木醋液對(duì)遼西北低、中肥力土壤小白菜產(chǎn)量和土壤酶活性的影響

斯日木極, 孔 濤, 鄭 爽, 那冰靜, 林錦毅, 張廉崧, 孟 嬌

(1.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 遼寧 阜新 123000; 2.撫順市章黨經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)實(shí)驗(yàn)學(xué)校, 遼寧 撫順 113007)

木醋液是木材或木材加工廢棄物在碳化或干餾過程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)冷凝回流和再分離得到的以乙酸為主并由醇、酚、酮、醛及其衍生物混合而成的有機(jī)副產(chǎn)品[1-2]。木醋液直接來源于木材，是一種綠色產(chǎn)品，在農(nóng)業(yè)上有著廣泛的用途。一方面，木醋液可以作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，同時(shí)具有防治蟲害的作用[3]；另一方面，木醋液也可以作為土壤改良劑，提高土壤肥力[4]。

土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，在土壤養(yǎng)分循環(huán)中起著重要作用，體現(xiàn)了土壤生物學(xué)活性，表征了土壤的綜合肥力特征及土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化進(jìn)程，可以作為衡量生態(tài)系統(tǒng)土壤質(zhì)量變化的預(yù)警和敏感指標(biāo)[5-6]。杜薇等[7]將木醋液應(yīng)用于沙地土壤，測(cè)定了土壤酶活性，結(jié)果表明，不同稀釋倍數(shù)的木醋液對(duì)酶活性有不同的影響。還有一些學(xué)者[8-10]測(cè)定了不同稀釋倍數(shù)木醋液對(duì)鹽堿土壤酶活性的影響，結(jié)果表明，不同鹽堿地土層的木醋液適宜稀釋倍數(shù)不相同，適宜濃度木醋液能夠提高土壤酶活性。遼西北位于科爾沁沙地的南緣，屬于半干旱地區(qū)，低、中肥力土地占絕大多數(shù)，而木醋液對(duì)低、中肥力土壤的改良效果有何區(qū)別，合適的木醋液濃度是多少，尚沒有文獻(xiàn)報(bào)道。本研究擬通過不同濃度木醋液對(duì)遼西北低、中肥力土壤盆栽小白菜產(chǎn)量、土壤酶活性的影響，明確木醋液應(yīng)用于不同肥力土壤的合適濃度，揭示木醋液對(duì)土壤酶活性的影響，為木醋液應(yīng)用于遼西北耕地土壤改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)土壤于2016年3月采自遼寧省阜新市九營子村。在采集該地土壤樣品并進(jìn)行土壤肥力測(cè)定的基礎(chǔ)上，參照土壤有機(jī)質(zhì)分級(jí)方法等，從中選出中、低土壤肥力的2個(gè)100 m2的地塊，取其0—20 cm耕層土壤，過2 mm篩，兩種均屬于棕壤土的土壤肥力性質(zhì)見表1；供試種子為速生小白菜種子；木醋液購自于河北唐山天地合能源有限公司，顏色為棕黃色，pH值4.5，有機(jī)碳含量為30.48 g/L，有機(jī)物質(zhì)中，有機(jī)酸含量為27.63%，乙酸含量為20.18%，酚類物質(zhì)32.41%，酮類11.37%。

表1 研究區(qū)不同肥力土壤性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)從2016年4月開始一直進(jìn)行到2017年10月結(jié)束，共進(jìn)行了4輪盆栽。每輪盆栽設(shè)置8組處理，包括2種肥力土壤：中肥力土和低肥力土，3種濃度的木醋液：0.10%，0.15%，0.30%，以清水作為對(duì)照。每組處理設(shè)置5個(gè)重復(fù)。每盆裝入過2 mm篩的土樣，放入小白菜種子，小白菜全部出苗后間苗，保持每盆10株小白菜。每3 d澆1次木醋液，各處理各盆之間用量相同，使田間持水量保持在30%，栽植75 d后小白菜成熟。第4輪盆栽小白菜成熟后，收獲小白菜，測(cè)定每盆小白菜的鮮重、株高、根長(zhǎng)、莖粗，同時(shí)采集土樣，測(cè)定土壤酶活性。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

