硅酸鹽細(xì)菌肥料提高西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)

鉀素是植物不可或缺的營養(yǎng)元素之一，鉀是植物生長所必需的三大營養(yǎng)元素之一。鉀能激活植物體內(nèi)多種酶的活性，促進(jìn)植物光合作用，維持細(xì)胞膨壓，增強(qiáng)植物抗逆性。目前，中國的鉀肥消耗量占世界的14.7%，而產(chǎn)量僅占世界的0.34%，我國的鉀肥主要依賴進(jìn)口。

土壤中貯存著非常豐富的鉀資源。我國土壤的全鉀含量一般為1.5%-2.5%，少數(shù)土壤高達(dá)3%。每畝耕作層土壤以 20×104 kg 計(jì)算，則每畝土壤中的全鉀含量高達(dá)3000—5000kg。但土壤鉀素中95％以上的鉀是以長石、云母等鋁硅酸鹽形態(tài)存在，它們都是非常穩(wěn)定的礦物，其中的鉀不能被農(nóng)作物直接吸收利用。因此，農(nóng)作物雖然生長在豐富的鉀庫中，卻往往處于鉀營養(yǎng)的饑餓狀態(tài)之中。這就形成了土壤既富含鉀又“缺鉀”的現(xiàn)象。西瓜是喜鉀作物，土壤中鉀的供應(yīng)狀況對西瓜的產(chǎn)量，尤其是西瓜的品質(zhì)具有重要影響。硅酸鹽細(xì)菌，又稱為鉀細(xì)菌，是土壤中的一種特殊功能菌，能溶解土壤中的云母、長石等硅酸鹽礦物，釋放出其中的鉀、鎂、硅等元素，也可將土壤中難溶性鉀轉(zhuǎn)化成可被植物直接利用的速效鉀；也可溶解磷灰石釋放出可溶性磷；同時(shí)還具有一定的固氮能力，改善植物的氮素營養(yǎng)；硅酸鹽細(xì)菌還產(chǎn)生植物生長激素類物質(zhì)，刺激作物生長。因此，使用硅酸鹽細(xì)菌肥料可有效改善西瓜植株的磷、鉀營養(yǎng)，促進(jìn)其生長，提高西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。

一、硅酸鹽細(xì)菌的種類

能分解硅酸鹽類礦物的細(xì)菌統(tǒng)稱為硅酸鹽細(xì)菌，目前研究和應(yīng)用的硅酸鹽細(xì)菌大多是屬于膠胨樣芽孢桿菌，這類菌分離比較早，研究得也比較深入。膠胨樣芽孢桿菌為兩端鈍圓的桿菌，長為4～7μm，直徑為1.2～1.4μm，革蘭氏染色不定，菌體中往往有1～2個(gè)大脂肪類顆粒，無鞭毛，不運(yùn)動(dòng)。菌體中央形成粗大的橢圓形芽孢。產(chǎn)生肥大的莢膜是鑒別膠胨樣芽孢桿菌的主要形態(tài)特征。但莢膜的生成、形態(tài)與培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分存在著密切的關(guān)系，當(dāng)營養(yǎng)元素豐富時(shí)，不形成明顯的莢膜，而僅有一層薄的粘液層，有時(shí)會(huì)形成菌膠團(tuán)；但當(dāng)營養(yǎng)元素氮缺乏時(shí)，易形成肥厚的莢膜，菌落呈粘液狀凸起的透明的形態(tài)，猶如半顆透明的玻璃珠。目前國內(nèi)外發(fā)現(xiàn)的可以溶解硅酸鹽礦物的還有膠質(zhì)芽孢桿菌(Bacillus mucilaginosus)、環(huán)狀芽孢桿菌（Bacillus circulans）、扭脫芽孢桿菌（Bacillus extorquens）和土壤芽孢桿菌(Bacillus edaphicus)等。

圖1 硅酸鹽細(xì)菌（膠凍樣芽孢桿菌）的菌落及細(xì)胞形態(tài)

二、硅酸鹽細(xì)菌的解鉀效果

大量的研究表明硅酸鹽細(xì)菌能分解硅酸鹽礦物，釋放出可溶性鉀。蔣先軍等以長石、云母和土壤礦物作為不同鉀源，接種硅酸鹽細(xì)菌10天后，按重量法計(jì)，以長石為鉀源，溶液中的水溶性鉀含量，接種比對照(CK)增加 87%，以云母為鉀源，接種比CK增加 65%。Elizabeth P 等的研究表明，硅酸鹽細(xì)菌在以鉀礦物粉和土壤為鉀源時(shí)，其速效鉀比對照分別提高2.7%～40.5%和 1.6％～21.6%，并且被釋放出的鉀全部來自難溶性的礦物鉀。黃昭賢等發(fā)現(xiàn)硅酸鹽細(xì)菌對不同礦物的解鉀能力存在差異，炭渣最高，正長石最低，解鉀率與礦物的粒徑大小成負(fù)相關(guān)。陸引罡等發(fā)現(xiàn)硅酸鹽細(xì)菌在富含鉀的紫色土中具有較強(qiáng)的解鉀能力。吳洪生等研究發(fā)現(xiàn), 缺鉀土壤中適當(dāng)施用硅酸鹽細(xì)菌菌劑, 可使土壤中速效鉀增加128.6%，而使土壤、磷礦粉、沙子等三種基質(zhì)平均速效鉀含量比對照增加160.6%。薛智勇等從浙江土樣中篩選出幾株高效硅酸鹽細(xì)菌，經(jīng)測定表明其培養(yǎng)液中速效鉀含量比對照增加 218.52%～248.15%。薛泉宏等從黃土高原篩選出一株硅酸鹽細(xì)菌，并進(jìn)行了應(yīng)用效果試驗(yàn)，在江西不同酸性土壤中的生物解鉀量比CK處理高10%，在黃土中的比CK處理高22.7%。王偉等研究了硅酸鹽細(xì)菌在3種不同土壤中的解鉀效果，在土壤緩效鉀較低的泥砂土中解鉀效果較好。劉五星等將兩株硅酸鹽細(xì)菌接種在山地棕壤土和草甸棕壤土中，測定對土壤中速效鉀含量的影響，結(jié)果表明，硅酸鹽細(xì)菌在缺鉀土壤中的解鉀效果更好。

