溶磷解钾微生物在植烟土壤中的应用

杨红武，李 帆，唐春闺，赵阿娟，钱秋芳

（1. 湖南农业大学，湖南 长沙410128；2. 湖南省烟草公司长沙市公司，湖南 长沙410003；）

钾和磷都是烟草生长需要的主要元素，也是植烟土壤中影响烟草产量的主要因素。我国可溶性钾矿资源储量少，难溶性钾资源却很多，尤其是钾长石矿储量极其丰富，而我国境内绝大部分钾资源均以矿物钾的形式存于钾长石和云母中[1]，供作物吸收利用的速效性钾含量低于总钾含量的2%。利用化学形态钾肥补钾在烟草生产上是比较常见并且见效较快的土壤速效钾补充方式，但易造成土壤的结构破坏以及有机质含量的下降[2]，更为严重的是长期施用化肥会造成土壤营养富集、对环境造成污染严重。磷在土壤中主要以难溶的矿物态存在[3-5]，据报道，中国有70%左右的耕地土壤缺磷，而土壤中绝大部分磷为无效形式，烟草很难吸收利用。根据杨钰[6]的报道，土壤中难溶性有机磷大约占到土壤全磷的20%～50%，而难溶性有机磷可达到难溶性土壤磷总量的85%。可溶性磷肥施入土壤后，容易被土壤通过专性吸附和化学沉淀作用固定，大部分的磷与土壤中Ca2+、Fe3+、Al3+等相结合形成难溶性的磷酸盐,转变成烟草难以吸收利用的无效态磷[7-8]，造成烟草对磷肥的当季利用率处于较低水平。国内外的研究表明,作物磷肥当季利用率一般仅10%～25%[9-10]。

1 土壤磷钾利用率研究

目前烟叶生产上主要通过优化施肥方式、更换栽培模式和微生物溶磷解钾等几个方面，来提高烟草的土壤磷钾利用率。

1.1 优化施肥方式

我国幅员辽阔，各省份、地区的环境差异极大，土壤条件也不尽相同，针对不同地区的土壤采用与当地气候条件与土壤类型相适应的施肥方式可不同程度提高磷钾肥的利用率。在肥料施用量方面，我国北方烟区的每公顷推荐施肥量和南方烟区存在很大差异。钱卫飞[11]等人的研究表明在不同土壤类型上根据测土配方施肥种植水稻的磷、钾利用率相对于常规施肥均有不同程度的提高。在肥料形态方面，邵蕾[12]等人对控释复合肥、控释氮肥、普通肥料对作物肥料利用率的研究进行比较，指出控释复合肥能显著提高作物对磷、钾的利用率。在施肥方法方面，有研究表明草莓栽培过程中肥料底施、侧施分别比混施、表施的磷、钾利用率要高[12]。欧阳铎声等[13]研究湖南郴州烟区以氮、钾肥全作追肥浇施的肥料利用率较之北方烟区重施基肥、几乎全肥深施的方法要高。

1.2 改善栽培模式

我国烟区的栽培模式普遍比较单一，南方稻田烟区较为常见的模式为烟-稻栽培模式，旱地烟区多为烟草-绿肥模式，北方烟区则以烟草-小麦模式较为常见。章明清等[14]在研究中发现，在经济施磷量下，磷肥利用率从两季蔬菜连作的20.1%提高到菜-菜-稻轮作的29.7%。单一的栽培模式容易使土壤磷钾积累，造成磷肥钾肥的浪费及水土富营养化，不利于作物的生长。杨宇虹[15]等人通过T-RELP 方法研究烟草连作障碍因子，结果表明常年连作会导致烟田土壤中与营养元素循环相关的微生物数量显著下降，同时土壤中病原菌数量显著上升。

1.3 应用溶磷解钾微生物

微生物溶磷解钾研究方面，前苏联学者BASSALIK曾在蚯蚓的肠道内分离出一种解钾细菌，能够对钾长石进行微生物分解，使得高效解钾菌株的筛选、微生物解钾活力测定、微生物解钾作用机制和优良微生物菌株的选育等方面得到广泛关注，并获得快速发展[16]。

