解钾菌的研究进展及其在农业生产中的应用_党雯

解钾菌的研究进展及其在农业生产中的应用
党
雯1，郜春花2，张强2，卢朝东2，靳东升2，李建华2，卢晋晶2
（１．山西大学生物工程学院，
山西太原０３０００６；２．山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西太原０３０００６）摘
要：随着大量化肥的施用，特别是多施氮磷、不施或少施钾肥，使得北方土壤的缺钾现象越来越严重。

目前，生
产中多施用化学钾肥来补充钾素，但存在可用原料匮乏、成本高且易造成土壤板结等问题。

土壤中的钾含量丰富，但多以难溶的矿物态存在，而解钾菌的研究和应用实现了矿物钾的生物有效化利用。

围绕解钾菌的解钾机理、解钾条件和解钾效果阐述了其研究进展，通过解钾菌对作物、土壤及环境的影响阐明其在农业生产中的应用，并提出了进一步的研究和探索方向。

关键词：解钾菌；研究进展；应用效果；解钾机理；研究方向中图分类号：Ｓ１４４．９
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－２４８１（２０１４）０８－０９２１－０４
Research Progress of Silicate Bacteria and Its Application in Agricultural Production
ＤＡＮＧＷｅｎ１，ＧＡＯＣｈｕｎ－ｈｕａ２，ＺＨＡＮＧＱｉａｎｇ２，ＬＵＣｈａｏ－ｄｏｎｇ２，ＪＩＮＤｏｎｇ－ｓｈｅｎｇ２，ＬＩＪｉａｎ－ｈｕａ２，ＬＵＪｉｎ－ｊｉｎｇ２
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
ＳｈａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３０００６，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＳｈａｎｘｉＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｔａｉｙｕａｎ０３０００６，Ｃｈｉｎａ）
Abstract ：
Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｌａｒｇｅｑｕａｎｔｉｔｉｅｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｍｏｒｅＮａｎｄＰ，ｌｅｓｓｏｒｅｖｅｎｎｏＫ，ｔｈｅｐｈｅ－ｎｏｍｅｎｏｎｏｆｓｏｉｌｐｏｔａｓｓｉｕｍｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙｂｅｃｏｍｅｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｓｅｒｉｏｕｓ．Ｕｓｕａｌｌｙｍｏｓｔｐｅｏｐｌｅｐｒｅｆｅｒｔｏａｐｐｌｙｃｈｅｍｉｃａｌｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｔｏｃｏｍｐｌｅ－ｍｅｎｔｐｏｔａｓｓｉｕｍ，ｂｕｔｄｕｅｔｏｔｈｅｌａｃｋｏｆｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｔｈｅｈｉｇｈｃｏｓｔａｎｄｔｈｅｎｅｇａｔｉｖｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｏｓｏｉｌｉｔｌｅｓｓａｐｐｌｉｅｄ．Ｐｏｔａｓｓｉｕｍｉｎｔｈｅｓｏｉｌｉｓｒｉｃｈ，ｂｕｔｍｏｓｔｉｓｉｎｓｏｌｕｂｌｅ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｉｌｉｃａｔｅｂａｃｔｅｒｉａｍａｋｅｓｔｈｅｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｅｆｆｅｃｔｉｖｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｉｎｅｒａｌｐｏｔａｓｓｉｕｍｐｏｓｓｉｂｌｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｅｘｐｏｕｎｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓａｒｏｕｎｄｔｈｅｒｅｌｅａｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｂａｃｔｅ－ｒｉａ，ｔｈｅｎｉｔｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｂｙｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｃｒｏｐｓ，ｓｏｉｌｓａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄｗｅｐｒｏ－ｐｏｓｅｄｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｓｗｅｌｌ．
Key words ：ｓｉｌｉｃａｔｅｂａｃｔｅｒｉａ；ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ；ｐｏｔａｓｓｉｕｍ－ｒｅｌｅａｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｓｐｅｃｔ
收稿日期：２０１４－０５－０５
基金项目：国家国际科技合作专项（２０１１ＤＦＲ３１２３０）；山西省科技攻关重大专项（２０１２１１０１００９）；山西省农业科学院重点项目（２０１３ｚｄ１２）作者简介：党
雯
（１９８８－），女，山西忻州人，在读硕士，研究方向：农业微生物。

