硅酸鹽細菌肥料提高西瓜產量和品質

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。鉀能激活植物體內多種酶的活性，促進植物光合作用，維持細胞膨壓，增強植物抗逆性。目前，中國的鉀肥消耗量占世界的14.7%，而產量僅占世界的0.34%，我國的鉀肥主要依賴進口。

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%，少數土壤高達3%。每畝耕作層土壤以 20×104 kg 計算，則每畝土壤中的全鉀含量高達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，其中的鉀不能被農作物直接吸收利用。因此，農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”的現象。西瓜是喜鉀作物，土壤中鉀的供應狀況對西瓜的產量，尤其是西瓜的品質具有重要影響。硅酸鹽細菌，又稱為鉀細菌，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；同時還具有一定的固氮能力，改善植物的氮素營養(yǎng)；硅酸鹽細菌還產生植物生長激素類物質，刺激作物生長。因此，使用硅酸鹽細菌肥料可有效改善西瓜植株的磷、鉀營養(yǎng)，促進其生長，提高西瓜的產量和品質。

一、硅酸鹽細菌的種類

能分解硅酸鹽類礦物的細菌統稱為硅酸鹽細菌，目前研究和應用的硅酸鹽細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個大脂肪類顆粒，無鞭毛，不運動。菌體中央形成粗大的橢圓形芽孢。產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系，當營養(yǎng)元素豐富時，不形成明顯的莢膜，而僅有一層薄的粘液層，有時會形成菌膠團；但當營養(yǎng)元素氮缺乏時，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。目前國內外發(fā)現的可以溶解硅酸鹽礦物的還有膠質芽孢桿菌(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 硅酸鹽細菌（膠凍樣芽孢桿菌）的菌落及細胞形態(tài)

二、硅酸鹽細菌的解鉀效果

大量的研究表明硅酸鹽細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，接種硅酸鹽細菌10天后，按重量法計，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，硅酸鹽細菌在以鉀礦物粉和土壤為鉀源時，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)現硅酸鹽細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相關。陸引罡等發(fā)現硅酸鹽細菌在富含鉀的紫色土中具有較強的解鉀能力。吳洪生等研究發(fā)現, 缺鉀土壤中適當施用硅酸鹽細菌菌劑, 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菌，經測定表明其培養(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菌，并進行了應用效果試驗，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，結果表明，硅酸鹽細菌在缺鉀土壤中的解鉀效果更好。

三、硅酸鹽細菌的解鉀機理

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

硅酸鹽細菌能產生胞外多糖，多糖中的官能團-OH，有機酸的－COOH 都能有效絡合鉀礦物中的金屬離子形成復合體，從而加速礦物的分解，促使鉀離子的釋放。試驗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菌之所以可以解鉀，不是由于產酸，而是由于產生某些特殊的酶，同時破壞了礦物晶格結構，或者是因為表面的物理化學交換作用使礦物中的鉀被釋放出來。

四、硅酸鹽細菌的應用

利用硅酸鹽細菌，生產硅酸鹽細菌肥料，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)，是實現農業(yè)生產持續(xù)高產穩(wěn)產的有效途徑。一般農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，施用生物鉀肥，可以使作物根系發(fā)達，莖稈粗壯，增強農作物的抗逆性，減輕植物病害，最終導致產量增加。施用硅酸鹽細菌肥料后，水稻增產8.7%-33.6%，大豆增產 46.6%，西瓜產量增加10%-15%。辣椒的結果率提高19%，茄子的單果重提高1.2g, 果實鮮重辣椒增加23.4 %、茄子增加13.3 %。使用硅酸鹽細菌肥料還能提高農產品質量，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%。施用硅酸鹽細菌肥與硫酸鉀相比增產效果相當, 而成本降低了約2/3。

圖2 使用硅酸鹽細菌肥料生產的西瓜

五、硅酸鹽細菌肥料的用量、使用方法及注意事項

在土壤有機質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菌肥料, 效果較好。土壤中堿解氮含量高, 對硅酸鹽細菌肥料有增效作用。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。硅酸鹽細菌肥料可作基肥、追肥、拌種和蘸根。拌種時，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，可先將硅酸鹽細菌肥料與10-20kg有機肥( 或細土) 混合均之勻，結合小苗定植，穴施于作物基部。作為追肥使用時，適合在作物生育早期使用，追施時可先把菌劑與有機肥(或細土) 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，然后及時覆土。

圖3 市場上的部分硅酸鹽細菌肥料

作為生物肥料，硅酸鹽細菌肥料易受紫外線傷害，故在運輸、保存、使用過程中均須避開直射陽光，使用后要及時覆土。菌劑要當天用完，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、田艷麗（南京農業(yè)大學）