硫酸鹽細菌菌劑解鉀作用及作物增產效應研究

硫酸鹽細菌菌劑解鉀作用及作物增產效應研究

土壤中的鉀礦物主要是穩(wěn)定的鋁硅酸鹽，不能直接吸收。因此,研究如何將這些土壤礦物中的鉀釋放出來,成為作物能吸收利用的可給態(tài)鉀,具有理論和實踐意義。早在30年代,原蘇聯(lián)學者從土壤中分離到硅酸鹽細菌并測定其解鉀強度,培養(yǎng)5d釋放出來的鉀為原硅酸鹽中含量的15.9%。李元芳認為該菌能分解長石、云母等鋁硅酸鹽類的原生礦物,使土壤中難溶性的鉀、磷、硅等元素轉變?yōu)榭扇苄?可供植物吸收利用。硅酸鹽細菌NBT菌株(一株芽孢桿菌)系南京農業(yè)大學微生物系分離篩選。殷永嫻等對該菌株的形態(tài)、生理生化特性進行了研究,同時也開展了硅酸鹽細菌的應用試驗,證明NBT菌株能改善農作物鉀素營養(yǎng),促進其生長。但其解鉀效能和應用效果尚需要進一步研究。為此作者進行了盆栽、大田及搖瓶試驗。1材料和方法1.1鉀長硅酸鹽細菌NBT菌株,由南京農業(yè)大學微生物系分離篩選。供試作物為水稻、辣椒、棉花。鉀長石由南京地質礦產研究所提供,研磨,過100目篩,用水洗去水溶性鉀,陰干。缺鉀培養(yǎng)基組成(g/L):蔗糖10.0,(NH4)2SO41.0,Na2HPO42.0,MgSO4·7H2O0.5,NaCl0.1,酵母膏0.5,CaCO30.5,pH7.4。1.2葉期椒苗的處理設對照、KCl、NBT菌劑、滅活NBT菌劑4個處理,3個重復。每缽加土3kg。土壤類型為黃棕壤,有機質11.56g/kg,全氮1.14g/kg,全鉀12.81g/kg,速效鉀51.20mg/kg,pH6.6。每缽施入0.98g尿素,0.92g過磷酸鈣,再按各處理要求分別加0.1gKCl,NBT菌劑3mL或滅活該菌劑。拌勻后移栽三葉期辣椒苗,每缽加去離子水900mL。按常規(guī)管理,注意補充水分和病蟲害防治,同時測定原始對照土樣的本底值。1.3全營養(yǎng)液培養(yǎng)試驗設完全營養(yǎng)液組(全量鉀)、1/2量鉀、1/3量鉀和缺鉀組。水稻培養(yǎng)液采用霍格蘭營養(yǎng)液,配方見文獻。除完全營養(yǎng)液組外,其它各組均設接菌、接滅活菌和不接菌3個處理,重復3次。完全營養(yǎng)液組每只塑料杯中加石英砂300.0g,其它各組每杯加220.0g石英砂和80.0g鉀長石粉,混勻,再按每杯5mL的接種量接入菌液(1.77×107個/mL),混勻裝杯。以同樣方法接入滅活菌液(121℃,20min滅菌),然后每杯中加缺鉀營養(yǎng)液40mL,28℃靜置培養(yǎng)20d,其間每隔5d加1次營養(yǎng)液(10mL)。移栽三葉期水稻秧苗,每杯3株,2d后按處理加入營養(yǎng)液40mL。常規(guī)管理,注意補充水分和病蟲害防治。培養(yǎng)至缺鉀組中的水稻出現(xiàn)缺鉀癥狀時采樣,測定植株中的鉀,同時測定培養(yǎng)基質中的速效鉀及全鉀。1.4試驗設計與肥料防治在密度、氮磷肥用量、栽培管理措施相同的前提下,設不施鉀(CK),施鉀(K2O)150.0,262.5,375.0kg/hm2以及硅酸鹽菌劑與滅活硅酸鹽菌劑各3000mL/hm2等6個處理。小區(qū)面積20m2,隨機區(qū)組設計,每處理重復4次。試驗在通州紗場鄉(xiāng)同樂11組徐祥訓家棉田進行。