淀粉酶(amylase, AM)活性采用二硝基水楊酸比色法[10]。土壤脲酶(urease, UR)活性采用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法[11]。蛋白酶(protease, PR)活性采用茚三酮比色法[12]。磷酸酶(phosphatase，PA)活性采用對(duì)硝基苯磷酸二鈉比色法[11]。過氧化氫酶(catalase, CA)活性采用容量法[13]。脫氫酶(dehydrogenase, DH)活性采用氯化三苯基四氮唑比色法[11]。

土壤肥力生物指數(shù)(biological index of fertility，BIF)的計(jì)算方法：

BIF=(1.5×DH+k×100×CA)/2[13]

(1)

式中：k——比例系數(shù)，一般取0.01[14]。

酶活性指數(shù)(Enzyme activity number，EAN)的計(jì)算方法[14]：

EAN= 0.2×(0.15×DH+CA+1.25×10-5×

AP+4×10-2×PR+6×10-4×AM)

(2)

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有土壤指標(biāo)數(shù)據(jù)均在土壤烘干(105 ℃)重量的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算。所有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析，顯著性差異比較；用Excel 2007進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用木醋液對(duì)盆栽小白菜農(nóng)藝性狀指標(biāo)的影響

不同濃度木醋液對(duì)小白菜農(nóng)藝性狀指標(biāo)的影響見圖1。對(duì)低肥力土壤而言，隨著木醋液濃度的增加，小白菜鮮重、莖粗、根長(zhǎng)不斷增加，其中0.30%的木醋液效果最好，與對(duì)照相比分別顯著提高了57.78%，15.74%，20.74%(p<0.05)；在施用各濃度木醋液下，小白菜株高在各濃度木醋液作用下沒有明顯規(guī)律。對(duì)中等肥力土壤而言，小白菜鮮重、莖粗、根長(zhǎng)隨著木醋液濃度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，其中0.15%的木醋液效果最好，分別比對(duì)照顯著提高了46.06%，16.81%，12.84%(p<0.05)；與低肥力土壤一樣，小白菜株高在各濃度木醋液作用下沒有明顯規(guī)律。木醋液促進(jìn)小白菜產(chǎn)量增加主要在于其增加了小白菜的莖粗和根長(zhǎng)，具有矮壯效果。低、中兩種肥力的土壤進(jìn)行比較，除了小白菜株高沒有差異外，對(duì)照、0.10%，0.15%木醋液處理下，低肥力土壤的小白菜鮮重、莖粗、根長(zhǎng)均低于中等肥力土壤，在0.30%的木醋液作用下，低肥力土壤的小白菜此3個(gè)指標(biāo)已達(dá)到中等肥力土壤水平。

從本研究的結(jié)果可以得出，不同肥力土壤上木醋液的最適用量不同，低肥力土壤需要較高濃度的木醋液，而中等肥力土壤中應(yīng)用較高濃度木醋液則會(huì)產(chǎn)生抑制作用。潘潔等[14]和Mungkunkamchao等[15]的研究結(jié)果也表明，木醋液可以促進(jìn)蔬菜生長(zhǎng)、提高蔬菜產(chǎn)量，但是施用過量會(huì)產(chǎn)生抑制作用，用量過小促進(jìn)效果則不明顯，這與本研究的結(jié)果是一致的。

