解钾细菌C6X对不同富钾矿物含量土壤钾素迁移的影响

尚海丽，毕银丽，彭苏萍，解文武



解钾细菌C6X对不同富钾矿物含量土壤钾素迁移的影响

尚海丽1,2，毕银丽1※，彭苏萍1，解文武1

（1. 中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京100083；2. 内蒙古科技大学矿业研究院，包头014010）

为了改善黄土高原地区煤炭开采引起土壤质量急剧退化的现状，该文以玉米为供试植物，通过日光温室短期盆栽的方式，系统研究解钾细菌C6X和玉米生长对土壤钾素迁移的影响。结果表明：1）玉米生长条件下，解钾细菌在富钾矿物质量分数45%上层土壤（0～20 cm）中对速效钾增量的促进作用最佳。2）解钾细菌和玉米生长协同提高上层土壤钾素固定能力，缓效钾增量在土壤富钾矿物质量分数68%为最大值。3）解钾细菌和玉米生长协同促进土壤钾素上移能力，在富钾矿物质量分数45%水平，土壤上移速效钾呈最大值；同时，解钾细菌促进土壤上移速效钾和玉米钾素积累量二者趋于线性稳定，利于土壤钾肥长期管理。因此，解钾细菌和玉米生长协同促进土壤钾素的释放和固定，并促进土壤钾素上移。

土壤；细菌；钾素；黏土矿物

0 引 言

解钾细菌多是从烟草、棉花等耕层土壤中筛选培育而来，包括芽孢杆菌、肠杆菌、假单胞菌等[1]。作为一种低廉、绿色的微生物菌剂，解钾细菌通过酸解作用、螯合作用、阳离子交换反应和有机酸产物等作用，释放黏土矿物中植物不能直接利用的K+、Mg2+和Si4+等元素，为植物生长所需营养元素提供重要补给[2-3]。中国西北黄土高原土壤富含伊利石、钾长石等黏土矿物，土壤总钾含量高达2000 mg/kg，但是非耕作土壤交换性钾含量不超过80 mg/kg，非交换性钾含量不超过500 mg/kg，加之土壤有机质含量低，淋滤作用强烈，表层土壤钾素严重流失，造成土壤钾的实际利用率低[4-5]。近年来该地区大规模煤炭开采，严重破坏了本就脆弱的生态环境，土壤质量急剧退化[6]。因此，合理利用解钾细菌对土壤黏土矿物的释钾作用，是开发黄土高原矿区土壤钾肥潜力的一种绿色无污染的方法，可以缓解土壤退化速率，进一步改善矿区生态环境[3]。

土壤钾含量及其利用率是重要的土壤肥力指标之一[7]。2:1型黏土矿物伊利石层间域是土壤钾的重要存储空间，可以释放层间K+和固定部分土壤速效钾[8]。Barré Pierre等[9]研究表明，当伊利石层间K+的释放量和固定量变化强烈时，在 X 射线衍射图谱中伊利石1nm衍射峰强度产生显著变化。相关研究还表明，土壤钾的释放和固定受多种因素影响，包括土壤母质的黏土矿物组合、土壤钾肥施用量、植物对钾的吸收、土壤溶液中阳离子种类和含量比率、氮磷肥施用量、淋滤作用和气候等因素[10-11]。Jalali[12]通过3种浸提液浸提的土壤钾量与植物吸收钾量高度相关，间接说明植物不仅吸收土壤速效钾，矿物层间K+在某种程度上也可以被植物吸收利用。土壤钾在表层和深层的分布具有差异性，钾素利用率也不同，这与不同土层的黏土矿物种类有关，也与长期施用肥料对土壤钾素平衡的影响作用有关[7]。

