中藥廢渣對(duì)干旱區(qū)棄耕鹽堿地土壤理化性質(zhì)及微生物數(shù)量和酶活性的影響

白明生，姚云鶴，王 佳

（寧夏大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，寧夏 銀川750021）

苦豆子（Sophora alopecuroides L.），豆科槐屬植物，集中生長(zhǎng)在我國(guó)北部的荒漠區(qū)，尤以寧夏回族自治區(qū)、甘肅省、青海省、新疆維吾爾自治區(qū)及內(nèi)蒙古自治區(qū)為多。苦豆子含有較多的生物堿，以全草、根、種子入藥［1－2］。提取生物堿后的苦豆子藥渣分為苦豆子草渣（從苦豆子莖葉中提取生物堿后的藥渣）和苦豆子籽渣（從苦豆子籽中提取生物堿后的藥渣），是生物制藥廠生產(chǎn)過(guò)程中的廢棄物。甘草為豆科甘草屬植物，甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）、脹果甘草（G.inflata Bat）.或光果甘草（G.glabra L.）的干燥根及根莖，富含三萜和黃酮類成分，甘草酸是其主要有效成分之一［3－4］。醫(yī)藥生產(chǎn)企業(yè)通常從甘草中提取甘草膏或甘草酸，提取后所剩余的甘草藥渣作為工業(yè)廢料棄去。

對(duì)中藥廢渣的有效再利用不僅可以降低工業(yè)廢料排放，減輕環(huán)境治理的壓力，而且可以充分利用廢棄資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。寧夏回族自治區(qū)鹽池縣紫荊花藥業(yè)有限公司是目前全國(guó)最大的苦參系列生物堿原料藥生產(chǎn)基地，還生產(chǎn)大量的甘草浸膏等原料藥，每年產(chǎn)生大量的藥物廢渣。本文以中藥廢渣為原料，進(jìn)行中藥廢渣改良干旱區(qū)鹽堿地的試驗(yàn)研究，旨在探索中藥廢渣對(duì)鹽堿地土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性的影響，分析土壤理化性質(zhì)與土壤微生物和土壤酶活性之間的關(guān)系，為鹽堿地土壤改良提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于寧夏回族自治區(qū)東部鹽池縣（東經(jīng)106°30′—107°47′，北緯37°04′—38°10′）花馬池鎮(zhèn)北王圈自然村，屬于毛烏素沙地西南緣，為黃土高原向鄂爾多斯臺(tái)地過(guò)渡地帶。該區(qū)年均氣溫7.7℃，絕對(duì)最高和最低氣溫分別是38.1℃和－29.6℃，年均降水量約280mm，蒸發(fā)量高達(dá)2710mm，年均無(wú)霜期165d。試驗(yàn)地為9a棄耕地，土壤類型為風(fēng)沙土。水資源匱乏，灌溉用水為地下水，含鹽量及礦化度高，水質(zhì)較差。研究區(qū)主要植被有沙生冰草、〔賴草（Aneurolepidum dasytachys（Trin.）Nevski.〕、大針茅（Stipagrandis P.Smirn.）、長(zhǎng)芒草（Stipa bungeana Trin.）和鹽爪爪〔Kalidium foliatum （Pall.）Moq.〕等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)材料 提取苦參堿后的苦豆子廢渣（籽渣和草渣）和提取浸膏后的甘草廢渣（寧夏鹽池紫荊花藥業(yè)有限公司提供），干燥粉碎后加少量水，加水量以手握菌渣能成團(tuán)但水不流出為宜，堆成料堆，覆蓋塑料布室溫下進(jìn)行自然發(fā)酵發(fā)酵，降解有機(jī)物。當(dāng)廢渣質(zhì)地松軟則發(fā)酵終了，自然風(fēng)干，備用。試驗(yàn)地種植的牧草為紫花苜蓿，種子自當(dāng)?shù)夭杉?/p>

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理。處理1：對(duì)照（CK），不施藥渣；處理2：施入發(fā)酵后的苦豆子籽渣0.5kg／m2；處理3：施入發(fā)酵后的苦豆子草渣 0.5 kg／m2；處理4：施入發(fā)酵后甘草廢渣0.5kg／m2。3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)面積100m2（10m×10m）。紫花苜蓿于2013年5月中旬播種，條播，行距30cm，播深2～3cm。試驗(yàn)期間采用相同的管理措施，于播種前、全苗后各灌溉1次，不施肥，嚴(yán)禁放牧。于2014年9月12日在每個(gè)小區(qū)設(shè)5個(gè)取樣點(diǎn)，采取0—20cm土層土樣，將5個(gè)樣均勻混合，剔除石礫及植物殘茬等雜物。一部分新鮮土樣用于測(cè)定土壤微生物數(shù)量及酶活性，將另一部分新鮮土壤風(fēng)干、過(guò)篩，用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)。