注：不同小寫字母表示相同濃度木醋液不同肥力土壤之間在0.05水平下差異顯著；不同大寫字母表示相同肥力土壤不同濃度木醋液之間在0.05水平下差異極顯著。下同。

圖1木醋液對(duì)研究區(qū)低、中肥力土壤小白菜鮮重、莖粗、根長(zhǎng)、株高的影響

2.2 施用木醋液對(duì)土壤酶活性的影響

木醋液對(duì)兩種肥力土壤酶活性的影響如圖2所示。與對(duì)照相比，不同濃度木醋液均顯著提高了低、中兩種肥力土壤的淀粉酶活性，而不同濃度之間土壤淀粉酶活性沒有差異，低、中兩種肥力土壤之間的淀粉酶活性也沒有規(guī)律。淀粉酶可以把土壤中淀粉分子分解成單糖，有利于植物和土壤微生物吸收利用，其活性可反映土壤有機(jī)質(zhì)積累與轉(zhuǎn)化情況[16]。淀粉酶也能直接參與土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，增加有機(jī)質(zhì)積累與轉(zhuǎn)化情況[17]。本研究結(jié)果表明，木醋液促進(jìn)了低、中肥力土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化，增加了土壤中易溶物質(zhì)的含量。

在低肥力土壤中，隨著木醋液濃度升高，脲酶活性呈現(xiàn)先增加后保持穩(wěn)定的趨勢(shì)，蛋白酶活性則呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)，在0.30%的木醋液處理下最高，比對(duì)照提高了41.07%。在中肥力土壤中，脲酶活性和蛋白酶活性均隨著木醋液濃度升高先增加后降低，其中0.15%的木醋液處理下土壤脲酶和蛋白酶活性最高，比對(duì)照提高了34.27%和40.91%。兩種肥力土壤之間相比較，中肥力土壤脲酶和蛋白酶活性總體高于低肥力土壤。土壤脲酶主要來源于動(dòng)植物殘?bào)w分解釋放的酶和土壤微生物及植物根系的分泌物[18]。脲酶能促進(jìn)尿素的分解，可以表征土壤氮素供應(yīng)狀況。蛋白酶是土壤有機(jī)氮水解為氨基酸過程中重要的酶[19]。蛋白酶能夠分解蛋白質(zhì)、肽類，參與調(diào)節(jié)生物的氮素代謝，是促進(jìn)土壤氮循環(huán)的重要組分[20]。本研究結(jié)果表明，木醋液促進(jìn)了低、中肥力土壤的氮素轉(zhuǎn)化，增加了土壤氮素的供給。

圖2 木醋液對(duì)研究區(qū)低、中肥力土壤酶活性的影響

土壤磷酸酶活性在低、中兩種肥力土壤中具有相同的趨勢(shì)，在對(duì)照，0.10%，0.15%木醋液處理下活性保持不變，0.30%木醋液處理下活性增加，分別比對(duì)照顯著提高了125.00%和17.56%(p<0.05)。兩種肥力土壤之間相比較，在對(duì)照，0.10%，0.15%木醋液處理下低肥力土壤磷酸酶活性顯著低于中肥力土壤(p<0.05)，0.30%木醋液處理下則達(dá)到了中肥力土壤水平。磷酸酶是土壤中廣泛分布的一種水解酶，能夠催化磷酸酯的水解反應(yīng)[21]，土壤磷酸酶在土壤磷素循環(huán)中也起著重要作用，其活性高低直接影響土壤有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化速率，常用來反映土壤有效磷轉(zhuǎn)化方向和強(qiáng)度[22]。本研究結(jié)果表明0.30%的木醋液能夠促進(jìn)土壤中磷素的轉(zhuǎn)化，增加有效磷的供給。

木醋液處理下土壤的過氧化氫酶和脫氫酶活性呈現(xiàn)出相同的趨勢(shì)。在低肥力土壤中，隨著木醋液濃度升高，過氧化氫酶和脫氫酶活性呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)，在0.30%的木醋液處理下達(dá)到最大，分別比對(duì)照顯著提高了72.00%和537.31%(p<0.05)；中肥力土壤中，過氧化氫酶和脫氫酶活性均隨著木醋液濃度升高先增加后降低，其中0.15%的木醋液處理下土壤過氧化氫酶和脫氫酶活性最高，比對(duì)照提高了25.37%和243.41%。兩種肥力土壤之間相比較，中肥力土壤過氧化氫酶和脫氫酶活性總體高于低肥力土壤。過氧化氫酶能酶促水解過氧化氫分解為水和氧的反應(yīng)，解除過氧化氫對(duì)植物的毒害作用，可以用來表征土壤的生化活性和抗逆性[23]。脫氫酶能酶促有機(jī)物質(zhì)脫氫，起著氫的中間轉(zhuǎn)化傳遞作用，只存在于生活細(xì)胞內(nèi)，已被普遍應(yīng)用于評(píng)估土壤微生物代謝活性[24]。本研究結(jié)果表明，木醋液能夠促進(jìn)低、中肥力土壤的微生物活性，提高土壤的生物轉(zhuǎn)化能力和抗逆性。