解钾细菌作为复合微生物肥料中重要的功能菌株，具有提高土壤肥力，促进作物生长，改善作物品质，以及保护生态环境的重要作用[13]。马铃薯田间试验表明，解钾细菌在一定程度上可以提高土壤氮、磷、钾等养分转化强度，促进马铃薯对土壤养分的吸收，最终提高了马铃薯产量和作物品质[14]。闫华晓等[15]研究了硅酸盐细菌DMS3对钾长石的解钾作用，结果表明DMS3菌株具有较高的解钾能力，其一定浓度的发酵液促进绿豆株高、根长及干重等作物生长指标。史静静等[16]通过对棉花根际多种解钾菌株进行生理活性和盆栽试验，发现解钾细菌具有极高的产铁载体、分泌吲哚乙酸和溶磷的能力，接种解钾细菌的棉花根系活力、株高和干质量显著提高，具有代替钾肥的巨大潜力。在烟草种植中，长期施用化肥易产生土壤酸度变化、板结、土壤微生物活性降低等一系列生态环境问题，而解钾细菌能够很好地维持土壤养分平衡，促进其他土壤微生物生长，并促进土壤团粒结构形成，增加土壤透气性，生态效益前景广阔[17]。另外，在根际促生细菌互作效应研究中，通过对小麦根际固氮、溶磷和解钾细菌以不同组合混合培养，表明解钾细菌和溶磷细菌具有良好协同效果，而与固氮细菌形成拮抗作用[18]。尚海丽等[19-20]通过一系列实验室培养和盆栽试验研究解钾细菌C6X与富钾矿物的协同生态效应，结果表明解钾细菌C6X对伊利石的释钾效果优于钾长石，土壤含水量过高不利于解钾细菌释钾，而且解钾细菌C6X在适宜富钾矿物配比的条件下具有促进植物生长、提高土壤养分利用率的显著作用。

前人对解钾细菌的研究主要集中在解钾细菌的生理活性以及对喜钾作物生长的促进作用等方面，而对解钾细菌在矿区生态修复中的作用研究较少，特别是针对解钾细菌在黄土高原钾素淋滤流失的环境问题中的应用鲜见报道。因此，本文于2015年5月底至同年8月通过日光温室短期盆栽的方式，以玉米为供试植物，研究解钾细菌C6X作用下上层（0～20 cm）及下层（20～40 cm）人工培土中速效钾增量和缓效钾增量的变化规律，并探讨解钾细菌C6X对土壤钾素向上运移能力的影响，以期为进一步利用解钾细菌开发矿区退化土壤钾肥潜力提供科学依据，实现解钾细菌在矿区生态环境治理中的重要作用。

1 材料和方法

1.1 试验材料

根据黄土高原矿区退化土壤类型和主要矿物组成，选用伊利石、钾长石和水洗河砂3种矿物配比的人工培土作为供试土壤。3种矿物分别选用河北省灵寿县天然伊利石黏土岩和钾长石矿粉（粒径<0.15 mm），以及北京郊区水洗河砂（粒径<2 mm）。供试土壤的矿物配比和主要理化性质见表1。

表1 人工培土的矿物配比和主要理化性质

供试菌种为解钾细菌C6X。该菌种经广东省微生物分析检测中心鉴定为，属革兰氏阴性菌[21]。

选用中国农业科学院品糯28号玉米为供试植物。

1.2 试验设计

试验地点在中国矿业大学（北京）日光温室。试验分别设种玉米接菌组、种玉米接灭活菌组、无玉米接菌组、无玉米接灭活菌组4个处理。每个处理采用6种不同配比的供试土壤进行培养，供试土壤配比见表1。试验设3个重复，合计72个盆栽。盆栽使用规格为15 cm× 60 cm 的PVC管，每盆装土5 kg，装土实际深度50 cm。土壤表层向下20 cm处铺设网孔直径30的尼龙网，用以阻挡玉米根系向下生长。在实验室理想条件下，为排除外来菌种对试验结果的影响，供试土壤采用全自动立式电热压力蒸汽灭菌器灭菌。仪器型号YXQ-LS-50SII，灭菌条件为压力120 kPa，温度121 ℃，时长30 min。供试土壤灭菌后风干装柱，并浇水至最大饱和持水量，静置1 d待水分平衡后播种。采用10% H2O2浸泡玉米种子10 min，去离子水清洗至干净。试验培养期90 d，培养期间以称量法维持土壤轻度干旱，浇水量保持土壤最大持水量的70%。菌液和灭活菌液于出苗后1周随浇水均匀浇灌土柱。其中，供试菌液在440 nm波长下的光密度（OD）为0.12，菌液量按表1土壤编号依次添加17、19、20、21、22、24 mL菌液或灭活菌液。配制NH4NO3、NH4H2PO4营养液，使供试土壤N、P质量分数分别达到120、30 mg/kg。