1.3 測(cè)定內(nèi)容及方法

（1）土壤理化性質(zhì)測(cè)定［5］：土壤容重采用環(huán)刀法；土壤水分采用烘干法；pH值采用MP515pH計(jì)；全鹽含量采用MP515電導(dǎo)率儀。

（2）土壤養(yǎng)分含量測(cè)定：土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法；全氮采用凱氏定氮法；全磷采用鉬銻抗比色法；速效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；全鉀和速效鉀采用火焰光度法；速效氮采用堿解擴(kuò)散法。

（3）土壤微生物數(shù)量測(cè)定［6］：土壤微生物采用平板計(jì)數(shù)法，細(xì)菌、真菌、放線菌所用培養(yǎng)基分別為牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基、高氏一號(hào)培養(yǎng)基。

（4）土壤酶活性的測(cè)定［6］：土壤脲酶活性采用比色法測(cè)定〔以1h后單位土重的NH3—N含量（mg）表示〕，轉(zhuǎn)化酶采用滴定法〔以1h后單位土重的0.1mol／L硫代硫酸鈉與對(duì)照測(cè)定差值（ml）表示〕，土壤堿性磷酸酶活性采用苯磷酸二鈉法〔以1h后每克干土釋放的酚的含量（mg）表示〕，過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定〔以每克土重的0.1mol／L高錳酸鉀與對(duì)照測(cè)定差值（ml）表示〕。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，通過(guò)SPSS軟件的Duncan法進(jìn)行方差分析，利用Pearson相關(guān)系數(shù)評(píng)價(jià)土壤理化性質(zhì)與土壤微生物各指標(biāo)間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同中藥廢渣處理對(duì)土壤水分和容重的影響

土壤水分是干旱區(qū)植物生長(zhǎng)和植被恢復(fù)的主要限制因子，主要受到降雨量、土壤性質(zhì)的影響［7－8］。由表1可見(jiàn)，施入廢渣后的土壤水分含量顯著高于對(duì)照（CK），其大小依次為：苦豆子籽渣＞甘草渣＞苦豆子草渣＞CK，差異顯著（p＜0.05）。

土壤容重是土壤的一個(gè)基本物理參數(shù)，對(duì)土壤的透氣性、持水能力、入滲性能及抗侵蝕能力都有非常大的影響。土壤容重大小依次為：CK＞苦豆子籽渣＞甘草渣＞苦豆子草渣，其中苦豆子草渣、甘草渣）與CK差異顯著，原因是施入廢渣后使土壤疏松，且增加團(tuán)聚體的含量，降低了土壤容重，使土壤的結(jié)構(gòu)明顯改善。

表1 不同中藥廢渣處理的土壤理化性狀

2.2 不同中藥廢渣處理對(duì)土壤pH值和全鹽的影響

pH值是土壤的一個(gè)重要指標(biāo)，適宜的pH值有利于提高土壤養(yǎng)分的有效性，促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)，加速養(yǎng)分循環(huán)，從而促進(jìn)牧草生長(zhǎng)［9－10］。由表1可知，對(duì)土壤pH值影響作用的大小依次為：CK＞苦豆子草渣＞苦豆子籽渣＞甘草渣。施入廢渣后土壤pH值都有所下降，與對(duì)照差異顯著，其中施入甘草渣的下降幅度最大，為12.02%。對(duì)土壤全鹽含量影響作用的大小依次為：CK＞苦豆子草渣＞苦豆子籽渣＞甘草渣，均顯著低于CK，且差異顯著。

2.3 不同中藥廢渣處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分的主要來(lái)源［11］。施入苦豆子草渣、苦豆子籽渣和甘草渣3種中藥廢渣后，土壤有機(jī)質(zhì)含量得到顯著提高。對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮、速效氮、速效鉀含量影響作用的大小順序?yàn)椋嚎喽棺幼言靖什菰究喽棺硬菰綜K。除全氮含量與CK差異不顯著外，有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效鉀含量均顯著高于CK。對(duì)土壤全磷、全鉀、速效磷影響作用的大小順序?yàn)椋焊什菰究喽棺幼言究喽棺硬菰綜K，除全鉀外均顯著大于CK。由表2可見(jiàn)，不同處理間速效氮、速效磷、速效鉀差異顯著，說(shuō)明這3種不同的廢渣提供速效氮、速效磷、速效鉀的能力不同，其中苦豆子籽渣提供速效氮、速效鉀的能力顯著高于甘草渣和苦豆子草渣，而甘草渣提供速效磷的能力顯著高于苦豆子草渣和籽渣。

