馬娜，李嵩，孫濤，錢建民，許景鋼

（東北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，黑龍江哈爾濱150030）

鉀細菌對土壤養(yǎng)分轉化強度及馬鈴薯品質的影響

馬娜，李嵩，孫濤，錢建民，許景鋼*

（東北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，黑龍江哈爾濱150030）

鉀對馬鈴薯的生長有十分重要的作用，而鉀細菌對鉀的有效性有顯著的促進作用。試驗以馬鈴薯為研究對象，通過施用含有溶鉀作用的鉀細菌進行大田試驗，尋求施用微生物菌作為馬鈴薯增產(chǎn)提質的新途徑，并探討解鉀細菌的合理施用量。結果表明，鉀細菌在一定程度上可以提高土壤的生化活性以及土壤氮、鉀的養(yǎng)分含量；改善馬鈴薯品質，提高馬鈴薯的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。60 kg/hm2鉀細菌制劑被推薦為北方寒地馬鈴薯栽培的最佳施用量。

生物鉀肥；馬鈴薯；硅酸鹽細菌；生化活性

馬鈴薯是世界上第四大糧食作物，其適應性強、產(chǎn)量高，在食物結構中的地位尤為重要，有“第二面包”和“地下蘋果”的美稱［1］。馬鈴薯在糧食、蔬菜、飼料和工業(yè)原料等方面扮演著重要角色，生產(chǎn)發(fā)展前景廣闊，在當今世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用［2］。鉀對馬鈴薯的生長具有十分重要的作用。鉀細菌對鉀的有效性有顯著的促進作用［3］，其代謝產(chǎn)物如生長刺激素、多糖、有機酸和蛋白質等能抑制病原菌生長，改善土壤肥力，促進農(nóng)作物對土壤養(yǎng)分的營養(yǎng)吸收，以達到促進作物生長、增產(chǎn)等效應［4］。近年來，國內大量田間試驗也表明生物鉀肥對各種喜鉀作物如甘薯、煙草、水稻等有明顯的增產(chǎn)作用，而對馬鈴薯的增產(chǎn)研究，尤其在中國北方寒冷地區(qū)則鮮有報道。本試驗以中國北方寒地土壤為背景，以馬鈴薯作為指示植物，以及細菌施用量作為試驗對象，研究不同鉀細菌施用量對馬鈴薯產(chǎn)量、品質，以及對應下的土壤養(yǎng)分含量、轉化效率，尋求新的溶鉀效果更好、解鉀能力更強的微生物解鉀菌資源及施用方案，為該地域的馬鈴薯生產(chǎn)提供新的生物增產(chǎn)解決方案。

1　材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2014年5～10月在黑龍江省哈爾濱市香坊區(qū)光明屯進行，地塊肥力均勻，前茬作物大豆。供試土壤養(yǎng)分含量分別為有機質29.0 mg/kg，堿解氮77.6 mg/kg，速效磷36.4 mg/kg，速效鉀149.3 mg/ kg，pH 6.5。

1.2供試材料

供試作物：‘克新13號’，原種二代，由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院提供。

供試肥料：鉀細菌制劑（添加生物解鉀細菌；由黑龍江埃格瑞生物技術有限公司提供），磷酸二銨（N 18％、P2O546％），尿素（N 46％），硫酸鉀（K2O 50％）。

1.3試驗設計

試驗以田間傳統(tǒng)施肥為對照（磷酸二銨150 kg/ hm2，尿素220 kg/hm2，硫酸鉀240 kg/hm2，混合后作底肥1次性施入）。試驗采用隨機區(qū)組設計，鉀細菌施用量設4個水平：0，15，30和60 kg/hm2，分別記為1，2，3和4，3次重復。試驗小區(qū)面積12.6 m2，每小區(qū)3壟，壟寬70 cm，壟長6 m，株距25 cm，種植密度5.71×104株/hm2。小區(qū)周圍設2個保護行。5月17日播種，采用單壟稱肥施肥，所有肥料拌土混勻以基肥形式1次性施入。各小區(qū)分別在馬鈴薯出苗后30 d（塊莖形成期）、70 d（塊莖膨大期）、90 d（淀粉積累期）和105 d（成熟期）進行農(nóng)藝性狀調查并進行植株和土壤取樣。