1.3 试验方法

1.3.1 玉米干质量和钾含量测定

培养90 d后，采集不同处理的玉米地上部分和地下部分，在烘箱105 ℃杀青30 min后，调至70 ℃直至烘干，称质量记录不同处理的玉米干质量。

玉米钾含量采用H2SO4-H2O2消煮法[22]，选用中科院地理所理化分析中心电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）测定消煮液中钾含量。

玉米钾素积累量=玉米干质量×玉米钾含量。

1.3.2 土壤速效钾、缓效钾含量测定

培养90 d后，分别采集0～20 cm上层土壤、20～40 cm下层土壤样品，阴干过筛待测。酸溶性钾含量通过1.0 mol/L热HNO3浸提10 min获得浸提液，土壤速效钾含量采用1.0 mol/L NH4OAc浸提10 min获得浸提液。浸提液采用中科院地理所理化分析中心电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）测试。

土壤缓效钾含量=土壤酸溶性钾含量−土壤速效钾含量[22]。

1.3.3 数据处理

数据分析使用SPSS 2.0软件，差异显著性分析选用Duncan法，显著水平设为0.05。土壤钾素迁移各指标（单位：mg·kg-1）计算公式如下：

上层土壤速效钾增量=玉米钾素积累量/上层土质量+收获后上层土壤速效钾-初始速效钾

下层土壤速效钾增量=收获后下层土壤速效钾-初始速效钾

上层土壤缓效钾增量=收获后上层土壤缓效钾-初始缓效钾

下层土壤缓效钾增量=收获后下层土壤缓效钾-初始缓效钾

上移速效钾=上层土壤速效钾增量-上层土壤缓效钾减少量

2 试验结果

2.1 解钾细菌对不同富钾矿物含量土壤速效钾增量的影响

解钾细菌在富钾矿物不同含量水平对土壤速效钾增量的影响作用不同（表2）。随富钾矿物含量增加，种玉米土柱上层土壤速效钾增量逐渐增大，在接菌处理富钾矿物质量分数45%达到峰值，而接灭活菌处理的峰值在富钾矿物质量分数38%水平。种玉米土柱下层土壤速效钾增量均为负值，其中，接菌处理的峰值在富钾矿物质量分数45%、68%水平，接灭活菌处理的峰值在富钾矿物质量分数68%水平。种玉米土柱上层土壤速效钾增量在富钾矿物质量分数45%和75%时接菌处理大于接灭活菌处理，且差异显著（<0.05）；下层土壤速效钾减少量在富钾矿物质量分数45%时接菌处理显著大于接灭活菌处理（<0.05）。可见在玉米生长条件下，解钾细菌在富钾矿物质量分数45%的土壤中对速效钾增量促进作用最佳。

在无玉米土柱中，上层土壤速效钾增量在富钾矿物质量分数18%、25%水平，接菌处理为正值，且显著大于接灭活菌处理（<0.05）；其余水平均呈负值，随富钾矿物含量增加（≥38%）无显著变化（>0.05）。无玉米土柱下层土壤速效钾增量在富钾矿物质量分数18%、25%和45%接菌处理呈正值，且显著大于接灭活菌处理（<0.05）；其余水平为负，但其绝对值在富钾矿物质量分数68%、75%时，接菌处理显著大于接灭活菌处理（<0.05）。因此，无玉米生长条件下，解钾细菌对土壤速效钾的作用受限，仅在贫钾条件下促进土壤速效钾增长。

