挑取甘油中解钾菌(YC602、Q22、BS39、Q38) 划线于LB固体培养基平板上，于37 ℃培养12 h。将平板上的解钾菌接入含有LB液体培养基的试管中，于37 ℃以180 r/min转速在摇床中培养12 h。将培养液转接至新鲜的LB液体培养基中，于37 ℃以180 r/min转速在摇床中摇至OD₆₀₀为0.4。吸取菌液接种至含有50 mL解钾液体培养基的250 mL三角瓶中活化钾长石，于30 ℃以180 r/min转速在摇床中培养3 d^[5]。

水溶性钾含量测定：将培养液以8 000 r/min转速离心5 min，弃沉淀取上清液，采用火焰光度法测定水溶性钾含量，设不接菌为对照，每个处理重复3次^[6]。

在前期对菌株和活化剂研究的基础上，选取解钾性能较好的3株解钾菌Q22、Q38、BS39与新的化学活化剂CM进行协同活化试验。钾长石化学活化的条件为3%(质量分数，下同)CM+25%H₂O+研磨6 min+200 ℃烘干12 min处理，分别与3株不同的菌株进行协同活化处理。每种菌株培养时间分别为12、8 h，完成后将培养液以8 000 r/min转速离心5 min，过滤，取上清液，采用火焰光度法测定水溶性钾含量^[6]；将培养液沉淀加入中性乙酸铵溶液中，以180 r/min转速在摇床中振荡30 min，以5 000 r/min转速离心10 mim，过滤，取上清液，火焰光度法测定速效钾含量^[7]。钾长石活化试验处理见表 1。

在化学活化剂筛选和菌株筛选的基础上，进一步设计生物－化学协同活化钾长石替代氯化钾的玉米盆栽试验，试验共设8个处理，每个处理重复4次，具体见表 2。其中T1A、T1B处理为活化剂CM分别与不同菌株的协同处理；T1C与T2C处理(活化剂QN与菌株YC602协同)为前期试验中的最佳处理。通过此次对比试验，对新的活化剂CM和新菌株的组合与原有的最佳处理进行对比评估。

每盆装土2.5 kg。玉米于2021年3月31日播种，每盆3株；4月25日收获，生长期为26 d。收获时测定植株鲜质量、干质量。各处理氮肥、磷肥施用一致，按1 kg土施N 150 mg，尿素折纯量为46.0%，每盆尿素用量为0.8 g；按1 kg土施P₂O₅ 100 mg，过磷酸钙折纯量为16.0%，每盆过磷酸钙用量为1.56 g；CK1按1 kg土施K₂O 120 mg，KCl折纯量为60.0%，每盆KCl用量为0.5 g。考虑到活化钾长石的全钾质量分数仅为9.2%，而氯化钾中有效钾质量分数为60.0%，以活化钾长石取代50%氯化钾的系数为4.6 ∶1，即活化钾长石为氯化钾的4.6倍，但全钾量仍比氯化钾低14.7%。

数据采用SPSS Statistics 25.0统计软件进行统计分析，Microsoft Excel 2016和Microsoft PowerPoint 2016进行作图。

通过3 d在摇床中摇瓶培养测定以优选解钾菌株，与相同培养基、培养7~20 d菌株的解钾量进行比较^[8-9]，Q22的解钾量达到16.98 mg/L，解钾效果较好；其次为YC602、BS39、Q38，解钾量依次为15.58、13.49、12.61 mg/L。本文所筛选菌株的解钾能力居于前。

通过测定水溶性钾和速效钾含量，对不同菌株及培养时间的生物－化学协同活化效果进行比较，见图 1。

图 1

不同菌株及培养时间的生物－化学协同活化效果

对于水溶性钾(图 1a)，T3处理的促进效果相对CK处理的达到差异显著水平，且高于其他处理的，在培养时间为8、12 h时比CK处理的分别增加33.43%、34.02%；T1处理的分别增加11.24%、10.36%；T2处理的分别增加12.24%、21.80%。对于速效钾(图 1b)，与CK处理相比，生物－化学协同活化的T1~T3处理在培养时间为8、12 h均有显著提高，且提高幅度较大，其中：培养8 h时，T1~T3处理的速效钾质量分数分别提高205%、160%、114%；培养12 h时，T1~T3处理的速效钾质量分数分别提高132%、111%、131%。

综上，3株菌株与化学处理相结合均能有效促进钾长石水溶性钾和速效钾的释放。由图 1还可看出，水溶性钾含量与速效钾含量呈反相关，即水溶性钾含量高则速效钾含量较低，反之亦然。

生物－化学协同活化钾长石替代氯化钾玉米盆栽试验结果见表 3。

由表 3可知，T2B(Q22)处理的玉米鲜质量、干质量提高效果显著，优于T2C、CK1处理的。解钾菌Q22具备优良的解钾性能，与活化剂CM表现出良好的协同效果，优于YC602菌株。表明在全钾量减少14.7%的情况下，协同活化钾(T2B)可替代50%的氯化钾，肥效不减反增。