土壤類型為潴育型水稻土,有機質15.1g/kg,全鉀21g/kg,速效鉀122.4mg/kg,pH8.0。栽培方式為移栽地膜棉,行距127cm,株距33cm,植株密度4.68萬/hm2。肥料運籌為:5月10日施碳銨(折氮93.75kg/hm2)和過磷酸鈣600kg/hm2作定植肥,7月11日施第1次花鈴肥(碳銨,折氮112.5kg/hm2),7月31日施第2次花鈴肥(用量同第1次),蓋頂肥未施用。常規(guī)管理。1.5接種法培養(yǎng)21只500mL三角瓶,每瓶加鉀長石粉3.0g和缺鉀培養(yǎng)液200mL,在121℃下滅菌20min,然后接入硅酸鹽菌劑10mL。對照接等量滅活菌液。28℃振蕩培養(yǎng)0,12,24,48,84,96,108h后取樣分析。設3個重復。1.5.1消煮時間的確定取培養(yǎng)一定時間的樣品,用體積分數(shù)為6%的稀H2O2處理。過濾,吸濾液5mL轉入消煮管中,用濃H2SO4-H2O2消煮,測鉀。鉀長石殘渣用去離子水洗,陰干。1.5.2測量項目硅酸鹽細菌數(shù)量采用平板法,pH值采用pH計測定,鉀用原子吸收分光光度法測定,用掃描電鏡觀察鉀長石結構。2結果與分析2.1全鉀重質碳酸鈣菌劑和滅活nbt菌劑的配制盆栽試驗表明(表1),土壤栽種作物,速效鉀和全鉀含量降低,其中施菌劑的全鉀較CK和滅活NBT菌劑的消耗多,植株速效鉀含量施菌劑的高于CK和滅活NBT菌劑,說明硅酸鹽菌劑將部分鉀礦石轉化為有效鉀供植株吸收利用。從植株長勢看,施菌劑的株高高于對照。2.2對水稻全鉀的影響水稻植株培養(yǎng)60d后收獲,分別測定株高、根長、干重和植株中鉀(表2)。接菌處理中,水稻株高、根長及植株速效鉀含量均明顯高于不接菌和接滅活菌的處理;另外,水稻培養(yǎng)基質(石英砂+鉀長石粉)經栽種作物后,速效鉀和全鉀含量降低,其中接菌處理的全鉀較CK及滅活菌劑的消耗多。這說明硅酸鹽細菌能將部分鉀礦物轉化為有效鉀,供植物吸收利用,從而起到促進作物生長的作用。2.3施kcl/hm2由表3可看出,施KCl375kg/hm2產量最高,折皮棉917.6kg/hm2,其次是施KCl262.5kg/hm2,施硅酸鹽菌劑3000mL/hm2,皮棉產量也達841.9kg,分別比對照增產18.85%,11.03%和9.05%。經方差分析,產量差異達極顯著水平。2.4培養(yǎng)過程中的鉀含量對照上清液中鉀含量為60.4mg/L,接入的硅酸鹽細菌細胞中的鉀為30.1mg/L。取接菌組樣品測定培養(yǎng)液中的鉀,結果(表4)可以看出,對照組上清液中的鉀含量在整個培養(yǎng)過程中變化很小,pH值也基本不變;接菌組培養(yǎng)液中的鉀含量隨著培養(yǎng)時間的延長而不斷增加。培養(yǎng)96h,培養(yǎng)液中的鉀含量比對照增加127.3%。另外,從對照組和接菌組鉀長石粉殘渣(用去離子水沖洗,陰干,噴金,掃描電鏡觀察)的掃描電鏡照片(圖1)可以看出,對照組鉀長石表面比較光滑,而接菌組的鉀長石礦物表面凸凹不平,成珊瑚狀。由培養(yǎng)液中鉀含量的增加和礦物表面結構的破壞可以說明,硅酸鹽細菌NBT菌株在其生命活動過程中可以破壞鉀長石的晶格結構,使礦物中的鉀釋放出來,增加了溶液中的鉀濃度。3植株能降低增產增產作用(1)由盆栽試驗可證明,硅酸鹽細菌NBT菌株制成的菌劑能增加土壤和植株中速效鉀的含量。土壤中全鉀量降低,對植株能起到一定的增產作用。(2)田間試