木薯加工廢棄物有機肥對西瓜連作土壤微生物數(shù)量、酶活性及養(yǎng)分含量的影響

董文斌 韋彩會 韋家華 何永群 莫成恩 黃偉彬 何鐵光

摘要 以‘黑美人西瓜為供試材料，通過連續(xù)2a大田試驗，即單施木薯加工廢棄物有機肥處理（A）、木薯加工廢棄物有機肥和無機肥配施處理（B），以不施肥處理（CK-1）和單施化肥處理（CK-2）作為空白和常規(guī)施肥對照，定期監(jiān)測西瓜連作土壤微生物數(shù)量、酶活性和養(yǎng)分含量的動態(tài)變化。結(jié)果表明：木薯加工廢棄物有機肥增加了西瓜連作土壤的微生物數(shù)量，提高了土壤酶活性、有機質(zhì)及速效養(yǎng)分含量。該研究為木薯加工廢棄物有機肥料化應(yīng)用提供一條新途徑。

關(guān)鍵詞 木薯加工廢棄物有機肥;西瓜連作土壤;微生物數(shù)量;酶活性;養(yǎng)分含量

中圖分類號 S651 文獻標(biāo)識碼 A

廣西是中國木薯主要種植區(qū)，年均種植面積約27萬hm²，產(chǎn)量約800萬t，占全國總產(chǎn)量的70%以上。隨著中國一東盟自由貿(mào)易區(qū)的建成和世界生物質(zhì)能源一乙醇產(chǎn)業(yè)的興起，木薯燃料乙醇產(chǎn)業(yè)在廣西也迅速發(fā)展，并帶動整個廣西地區(qū)木薯加工產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，使得每年產(chǎn)生的木薯皮、渣等廢棄物高達數(shù)百萬噸。這些加工廢棄物若隨意堆放，不僅造成資源浪費，還會污染環(huán)境[1-2]。因此，尋求合適的木薯加工廢棄物利用方式，對木薯產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。研究表明，木薯加工廢棄物富含粗淀粉、纖維素、半纖維等有機物質(zhì)和氮、磷、鉀等礦質(zhì)營養(yǎng)元素，是育苗基質(zhì)和有機肥的優(yōu)質(zhì)來源[2-3]，如利用木薯加工廢棄物生物轉(zhuǎn)化為蔬菜育苗基質(zhì)和有機肥料，在辣椒和木薯田間應(yīng)用上均取得了良好的效果[4-5]。

西瓜連作易引起土壤微生態(tài)環(huán)境惡化，如連作土壤微生物菌群結(jié)構(gòu)失衡、酶活性及土壤養(yǎng)分含量下降等，最終導(dǎo)致連作西瓜生長發(fā)育受阻、產(chǎn)量和品質(zhì)下降[6]。吳鳳芝[1]認為，合理施肥是緩解連作障礙的有效手段之一。國內(nèi)外學(xué)者對施用有機肥克服或緩解土壤連作障礙十分重視，通過添加有機物料改良土壤結(jié)構(gòu)、優(yōu)化土壤微生物區(qū)系、提高土壤酶活性方面做了大量嘗試，取得了較好的研究結(jié)果[8-11]。但有關(guān)木薯加工廢棄物經(jīng)發(fā)酵菌劑發(fā)酵制成的有機肥對西瓜連作土壤微生物數(shù)量、酶活性及養(yǎng)分含量的影響還鮮見報道。本研究在養(yǎng)分基本相同的條件下，以不施肥、常規(guī)施肥即單施化肥為對照，研究木薯加工廢棄物有機肥不同施用比例對西瓜連作土壤微生物數(shù)量、酶活性以及土壤速效養(yǎng)分含量的影響，以期為木薯加工廢棄物肥料化及合理施用緩解西瓜連作土壤惡化提供實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗地位于廣西武鳴縣城廂鎮(zhèn)從廣村，該地年均氣溫21.7℃，年均降雨量1300mm，年均日照時數(shù)1660h，全年無霜期高達345～360d。土壤為第四紀(jì)紅土發(fā)育的紅泥土，耕作層pH值為6.33，有機質(zhì)含量24.76g/kg，堿解氮108.49mg/kg、有效磷23.60mg/kg、速效鉀94.33mg/kg、全氮1.17g/kg、全磷0.86g/kg、全鉀1.09g/kg。