三、硅酸鹽細(xì)菌的解鉀機(jī)理

目前關(guān)于硅酸鹽細(xì)菌的解鉀機(jī)理主要包括酸解、酶解、絡(luò)合作用等觀點(diǎn)。許多的研究表明，硅酸鹽細(xì)菌能夠使礦物中難溶性鉀溶解主要是由于硅酸鹽細(xì)菌生長和代謝過程中產(chǎn)生各種有機(jī)酸類，如乙酸、酒石酸，蘋果酸，草酸、檸檬酸等，導(dǎo)致pH下降，最終導(dǎo)致鉀的釋放。從有機(jī)酸對鉀長石的溶解試驗(yàn)結(jié)果也表明, 溶液中鉀、硅等含量隨有機(jī)酸濃度增加而提高，硅酸鹽細(xì)菌的解鉀量與pH的降低存在正相關(guān)，達(dá)顯著水平，表明硅酸鹽細(xì)菌解鉀能力與其產(chǎn)酸存在一定的關(guān)系。

硅酸鹽細(xì)菌能產(chǎn)生胞外多糖，多糖中的官能團(tuán)-OH，有機(jī)酸的－COOH 都能有效絡(luò)合鉀礦物中的金屬離子形成復(fù)合體，從而加速礦物的分解，促使鉀離子的釋放。試驗(yàn)表明隨著莢膜多糖含量的增加, 溶液中的鉀、硅含量明顯增加。

而Vessey J K的研究表明硅酸鹽細(xì)菌之所以可以解鉀，不是由于產(chǎn)酸，而是由于產(chǎn)生某些特殊的酶，同時(shí)破壞了礦物晶格結(jié)構(gòu)，或者是因?yàn)楸砻娴奈锢砘瘜W(xué)交換作用使礦物中的鉀被釋放出來。

四、硅酸鹽細(xì)菌的應(yīng)用

利用硅酸鹽細(xì)菌，生產(chǎn)硅酸鹽細(xì)菌肥料，充分發(fā)掘土壤的潛在肥力，增加新的鉀肥源，改善作物的鉀素營養(yǎng)，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的有效途徑。一般農(nóng)作物對鉀的需求量要比磷的需求量大1-2倍，尤其是西瓜等喜鉀作物對鉀的需求量更大。在施用氮、磷肥料的同時(shí)，施用生物鉀肥，可以使作物根系發(fā)達(dá)，莖稈粗壯，增強(qiáng)農(nóng)作物的抗逆性，減輕植物病害，最終導(dǎo)致產(chǎn)量增加。施用硅酸鹽細(xì)菌肥料后，水稻增產(chǎn)8.7%-33.6%，大豆增產(chǎn) 46.6%，西瓜產(chǎn)量增加10%-15%。辣椒的結(jié)果率提高19%，茄子的單果重提高1.2g, 果實(shí)鮮重辣椒增加23.4 %、茄子增加13.3 %。使用硅酸鹽細(xì)菌肥料還能提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，如西瓜的含糖量增加10%左右，稻谷出米率提高 1%-3%，紅薯淀粉含量提高0.6%-2.1%，油菜籽含油量提高5%。施用硅酸鹽細(xì)菌肥與硫酸鉀相比增產(chǎn)效果相當(dāng), 而成本降低了約2/3。

圖2 使用硅酸鹽細(xì)菌肥料生產(chǎn)的西瓜

五、硅酸鹽細(xì)菌肥料的用量、使用方法及注意事項(xiàng)

在土壤有機(jī)質(zhì)0.6%-1.0%, 速效鉀含量 65-114mg/kg、速效磷6-20 mg/kg, pH值5-8的條件下使用硅酸鹽細(xì)菌肥料, 效果較好。土壤中堿解氮含量高, 對硅酸鹽細(xì)菌肥料有增效作用。固體菌劑每畝施用量以500-1000g為宜，液體菌劑每畝用量為200-500ml。硅酸鹽細(xì)菌肥料可作基肥、追肥、拌種和蘸根。拌種時(shí)，先用水將固體菌劑化開，液體菌劑加水稀釋后，與一畝地所用種子混合均勻，稍加陰干即可播種。作為基肥時(shí)，可先將硅酸鹽細(xì)菌肥料與10-20kg有機(jī)肥( 或細(xì)土) 混合均之勻，結(jié)合小苗定植，穴施于作物基部。作為追肥使用時(shí)，適合在作物生育早期使用，追施時(shí)可先把菌劑與有機(jī)肥(或細(xì)土) 充分混合，然后開溝施入，立即覆土。也可將菌劑化開，加適量水，灌施在作物根部，然后及時(shí)覆土。

圖3 市場上的部分硅酸鹽細(xì)菌肥料

作為生物肥料，硅酸鹽細(xì)菌肥料易受紫外線傷害，故在運(yùn)輸、保存、使用過程中均須避開直射陽光，使用后要及時(shí)覆土。菌劑要當(dāng)天用完，而且不能與過酸、過堿的肥料或者殺菌劑混合使用。

作者：沈標(biāo)、田艷麗（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)）