1.4測定項目及方法

土壤pH、有機質含量、速效養(yǎng)分含量采用傳統(tǒng)方法測定［5］。土壤生化強度指標（氨化強度、有機磷轉化強度、無機磷溶解強度、溶鉀強度）參照林先貴［6］的方法進行測定。馬鈴薯產(chǎn)量品質指標（淀粉含量、維生素C含量、還原糖含量、蛋白質含量）參照張永成和田豐［7］的方法進行測定。

1.5數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0進行分析，采用Duncan差異顯著性檢驗比較不同處理間在P＜0.05顯著性水平的差異，相關數(shù)據(jù)的作圖利用Excel 2007處理。

2　結果與分析

圖1　鉀細菌對土壤氨化強度的影響Figure 1Effect of potassium bacteria on soil ammonification

2.1鉀細菌對土壤養(yǎng)分轉化強度的影響

2.1.1鉀細菌對土壤氨化強度的影響

鉀細菌對土壤氨化強度的影響情況如圖1所示。在塊莖形成期和成熟期，土壤氨態(tài)氮含量各處理之間相比差異并不顯著。而塊莖膨大期和淀粉積累期的土壤氨態(tài)氮含量較高，說明在馬鈴薯的生長中期，土壤的氨化強度可以達到峰值。各個生育期內，土壤氨態(tài)氮含量隨著鉀細菌使用量的增加，均表現(xiàn)出了一定的增長趨勢。其中，處理4的各個時期與對照處理相比，土壤氨態(tài)氮含量分別提高了10.43％、17.34％、18.85％和21.68％。特別在塊莖膨大期，處理4與對照處理相比提高效果顯著。說明鉀細菌可以提高土壤氨化強度。

2.1.2鉀細菌對土壤有機磷及無機磷轉化強度的影響

鉀細菌對土壤有機磷轉化強度影響如圖2所示。以土壤的溶磷增量來表達土壤的有機磷轉化強度。塊莖形成期，土壤有機磷轉化強度隨鉀細菌的施用量增加而升高，與對照處理相比，處理2和處理4差異顯著，分別增幅15.35％和15.44％。塊莖膨大期，與對照處理相比，各處理土壤有機磷轉化強度提高7.46％～20.08％，增加幅度依次為處理3＞處理4＞處理2。淀粉積累期，各處理土壤有機磷轉化強度均高于對照處理，且隨著鉀細菌施用量的增加，土壤有機磷轉化強度有著明顯的提高趨勢，其中處理4顯著提高。塊莖成熟期，土壤有機磷轉化強度隨鉀細菌的施用量增加呈上升趨勢。在馬鈴薯的整個生育期內，鉀細菌對土壤有機磷轉化強度影響有明顯提高。

圖2　鉀細菌對土壤有機磷轉化強度的影響Figure 2Effect of potassium bacteria on soil organic phosphorus transformation strength

鉀細菌對土壤無機磷轉化強度影響如圖3所示。各生育期各處理的土壤無機磷轉化強度平均為94.96～117.63 mg/L，鉀細菌對無機磷轉化強度沒有明顯影響。

2.1.3鉀細菌對土壤解鉀強度的影響

圖3　鉀細菌對土壤無機磷轉化強度的影響Figure 3Effect of potassium bacteria on soil inorganic phosphorus transformation strength

鉀細菌對土壤解鉀強度的影響如圖4所示。馬鈴薯生育前期的土壤解鉀強度大于生育后期。各處理在每個生育期內，隨著生物解鉀細菌添加量的提高，土壤解鉀強度存在著明顯的升高趨勢，增幅高達9.66％～47.28％。除處理2在塊莖形成期和成熟期與對照處理相比差異不顯著之外，處理3在塊莖形成期、塊莖膨大期、成熟期和處理4在所有時期的土壤解鉀強度均高于對照處理，且差異顯著。隨著生物解鉀細菌的大幅增加，處理3和處理4之間差異不顯著。