表2 不同中藥廢渣處理的土壤養(yǎng)分含量

2.4 不同中藥廢渣處理對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

土壤微生物數(shù)量（表3）以細(xì)菌最多，所占比例均在95%以上，其次是放線菌，真菌最少。微生物數(shù)量與細(xì)菌數(shù)量、真菌數(shù)量大小順序表現(xiàn)一致，均為：苦豆子籽渣＞甘草渣＞苦豆子草渣＞CK。放線菌數(shù)量大小順序?yàn)椋焊什菰究喽棺幼言究喽棺硬菰綜K，各處理的細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量均顯著大于CK（p＜0.05）。

表3 不同中藥廢渣處理的微生物數(shù)量特征

2.5 不同中藥廢渣處理對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶是一個(gè)敏感的生物指標(biāo)，活性的高低與土壤養(yǎng)分、土壤類型、植被特征、土壤微生物、土壤水分、溫度、容重等以及酶類本身的性質(zhì)有關(guān)［12］。由表4可見(jiàn)，土壤中堿性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶、轉(zhuǎn)化酶的活性表現(xiàn)一致，大小順序?yàn)椋嚎喽棺幼言靖什菰究喽棺硬菰綜K，土壤脲酶的活性為：甘草渣＞苦豆子籽渣＞苦豆子草渣＞CK。其中苦豆子草渣、苦豆子籽渣和甘草渣對(duì)土壤堿性磷酸酶的活性有顯著性的促進(jìn)作用（p＜0.05），苦豆子籽渣對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶的活性有顯著性的促進(jìn)作用（p＜0.05）。

2.6 土壤因子與微生物數(shù)量和土壤酶活性的相關(guān)分析

各主要土壤因子與微生物數(shù)量和土壤酶活性的相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)（表5），水分含量與微生物總數(shù)及4種土壤酶活性呈極顯著正相關(guān)。土壤水分是干旱區(qū)植物生長(zhǎng)和植被恢復(fù)的主要限制因子。由上述相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，土壤水分也是影響干旱區(qū)土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性的主要因子。

土壤pH值與堿性磷酸酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶呈極顯著負(fù)相關(guān)，與過(guò)氧化氫酶呈顯著負(fù)相關(guān)。土壤全鹽含量與土壤微生物數(shù)量和與堿性磷酸酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶呈極顯著負(fù)相關(guān)，與過(guò)氧化氫酶呈顯著負(fù)相關(guān)，可見(jiàn)土壤全鹽含量在干旱區(qū)棄耕鹽堿地土壤環(huán)境中的重要性。有機(jī)質(zhì)與堿性磷酸酶呈顯著正相關(guān)，與土壤微生物數(shù)量也呈極顯著正相關(guān)。速效氮與土壤微生物數(shù)量和堿性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶、脲酶呈極顯著正相關(guān)，與轉(zhuǎn)化酶呈顯著正相關(guān)。速效磷與土壤微生物數(shù)量和堿性磷酸酶、脲酶呈極顯著正相關(guān)，與過(guò)氧化氫酶呈顯著正相關(guān)。速效鉀與土壤微生物數(shù)量和堿性磷酸酶、脲酶呈極顯著正相關(guān)，與過(guò)氧化氫酶呈顯著正相關(guān)。

表4 不同中藥廢渣處理的的土壤酶活性

表5 土壤理化性質(zhì)與微生物數(shù)量和土壤酶活性的相關(guān)分析

3 結(jié)果討論

在干旱區(qū)鹽堿地施入苦豆子草渣、苦豆子籽渣和甘草渣3種中藥廢渣后，土壤理化性質(zhì)得到明顯改善，施入廢渣后的土壤容重、pH值、全鹽含量均顯著低于對(duì)照（CK），土壤水分含量顯著高于CK。全鹽含量明顯降低，其原因可能是施入廢渣后，改善了土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了鹽分向下淋溶，同時(shí)，提高了土壤有機(jī)物含量，使陰陽(yáng)離子溶解度增加，有利于脫鹽。