2.2 解钾细菌对不同富钾矿物含量土壤缓效钾增量的影响

土壤缓效钾含量的增减反映土壤钾素的固定和释放能力[23]。解钾细菌对土壤缓效钾增量具有显著影响（表2）。种玉米土柱中，随富钾矿物含量增加，接菌处理上层土壤缓效钾增量逐渐增大，在土壤富钾矿物质量分数68%达到峰值，之后迅速下降为负值；接菌处理下层土壤呈波动式增加趋势，在土壤富钾矿物质量分数68%亦达到峰值。而接灭活菌处理土壤缓效钾增量为负，即土壤钾素释放量大于固定量，且绝对值随富钾矿物含量增加呈“双峰式”变化特征，分别在富钾矿物质量分数38%、75%达到峰值。在土壤富钾矿物质量分数≥38%时，上层土壤缓效钾增量接菌处理显著大于接灭活菌处理（<0.05）；在富钾矿物质量分数45%和68%时，下层土壤缓效钾增量接菌处理显著大于接灭活菌处理（<0.05）。结果表明，在玉米生长条件下，解钾细菌在富钾矿物质量分数68 %的土壤中对钾素的固定作用最佳。

表2 不同处理土壤速效钾增量

注：上层和下层土壤数据分别进行差异显著性分析，表中数值为3个数值的平均值，其后不同小写字母表示5%水平上差异显著，下同。

Notes: Difference significance analyses were carried out on the data of topsoil and subsoil respectively. Values were means of three replicates, and mean followed by different lowercase letters indicates significant difference at 5% level, the same below.

无玉米土柱上层土壤缓效钾增量以接菌处理富钾矿物质量分数18%、25%和45%水平呈正值；下层土壤缓效钾增量在接菌处理富钾矿物质量分数18%、25%时呈正值，其余水平均为负值，且随富钾矿物含量增加，呈“折线式”变化趋势。无玉米条件下，上层土壤缓效钾增量在富钾矿物质量分数≥38%时，接菌处理大于接灭活菌处理，且差异显著（<0.05）；下层土壤缓效钾增量在富钾矿物质量分数18%、45%和68%时，接菌处理显著大于接灭活菌处理（<0.05）。综上所述，无玉米生长时，解钾细菌对富钾矿物质量分数45%的土壤钾素固定具有显著促进作用。

2.3 解钾细菌对不同富钾矿物含量土壤上移速效钾的促进作用

植物活动使土壤耕作层富含更多无机元素（如Si、K、Ca、Mg），这种现象叫做“养分上移”或“元素迁移”，这有助于抵消表层土壤淋滤作用造成的元素流失，并影响耕作层土壤中富钾矿物的稳定性[24]。图1种玉米土柱中，接菌处理上移速效钾含量随土壤富钾矿物含量增加呈上升趋势，在富钾矿物质量分数45%时达到峰值，之后呈下降趋势，但仍然保持较高值；接灭活菌处理上移速效钾含量水平较低。当富钾矿物质量分数≥38%时，种玉米土壤上移速效钾含量接菌处理显著高于接灭活菌处理（<0.05）。无玉米处理上移速效钾含量总体较低，除富钾矿物质量分数68%外，其余水平接菌处理显著高于接灭活菌处理（<0.05）。因此，在玉米生长条件下，解钾细菌对富钾矿物质量分数45%的土壤上移速效钾含量具有最佳促进效果。

