酵素對熱區(qū)土壤理化性狀和作物生長的影響

范鶴齡，王浩晨，陳偉益，陸建明，孫雪冰，朱 清，李長江，張榮萍

（海南大學(xué)熱帶作物學(xué)院，?？?70228）

0 引言

21世紀(jì)以來，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大力推進(jìn)化肥減量提效和農(nóng)藥減量控害，積極探索產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展之路。酵素的本質(zhì)是利用植物源和動(dòng)物殘留物等有機(jī)廢棄物發(fā)酵而成的堆肥或發(fā)酵液，含有營養(yǎng)成分、代謝活性物質(zhì)與有益微生物菌群，是具有多元復(fù)合功能的生態(tài)產(chǎn)品，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)零農(nóng)藥、零化肥、零污染、生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的理想方式。

目前，化肥的亂用亂施導(dǎo)致土壤退化，化學(xué)農(nóng)藥等帶來化學(xué)危害，多種原因致使作物產(chǎn)量遇到瓶頸，無法再提高，作物品質(zhì)和生態(tài)環(huán)境惡化。微生物技術(shù)是解決以上問題的唯一良策。農(nóng)用酵素用途廣泛，目前作為基肥、葉面肥、滴灌肥、生物農(nóng)藥和分解菌劑等應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[1-2]。該技術(shù)是富集本地有益微生物和處理當(dāng)?shù)赜袡C(jī)廢棄物的一項(xiàng)簡單易行的方法，成本低、設(shè)備簡易、操作方便，對促進(jìn)植物生長、提高作物品質(zhì)、改善土壤生態(tài)、緩解環(huán)境污染及作物防病治蟲等均有積極作用，具有廣闊的研究和應(yīng)用前景[3]。辣椒在生長發(fā)育過程中如遇15℃以下低溫會對辣椒造成危害[4]，黃瓜生長會遇蚜蟲、紅蜘蛛、潛葉蠅等蟲害[5]，因此，筆者探究酵素對這些危害的防范作用。

目前，國內(nèi)外酵素效果的研究主要集中在液態(tài)酵素，酵素堆肥以及酵素液肥在高溫高濕的熱帶地區(qū)的作用的研究尚比較薄弱。本試驗(yàn)擬研究酵素在?？谑写硇宰魑锷袭a(chǎn)量、品質(zhì)、抗逆性、土壤改良等方面的效果，以期為熱區(qū)綠色高效種植業(yè)的發(fā)展和研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

海南億灃有機(jī)肥，有機(jī)質(zhì)含量≥45%、N+P2O5+K2O≥5%，海南億灃出產(chǎn)的寶島沃源-全效活性肽有機(jī)肥。日本有機(jī)肥，有機(jī)質(zhì)含量≥40%、N+P2O5+K2O≥10%，日本中部Ecotec株式會社旗下的千代田生物有機(jī)肥。羊糞有機(jī)肥，有機(jī)質(zhì)含量≥45%、N+P2O5+K2O≥5%，石家莊市豐廠生物有機(jī)肥科技有限公司?；?，15-15-15復(fù)合肥，河北硅谷肥業(yè)有限公司生產(chǎn)。自制酵素堆肥，微生物發(fā)酵堆肥，配方為秸稈1000 kg，米糠或麥麩50 kg，雞羊糞40 kg，紅糖1 kg，自制酵母5 kg，保濕有氧發(fā)酵1～ 3個(gè)月，備用。制酵素液，追肥，配方為綠葉若干，米糠或麥麩1.5 kg，自制酵母1.5 kg，雞羊糞10 kg，水100 L，有氧發(fā)酵7～ 10天，備用。盆栽土壤為自制營養(yǎng)土（生土和沙子1:1），有機(jī)質(zhì)含量1.69%，pH 7.5；大田土壤為海南自然磚紅壤。試驗(yàn)對象為辣椒、黃瓜。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015—2020年在海南大學(xué)校內(nèi)教學(xué)實(shí)踐基地進(jìn)行，對酵素堆肥的秸稈種類、施用量、生物有機(jī)肥種類、酵素液及其材料的不同種類進(jìn)行了試驗(yàn)設(shè)計(jì)，見表1。不同處理外的栽培措施統(tǒng)一管理，栽培后的土壤和植株樣本待測。