2.3 施用木醋液對(duì)土壤肥力的影響

酶活性指數(shù)(EAN)和土壤肥力生物指數(shù)(BIF)是土壤酶活性的綜合性指標(biāo)，能夠表示土壤肥力狀況。從圖3可以看出，低肥力土壤中，隨著木醋液濃度的升高，EAN和BIF均增加，在0.30%的木醋液處理下達(dá)到最高，分別比對(duì)照顯著提高了57.58%和442.86%。中肥力土壤中，EAN和BIF隨著木醋液濃度升高先增加后降低，其中0.15%的木醋液處理下最大，分別比對(duì)照顯著提高了50.61%和197.06%(p<0.05),在0.30%木醋液處理下，EAN和BIF開始降低，李忠徽等[25]將不同濃度木醋液施于婁土，結(jié)果表明，低中濃度木醋液對(duì)土壤肥力提高效果好，而高濃度效果不明顯。兩種肥力土壤之間相比較肥力提高效果對(duì)土壤，中肥力土壤EAN和BIF總體高于低肥力土壤。本研究結(jié)果表明，木醋液能夠促進(jìn)土壤的肥力水平，原因在于前述的木醋液增加了土壤易溶性有機(jī)物質(zhì)、氮素和有效磷供給，提高了土壤生化活性和微生物代謝能力。胡春花等[26]將木醋液應(yīng)用于設(shè)施蔬菜土壤中，結(jié)果表明，土壤肥力質(zhì)量顯著提高，這與本研究結(jié)果是一致的。

圖3 木醋液對(duì)研究區(qū)低、中肥力土壤酶活性指數(shù)(EAN)、生物肥力指數(shù)(BIF)的影響

低肥力土壤的肥力質(zhì)量(BIF，EAN)在0.30%的木醋液處理下最佳，而中肥力土壤則在0.15%的木醋液處理下達(dá)到最大值，原因在于中肥力土壤比低肥力土壤的可利用養(yǎng)分含量高，因此所需的木醋液濃度比較低，而低肥力土壤需要較高濃度的木醋液才能使土壤可利用養(yǎng)分達(dá)到最佳。

3 結(jié) 論

(1) 木醋液能夠促進(jìn)低、中肥力土壤小白菜莖粗和根長(zhǎng)的增長(zhǎng)，進(jìn)而提高了小白菜產(chǎn)量，而對(duì)小白菜株高沒有顯著的影響。其中0.30%和0.15%的木醋液分別對(duì)低肥力土壤和中肥力土壤中小白菜的增產(chǎn)效果最佳。

(2) 木醋液總體上促進(jìn)土壤淀粉酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶、過氧化氫酶、脫氫酶的活性增加；木醋液能夠提高土壤的酶活性指數(shù)和土壤生物肥力指數(shù)，提高土壤肥力，其中0.30%和0.15%的木醋液分別對(duì)低肥力土壤和中肥力土壤肥力的提升效果最佳。

(3) 不同濃度木醋液處理下低肥力土壤的小白菜產(chǎn)量指標(biāo)、酶活性和酶活性綜合指標(biāo)總體小于木醋液處理下中肥力土壤。木醋液可以作為低、中肥力土壤一種良好的改良劑，用于提高土壤肥力，增加蔬菜產(chǎn)量。