木醋液對樟幼苗土壤特性的影響*

韓浩章 張麗華 王曉立 李素華 張 穎 王 芳

(宿遷學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 宿遷 223800)

樟 (Cinnamomumcamphora) 又名香樟、芳樟、烏樟，是亞熱帶常綠闊葉植物，主要分布于我國南方及西南各省區(qū)，現(xiàn)日本也有栽培，是優(yōu)良的城市綠化樹種、材用樹種和林用樹種。樟喜溫暖濕潤氣候，在微酸性至中性土壤中生長良好，而我國蘇北部分地區(qū)城區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量低，營養(yǎng)缺乏，pH值在8.4～9.0[1]，鹽堿脅迫對樟幼苗根際土壤酶活性影響很大[2]，并進(jìn)一步影響其對養(yǎng)分離子的吸收與光合特性[3-4]，影響樟的正常生長發(fā)育。木醋液是通過植物蒸餾得到的一種可降解有機(jī)酸，含有酸、酚、醛、酮、酯類等200多種有機(jī)成分[5]，最初因能促進(jìn)植物生長而受到關(guān)注，在我國已被廣泛應(yīng)用于促進(jìn)植物生長、改良土壤、增進(jìn)產(chǎn)量、改善品質(zhì)、防治病蟲害等方面[6]。相關(guān)研究表明，木醋液可增加土壤中2～2.5 mm的團(tuán)粒數(shù)量，改善土壤結(jié)構(gòu)[7]，還可降低土壤pH值[8-9]、降低土壤鹽分[10]、提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[11]。適宜濃度的木醋液還能夠增加土壤細(xì)菌的種類及活躍度[12]、減少真菌數(shù)量[7]，對土壤酶的活性進(jìn)行調(diào)節(jié)[13]。土壤酶主要來源于土壤微生物和根系分泌物，直接參與土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分釋放和固定過程[14]，植物的生長與土壤酶活性呈顯著或極顯著正相關(guān)[15-16]。樟作為土壤酸堿度敏感型植物，土壤酶活性對樟養(yǎng)分的吸收非常重要，研究木醋液濃度對樟根際土壤酶活性及土壤特性的影響，能為進(jìn)一步探索樟在蘇北地區(qū)土壤環(huán)境下進(jìn)行種苗生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

試驗材料選自宿遷學(xué)院園林苗木基地生長正常的1年生盆栽樟幼苗，每盆3株，苗高20～25 cm。栽培基質(zhì)為基地田園土，土壤質(zhì)量6.2 kg，pH值7.29，電導(dǎo)率 (EC) 值733 μS/cm，有機(jī)質(zhì)含量1 068 mg/kg，有效鉀含量234.38 mg/kg，有效磷含量3.67 mg/kg，銨態(tài)氮含量25.39 mg/kg，含鹽量0.007%，硝態(tài)氮含量139.79 mg/kg。

2017年3月10日將幼苗移入盆中進(jìn)行培養(yǎng)，正常水分管理，共60盆，分4組處理，每組處理15盆。2017年5月10日以清水 (0%) 為對照 (CK)，其余3組處理分別澆施0.2%、1%、5%木醋液各1 000 mL/盆，此后進(jìn)行正常水分管理，清水pH為7.29，3個濃度木醋液的pH分別為2.95、3.49、5.04。之后分別于第7、14、21、28、35天檢測幼苗栽培土壤的pH值、EC值、有機(jī)質(zhì)含量、脲酶、過氧化氫酶、轉(zhuǎn)化酶、中性磷酸酶和蛋白酶活性，3次重復(fù)，取平均值進(jìn)行統(tǒng)計分析。本試驗所用木醋液為東營潤益生物科技有限公司提供，pH為2.9，水分含量18.77%、酸類含量14.61%、酚類含量14.18%、醇類含量29.09%、醛酮類含量21%、酯類含量1.62%，烷烴類含量0.7%。

1.2 取樣方法

取土?xí)r參考顏路明等[2]的方法略作修改，去除表層2 cm土層，取3～15 cm深度距根部2 cm以內(nèi)的根區(qū)土壤樣品。陰干，去除植物殘根，土樣過80目篩，作好標(biāo)記并保存于4 ℃冰箱中，用于土壤pH值、土壤酶活性、EC值、有機(jī)質(zhì)含量的測定。