供試西瓜為廣西武鳴主栽品種黑美人。有機肥由廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所聯(lián)合具有相應(yīng)資質(zhì)的肥料生產(chǎn)企業(yè)共同研制生產(chǎn)，其原料主要來自木薯皮、木薯渣、酒精渣等廢棄物，生物活菌數(shù)（cfu）≥0.20×10⁸/g、pH值8.19、有機質(zhì)含量48.5%，N含量2.74%、P₂O₅含量1.99%、K₂O含量4.80%。、有效B含量1.43%、有效Mg含量2.51%。高濃度復(fù)合肥：N含量15%、P₂O₅含量15%、K₂O含量15%，由中國—阿拉伯化肥有限公司生產(chǎn)。地膜：普通市售塑料地膜，寬60cm，厚0.005mm。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)4個處理（表1）：單施有機肥（A）;有機無機肥配施（B），即1/2有機肥+1/2高濃度復(fù)合肥;以單施高濃度復(fù)合肥（CK-2）和不施肥（CK-1）作為常規(guī)施肥和空白對照。所有處理養(yǎng)分和肥料施用情況詳見表1，肥料施用總量均為（N+P₂O₅+K₂O）750kg/hm²。所有肥料在西瓜移栽前作為基肥開溝一次施人，于施肥溝上起畦蓋膜單行種植瓜苗，每處理3次重復(fù)，共12個小區(qū)。每小區(qū)面積60m²，種植密度為900株/hm²，隨機區(qū)組排列。西瓜定植日期為2015年3月18日、2016年3月31日，2015年西瓜收獲后放空，2016年連續(xù)種植西瓜，田間管理措施各處理均保持一致。

1.2.2 項目測定

分別在西瓜幼苗期（定植后15d）、伸蔓期淀植后40d）、成熟期（定植后70d）取根系周圍土壤，每個小區(qū)取6個點，混勻后分成2份，一份裝人保鮮袋，4℃冰箱保存用于土壤微生物數(shù)量指標(biāo)的測定;一份風(fēng)干、粉碎后保存用于酶活性指標(biāo)的測定。同樣的方法在西瓜成熟收獲后取樣，風(fēng)干、粉碎后用于土壤養(yǎng)分指標(biāo)的測定。

土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀分別采用外加熱法、凱氏定氮法、鉬銻抗比色法、NaOH熔融一火焰光度法、堿解擴散法、1/2H₂SO₄法、NH₄OAc浸提-火焰光度法測定;土壤pH用無二氧化碳蒸餾水（水和土壤比例5：1）浸提后pH計（METTLER TOLEDO）測定[12];土壤酸性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性分別采用磷酸苯二鈉、苯酚鈉和3，5-二硝基水楊酸比色法測定[13];土壤細菌、真菌、放線菌分別用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、馬丁培養(yǎng)基、改良高氏培養(yǎng)基培養(yǎng)，計數(shù)培養(yǎng)皿上生長的菌落，以菌落形成單位（cfu.g^-1）表示。菌數(shù)（cfu.g^-1）=菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)[14]。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

所有數(shù)據(jù)采用Excel 2003軟件統(tǒng)計分析，方差分析采用SPSS12.0軟件中通用線性模型單因素變量法，多重比較采用Duncan法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對連作西瓜土壤微生物數(shù)量的影響

由表2可知，連續(xù)2a西瓜生育期內(nèi)，不同處理土壤均是細菌數(shù)量最多、放線菌次之、真菌最少。除2016年CK-1處理的放線菌和A、B處理的真菌外，各微生物菌群數(shù)量整體呈先上升后下降的趨勢。其中，處理A和處理B土壤細菌、放線菌和真菌數(shù)量均大于CK-2、CK-1處理，2015年3個生育期中，A、B處理土壤中細菌數(shù)量分別比CK-2處理增加0.43～1.26、0.75～1.13倍，次年分別增加1.20～1.33、1.71～2.63倍;2015年3個生育期中，A、B處理土壤中細菌數(shù)量比CK-1處理分別增加0.73～2.03、1.11～1.78倍;次年分別增加0.36～0.42、0.66～1.16倍，差異均達顯著水平。總體上各處理放線菌和真菌數(shù)量的動態(tài)變化趨勢與細菌的基本一致，除第1年A處理第巧天的放線菌和不施肥處理（CK-1）間差異不顯著外，其余有機肥處理下西瓜各生育期土壤放線菌和真菌數(shù)量均顯著高于CK-2和CK-1，單施有機肥處理A和有機無機肥配施處理B之間，B處理的土壤放線菌略高于A處理，而真菌數(shù)量無顯著差異。說明有機肥施用促進土壤中細菌、放線菌、真菌的生長繁殖，而單施化肥和不施肥均不利于土壤微生物的生長增殖。