图1 不同处理土壤上移速效钾的变化

图2中，不考虑解钾细菌对土壤上移速效钾的影响，种玉米处理中，土壤上移速效钾随富钾矿物含量增加而逐渐增大，在富钾矿物质量分数45%时达到最大值，之后随富钾矿物含量增加而逐渐减小。无玉米处理中，土壤上移速效钾含量均为负值或接近零值，且随富钾矿物含量增加呈“波动式”下降趋势，在富钾矿物质量分数75%时达到峰值。这说明无玉米生长的土壤钾素不仅无明显上移量，而且土壤淋滤作用强烈，表层土壤钾素严重流失。土壤上移速效钾含量在土壤富钾矿物质量分数≥38%时，种玉米处理大于无玉米处理，且差异显著（<0.05）。

图2 不同富钾矿物含量土壤上移速效钾的变化

因此，玉米生长对养分的需求，造成土壤养分上移，玉米生长是促进土壤钾素上移的重要动力。土壤富钾矿物含量因素对土壤上移速效钾含量无直接作用，但是通过不同程度地解钾细菌的代谢活动，从而影响土壤钾素上移。

综上所述，玉米生长和解钾细菌协同促进土壤钾素上移。表2中，接菌处理玉米钾素积累量与土壤上移速效钾含量二者相关系数0.928，高度相关，而接灭活菌处理二者的相关性降低，相关系数仅0.627，为中度相关。这说明解钾细菌作用下，玉米生长和上移速效钾含量的相关性增强，速效钾的上移能力与植物钾的吸收量密切相关。图3线性回归分析表明，对比接灭活菌处理，接菌处理的土壤上移速效钾和玉米钾素积累量呈极显著（<0.01）线性正相关。因此，在解钾细菌作用下，土壤钾素上移量与植物钾素积累量趋于线性稳定，利于土壤钾肥的长期管理。

表3 土壤上移速效钾和玉米钾素积累量的相关性分析

注：**表示差异显著性水平<0.01。玉米钾素积累量数据引自参考文献[33]。

Notes: ** indicate significant difference at 0.01level.The data of total potassium in maize quoted from the reference[33].

图3 玉米钾素积累量和不同处理土壤上移速效钾的线性回归分析

3 讨 论

3.1 钾长石和伊利石释放和固定钾素能力的差异

土壤富钾矿物是植物生长所需钾素的重要来源，富钾矿物对钾的释放和固定能力是维持土壤钾素长期平衡的重要因素[25]。大量研究表明，钾长石和伊利石均可以释放K+，为土壤提供速效钾；而伊利石还以层间K+的形式固定钾素，是土壤钾的重要存贮空间[8]。Adamo等[26]田间试验结果表明，土壤富钾矿物中的伊利石层间K+在玉米播种后40 d显著减少，而在玉米生长末期显著增加。因此，伊利石层间K+既可以被玉米吸收，又可以将玉米释放到土壤中的钾素重新储存。本试验结果表明，解钾细菌和玉米生长协同作用下，上层土壤速效钾增量在土壤富钾矿物质量分数45%、75%达到最大值，即钾长石质量分数较高，达到15%，伊利石质量分数≥30%，土壤以钾长石和伊利石的释钾作用为主，导致土壤速效钾含量显著增大。而土壤富钾矿物质量分数68%水平显示较低的速效钾增量和最大缓效钾增量，是因为该水平土壤富钾矿物主要为伊利石，钾长石质量分数低（8%），土壤以伊利石固钾作用为主。但是，土壤富钾矿物质量分数75%水平的土壤缓效钾增量最小且为负，可能因为土壤速效钾总量过大（200.70 mg/kg），过量的土壤钾素对土壤微生物产生毒害作用，抑制解钾细菌与富钾矿物的相互作用，因此，解钾细菌无显著作用于土壤黏土矿物[3]。Geertjie等[27]研究还表明，土壤黏土矿物含量影响土壤密度，而土壤密度是微生物活动与矿物作用过程中的重要因素，因为合适的土壤密度为微生物提供充足的富氧环境，保障微生物生命活动的正常进行。