1.3 測定方法

土壤pH值采用pH計 (梅特勒FE20K) 測定 (m(土)∶m(水)=1∶5)；電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀 (上海越平DDS-307) 測定 (m(土)∶m(水)=1∶5)；土壤有機(jī)質(zhì)含量采用外加熱硫酸法測定[17]。土壤脲酶、土壤中性磷酸酶、土壤轉(zhuǎn)化酶、土壤蛋白酶和土壤過氧化氫酶活性參考顏路明等[2]和嚴(yán)昶升[18]的方法進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel制表，用SPSS 21.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，用最小顯著差數(shù)法 (LSD) 分析數(shù)據(jù)之間的差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度木醋液處理對樟幼苗土壤理化指標(biāo)的影響

2.1.1不同處理土壤pH值分析

不同濃度木醋液對樟幼苗土壤pH值的影響見表1。

表1 不同濃度木醋液對樟幼苗土壤pH值的影響Table 1 Effects of different concentration of pyroligneous on the soil pH value of C.camphora seedlings

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著 (P< 0.05)。

由表1可知，不同濃度木醋液處理降低了樟幼苗的土壤pH，濃度越大越明顯。在處理第7天時，不同濃度木醋液處理分別比對照降低了2.10%、4.20%、10.62%。隨著培養(yǎng)時間的延長，土壤pH值呈緩慢升高趨勢，到第35天時，不同濃度木醋液處理分別比對照降低了0.51%、1.75%、5.26%，其中低濃度 (0.2%、1%) 處理與對照差異不顯著，而高濃度 (5%) 木醋液處理的pH值與對照差異顯著 (P< 0.05)。

2.1.2不同處理土壤EC值分析

不同濃度木醋液對樟幼苗土壤EC值的影響見表2。

表2 不同濃度木醋液對樟幼苗土壤EC值的影響Table 2 Effects of different concentration of pyroligneous on the soil EC value of C.camphora seedlings

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著 (P< 0.05)。

由表2可知，不同濃度木醋液處理在培養(yǎng)前期提高了樟幼苗的土壤EC值，濃度越大越明顯。在處理第7天時，不同濃度木醋液處理分別比對照提高了4.46%、6.10%、13.24%。隨著培養(yǎng)時間的延長，EC值呈緩慢下降趨勢，到第35天時，低濃度 (0.2%、1%) 木醋液處理的EC值分別比對照低1.16%和2.85%，其中0.2%濃度木醋液處理與對照差異不顯著，1%濃度木醋液處理與對照差異顯著 (P< 0.05)，而高濃度 (5%) 木醋液處理的EC值與對照差異顯著 (P< 0.05)，高于對照6.10%。

2.1.3不同處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分析

不同濃度木醋液對樟幼苗土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響見表3。

由表3可知，不同濃度木醋液處理增加了樟幼苗土壤的有機(jī)質(zhì)含量，濃度越大越明顯。在處理第7天時，不同濃度木醋液處理的有機(jī)質(zhì)含量分別比對照提高了25.72%、40.88%、105.32%。隨著培養(yǎng)時間的延長，有機(jī)質(zhì)含量呈逐步下降趨勢，到第35天時，不同濃度木醋液處理的有機(jī)質(zhì)含量分別比對照提高了8.53%、31.97%、89.31%，其中0.2%濃度木醋液處理與對照差異不顯著，而1%濃度木醋液處理和5%濃度木醋液處理的有機(jī)質(zhì)含量與對照差異顯著 (P< 0.05)。

表3 不同濃度木醋液對樟幼苗土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響Table 3 Effects of different concentration of pyroligneous on the soil organic matter content of C.camphora seedlings

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著 (P< 0.05)。

2.2 不同濃度木醋液處理對樟幼苗土壤酶活性的影響

2.2.1不同處理土壤轉(zhuǎn)化酶活性分析

不同濃度木醋液對樟幼苗土壤轉(zhuǎn)化酶活性的影響見表4。

表4 不同濃度比木醋液對樟幼苗土壤轉(zhuǎn)化酶活性的影響Table 4 Effects of different concentration of pyroligneous on the soil conversion enzyme activity of C.camphora seedlings