在总钾量减少14.7%的情况下，以活化钾长石分别进行氯化钾的全替代和50%替代的肥效比较。活化钾长石全替代处理的玉米质量均低于CK1处理的，从鲜质量来看，T1A~T1C处理与CK1处理相比均差异显著；从干质量来看，除T1A处理外，T1B、T1C处理与CK1处理相比均无显著差异。活化钾长石50%替代处理的3株菌株与活化剂CM协同处理的干质量均超过CK1处理的，且差异显著，效果超过了前期研究的最佳处理(QN与菌株YC602协同)^[10]。3株菌株与CM协同的玉米干质量增幅高达14.9%~40.7%，且差异均显著，说明3株新菌株和新活化剂CM的活化效果均有明显提高，为氯化钾的替代提供了新的技术支撑。

生物－化学协同活化钾长石替代氯化钾玉米盆栽试验土壤和植株指标测定结果见图 2。

图 2

玉米盆栽试验土壤和植株指标测定结果

由图 2(a)、(b)可知：CK1处理的植株全钾质量分数和植株吸钾量均最高，分别为2.99%和25.15 g，但其生物量并非最高；T2B吸钾量居次，为24.97 g，但生物量最高，比CK1处理的高40.7%。说明T2B处理的单位钾元素的增产率优于CK1处理的，即T2B处理的偏生产力优于CK1处理的。由图 2(c)、(d)可知：CK1处理与活化钾长石处理(T1B处理除外)的土壤速效钾含量差别不大；T1B处理的土壤速效钾含量特别高，土壤速效钾升幅达化学活化处理的2.6倍，其原因可能与菌株特性有关，有待今后进一步的研究；50%氯化钾替代的3个协同活化处理的碱解氮质量分数均高于CK1处理的，这可能与微生物有促进土壤有机质分解的作用有关。土壤养分指标显示，50%氯化钾替代的3个协同活化处理对土壤肥力无不利影响，且对提高碱解氮含量有较好的促进作用。

试验将生物、化学单一活化技术集成协同，获得了明显优于单一活化技术的效果。

(1) 菌株优化：筛选出新的解钾力更强的3株菌株，Q22尤其突出，微生物活化时间从3~7 d缩短至12 h左右。

(2) 活化剂优化：研制出以工业副产品为原料的生物质新型活化剂CM，安全环保且廉价，效果优于活化剂QN的，可大幅降低活化的工时和能耗。

(3) 高效活化：大幅提升钾的有效性，尤其是速效钾升幅达化学活化处理的2.6倍，说明其后续供钾的能力远高于单一化学活化处理的，在取代50%氯化钾情况下产量不减反增。

(4) 增产明显：50%氯化钾替代的3个协同活化处理的产量都高于CK1处理的，增幅达14%~40%，且差异显著，远高于单一的生物或化学活化的。

(5) 设备工艺优势：设备皆为常规设备，成本较低；常温常压下反应，温和绿色，无需高温煅烧，也无需强酸强碱。与高温煅烧、水热法等激烈反应技术相比，生物－化学协同活化技术适用范围更广泛，更利于推广，为我国钾长石替代氯化钾提供了一条新的可行的技术途径，见表 4。

目前仅处于生物－化学协同活化研究的初步阶段，以下3个方面具有很大的技术提升潜力，是今后进行深入研究的方向。

(1) 进一步优选菌株：从分子生物学角度研究解钾菌基因特点以及靶标代谢产物的活化作用；考察菌株在各种土壤、气候逆境条件下，能否迅速增殖并持久地发挥活化作用。

(2) 菌株组合优化：综合考虑解钾菌基因特点、代谢产物以及抗逆性，进行2~3株菌株的优化组合，全面提升解钾菌的解钾能力及增产效果。

(3) 水溶性钾和速效钾的比例优化试验显示，水溶性钾和速效钾的比例与肥效密切相关，该比例的优化其实就是调整供钾强度和持久性的比例。为此，需要对反应条件，如时间、研磨强度、温度、pH等理化因素进行调整。在此基础上，与菌株的特性配合进行比例优化，进一步提升活化钾的肥效。

我国对钾长石的生物活化和化学活化均有长期研究，积累了丰富的经验，为开展生物－化学协同活化研究提供了良好的基础。本试验将生物活化与化学活化集成协同，从活化剂的来源、活化条件以及肥效验证方面进行了一系列研究，证明了以协同技术活化钾取代氯化钾是可行的，为今后开展中试和产业化应用奠定了重要的前期基础，提供了重要的技术参数。

肥料是农作物的粮食，是保证粮食安全的重要战略物资。本研究表明，协同活化钾长石替代50%氯化钾产量不减反增，显示出了良好的产业化发展前景，对充分利用我国丰富的钾长石等难溶性钾矿资源，降低对进口氯化钾的依存度，防止“卡脖子”具有重大的战略意义。