菌（J-Z）接种量可高效激活煤知-黄土体系的养分释放并维持长期稳定性，通过“真菌活化-矿物转化-养分稳定”的耦合机制，为煤知资源化利用和矿区生态复垦提供了关键技术路径。