3.2 解钾细菌促进土壤钾的固定和释放

解钾细菌的溶钾作用已得到很多学者的认可[28]。李九美等[29]研究表明，解钾细菌在小麦生长早期减缓速效钾的固定，在旺长期可以释放土壤难溶钾，形成可供小麦利用的速效钾，促进小麦对钾肥的吸收利用。本试验研究表明，在玉米生长条件下，当富钾矿物质量分数45%、75%时，解钾细菌显著提高上层土壤速效钾含量；在无玉米生长条件下，当富钾矿物质量分数18%、25%时，解钾细菌对土壤速效钾增量也有显著促进作用。这是因为在无植物生长的贫钾土壤中，解钾细菌有助于从土壤黏土矿物非交换性钾中释放钾素，使土壤速效钾含量增大[17]。解钾细菌不但可以促进黏土矿物钾素的释放，而且在富钾土壤中提高土壤富钾矿物对钾的固定能力，利于土壤钾素的储存。有研究表明，伊利石层间K+的释放与层间H3O+有关，二者此消彼长[30]。这与尚海丽等[19]的研究结果具有一致性，解钾细菌促进伊利石层间K+和H3O+的交换作用，导致富钾矿物释放和固定层间K+。本文研究结果表明，在玉米生长条件下，土壤富钾矿物质量分数≥38%时，即在土壤富钾时，解钾细菌促进伊利石的固钾能力，土壤缓效钾增量显著提高。因此，解钾细菌影响黏土矿物释钾和固钾能力，这在土壤钾肥的长期有效利用、减少土壤钾流失等方面意义重大[20,31]。

3.3 解钾细菌和玉米生长对土壤钾素迁移的综合效应

土壤钾的迁移受多种因素影响，特别是植物生长过程中，根系对钾的需求很大程度上决定了钾的空间有效性[25]，不同植物类型对钾的吸收也不同，极大地影响土壤钾的迁移和分布[32]。对比本试验结果，在解钾细菌和玉米生长协同作用下，土壤上移速效钾含量显著提高，并与玉米钾素积累量呈显著线性相关；而无玉米生长的土壤由于无作物胁迫，富钾土壤中现有的速效钾含量可以满足解钾细菌生命代谢的需求，即无生物胁迫，因此，仅在伊利石低含量（18%和25%）的土壤中上移速效钾呈正值。由此可见，土壤钾素上移能力主要取决于玉米生长对钾素的需求。解钾细菌促进玉米生长，也促进玉米对深层土壤速效钾的利用。当上层土壤速效钾不能满足玉米生长所需，下层土壤速效钾的上移能力就显得尤为重要，这在长期轮作土壤中维持土壤钾素平衡具有重要意义[24]。也有学者利用秸秆还田结合施用钾肥的方式提高土壤速效钾含量，同时促进玉米产量，增加钾收获指数、化肥钾和秸秆钾的利用率，有利于土壤钾素收支平衡[33]。而解钾细菌作为重要的土壤耕层微生物，与植物相互作用，可以充分提高土壤钾素上移能力，是维持耕层土壤钾素肥力稳定的重要手段，积极影响土壤生态系统[34]。

4 结 论

解钾细菌和玉米生长协同作用促进土壤钾素的释放和固定，并促进土壤钾素上移。其中，黏土矿物质量分数68%的上层土壤缓效钾素增量最大，富钾矿物质量分数45%的上层土壤速效钾增量最大，土壤钾素上移量在富钾矿物质量分数45%达到最大值。同时，解钾细菌作用促进土壤上移速效钾与玉米钾素积累量的线性稳定，利于土壤钾肥长期管理。而下层土壤速效钾的减少量一部分为上层土壤提供钾素，另一部分被原地固定为缓效钾。综上所述，解钾细菌和植物生长对土壤钾素迁移过程具有积极影响，这对贫瘠土壤钾肥的长期有效利用和钾素平衡具有重要意义，为中国西北矿区生态环境治理提供了新的思路。

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Effects of potassium-solubilizing bacteria C6X on potassium migration in soils with different content of potassium-rich minerals