2.2鉀細菌對土壤養(yǎng)分的影響

2.2.1鉀細菌對土壤堿解氮的影響

鉀細菌對土壤堿解氮含量的影響如圖5所示。塊莖形成期，各處理間差異不顯著。從塊莖膨大期開始，隨著鉀細菌施用量的提高，堿解氮含量明顯提高，其中淀粉積累期，處理3含量最高，達113.75 mg/kg。成熟期，馬鈴薯對氮素的吸收基本停止。各處理對土壤堿解氮的作用與塊莖膨大期和淀粉積累期的趨勢相同，鉀細菌對土壤堿解氮含量提高有非常明顯的促進作用。

圖4　鉀細菌對土壤解鉀強度的影響Figure 4Effect of potassium bacteria on soil potassium availability

圖5　鉀細菌對土壤堿解氮含量的影響Figure 5Effect of potassium bacteria on soil alkali-hydrolysable N content

2.2.2鉀細菌對土壤速效磷的影響

鉀細菌對土壤速效磷含量的影響如圖6所示。在馬鈴薯的整個生育期內，各處理對土壤速效磷含量影響無明顯規(guī)律，處理間差異不顯著，說明鉀細菌對土壤速效磷含量無明顯影響。

2.2.3鉀細菌對土壤有效鉀的影響

鉀細菌對土壤有效鉀的影響情況如圖7所示。由于馬鈴薯生育前期的化肥施入，塊莖形成期的土壤有效鉀含量較高，各處理間無顯著差異。至塊莖膨大期，馬鈴薯大量吸收鉀素，使土壤有效鉀含量迅速降低。至淀粉積累期有所上升，之后至成熟期再次小幅度下降。從塊莖膨大期開始，鉀細菌的施用量提高土壤有效鉀含量，其影響表現(xiàn)為先上升后降低的趨勢。其中，處理3提升效果最佳，在整個生長期內均與對照處理之間達到了顯著差異水平，對土壤有效鉀含量的增幅為10.00％～11.87％。處理2效果次之，淀粉積累期和成熟期，土壤有效鉀含量與對照處理相比差異顯著，增幅分別為5.69％和9.49％。處理4效果不明顯，但在淀粉積累期，增幅最高也能達到10.23％。所以，適量的鉀細菌對土壤有效鉀含量有一定的促進作用，超過一定的范圍，對土壤有效鉀的提高幅度較小。

圖6　鉀細菌對土壤速效磷含量的影響Figure 6Effect of potassium bacteria on soil available P content

圖7　鉀細菌對土壤有效鉀含量的影響Figure 7Effect of potassium bacteria on soil available K content

2.3鉀細菌對馬鈴薯生長發(fā)育及品質的影響

2.3.1鉀細菌對馬鈴薯株高及莖粗的影響

苗期，馬鈴薯自身所需營養(yǎng)主要由種薯提供，且該試驗種薯基本保持在45 g左右，成熟期馬鈴薯植株基本已枯萎死亡，因此馬鈴薯株高及莖粗調查只選在塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期3個時期調查分析。鉀細菌對馬鈴薯株高及莖粗變化如表1所示。馬鈴薯株高自塊莖形成期至塊莖膨大期迅速增高，至淀粉積累期株高增長緩慢且有停止的趨勢。馬鈴薯莖粗隨生育期的推移平穩(wěn)增大，至淀粉積累期基本達到最高。整體來看，馬鈴薯株高及莖粗在各處理間均未達到顯著差異，且無明顯規(guī)律。說明鉀細菌對馬鈴薯株高及莖粗無顯著影響。

2.3.2鉀細菌對馬鈴薯品質的影響

鉀細菌對塊莖干物重含量有明顯提升的趨勢。隨著鉀細菌施用量的提高，塊莖干物重在處理3及處理4條件下顯著提高。鉀細菌對馬鈴薯塊莖淀粉含量的影響不明顯，各處理與對照相比差異不顯著。隨鉀細菌添加量的提高，馬鈴薯塊莖維生素C含量不斷增加，至處理4達到顯著差異水平，維生素C含量較對照處理提高14.67％。在馬鈴薯生長時期鉀細菌等微生物大量活動，促進了還原糖向其他形式糖分的轉化，使馬鈴薯還原糖含量在3個鉀細菌施用處理分別較對照處理降低4.78％、12.07％和9.75％。鉀細菌可以一定程度上提高馬鈴薯塊莖蛋白質含量，增幅在1.98％～10.25％（表2）。