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著 (P< 0.05)。

由表4可知，不同濃度木醋液處理提高了樟幼苗土壤轉(zhuǎn)化酶活性。在處理第7天時，不同濃度木醋液處理的土壤轉(zhuǎn)化酶活性分別比對照提高了52.51%、76.56%、36.68%。隨著培養(yǎng)時間的延長，對照和低濃度 (0.2%、1%) 木醋液處理的土壤轉(zhuǎn)化酶活性呈先降后升趨勢，高濃度 (5%) 木醋液處理的土壤轉(zhuǎn)化酶活性呈下降趨勢，在第35天時，低濃度 (0.2%、1%) 木醋液處理的土壤轉(zhuǎn)化酶活性顯著高于對照 (P< 0.05)，而高濃度 (5%) 木醋液處理的土壤轉(zhuǎn)化酶活性略低于對照0.91%，但差異不顯著。

2.2.2不同處理土壤脲酶活性分析

不同濃度木醋液對樟幼苗土壤脲酶活性的影響見表5。

表5 不同濃度木醋液對樟幼苗土壤脲酶活性的影響Table 5 Effects of different concentration of pyroligneous on the soil urease activity of C.camphora seedlings

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著 (P< 0.05)。

由表5可知，不同濃度木醋液處理在培養(yǎng)前期對樟幼苗土壤脲酶活性有抑制作用。第21天時抑制作用最明顯，此時不同濃度木醋液處理的土壤脲酶活性分別比對照降低了52.21%、54.72%、79.62%。整個培養(yǎng)過程中，對照的土壤脲酶活性呈緩慢上升趨勢，而不同濃度木醋液處理的土壤脲酶活性呈先下降后上升趨勢，在第35天時，低濃度 (0.2%、1%) 木醋液處理的土壤脲酶活性分別比對照提高了2.73%和9.92%，但0.2%濃度木醋液處理的土壤脲酶活性與對照差異不顯著，高濃度 (5%) 木醋液處理的土壤脲酶活性顯著低于對照 (P< 0.05)。

2.2.3不同處理土壤中性磷酸酶活性分析

不同濃度木醋液對樟幼苗土壤中性磷酸酶活性的影響見表6。

表6 不同濃度木醋液對樟幼苗土壤中性磷酸酶活性的影響Table 6 Effects of different concentration of pyroligneous on the soil neutral phosphatase activity of C.camphora seedlings

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著 (P< 0.05)。

由表6可知，不同濃度木醋液處理在培養(yǎng)前期對樟幼苗土壤中性磷酸酶活性有促進(jìn)作用，但濃度越大，其促進(jìn)效果越差。在處理第7天時，不同濃度木醋液處理的土壤中性磷酸酶活性分別比對照提高了56.59%、21.43%、4.4%。隨著培養(yǎng)時間的延長，對照的土壤中性磷酸酶活性呈緩慢上升趨勢，而不同濃度木醋液處理的土壤中性磷酸酶活性呈下降趨勢，在第35天時，不同濃度木醋液處理的土壤中性磷酸酶活性顯著低于對照 (P< 0.05)，分別比對照降低了27.31%、41.85%、52.86%。

2.2.4不同處理土壤蛋白酶活性分析

不同濃度木醋液對樟幼苗土壤蛋白酶活性的影響見表7。

表7 不同濃度木醋液對樟幼苗土壤蛋白酶活性的影響Table 7 Effects of different concentration of pyroligneous on the soil protease activity of C.camphora seedlings