表1 酵素有機(jī)肥對土壤理化性質(zhì)和作物生長影響研究的設(shè)計(jì)

續(xù)表1

1.3 測定項(xiàng)目與測定方法

1.3.1 作物生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)測定 于結(jié)果期測定單株果重、維生素C含量、單株生物量，產(chǎn)量為累計(jì)單株果重（試驗(yàn)A只計(jì)算其冬季產(chǎn)量），維生素C含量采用2,6-二氯酚靛酚法[6]，經(jīng)濟(jì)系數(shù)計(jì)算如式(1)所示。

1.3.2 作物萎蔫指數(shù)測定 在低溫期/干旱期，分別觀測植株的萎蔫級數(shù)，熱帶地區(qū)稍有改動(dòng)，計(jì)算萎蔫指數(shù)[7]，如式(2)所示。萎蔫癥狀的分級標(biāo)準(zhǔn)為：0—正常；1—輕微冷害/干旱，萎蔫葉片不超過1/3；2—中等冷害/干旱，萎蔫葉片一半左右；3—嚴(yán)重冷害/干旱，葉片全部或近乎萎蔫。

1.3.3 作物防御酶活測定 在處理后第20天取葉片樣，測定超氧化物岐化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性。超氧化物歧化酶(SOD)的測定參照南京建成生物工程研究所WST-1法，過氧化物酶(POD)活性的測定參照湯章城等[8]的方法。

1.3.4 土壤理化性狀測定 于處理后第60天取5～ 10 cm深度的土樣進(jìn)行土壤理化性狀測定，田間持水量和容重采用環(huán)刀法[9-10]，含水量采用烘干法，土壤速效氮采用堿解擴(kuò)散法[11]，土壤速效磷采用氟化銨—鉬銻抗比色法[12]，土壤速效鉀采用醋酸銨—火焰光度計(jì)法[13]，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法[14]，土壤pH采用2.5:1水土比電位法。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用Excel和SPSS 20進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 酵素對土壤理化性狀的調(diào)節(jié)

2.1.1 酵素堆肥對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響 圖1為酵素堆肥處理對辣椒土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響比較圖。從圖1可以看出，羊糞處理的有機(jī)質(zhì)含量最高，達(dá)到5.64%，酵素堆肥達(dá)到2.55%～ 3.87%，空白為1.68%。酵高與酵低和傳統(tǒng)（化肥）對照間差異均顯著，施用量越大，有機(jī)質(zhì)含量越高。

圖1 酵素堆肥處理下土壤有機(jī)質(zhì)含量對比圖（試驗(yàn)C）

2.1.2 酵素堆肥對土壤速效養(yǎng)分含量的影響 圖2是酵素堆肥對土壤速效養(yǎng)分含量影響的比較分析圖。由圖2可以看出，不同有機(jī)肥方法下，土壤中速效氮和速效磷的含量，均是羊糞處理最高，酵素處理其次，傳統(tǒng)施肥處理最低，互相之間的差異顯著，與有機(jī)質(zhì)含量的規(guī)律一致；而速效鉀含量則是酵素和羊糞方法顯著低于傳統(tǒng)方法。

圖2 酵素堆肥處理對辣椒土壤速效養(yǎng)分的影響分析（試驗(yàn)C）

2.1.3 酵素對土壤pH的影響 圖3是酵素堆肥對辣椒土壤pH的比較分析。從圖3可以看出，酵素堆肥和羊糞不會使土壤酸化，pH顯著高于傳統(tǒng)施肥方法。初步說明，酵素堆肥不會酸化土壤，對環(huán)境友好。

圖3 不同施肥方式對辣椒土壤pH的影響比較（試驗(yàn)C）

2.1.4 酵素堆肥對土壤物理性狀的影響 表2是酵素堆肥的材料和施用量對辣椒土壤物理性狀的影響分析。從表2可以看出，酵素堆肥處理土壤的田間持水量均大于普通對照，容重均小于對照，差異均達(dá)到顯著水平，其中，花生秸稈制作的酵素堆肥的田間持水量最大，容重最小，施用量越大，容重越小。初步表明，酵素堆肥改良了土壤的物理性狀。