表1　鉀細菌對馬鈴薯株高及莖粗的影響Table 1Effects of potassium bacteria on potato height and stem diameter

表2　鉀細菌對馬鈴薯品質的影響Table 2Effect of potassium bacteria on potato quality

表3　鉀細菌對馬鈴薯產(chǎn)量及大中薯率的影響Table 3Effects of potassium bacteria on potato tuber yield and large-medium tuber percentage

2.4鉀細菌對馬鈴薯產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

2.4.1鉀細菌對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

鉀細菌對馬鈴薯產(chǎn)量及大中薯率的影響如表3所示。各施用鉀細菌處理均提高了馬鈴薯產(chǎn)量。其中，處理4產(chǎn)量最高，達到33 160 kg/hm2，較對照處理增產(chǎn)15.4％，差異顯著。處理2和處理3增產(chǎn)11.9％和7.7％，但與對照處理差異不顯著。鉀細菌對馬鈴薯的大中薯率的影響差異不顯著。

2.4.2鉀細菌對馬鈴薯經(jīng)濟效益的影響

根據(jù)各處理馬鈴薯產(chǎn)量及肥料投入進行經(jīng)濟效益分析（表4）。處理2、處理3、處理4與對照處理相比，收益均明顯提高。處理4純收益最高，與不施用生物鉀肥的對照處理相比，純收益增加了2 496.3 元/hm2。且處理4的商品率（大中薯率）最高。鉀細菌對馬鈴薯的增產(chǎn)增收具有現(xiàn)實意義。

表4　各處理馬鈴薯經(jīng)濟效益比較Table 4Comparison of different treatments for economic benefit

3　討論

鉀細菌對馬鈴薯品質、產(chǎn)量有提升作用并對土壤環(huán)境的改善可以起到積極促進的作用。本試驗中，隨著鉀細菌施用量增加，土壤中鉀細菌含量增加，對土壤氨化強度，有機磷轉化強度和土壤解鉀強度均有明顯的提高效果，而對無機磷轉化強度的提高效果有限。賀積強等［8］指出不同的硅酸鹽細菌菌株的溶磷、解鉀特性差異較大，具有溶磷解鉀雙重特性的菌株約占供試菌株（含參考菌株）的22％，說明本試驗的鉀細菌對有機磷化合物和氮有機物有分解轉化作用，對含鉀礦物具有解鉀、溶蝕作用［9］較強，而該鉀細菌對無機磷礦物不具備轉化分解或溶解能力。

鉀細菌對土壤堿解氮和有效鉀含量提高有非常明顯的促進作用。王暉［10］的試驗結果表明，解鉀細菌經(jīng)人工選育、發(fā)酵、擴大應用于農(nóng)作物后，都能直接和間接提供土壤中和植物所需的N，P，K元素，并且通過其對礦物質營養(yǎng)轉化表現(xiàn)出保氮、保鉀等功能和對植物營養(yǎng)元素的有效供給及供應總量的提高。本試驗發(fā)現(xiàn)，超過一定的鉀細菌添加量范圍后，可能由于土壤的堿解氮和速效鉀含量接近飽和，或不同微生物因競爭各種生長條件而產(chǎn)生拮抗作用，養(yǎng)分含量提高幅度開始降低。鉀細菌對土壤速效磷含量無明顯影響，這與該鉀細菌的較低溶磷作用相一致。

鉀細菌的活動可以提高馬鈴薯對土壤養(yǎng)分元素的利用率，協(xié)調營養(yǎng)器官和收獲器官的生長及干物質分配，促進莖葉中干物質向塊莖中轉移。一般條件下，馬鈴薯的塊莖干物質含量越高，塊莖淀粉含量相應就越高。對于商品薯而言，用干物質含量高的馬鈴薯塊莖生產(chǎn)淀粉，出粉率就高［11］。鉀細菌可以提升種薯塊莖干物質含量，也就說明可以提升種薯的發(fā)芽和生長能力。王梓全等［12］認為，馬鈴薯產(chǎn)量、單株塊莖數(shù)和大薯率均隨著施氮量的增加而呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。鉀細菌同樣表現(xiàn)出類似的趨勢，在本試驗條件范圍內，馬鈴薯增產(chǎn)效果顯著。

