硅酸盐细菌肥料提高西瓜产量和品质

钾素是植物不可或缺的营养元素之一，钾是植物生长所必需的三大营养元素之一。钾能激活植物体内多种酶的活性，促进植物光合作用，维持细胞膨压，增强植物抗逆性。目前，中国的钾肥消耗量占世界的14.7%，而产量仅占世界的0.34%，我国的钾肥主要依赖进口。

土壤中贮存着非常丰富的钾资源。我国土壤的全钾含量一般为1.5%-2.5%，少数土壤高达3%。每亩耕作层土壤以 20×104 kg 计算，则每亩土壤中的全钾含量高达3000—5000kg。但土壤钾素中95％以上的钾是以长石、云母等铝硅酸盐形态存在，它们都是非常稳定的矿物，其中的钾不能被农作物直接吸收利用。因此，农作物虽然生长在丰富的钾库中，却往往处于钾营养的饥饿状态之中。这就形成了土壤既富含钾又“缺钾”的现象。西瓜是喜钾作物，土壤中钾的供应状况对西瓜的产量，尤其是西瓜的品质具有重要影响。硅酸盐细菌，又称为钾细菌，是土壤中的一种特殊功能菌，能溶解土壤中的云母、长石等硅酸盐矿物，释放出其中的钾、镁、硅等元素，也可将土壤中难溶性钾转化成可被植物直接利用的速效钾；也可溶解磷灰石释放出可溶性磷；同时还具有一定的固氮能力，改善植物的氮素营养；硅酸盐细菌还产生植物生长激素类物质，刺激作物生长。因此，使用硅酸盐细菌肥料可有效改善西瓜植株的磷、钾营养，促进其生长，提高西瓜的产量和品质。

一、硅酸盐细菌的种类

能分解硅酸盐类矿物的细菌统称为硅酸盐细菌，目前研究和应用的硅酸盐细菌大多是属于胶胨样芽孢杆菌，这类菌分离比较早，研究得也比较深入。胶胨样芽孢杆菌为两端钝圆的杆菌，长为4～7μm，直径为1.2～1.4μm，革兰氏染色不定，菌体中往往有1～2个大脂肪类颗粒，无鞭毛，不运动。菌体中央形成粗大的椭圆形芽孢。产生肥大的荚膜是鉴别胶胨样芽孢杆菌的主要形态特征。但荚膜的生成、形态与培养基的营养成分存在着密切的关系，当营养元素丰富时，不形成明显的荚膜，而仅有一层薄的粘液层，有时会形成菌胶团；但当营养元素氮缺乏时，易形成肥厚的荚膜，菌落呈粘液状凸起的透明的形态，犹如半颗透明的玻璃珠。目前国内外发现的可以溶解硅酸盐矿物的还有胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)、环状芽孢杆菌（Bacillus circulans）、扭脱芽孢杆菌（Bacillus extorquens）和土壤芽孢杆菌(Bacillus edaphicus)等。

图1 硅酸盐细菌（胶冻样芽孢杆菌）的菌落及细胞形态

二、硅酸盐细菌的解钾效果

大量的研究表明硅酸盐细菌能分解硅酸盐矿物，释放出可溶性钾。蒋先军等以长石、云母和土壤矿物作为不同钾源，接种硅酸盐细菌10天后，按重量法计，以长石为钾源，溶液中的水溶性钾含量，接种比对照(CK)增加 87%，以云母为钾源，接种比CK增加 65%。Elizabeth P 等的研究表明，硅酸盐细菌在以钾矿物粉和土壤为钾源时，其速效钾比对照分别提高2.7%～40.5%和 1.6％～21.6%，并且被释放出的钾全部来自难溶性的矿物钾。黄昭贤等发现硅酸盐细菌对不同矿物的解钾能力存在差异，炭渣最高，正长石最低，解钾率与矿物的粒径大小成负相关。陆引罡等发现硅酸盐细菌在富含钾的紫色土中具有较强的解钾能力。吴洪生等研究发现, 缺钾土壤中适当施用硅酸盐细菌菌剂, 可使土壤中速效钾增加128.6%，而使土壤、磷矿粉、沙子等三种基质平均速效钾含量比对照增加160.6%。薛智勇等从浙江土样中筛选出几株高效硅酸盐细菌，经测定表明其培养液中速效钾含量比对照增加 218.52%～248.15%。薛泉宏等从黄土高原筛选出一株硅酸盐细菌，并进行了应用效果试验，在江西不同酸性土壤中的生物解钾量比CK处理高10%，在黄土中的比CK处理高22.7%。王伟等研究了硅酸盐细菌在3种不同土壤中的解钾效果，在土壤缓效钾较低的泥砂土中解钾效果较好。刘五星等将两株硅酸盐细菌接种在山地棕壤土和草甸棕壤土中，测定对土壤中速效钾含量的影响，结果表明，硅酸盐细菌在缺钾土壤中的解钾效果更好。