解钾菌一般为硅酸盐细菌，盛下放[17]报道硅酸盐细菌是通过分泌有机酸、氨基酸产生酸溶作用以及分泌非常粘稠的荚膜多糖形成络合作用来共同实现其解钾能力。通过络合作用形成的多糖-矿物复合物为细菌的作用提供了一个微环境，各种物理及电化学作用从中发生，进而促进矿物的溶蚀。前苏联孟基娜于1947年，我国前东北农科所于1950年分别从土壤中分离出一种能分解有机磷的巨大芽孢杆菌。同期，中国科学院前林业土壤研究所也在土壤中分离出一种假单胞菌能够分解核酸和卵磷脂。大量报道表明，在土壤中施用上述微生物菌剂，对多种作物的增产幅度均较明显，平均增产11.7%～13.5%[18-19]。陈哲等[20]总结了微生物溶磷解磷的几种主要机制：分布在土壤中的溶磷微生物主要通过分泌小分子有机酸、质子交换以及络合作用等途径溶解释放土壤中的难溶性磷酸盐，同时微生物分泌的磷酸酶和肌醇六磷酸酶对土壤有机磷的释放起着关键作用，比如酸性磷酸酶就是通过分解有机质的磷-酯键和磷-酐键来释放磷。

2 植烟土壤中溶磷解钾微生物应用现状

2.1 应用的优点

综合各项研究当前解决植烟土壤磷钾利用率偏低问题的办法来看，优化烟草农业生产过程中的施肥方式能够因地制宜，并且简便易行。但相比传统施肥方式而言，只能做到肥料的浪费量减少，并不能从根本上改变目前植烟土壤中所施肥料的总体利用率低以及大部分磷素、钾素都被固定在土壤中无法被作物吸收的事实。另一方面，改变现行烟草栽培模式，实行轮作或者间作的条件相对比较严苛。轮作间作确定的栽培模式局限于部分特定的作物组合，在实际生产中存在诸多不便。而在植烟土壤中施用土壤微生物溶磷解钾无疑是一项有利于资源节约、环境友好的重要农业措施。烟草生产上存在很多将溶磷解钾菌制成生物肥料的形式以增加植烟土壤可溶性钾含量的先例[21-22]，能较大程度地促进烟草对钾元素的吸收，从而提高烟叶产量和烟叶品质。

2.2 存在的问题

大量研究表明，施用解磷微生物菌剂能够将土壤中难溶性磷溶解，进而提高土壤有效磷含量，促进作物生长[23-25]。但也有相关试验表明在土壤中施用解磷菌效果并不显著，尤其是在缺磷的土壤上接种溶磷菌[26]；郜春花等[27]报道在室内盆栽试验中单一使用解磷菌剂对玉米的增高以及增重效果不明显。国外相关研究发现，作物根际解磷菌虽然促进了油菜的生长、增加了豆荚的数量，但是并没有明显提高植株的磷素积累量[28]。溶磷解钾微生物在上述作物上应用存在的问题同样存在于其在烟草上的应用，张成省等[29]在植烟土壤中筛选出的多种溶磷解钾微生物中，虽然都具有一定的溶磷解钾能力，但结果存在较大差异，且温室中培养所测结果与在自然条件下培养所测结果也有区别。因此，解磷菌包括解钾菌之类微生物制剂因在不同土壤环境中的适应能力存在差异，造成其在土壤中效果不稳定，严重影响了溶磷、解钾微生物在烟草生产中广泛推广应用。

2.3 溶磷解钾微生物应用发展方向

笔者认为，溶磷解钾微生物要在植烟土壤中得以应用，必须在现有研究成果上进行深度优化，采用最佳方案筛选高效溶磷解钾菌株。综合考虑植烟土壤微环境的复杂性，开展解磷、解钾菌复配试验，通过室内盆栽试验及进一步的大田实验进行验证，筛选出最理想的溶磷解钾菌群，以期进一步提高烟草根际微生物的综合解磷解钾效率，并根据不同烟区的土壤选育有针对性复合菌群，提高溶磷解钾微生物利用植烟土壤中丰富的难溶性磷钾资源，从而降低烟草磷肥的施用量，以及提高烟叶中的钾离子含量。

[1]别运清，胡正嘉.硅酸盐细菌几种功能的研究[J].襄樊职业技术学院学报,2002,1(1):12-15.

[2]马光庭.生态有机肥与农业可持续发展[J].中国生态农业学报,2004,12(3):191-193.

[3]MAHong-wen PotassicrocksinChina:resourceandcleanutilizationtechniques(in Chinese)[M].Beijing:Chemical Industry Press，2010.2-10．

[4]Abd-AllaMH.Phosphatasesand the utilization of organic phosphorus by Rhizobium leguminosarumbiovarviceae.[J].LettersinAppliedMicrobiology,1994，18:294-296.