微生物制劑對作物的增產(chǎn)原因普遍認為是鉀細菌可以對土壤中的云母、長石、磷石灰等含鉀、磷的礦物進行分解，釋放出鉀、磷等植物生長發(fā)育所必須的元素，從而改善作物的營養(yǎng)條件，可以減少傳統(tǒng)肥料的施用量，提高肥料利用率，防止大量的閉蓄態(tài)磷在土壤中的大量堆積引起的土壤板結酸化。但龍健等［13］認為生物鉀肥在實際生產(chǎn)應用中，鉀細菌所起到的增產(chǎn)作用不是因為增加了土壤中可溶性鉀的含量，而可能與其能合成維生素類、生長激素類物質以及和添加劑有關，而可溶性鉀，磷并不是作物增產(chǎn)的最主要因素。同時，這類促進作物生長的生長激素的作用產(chǎn)生機理不明確，安全性未知，曾經(jīng)嚴重制約了生物解鉀細菌菌劑（生物鉀肥）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應用。近年來，隨著植物根圈促生細菌研究的發(fā)展，有關植物、微生物群落對植物生長和產(chǎn)量的影響得到進一步證明。微生物肥料開始加速進入人們的視野。蔣先軍等［14］認為，硅酸鹽細菌，即生物解鉀細菌的增產(chǎn)作用不應只從其能分解硅酸鹽礦物釋放出鉀來考慮，還應考慮到硅酸鹽細菌作為一種根際微生物在植物微生物系統(tǒng)中的作用及其本身產(chǎn)生的各種作用，如影響植物營養(yǎng)的有效吸收和植物病原物的活動，以及代謝產(chǎn)物對植物生長的影響等。所以，根據(jù)植物促生根際細菌理論，鉀細菌并不是通過單純的提高土壤生化活性和養(yǎng)分含量來起到作物的增產(chǎn)增收作用，而是當該菌在作物根部形成優(yōu)勢菌落時，體現(xiàn)出較強的解鉀解磷能力，并刺激生長和抑制病菌，從而對作物的優(yōu)質生長帶來綜合促進作用時，鉀細菌的優(yōu)勢才能夠以根際微生態(tài)學的角度體現(xiàn)出來。

本試驗中，隨著鉀細菌施用量的增加，土壤中的溶鉀微生物含量得以增加，從而提高了土壤的氨化強度，有機磷轉化強度和解鉀強度，而對無機磷轉化強度沒有明顯影響。鉀細菌可以提高土壤堿解氮與速效鉀含量，并提高根系活力，促進馬鈴薯對其他養(yǎng)分的吸收利用，進而提高馬鈴薯產(chǎn)量、品質和經(jīng)濟效益。在中國北方寒地土壤條件下，馬鈴薯種植區(qū)施入60 kg/hm2為鉀細菌的最佳推薦施用量。

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Effects of Potassium Bacteria on Soil Nutrient Transformation and Potato Quality

MA Na，LI Song，SUN Tao，QIAN Jianmin，XU Jinggang*
（College of Resources and Environmental Sciences，Northeast Agricultural University，Harbin，Heilongjiang 150030，China）

:Potassium has an abvious effect on potato growth，and potassium bacteria have a significant role to play in promoting the availability of potassium.In this research，potassium bacteria were applied to potatoes in a field experiment to explore a new way to improve quantity and quality of potatoes，and determine the optimal rate of the potassium bacteria applied.The results showed that the potassium bacteria increased to some extent the biological activity and the nutrient contents of nitrogen and potassium in soil；and improved the yield，quality and economic benefit of potatoes.Potassium bacteria applied at 60 kg/ha could be recommended as the optimal application rate of potassium bacteria for potato production in the northern cold-region of china.

:bio-potassium fertilizer；potato；silicate bacterium；biological activity

S532

A

1672-3635（2016）04-0218-08

2016-06-27

馬娜（1995-），女，本科，研究方向為環(huán)境生物。

（Corresponding author）：許景鋼，教授，博士生導師，主要從事土壤生物及土壤肥力研究。