三、硅酸盐细菌的解钾机理

目前关于硅酸盐细菌的解钾机理主要包括酸解、酶解、络合作用等观点。许多的研究表明，硅酸盐细菌能够使矿物中难溶性钾溶解主要是由于硅酸盐细菌生长和代谢过程中产生各种有机酸类，如乙酸、酒石酸，苹果酸，草酸、柠檬酸等，导致pH下降，最终导致钾的释放。从有机酸对钾长石的溶解试验结果也表明, 溶液中钾、硅等含量随有机酸浓度增加而提高，硅酸盐细菌的解钾量与pH的降低存在正相关，达显著水平，表明硅酸盐细菌解钾能力与其产酸存在一定的关系。

硅酸盐细菌能产生胞外多糖，多糖中的官能团-OH，有机酸的－COOH 都能有效络合钾矿物中的金属离子形成复合体，从而加速矿物的分解，促使钾离子的释放。试验表明随着荚膜多糖含量的增加, 溶液中的钾、硅含量明显增加。

而Vessey J K的研究表明硅酸盐细菌之所以可以解钾，不是由于产酸，而是由于产生某些特殊的酶，同时破坏了矿物晶格结构，或者是因为表面的物理化学交换作用使矿物中的钾被释放出来。

四、硅酸盐细菌的应用

利用硅酸盐细菌，生产硅酸盐细菌肥料，充分发掘土壤的潜在肥力，增加新的钾肥源，改善作物的钾素营养，是实现农业生产持续高产稳产的有效途径。一般农作物对钾的需求量要比磷的需求量大1-2倍，尤其是西瓜等喜钾作物对钾的需求量更大。在施用氮、磷肥料的同时，施用生物钾肥，可以使作物根系发达，茎秆粗壮，增强农作物的抗逆性，减轻植物病害，最终导致产量增加。施用硅酸盐细菌肥料后，水稻增产8.7%-33.6%，大豆增产 46.6%，西瓜产量增加10%-15%。辣椒的结果率提高19%，茄子的单果重提高1.2g, 果实鲜重辣椒增加23.4 %、茄子增加13.3 %。使用硅酸盐细菌肥料还能提高农产品质量，如西瓜的含糖量增加10%左右，稻谷出米率提高 1%-3%，红薯淀粉含量提高0.6%-2.1%，油菜籽含油量提高5%。施用硅酸盐细菌肥与硫酸钾相比增产效果相当, 而成本降低了约2/3。

图2 使用硅酸盐细菌肥料生产的西瓜

五、硅酸盐细菌肥料的用量、使用方法及注意事项

在土壤有机质0.6%-1.0%, 速效钾含量 65-114mg/kg、速效磷6-20 mg/kg, pH值5-8的条件下使用硅酸盐细菌肥料, 效果较好。土壤中碱解氮含量高, 对硅酸盐细菌肥料有增效作用。固体菌剂每亩施用量以500-1000g为宜，液体菌剂每亩用量为200-500ml。硅酸盐细菌肥料可作基肥、追肥、拌种和蘸根。拌种时，先用水将固体菌剂化开，液体菌剂加水稀释后，与一亩地所用种子混合均匀，稍加阴干即可播种。作为基肥时，可先将硅酸盐细菌肥料与10-20kg有机肥( 或细土) 混合均之匀，结合小苗定植，穴施于作物基部。作为追肥使用时，适合在作物生育早期使用，追施时可先把菌剂与有机肥(或细土) 充分混合，然后开沟施入，立即覆土。也可将菌剂化开，加适量水，灌施在作物根部，然后及时覆土。

图3 市场上的部分硅酸盐细菌肥料

作为生物肥料，硅酸盐细菌肥料易受紫外线伤害，故在运输、保存、使用过程中均须避开直射阳光，使用后要及时覆土。菌剂要当天用完，而且不能与过酸、过碱的肥料或者杀菌剂混合使用。

作者：沈标、田艳丽（南京农业大学）