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著 (P< 0.05)。

由表7可知，不同濃度木醋液處理在培養(yǎng)前期對樟幼苗土壤蛋白酶活性有抑制作用。在培養(yǎng)第7天時，不同濃度木醋液處理的土壤蛋白酶活性分別比對照降低了36.14%、34.65%、40.84%。隨著培養(yǎng)時間的延長，對照的土壤蛋白酶活性呈緩慢下降趨勢，而不同濃度木醋液處理的土壤蛋白酶活性呈逐漸上升趨勢，在第35天時，低濃度 (0.2%、1%) 木醋液處理的土壤蛋白酶活性顯著高于對照 (P< 0.05)，其中，1%濃度木醋液處理的效果最好，而高濃度 (5%) 處理的土壤蛋白酶活性仍然低于對照3.92%，差異不顯著。

2.2.5不同處理土壤過氧化氫酶活性分析

不同濃度木醋液對樟幼苗土壤過氧化氫酶活性的影響見表8。

由表8可知，不同濃度木醋液處理提高了樟幼苗土壤過氧化氫酶活性。在處理第7天時，不同濃度木醋液處理的土壤過氧化氫酶活性分別比對照提高了187.11%、229.03%、283.87%。隨著培養(yǎng)時間的延長，各處理的土壤過氧化氫酶活性呈上升趨勢，在第35天時，低濃度 (0.2%、1%) 木醋液處理的土壤過氧化氫酶活性顯著高于對照 (P< 0.05)，其中，1%濃度木醋液處理的效果最好，而高濃度 (5%) 處理的土壤過氧化氫酶活性略低于對照3.39%，差異不顯著。

注：不同的小寫字母表示不同處理之間差異顯著 (P< 0.05)。

3 結(jié)論與討論

樟生長發(fā)育受土壤環(huán)境影響較大，我國蘇北地區(qū)城區(qū)綠化土壤有機(jī)質(zhì)含量低，土壤pH為8.4～9.0，土壤氮、磷、鉀含量低，微量元素匱乏，土壤容重大[1]，嚴(yán)重影響樟幼苗對養(yǎng)分的吸收與分配，常出現(xiàn)生長不良或缺鐵性黃化病。許多研究表明，施用木醋液能有效提高土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)數(shù)量，提高有機(jī)質(zhì)含量，降低土壤pH值，提高微量元素有效性，提高微生物數(shù)量和活性，改良土壤環(huán)境[8,13,19-21]。但對木醋液如何影響土壤EC值，沒有一致的結(jié)論，有研究認(rèn)為木醋液顯著增加EC值[21-22]，有的則認(rèn)為木醋液對EC值無顯著影響[11]，有的認(rèn)為木醋液顯著降低EC值[13,19-20]。從本研究結(jié)果來看，低濃度 (0.2%、1%) 木醋液處理降低了樟幼苗根際土壤pH值，提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，改良了植物生長環(huán)境，在培養(yǎng)前期提高土壤EC值，但在培養(yǎng)后期降低土壤EC值，保證植物不受土壤鹽分濃度過高的影響，其中1%濃度木醋液處理效果最好，與周紅娟等[13]、程虎等[19]、范春麗等[20]和張亞蘭等[10]的研究結(jié)果一致。而高濃度 (5%) 木醋液處理雖然降低了樟幼苗根際土壤的pH值，但卻大大提高土壤EC值。有學(xué)者認(rèn)為，添加高濃度木醋液可能瞬間改變植物根際土壤環(huán)境pH值和氧化還原電位，從而活化被土壤固定的養(yǎng)分離子，除了滲透脅迫外，還能抑制土壤微生物尤其是喜好偏中性的放線菌和細(xì)菌的繁殖與活性[19]。另外，土壤溶液pH值驟然下降，還對植物生長發(fā)育不利，主要表現(xiàn)為根長變短，須根變少，總生物量下降，相對電解質(zhì)外滲率和丙二醛 (MDA) 含量增加，從而引起根系活力下降[23-25]，植物養(yǎng)分吸收受到抑制。