Shang Haili1,2, Bi Yinli1※, Peng Suping1, Xie Wenwu1

(1.(),100083;2.014010)

There is the severe agricultural environmental problem of cultivated soil potassium leaching caused by soil erosion in Loess Plateau, where the soil quality is rapidly degenerating caused by coal mining for a long time. It is necessary to rationally develop and utilize soil potassium in Loess Plateau for ecological restoration in the mining area of northwest China. In order to understand the effect of potassium-solubilizing bacteria C6X on soil potassium migration under the conditions of maize () planted in the mining area of northwest China, this study was performed by short-term pot cultures in helio-greenhouse with or without maize planting in artificial soils with different contents of potassium-rich minerals which simulated the soils in the studied area. The artificial soil was composed of quartz and two kinds of potassium-rich minerals, including feldspar and hydrous mica which are common minerals in the soil of northwest mining area in China. The artificial soils used in the experiment were treated with six levels of potassium-rich minerals, which were 18%, 25%, 38%, 45%, 68% and 75% by mass fractions of total potassium-rich minerals in soils. Each level of potassium-rich minerals treated with inoculation with active C6X or sterilized C6X. The C6X is the tested strains of potassium-solubilizing bacteriawhich was isolated from the garden soil in Beijing suburbs by microbial reclamation laboratory in China University of Mining and Technology. Also, nylon mesh (30m, dia.) was laid at 20 cm depth below the soil surface to block the downward growth of the root system of maize. We investigated to the relationship among the potassium-solubilizing bacteria, potassium-rich minerals ratios in soils and the growth of maize, and the synergistic effect of them on the soil potassium migration，which included the increment of available potassium in topsoil and subsoil, the increment of slowly available potassium in topsoil and subsoil, and the upward migratory available potassium. Also, linear regression analysis was used for data analysis which involving potassium accumulation in maize and upward migratory available potassium in soils with active C6X or sterilized C6X. The results showed that: 1) With maize planting, potassium-solubilizing bacteria increased available potassium in the soil with 45 % potassium-rich mineral mass fraction. Without maize planting, potassium-solubilizing bacteria significantly (<0.05) increased soil available potassium in the soil with 18 % or 25 % of the mass fraction of potassium-rich minerals. 2) Potassium-solubilizing bacteria and maize growth synergistically increased potassium fixation capacity in topsoil due to more potassium released from minerals and used by maize. Soil slowly available potassium increment was the maximum value in the soil with 68 % mass fraction of potassium-rich minerals. Without maize planting, potassium- solubilizing bacteria significantly (<0.05) improved soil slowly available potassium in the soil with 45% mass fraction of potassium-rich minerals. 3) Potassium-solubilizing bacteria and maize growth synergistically promoted ability of potassium translocation in soil. The upward migratory available potassium was to the maximum value in the soil with potassium-rich mineral mass fraction of 45%. Also, potassium-solubilizing bacteria promoted a linear relation between upward migratory available potassium in soil and potassium accumulation in maize, which has implication for the long-term management of soil potassium. In addition, the factor of potassium-rich mineral content in soils had no directly effect on soil potassium migration, but it could affect the metabolism of potassium bacteria at various degree, through which it finally could affect the soil potassium migration. To generalize, potassium-solubilizing bacteria and maize growth synergistically promoted soil potassium migration, and this is of great significance for the rational use of potassium-solubilizing bacteria to repair the ecological environment of the coal mining subsidence area in the Loess Plateau of Northwest China.

soil; bacteria; potassium; clay minerals

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.18.013

X171.4; Q89

A

1002-6819(2017)-18-0095-07

2017-04-10

2017-09-03

国家自然基金项目（51574253）；国家863计划项目（2013AA102904）；内蒙古科技大学创新基金项目（2015XYPYL04）

尚海丽，博士生，讲师，主要研究方向为矿区环境治理与生态重建。Email：150678516@qq.com

毕银丽，教授，博士生导师，主要从事微生物复垦研究。Email：ylbi88@126.com