2.2 不同施肥處理對連作西瓜土壤脲酶、磷酸酶及蔗糖酶活性的影響

脲酶、磷酸酶、蔗糖酶作為不同酶類參與有機化合物的水解反應(yīng)，對豐富土壤中能被植物和微生物利用的可溶性營養(yǎng)物質(zhì)具有重要作用[15]。脲酶是一種專性較強的酶，可使酞胺態(tài)有機氮化物水解為植物可以直接吸收利用的無機氮化物，通常以脲酶活性來表征土壤的N素供應(yīng)能力。由表3可知，連續(xù)2a西瓜生育期內(nèi)，所有處理土壤脲酶活性均呈現(xiàn)先升后降的趨勢。與CK-1處理相比，除2015年A處理第15天外，其余生育期各施肥處理均顯著提高了土壤的脲酶活性，而各施肥處理間，除A處理在2015年第15天和CK-2處理在2016年第70天土壤脲酶活性明顯偏低外，其余各階段差異不顯著。這可能與A處理養(yǎng)分釋放速度慢，2015年西瓜生育前期N素營養(yǎng)供應(yīng)不足，降低了土壤脲酶活性有關(guān)。但隨著不斷生長，有機肥料的持續(xù)供應(yīng)，無機養(yǎng)分不斷釋放累加，提高了土壤中N素的供應(yīng)能力，同時為產(chǎn)酶微生物繁殖提供了良好的環(huán)境，促使脲酶活性不斷提高。CK-2處理在2016年生育后期脲酶活性偏低，這可能與單施化肥養(yǎng)分時效性差，加上連作西瓜生育后期強降雨較多，淋溶損失大，使得N素營養(yǎng)供給能力下降有關(guān)。

酸性磷酸酶可加快土壤中有機磷轉(zhuǎn)化為無機磷，提高磷素利用率。蔗糖酶直接參與土壤碳循環(huán)，酶促蔗糖水解為葡萄糖和果糖，改善土壤碳素營養(yǎng)狀況[16]。由表3可知，酸性磷酸酶和蔗糖酶活性的變化趨勢與脲酶相似，連續(xù)2a西瓜生育期內(nèi)均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。但不同施肥處理3種酶活性動態(tài)差異卻各不相同，在種植第1年，除CK-1處理在第70天的酸性磷酸酶活性顯著低于其他處理外，其余各處理間差異不顯著。連作第2年，各處理顯著高于CK-1處理，各處理間差異不顯著。這可能是因為西瓜生育前期對磷肥需求量少，土壤中原本固持的有效磷含量能滿足其生長需要，故各處理的酸性磷酸酶活性沒有顯著差異。但隨著西瓜的生長，對磷肥的需求量不斷增加，尤其連作第2年磷素得不到及時補充，降低了酸性磷酸酶的活性。

蔗糖酶活性除第1年第15天各處理間無顯著差異外，其余時期各施肥處理均顯著高于CK-1。但隨著時間的推進，到次年第70天，A、B處理的土壤蔗糖酶活性顯著高于CK-2處理，這可能與有機肥的施用，增加了土壤的有機碳含量，提高了蔗糖酶活性有關(guān)。

2.2.3 不同施肥處理對連作西瓜土壤養(yǎng)分含量的影響

由表4可知，與CK-1相比，連續(xù)2a西瓜生育期內(nèi)各施肥處理均不同程度提高了土壤有機質(zhì)含量。其中，2015年增幅為4.67%～20.10%，2016年增幅為10.78%～65.13%，各施肥處理土壤中有機質(zhì)含量均隨肥料中有機肥比例的增加而增加，即A>B>CK-2。與處理前土壤有機質(zhì)含量相比，CK-1、CK-2處理土壤中有機質(zhì)含量逐年降低，2015年分別下降7.56%、3.24%;2016年分別下降26.18%、18.23%。而A、B處理中土壤有機質(zhì)含量則比處理前逐年提升，其中，2015年分別提高11.01%、4.42%，2016年分別提高21.90%、12.16%。說明連續(xù)單施化肥或不施肥均不利于土壤有機質(zhì)含量的提升，而連續(xù)施用有機肥可使土壤有機質(zhì)含量逐年提升，且增幅隨肥料中有機肥比例的增大而增大。

土壤堿解氮、速效磷、速效鉀作為植物可直接或間接利用有效養(yǎng)分的重要組成部分，其含量高低可直觀反映土壤氮、磷、鉀素的供應(yīng)水平。與CK-1相比，各施肥處理均不同程度提高了土壤堿解氮、速效磷和速效鉀的含量，其中，堿解氮含量在2015、2016年分別增加15.29%～28.22%、37.66%～64.84%，速效磷分別增加0.73%～6.10%、12.19%～17.73%，速效鉀分別增加11.99%～26.70%、26.69%～76.68%。和土壤本底值養(yǎng)分含量相比，CK-1處理的土壤速效養(yǎng)分含量均逐年遞減，除速效磷在種植第1年后差異不顯著，其余速效養(yǎng)分含量在種植后第1年和第2年均顯著降低，說明不施肥將導(dǎo)致土壤速效養(yǎng)分的急劇下降。CK-2在種植后第1年和第2年土壤中各速效養(yǎng)分含量和種植前基本一致。A、B處理與處理前相比，土壤中各速效養(yǎng)分含量總體上呈逐年遞增趨勢，速效鉀含量均顯著高于處理前，說明連續(xù)施用有機肥有利于提高土壤肥力。A處理在2015年速效磷略微下降，這可能與該處理本身磷肥施用量低，同時施人有機肥量大，導(dǎo)致部分速效磷養(yǎng)分被微生物固持有關(guān)。