郜春花为通讯作者。

doi:10.3969/j.issn.1002-2481.2014.08.39
近年来，随着“重氮轻磷不施钾”思想的影响、化肥的不合理施用及农业生产中复种指数的提高，原本富钾的北方也陆续出现了钾素供应不足的现象。

钾逐渐成为提高作物产量和保证农产品品质的限制因素之一［１－２］。

目前，主要依靠施用化学钾肥、秸秆还田等措施来增加土壤钾素，但每年施用的钾肥中有９０％以上依赖进口，成本高，供不应求，且污染严重［３］。

土壤是植物钾素的重要来源，土壤中钾的平均含量为２．６％，是含量最高的大量营养元素［４］。

谢建昌［５］按照钾在土壤中存在的化学形态将其分为水溶性钾（或土壤溶液中钾）、交换性钾、非交换性钾和矿物晶格内的结构钾。

其中，只有水溶性钾、交换性钾是植物可直接利用的速效钾，非交换性钾是潜在的可
利用钾，然而这部分钾的含量只占全钾的２％～１０％，其余９０％以上的钾都存在于长石和云母等硅酸盐矿物中，这些矿物化学性质稳定，只有在某些理化因素和微生物的作用下，经过漫长的风化和分解过程才能逐步从矿物晶格中释放出钾，供植物吸收利用，这就形成了土壤既富含钾又缺钾的现象［６］。

因此，
矿物钾的生物有效化是解决土壤中有效钾素亏缺的重要途径之一。

目前，能分解硅酸盐类矿物的是解钾菌，不断寻求新的解钾效果好、解钾能力强的解钾菌资源来挖掘土壤中的不可利用的钾素，对发展经济、生态农业具有十分重要的意义［７］。

１解钾菌的概述
解钾菌是指能分解长石、云母等硅酸盐类原生
山西农业科学２０１４，４２（８）：９２１－９２４Journal of Shanxi Agricultural Sciences
态矿物，使土壤中难溶性的钾、磷、硅等元素转变为可溶态的一类细菌，有的亦有固氮功能［８－９］。

其分布广泛且种类较多，主要有环状芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、假单胞菌和多粘类芽孢杆菌等类型，不同土壤生长的菌亦有差异，但均以芽孢杆菌属为主［１０］。

解钾菌在硅酸盐细菌培养基上的菌落多呈大型光滑、圆形凸起、表面湿润、边缘整齐、黏稠透明、富有弹性、不易挑起、可拉成丝的形态，大多为革兰氏阴性菌，菌体为长杆状，有肥厚荚膜，能形成椭圆形芽孢，无鞭毛。

有研究发现，土壤中分离的解钾菌是化能异养细菌，兼性好氧，最适生长温度为２５～２８℃，最适生长ｐＨ值是７．０～８．５，能很好地利用葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、甘露醇和淀粉等碳源，以硝酸盐和铵盐作为良好氮源，且能在无氮培养基上生长。

此外，它们还具有水解明胶、还原硝酸盐、使淀粉水解等特征，其甲基红试验、过氧化氢酶试验均为阳性，乙酰甲基甲醇试验为阴性，不产生吲哚［７－１２］。

２解钾菌的研究进展
１９１２年，苏联学者Ｐａｓｓｉｋ首先发现一种芽孢杆菌，它能分解正长石等硅酸盐矿物和磷灰石［１３］。

１９３０年，Ａｌｅｘａｎｄｒｏｖ首先从俄罗斯的土壤上分离到可分解正长石和磷灰石而释放磷钾，并固定大气氮素的细菌，称之为硅酸盐细菌，在我国则多被称为解钾菌或钾细菌［１４］。

此后，各国学者便围绕解钾机理、解钾条件和解钾效果对解钾菌展开了广泛研究。

２．１解钾机理的研究
Ａｌｅｘａｎｄｒｏｖ研究并提出酸的产生是解钾菌分解难溶性钾的主要原因，而有研究表明，解钾菌在试验过程中很少产酸，可能是该菌与矿石接触并产生特殊的酶破坏矿石结晶构造，或是表面的物理化学接触交换作用使其分解［１４－１６］。