[5]Yadav KS,Dada rw al KR.Phosphate so lubilizationand mobilization through soil microorganismsDadarwal KR, ed. Biotechnological Approaches in Soil Microorganisms for Sustainable Crop Production[M].Jodhpur:Scientific Publishers,1997.

[6]杨 珏，阮晓红.土壤磷素循环及其对土壤磷流失的影响[J].土壤与环境，2001，10(3):256-258.

[7]邵玉芳，樊明寿，乌恩，等.植物根际解磷细菌与植物生长发育[J].中国农学通报，2007，04:241-244.

[8]吴 平，印莉萍，张立平.Molecularphysiology of plant nutrition[M].Beijing:Scienceand TechnologyPress,2001.

[9]时正元,鲁如坤,顾益初.土壤积累态磷研究:一次大量施磷的产量效应[J].土壤,1995,27(2):57-89.

[10]鲁如坤，时正元，顾益初.土壤积累态磷研究:磷肥的表观积累利用率[J].土壤,1995,27(6):286-289.

[11]钱卫飞，徐巡军，钱卫东，等．不同土壤类型水稻测土配方施肥对肥料利用率的影响[J]．江苏农业科学，2013，41(1):83-85．

[12]SHAO Lei，ZHANGMin,WANG Li-xia.Effects of Different Controlled-release Fertilizers and Different Applying Methods on Fertilizer Use Efficiency and Nitrogen Balance [J].Journal of Soil and Water Conservation，2006，20（6）：115-119.

[13]欧阳铎声，苏国栋，罗建新，等.施肥方法对烤烟氮磷钾利用率及产量品质的影响[J].湖南农学院学报，1992,（S2）:425-434.

[14]章明清，李娟，孔庆波，等.不同磷肥用量对菜稻轮作土壤磷肥利用率的影响[J].土壤通报，2013，04:952-955.

[15]杨宇虹，陈冬梅，晋艳，等.连作烟草对土壤微生物区系影响的T-RFLP分析[J].中国烟草学报，2012，18(1)：40-45.

[16]LI Sha，LI Fu-chun，CHENG Liang-juan．Recent development in bioweatheringresearch[J]．Miner Resources＆Geol，2006，20(6):577-582.

[17]盛下放，黄为一，殷永娴.硅酸盐细菌菌株解钾作用及其机制初探[A].见：中国土壤学会第九次全国代表大会论文集(综合卷)[C].北京：中国土壤学会,1999.

[18]李阜棣，胡正嘉.微生物学（第五版）[M].北京:中国农业出版社，2000.228.

[19]姜绍芬，姜瑞波.解磷微生物肥料的作用和应用[J].土壤肥料，1994，（2）：46-48.

[20]陈 哲，吴敏娜，秦红灵，等.土壤微生物溶磷分子机理研究进展[J].土壤学报，2009,（05）:925-931.

[21]刘 璇，孔凡玉，张成省，等.烟草根际解钾菌的筛选与鉴定[J].中国烟草科学，2012-06，33（3）：28-31.

[22]窦玉青，刘永中，姜鹏超，等.普利生物肥在烤烟上的应用研究初报[J].中国烟草科学，2000，21（4）：14-16．

[23]朱培淼，杨兴明，徐阳春，等．高效解磷细菌的筛选及其对玉米苗期生长的促进作用[J].应用生态学报，2007，18(1):107-112.

[24]Hameeda B，HariniG，Rupela O P，etal．Growth promotion ofmaize by phosphate-solubilizingbacteriaisolated from compostsandmacrofauna[J].MicrobiologicalResearch，2008，163:234-242.

[25]Guinazu LB，Andres JA，PapaMFD，etal．Responseofalfalfa(Medicago sativa L．)to single and mixed inoculation with phosphatesolubilizingbacteria and Sinorhizobiummeliloti[J].BiolFertil Soils，2010，46:185-190.

[26]刘 江，黄学跃，李天飞，等.VA菌根真菌与根瘤菌和溶磷菌双接种对烟苗生长的影响[J].烟草科技栽培与调制，2000，(2):43-44.

[27]郜春花，王 岗，董云中，等.解磷菌剂盆栽及大田施用效果[J].山西农业科学，2003，31(3):40-43.

[28]deFreitasJR，B anerjeeMR，GermidaJJ.Phosphate-solubilizingrhizobacteria enhance the growth and yield but not phosphorus uptake of canola(BrassicanapusL.)[J].BiolFertilSoils，1997，24:358-364.

[29]张成省，陈 雪，张玉芹，等.烟草根际土壤中解钾细菌的分离与多样性分析[J].中国生态农业学报，2013，21（6）:737-743.