土壤是具有一定肥力、能夠為植物生長提供營養物質和支撐作用并位于陸地表層的疏松地層,一般含有固體、液體和氣體3種物質.礦物質、有機質和微生物等構成了土壤的固體物質,水分是土壤液體物質的主要成分,存在于土壤孔隙中的空氣即土壤中氣體成分.土壤中的這3類物質相互聯系,相互制約,構成了土壤肥力的物質基礎,并為作物生長發育提供了必需條件.
土壤中微生物主要有細菌、放線菌、真菌、藻類和各種原生動物,其中細菌含量最多,可以達到109數量級,放線菌和真菌數量少于細菌,原生動物更少僅有數萬個,它們在土壤生態系統中呈垂直分布特征且對土壤起著至關重要的作用,目前土壤微生物的多樣性及其在生態系統中的作用研究越來越受到重視.
土壤肥力與微生物數量、種類和組成等有關,土壤中的微生物可從以下幾個方面改善土壤質量以提高土壤肥力:
1)土壤中的微生物可使土壤中許多不溶性的無機鹽形成可溶性的無機鹽,供作物吸收利用;2)土壤中的微生物在生長繁殖過程中可以合成氨基酸、植物生長素和赤霉素等,可加快種子萌發速率和根系的發育,利于植物生長;3)土壤中的微生物可以通過競爭和拮抗作用來抑制或殺滅土壤中的植物病原微生物;4)土壤中的自生固氮菌、共生固氮菌和聯合固氮菌菌株可以將空氣中的氮氣轉化為銨,為植物提供有機和無機氮源.
因此,土壤微生物在土壤的氮、磷、鉀循環中起到重要作用,同時土壤微生物與植物的生長發育關系密切.
本文總結了土壤中的解磷解鉀微生物的研究進展,對其解磷解鉀機理進行了綜述,并對存在問題進行了分析,這對推動該領域研究和可持續發展具有重要的理論和現實意義.
1解磷微生物
1.1解磷微生物的種類及分布
土壤中微生物的活動對土壤磷素循環包括磷的轉化和有效性影響很大.
國內外大量的研究證實土壤中存在許多解磷微生物,即能夠將植物難以吸收利用的磷轉化為可吸收利用的速效磷,具有這種能力的微生物稱為解磷菌或溶磷菌(phosphate-solubilizing microorganisms),其中包括細菌、真菌和放線菌.
解磷微生物中能夠將土壤中難以吸收利用的含磷礦物轉化為可直接利用的水溶性磷的一類,稱為解無機磷微生物,能夠分解或降解土壤中有機磷化合物為有效磷素的一類稱為解有機磷微生物[1].
解無機磷微生物解磷機理多為酸解,而解有機磷微生物的解磷機理多為酶解,多數微生物都具有雙重性,其既能分泌酸類物質溶解無機磷,又能分泌磷酸酶、植酸酶等分解有機磷.
據文獻報道,目前有二十幾個屬細菌具有解磷能力,即芽孢桿菌屬(Bacillus)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、產堿菌屬(Alcaligenes)、土壤桿菌屬(Agrobacterium)、黃桿菌屬(Flavobacterium)、固氮菌屬(Azotobacter)、歐文氏菌屬(Erwinia)、沙雷氏菌(Serratia)、硫桿菌屬(Thiobacillus)、腸細菌屬(Enterbacter)、微球菌屬(Micrococcus)、沙門氏菌屬(Salmonella)、色桿菌屬(Chromabacterium)、節細菌屬(Arthrobacter)和埃希氏菌屬(Escherichia)。
有關解磷真菌的研究報道在國內相對較少,國外如印度研究較多,主要包括青霉屬(Penicillium)、根霉屬(Rhizopus)、曲霉屬(Asper-gillus)、小菌核菌屬(Sclerotium)、鐮刀菌屬(Fusarium)和菌根真菌(Arbuscular mycorrhiza)等.
解磷放線菌報道較多的為鏈霉菌屬(Streptomyces)[2-4].土壤、植被、環境以及管理因素等對解磷微生物在土壤中種群密度分布影響較大.
據報道解磷微生物在中國干旱地區土壤中平均含量為1.0×107/g,其中在黑鈣土中解磷微生物含量最多,在堿性土壤中含量較少,分別為4.89×107/g和2.0×104/g[5].林啟美等[6]研究了土壤根際解磷微生物數量和種群結構之間的關系,結果表明,解無機磷細菌主要為假單胞菌屬(Pseudomonas)菌株,解有機磷細菌主要有芽孢桿菌屬(Bacillus)和假單胞菌屬(Pseudomonas)的菌株,且解無機磷細菌比解有機磷細菌少;解磷細菌數量和種類在蔬菜地中最多,而大田中則較少.Ponmuru和Copi[7]也對解磷細菌種群密度和分布類型在花生、高粱和玉米土壤根際中進行了研究,結果證明,高粱和玉米根際土壤解磷微生物含量低,而花生地中解磷細菌含量較高.
還有科學研究人員對不同種植施肥模式對土壤磷細菌的影響進行了研究,結果表明,氮肥、磷肥與鉀肥和有機肥合理地配合施用能有效促進磷細菌在土壤中的繁殖生長,其中以氮肥的促進作用較為顯著.
另外有些科研人員研究了不同作物土壤根際的解磷微生物種群結構,證實不同作物間解磷微生物也存在差異,Elliott等[8]研究表明,芽孢桿菌屬、歐文氏菌屬、假單胞菌屬、鏈霉菌屬和埃希氏菌屬為小麥根際主要解磷菌.
其他研究也表明,小麥和玉米根際解磷微生物種群結構的不同,是由于不同植物根系分泌物不同,同時也和作物的生長季節有關,禾本科作物小麥和玉米土壤非根際土壤解磷菌數量遠低于根際土壤;測定收獲夏玉米時土壤中的根際微生物,有機磷細菌主要有假單胞菌屬和黃桿菌屬的菌株,無機磷細菌主要為歐文氏菌屬的菌株;而冬小麥土壤根際的有機磷細菌主要為假單胞菌屬的菌株,無機磷細菌主要為假單胞菌屬和歐文氏菌屬的菌株.
因此土壤類型、作物類型、管理措施和周圍環境等是影響解磷微生物種類、種群結構和生態分布的主要因素,這些因素對根際微生物對礦物質的分解和利用還需進行更深入的研究.