Ｍａｌｉｎｏｖｓｋａｙａ等［１７－１９］则认为是该菌生长过程中的某些代谢产物、胞外多糖及低分子量酸性产物（乙酸、乳酸等）或者荚膜与矿石表面的接触作用使矿石分解。

谷付旗等［１０，２０］研究结果表明，解钾菌的解钾能力不是仅靠单纯的一种作用，而是通过产生有机酸、氨基酸的酸溶以及有机酸、氨基酸的荚膜多糖的络合作用共同实现。

目前，关于解钾机理还没有定论，随着现代化测试手段和研究水平的提高，还应逐步深入研究以便对其进行更好地应用。

２．２解钾条件的研究
罗薇等［１９］就解钾菌对矿粉和土壤的解钾作用进行了研究，结果表明，该菌对不同类型矿粉的解钾能力不同，且解钾量与矿粉粒径大小呈负相关，土壤中速效钾的含量有所增加，但增加量不稳定，土壤营养条件对其解钾效果有一定影响。

薛智勇等［２１］研究表明，解钾菌在贫钾土壤中的解钾活性更强。

徐亮［２２］就解钾的土壤水分和通气条件进行研究，结果表明，土壤水分（绝对含水量）在１５％左右、土壤容重为１．２ｇ／ｃｍ３时，解钾菌生长良好。

盛下放等［２３］研究发现，解钾菌的解钾作用受土壤矿物种类和含量、土壤类型、ｐＨ值和土壤温度及环境中钾离子浓度等多种因素影响，并通过砂培试验说明，环境中钾离子质量分数为２６．５～７５．８ｍｇ／ｋｇ时，其解钾效能最大，且解钾量与矿粉粒径密切相关，随矿粉粒径的减小而增加，这与罗薇等［１９］的研究结论一致。

２．３解钾效果的研究
现阶段国内外对解钾菌所进行的大量研究表明，解钾菌确有明显的解钾效果，但也有少数试验无法得出此结论。

吴衍庸等［２４］进行了解钾菌在含钾丰富的紫色土矿粉培养基上的解钾试验，结果表明，该菌解钾能力较强，且解钾量在一定时间内随时间的增加而提高。

薛智勇等［２１，２５］试验结果表明，解钾菌可促进钾、硅、磷元素的释放，刺激作物对各种营养元素的吸收。

钮旭光等［２６］研究表明，解钾菌对含钾矿物确有溶解作用，能使固定钾转化为可溶性钾。

陆引罡等［２７］研究指出，解钾菌对钾长石确有将难溶性的钾转化为可溶性钾的能力，但增钾效果不明显，却能促进作物生长。

３解钾菌在农业上的应用及其作用
解钾菌在农业上主要是以此菌为主要活性成分作微生物肥料使用，其主要作用是提高土壤肥力、促进作物生长、改善作物品质、保护生态环境。

３．１解钾菌对土壤肥力的影响
诸多试验证明，解钾菌可以增加土壤中速效养分的含量。

吴洪生等［２８］研究表明，在一定条件下，钾细菌制剂可分解土壤矿物中的难溶性钾，使土壤速效钾含量比对照提高１２８．６％，而土壤、磷矿粉、沙子３种基质的平均速效钾含量比对照增加１６０．６％。

张红娟等［２９］试验结果表明，接种钾细菌能促进土壤中矿物态Ｋ，Ｐ元素显著活化，较对照分别提高１３．２％，８４．５％。

薛泉宏等［３０］研究表明，接种钾细菌的黄褐土中速效Ｋ，Ｐ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｍｎ较不接菌的对照分别增加２２．７％，５２１．６％，１７２．８％，２０４．０％，１３１．７％，且活化效果较酸性土壤好。

蒋千里等［１６］试验结果表明，施用钾细菌肥的地块获得增产后，土壤中的磷、
山西农业科学２０１４年第４２卷第８期
钾含量均有明显提高，磷含量比对照增加１０４．８％，比施氯化钾增加４１．４％；钾含量比对照增加４６．３％，比施氯化钾增加２３．２％。