土壤酶主要來源于土壤微生物和根系分泌物，直接參與土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分釋放和固定過程[14]。有研究表明，木醋液施用濃度對土壤酶活性的影響具有雙重性，適宜濃度的木醋液處理促進(jìn)土壤酶活性，濃度過高則會抑制土壤酶活性[26]。從本研究結(jié)果可以看出，與對照相比，不同濃度木醋液處理在培養(yǎng)初期明顯提高了樟幼苗土壤轉(zhuǎn)化酶、土壤中性磷酸酶和土壤過氧化氫酶活性，而抑制了土壤脲酶和土壤蛋白酶活性。隨著培養(yǎng)時間的延長，低濃度 (0.2%、1%) 木醋液在處理前期抑制了土壤轉(zhuǎn)化酶、土壤脲酶、土壤蛋白酶活性，第21天開始又促進(jìn)土壤轉(zhuǎn)化酶、土壤脲酶、土壤蛋白酶活性提高，整個培養(yǎng)過程中促進(jìn)土壤過氧化氫酶活性提高，而降低了土壤中性磷酸酶活性，其中1%木醋液處理促進(jìn)效果最好；高濃度 (5%) 木醋液處理的土壤脲酶、土壤蛋白酶、土壤中性磷酸酶、土壤轉(zhuǎn)化酶和土壤過氧化氫酶活性均低于對照，而土壤轉(zhuǎn)化酶活性與對照無明顯差異，與前人的研究結(jié)果基本一致[13,19,26-27]。土壤酶與土壤微生物、土壤養(yǎng)分和植物生長狀況有較強(qiáng)的相關(guān)性，適宜濃度木醋液處理提高土壤酶的活性，而土壤酶活性的提高可促使土壤中大分子有機(jī)化合物降解為糖類、氨基酸、可溶性有機(jī)碳、氮等小分子化合物，為微生物發(fā)育提供載體或基質(zhì)，促進(jìn)微生物 (主要是細(xì)菌和放線菌) 的數(shù)量和活性增加[7,19,28]；也有可能是木醋液中含有大量有機(jī)物質(zhì)，這為酶促反應(yīng)提供了底物或底物類似物，從而誘導(dǎo)了土壤微生物酶的分泌；另外，也可能與植物根系生長狀況有關(guān)[29]，適宜濃度木醋液處理促進(jìn)植物根系的生長和活力提高，植物根系越發(fā)達(dá),土壤酶的活性也越高[30]。范春麗等[20]、劉敏等[26]和周紅娟等[31]的研究結(jié)果表明，單施木醋液對土壤中有效磷的含量影響不明顯，高濃度處理降低有效磷的含量，這可能與土壤中磷酸酶的活性降低有關(guān)，與本研究結(jié)果一致。在本研究中，高濃度 (5%) 的木醋液對土壤酶活性表現(xiàn)出抑制效應(yīng)，與鄒小明等[32]和Blagodatskaya等[33]的結(jié)論一致，一方面可能是因為高濃度的木醋液中含有大量的酚類物質(zhì)和有機(jī)酸類物質(zhì)，大大抑制土壤微生物的繁殖和活性[19,34]，另一方面，可能是高濃度的木醋液處理抑制樟幼苗根系的生長，降低根系活力，從而進(jìn)一步影響植物根系分泌物的數(shù)量，影響土壤酶的活性[30]。隨著培養(yǎng)時間的延長，木醋液逐漸被分解利用，為微生物繁殖提供可直接吸收利用的營養(yǎng)物質(zhì)，從而促進(jìn)微生物數(shù)量和活性提高，根系活力恢復(fù)，土壤酶活性提高；而高濃度木醋液對環(huán)境微域改變較大，不利于促使微生物短時間繁殖，植物根系生長受到抑制，甚至死亡，從而導(dǎo)致土壤酶活性降低[19]。另外，本研究時間僅為35天，此時1%木醋液處理的樟幼苗生長表現(xiàn)最好，生物量最大，而5%木醋液處理的已有部分干枯死亡，關(guān)于木醋液處理改善樟幼苗盆栽土壤環(huán)境的時效性還需要進(jìn)一步研究。

綜上所述，低濃度 (0.2%、1%) 木醋液處理促進(jìn)了土壤轉(zhuǎn)化酶、土壤脲酶、土壤蛋白酶和土壤過氧化氫酶的活性提高，而降低了土壤中性磷酸酶的活性，降低了樟幼苗根際土壤的pH值和EC值，提高了土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，改良了植物生長環(huán)境，其中1%濃度木醋液處理效果最好。