表2 酵素堆肥對辣椒土壤物理性狀的影響分析

2.2 酵素有機(jī)肥對作物生長的影響分析

2.2.1 酵素堆肥和液肥對辣椒果實(shí)生長的影響分析 圖4是酵素堆肥和液肥的種類和施用量對作物果實(shí)生長的影響分析。從圖4可以看出，酵素有機(jī)肥對辣椒和黃瓜果實(shí)的生長有促進(jìn)作用，與普通有機(jī)肥或化肥處理相比，果實(shí)生長量增加11%～ 30%以上。其中，酵素堆肥的材料以花生秸稈和玉米秸稈較好（圖4a）；施用量以60%（體積比）較好，果重較傳統(tǒng)化肥提升幅度達(dá)到53%～ 92%（圖4b）；酵素有機(jī)肥比海南有機(jī)肥的產(chǎn)量高，增產(chǎn)24%，但比日本有機(jī)肥低（圖4c）；酵素液肥的材料以榕葉、青蒿、枇杷葉的效果較好，分別比空白對照提升20%～ 38%，而木麻黃和金魚藻的提升效果較低（比對照提高3.0%～ 7.6%）（圖4d）。初步說明，酵素堆肥和液肥對辣椒和黃瓜果實(shí)的生長有促進(jìn)作用，促進(jìn)效果與其原材料和施用量關(guān)系密切。

圖4 酵素堆肥和液肥對辣椒和黃瓜果實(shí)生長的影響分析

2.2.2 酵素堆肥對辣椒植株物質(zhì)分配的影響分析 圖5是酵素堆肥的秸稈種類對辣椒經(jīng)濟(jì)系數(shù)的影響分析。從圖5可以看出，花生秸稈、玉米秸稈和椰糠制作的酵素堆肥處理的辣椒經(jīng)濟(jì)系數(shù)達(dá)48%以上，高于普通有機(jī)肥CK的44.42%。初步說明，酵素堆肥有利于植株光合物質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)分配，將營養(yǎng)輸送到了果實(shí)，提高了經(jīng)濟(jì)系數(shù)。

圖5 酵素堆肥的秸稈種類對辣椒物質(zhì)分配的影響比較（試驗(yàn)A）

2.2.3 酵素堆肥對辣椒果實(shí)內(nèi)含物的影響分析 圖6是酵素堆肥的施用量對辣椒果實(shí)Vc含量影響的分析。從圖6可以看出，酵素堆肥處理的辣椒果實(shí)中的Vc含量高于傳統(tǒng)施肥處理，是傳統(tǒng)施肥的1.12倍以上，低于羊糞處理，差異均顯著，Vc含量隨酵素堆肥的施用量的增加而增加。初步說明，酵素堆肥有利于辣椒果實(shí)中內(nèi)含物含量的提升。

圖6 酵素堆肥的施用量對辣椒果實(shí)Vc含量的影響（試驗(yàn)C）

2.3 酵素對作物的抗逆性的影響分析

2.3.1 酵素堆肥和液肥對辣椒抗干旱和低溫冷害的影響分析 酵素堆肥處理遭遇干旱后的萎蔫指數(shù)為0，而海南有機(jī)肥和日本有機(jī)肥處理高達(dá)90%以上（圖7a）；酵素液肥處理遭遇低溫時(shí)的冷害指數(shù)比化肥處理低31.25%（圖7b）。初步說明，酵素堆肥和液肥可增強(qiáng)辣椒植株對干旱和低溫冷害的抗性。

圖7 酵素堆肥和液肥對辣椒抗干旱和低溫冷害的影響分析

2.3.2 酵素液肥對辣椒防御酶活性的影響分析 超氧化物岐化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性能反映作物清除自由基、抗氧化、適應(yīng)外界環(huán)境的能力，活性越高，抗性越強(qiáng)。圖8是氣溫下降時(shí)酵素液肥和化肥處理的辣椒植株SOD和POD活性的變化曲線。從圖8可以看出，酵素液肥處理的辣椒的防御酶活性快速升高，而化肥處理降低，差異顯著。初步說明，酵素液肥提高了辣椒的系統(tǒng)防御酶活性，增強(qiáng)了植株抗性。