３．２解钾菌对作物生长的影响
解钾菌对作物生长的影响主要表现为可以提供作物生长的营养成分、促进作物生长、改善作物品质、增强作物的抗逆性等。

郭勋斌等［３１］试验结果表明，解钾菌对水稻的生长发育具有促进作用，可有效控制无效分蘖、增强植株的抗倒伏能力，每穗的总粒数、实粒数和千粒质量较对照分别增加４．５，３．１粒和０．４ｇ，水稻也可增产６．９６％；同时吴洪生等［３２］研究得出，解钾菌还可改善花生品质，使花生增产１７．９３％。

薛智勇等［２１］研究得出，甘薯接种解钾菌可增产６．９５％～１０．２７％，并指出其可提高单薯质量，而对甘薯茎叶产量影响不大。

那文志等［３３］田间试验结果表明，解钾菌对大豆有明显的增产效果，可较对照增产１６．８５％，同时可提高大豆根瘤的结瘤数，并在一定程度上抑制病虫害，起到防病、抗病、增产的效果。

钮旭光等［２６］研究得出，解钾菌对植物生长的促进作用不仅表现在提高土壤速效钾含量上，而且还可能表现在分泌生长激素、提高抗病性或改善根际微生态环境等方面。

３．３解钾菌对生态环境的影响
随着化肥施用量的不断增加，土壤酸度发生了变化，土壤微生物的活性有所降低，进而导致土壤板结、肥力下降，而解钾菌的解钾、溶磷、固氮作用能很好地维系土壤养分平衡，恢复土壤有机状态。

同时，微生物自身在繁殖过程中产生大量代谢产物，有利于土壤团粒结构的形成，增加土壤透气性，使土壤变得疏松软绵，保水能力增强，水、气、热更加协调。

蒋千里等［１６］试验表明，１．０ｋｇ钾细菌肥的增产效果相当于１０．０ｋｇ氯化钾肥，钾细菌肥投入产出比大，经济效益显著，且其对人体、土壤、大气等无污染和危害，生态效益好，有利于生态系统的平衡及生态环境的保护，有助于发展高效生态农业。

４解钾菌的发展前景
基于国内外目前的研究和发展现状，既要发挥解钾菌在农业生产中的重要作用，同时又要保护其在科学研究和资源保护中的价值，需加强以下几方面的研究。

４．１高效解钾菌株的筛选
解钾菌因其独特的解钾优势，已成为生态农业可持续发展的优势菌株。

根据目前对其解钾效果的研究，部分菌种解钾效果较差，解钾能力不稳定，今后发展的巨大任务是高效解钾菌的筛选，并在利用过程中使其表现出比较稳定的解钾效果，更好地发掘微生物肥料的潜力。

４．２多功能菌群的复配
就解钾菌而言，单一的菌剂虽然有一定的增产效果，但比较容易受到外界环境的影响，且功能较为单一。

所以，多菌种复合、多功能菌群复配已逐步成为微生物菌剂的发展趋势，国内现阶段趋向于选择固氮菌、磷细菌、钾细菌和促生菌等多功能菌的复配，并在分子水平上进行功能菌的构建，实现其由单功能向多功能发展。

４．３解钾机理的进一步研究
目前，学者们就解钾机理进行了很多研究，有主要包括酸解、酶解及借助荚膜的接触作用而释放钾素的单独理论，也有各因素综合影响的理论，但没有确定的结论。

随着现代技术手段和研究水平的不断发展，综合各学科知识，逐步深入研究其内部作用机理，对今后的应用发展有非常重要的帮助。

４．４解钾菌的其他功能研究
已有研究表明，解钾菌在土壤中除了解钾、解磷的作用外，还具有多方面的功能。

如解钾菌菌体内和发酵液中存在有生长素物质和赤霉素类物质，该菌每毫升可产生吲哚乙酸３８μｇ，亦能产生多粘菌素一类物质，对病原菌有一定抑制作用。

因此，解钾菌代谢物对植物生长的作用和对植物病害、病原菌的抑制作用及其对植物抗逆性的影响等研究将使其在农业生产中发挥“生物治疗”的作用［８］。

今后的研究中更要合理地利用解钾菌的有益代谢产物以及有益功能使其更好地发挥作用。

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党雯等：解钾菌的研究进展及其在农业生产中的应用
（上接第912页）
续时间有关，但由于气象资料数据有限，本研究未对此进行详细分析。

本研究结果并不能说明在休眠期、３月上中旬温度再低时也不会发生冻害，只是在观察到的低温范围内没有发生冻害。

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