3 討論

土壤微生物活動和酶促反應(yīng)是推動土壤有機質(zhì)礦化分解和養(yǎng)分循環(huán)轉(zhuǎn)化的活性劑，土壤微生物菌群數(shù)量和酶活性高低在一定程度上反映了土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的快慢，是土壤生物質(zhì)量變化的靈敏指標(biāo)[17]。研究表明，施用有機肥有利于土壤微生物的繁殖生長、激發(fā)酶活性、提高土壤養(yǎng)分含量，從而改善土壤微生態(tài)環(huán)境、培肥地力、可在一定程度上緩解連作危害[18-19]。然而不同物料有機肥因營養(yǎng)成分差異，施人土壤后的轉(zhuǎn)化利用情況和對土壤理化性狀及微生態(tài)環(huán)境的影響也各不相同[11，16，20]。本研究在總養(yǎng)分投入量基本一致的條件下，研究木薯加工廢棄物有機肥不同施用方法即單施有機肥處理（A）和有機無機肥配施處理（B）對土壤微生物數(shù)量、酶活性以及養(yǎng)分含量的影響。結(jié)果表明，除第1年A處理的放線菌外，A、B處理土壤中細菌和真菌數(shù)量均顯著高于CK-2、CK-1處理，且第2年較第1年增幅大，說明木薯加工廢棄物有機肥提供的營養(yǎng)物質(zhì)有效促進了土壤中細菌、放線菌、真菌的繁衍，持續(xù)施用增殖效果更佳，這與前人研究結(jié)果相似[18-19]。但不同處理土壤微生物的繁殖能力有所差異，有機無機肥配施的B處理優(yōu)于單施有機肥的A處理，這可能是由于不同有機肥施入量改變了土壤中的碳/氮比例，而土壤碳/氮與土壤微生物繁衍能力密切相關(guān)。

朱新萍等[21]研究表明，土壤脲酶、蔗糖酶活性與堿解氮、速效氮含量成正相關(guān)關(guān)系，蔗糖酶同時參與土壤碳素循環(huán)，酶促有機物質(zhì)的礦化分解，而土壤磷酸酶活性影響著土壤磷素不同形態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化。本試驗選取了3種與土壤有機質(zhì)及速效養(yǎng)分轉(zhuǎn)化分解密切相關(guān)的酶進行研究，結(jié)果表明，除第1年西瓜定植后第15天脲酶、第15天、第40天酸性磷酸酶活性外，其余各施肥處理土壤酶活性均顯著高于CK-1，而各施肥處理間土壤酶活性總體上呈現(xiàn)A、B處理高于CK-2的趨勢，其中蔗糖酶活性差異顯著。說明施用木薯加工廢棄物有機肥有利于保持和提高西瓜連作土壤的酶活性。連續(xù)2a試驗后，和土壤本底值相比較，CK-1處理中土壤有機質(zhì)及速效養(yǎng)分含量均顯著降低，CK-2處理土壤有機質(zhì)含量明顯降低，氮、磷、鉀速效養(yǎng)分含量和處理前基本保持一致，A、B均顯著提高土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷及速效鉀含量，且隨施用量和施用年限的增加而不斷提高，此結(jié)果與土壤中微生物數(shù)量以及酶活性的動態(tài)變化規(guī)律是相互印證的，這可能與木薯加工廢棄物有機肥的施人改善了土壤微生物菌群結(jié)構(gòu)、提高了酶活性及碳素循環(huán)速率，加速了有機物質(zhì)及速效養(yǎng)分的礦化分解密切相關(guān)。該結(jié)論也與鐘書堂等[22]的研究結(jié)論一致。

4 結(jié)論

綜上所述，木薯加工廢棄物有機肥增加了西瓜連作土壤的微生物數(shù)量，提高了土壤酶活J性、有機質(zhì)及速效養(yǎng)分含量，有利于連作西瓜土壤朝著健康的方向發(fā)展，但木薯加工廢棄物有機肥的合理施用比例及對連作障礙土壤的緩解程度，需結(jié)合西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)以及連作土壤進行長期持續(xù)的監(jiān)測來進一步證實。

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