施入苦豆子草渣、苦豆子籽渣和甘草渣3種中藥廢渣后，土壤養(yǎng)分得到明顯改善。其中，土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮、速效磷、速效氮、速效鉀含量顯著高于CK，而不同處理間速效氮、速效磷、速效鉀差異顯著，說(shuō)明這3種不同的廢渣提供速效氮、速效磷、速效鉀的能力不同，其中苦豆子籽渣提供速效氮、速效鉀的能力顯著高于甘草渣和苦豆子草渣，而甘草渣提供速效磷的能力顯著高于苦豆子草渣和籽渣。

土壤微生物是土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力，施入廢渣后土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量均顯著大于CK，且土壤微生物均以細(xì)菌最多，占微生物總數(shù)的95%以上，其次是放線菌，真菌最少。

土壤因子與微生物數(shù)量和土壤酶活性的相關(guān)分析表明，水分含量與微生物總數(shù)及這4種土壤酶活性呈極顯著正相關(guān)。土壤水分是干旱區(qū)植物生長(zhǎng)和植被恢復(fù)的主要限制因子。由上述相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，土壤水分也是影響干旱區(qū)土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性的主要影響因子。本研究表明，施入中藥廢渣后土壤水分含量顯著增加，水分的增加有利于微生物的生長(zhǎng)，從而增加土壤微生物數(shù)量，提高了土壤酶活性。土壤pH值與堿性磷酸酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶呈極顯著負(fù)相關(guān)，與過(guò)氧化氫酶呈顯著負(fù)相關(guān)。全鹽含量與土壤微生物數(shù)量和堿性磷酸酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶呈極顯著負(fù)相關(guān)，與過(guò)氧化氫酶呈顯著負(fù)相關(guān)，這與毛志剛［13］在鹽城海濱濕地鹽沼和馬獻(xiàn)發(fā)［14］在對(duì)松嫩平原蘇打草甸堿土的研究結(jié)果一致。但楊志勇等［15］在江蘇省大豐濕地的試驗(yàn)顯示土壤過(guò)氧化氫酶與鹽分呈顯著負(fù)相關(guān)，而堿性磷酸酶卻與鹽分呈顯著正相關(guān)。全鹽含量與微生物數(shù)量呈極顯著負(fù)相關(guān)，這可能是由于試驗(yàn)區(qū)為棄耕鹽堿地，地下水含鹽量高，由于長(zhǎng)期灌水過(guò)多，造成土壤表層鹽分積累，抑制細(xì)菌、放線菌的生長(zhǎng)，減少了微生物數(shù)量，從而影響了土壤酶的活性。土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀與土壤微生物的數(shù)量和土壤酶相互促進(jìn)作用明顯，有密切的相關(guān)關(guān)系。速效氮與土壤微生物數(shù)量和堿性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶、脲酶呈極顯著正相關(guān)，與轉(zhuǎn)化酶呈顯著正相關(guān)，這也與毛志剛等［13］的研究結(jié)果相一致。土壤酶通常與土壤黏粒和有機(jī)質(zhì)結(jié)合，其中許多土壤酶與土壤腐殖質(zhì)結(jié)合，形成酶—腐殖質(zhì)復(fù)合體，所以土壤有機(jī)質(zhì)是土壤酶的來(lái)源和貯藏基地，土壤全氮、有效磷、有效鉀是酶作用的底物／產(chǎn)物，所以上述因素是影響土壤酶活性的重要因素。許多研究表明，土壤肥力水平在很大程度上受制于土壤酶，與土壤酶活性之間存在著非常密切的相關(guān)關(guān)系［16－18］。

4 結(jié)論

施入苦豆子草渣、苦豆子籽渣和甘草渣3種中藥廢渣后，鹽堿地土壤理化性質(zhì)和土壤養(yǎng)分得到明顯改善，土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性顯著增加，這為利用中藥廢渣對(duì)干旱區(qū)鹽堿地土壤進(jìn)行改良提供了理論依據(jù)。另外，土壤酶活性還與其它因素如土壤質(zhì)量、溫度，地表植被、地形（坡位）等密切相關(guān)［19－20］，因此，對(duì)于施入中藥廢渣的鹽堿地土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系還需要進(jìn)一步研究證實(shí)。在實(shí)踐中對(duì)于施用藥渣的具體措施，不同中藥廢渣最佳配比方案以及與其他改良措施綜合的效果等還需要進(jìn)一步深入研究。

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