圖8 酵素液肥對辣椒植株防御酶活性的影響分析（試驗(yàn)E）

2.3.3 酵素液肥的材料種類對黃瓜蟲害防治的影響分析 圖9是酵素液肥的材料種類對黃瓜蟲害的防治效果比較。從圖9可以看出，榕葉、枇杷葉、青蒿、木麻黃制作的酵素液肥處理的黃瓜果實(shí)和葉片的蟲害指數(shù)均低于清水空白對照，差異均顯著，金魚藻處理的效果較差。初步看出，酵素液對黃瓜的蟲害有防治效果，以榕葉、青蒿、枇杷葉和木麻黃最好。

圖9 酵素液肥的材料種類對黃瓜蟲害防治的影響比較（試驗(yàn)F）

3 結(jié)論與討論

系列研究得出，酵素堆肥和液肥能提高土壤的有機(jī)質(zhì)、田間持水量、速效養(yǎng)分含量；能促進(jìn)果實(shí)的生長，促進(jìn)植株的物質(zhì)分配，提高果實(shí)內(nèi)含物含量；能提高植株防御酶活性，增強(qiáng)作物抗性，減輕植株對干旱、低溫、蟲害等不良環(huán)境的影響。

3.1 酵素堆肥對土壤理化性狀的調(diào)節(jié)作用

本研究得出，酵素堆肥可提高辣椒土壤的有機(jī)質(zhì)含量，不會使土壤酸化，調(diào)節(jié)速效氮、磷、鉀的比例，增大土壤的田間持水量，降低容重。李方志等[14-16]亦研究得出，農(nóng)用植物酵素能有效增加土壤中氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)的含量，從而改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤質(zhì)量。馮筠洋等[17]發(fā)現(xiàn)，將農(nóng)用植物酵素施用土壤后，土壤中蚯蚓數(shù)量增加，氮磷鉀等營養(yǎng)元素含量提高，土壤更加肥沃。佟玉潔等[18]研究也表明，農(nóng)用植物酵素能有效增加土壤中養(yǎng)分含量，最佳的稀釋濃度為1:800。各種酵素對土壤的理化性狀均有較好的改良效果。

3.2 酵素堆肥和液肥對作物生長的促進(jìn)作用

本研究得出，酵素堆肥和酵素液肥可使辣椒、黃瓜等的果重增加8%～ 92%，果實(shí)的Vc含量提升1.5倍以上，效果與材料種類和施用量關(guān)系密切。隋麗麗等[19]亦報(bào)道，200倍的農(nóng)用植物酵素稀釋液使黃瓜和辣椒的單位產(chǎn)量較對照組分別增產(chǎn)5.8%和22.2%。梁會欣等[20]報(bào)道，植物酵素使馬鈴薯較對照組增產(chǎn)19.3%～ 29.9%。張艷梅等[21]報(bào)道，利用200倍酵素稀釋液在玉米關(guān)鍵時(shí)期進(jìn)行噴施，增產(chǎn)效果達(dá)17.9%～ 25.8%。李潔等[22]報(bào)道，植物酵素促進(jìn)黃瓜植株生長，與對照相比增產(chǎn)23.49%。羅蕊等[23]發(fā)現(xiàn)，農(nóng)用植物酵素能顯著促進(jìn)梨樹葉片生長，提高其中礦質(zhì)成分含量，提升葉片光合性能，從而促進(jìn)梨樹生長。楊文靜等[24]研究得出，農(nóng)用植物酵素能促進(jìn)蘋果樹木新梢生長，增大葉面積，提高葉綠素含量及單果質(zhì)量，并提高果實(shí)中可溶性固形物及維生素C的含量。代明亮等[25]報(bào)道，利用植物源營養(yǎng)液能有效提高新梢生長量、葉面積、單果重及可溶性固形物含量。耿建等[26]研究得出，葉面噴施芳香植物源營養(yǎng)液能顯著促進(jìn)梨樹新梢生長，提高葉面積和葉綠素含量；改善葉片中全氮、全磷、全鉀及有效態(tài)鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅等礦質(zhì)元素的吸收狀況和含量；李潔等[27]研究表明，植物酵素對大棚黃瓜生長具有明顯的促進(jìn)作用，能顯著減少植株發(fā)病率，比試驗(yàn)對照增產(chǎn)23.49%。陶津等[28]綜合結(jié)果表明，澆施1:750稀釋濃度的環(huán)保酵素均能對各項(xiàng)分析因素有促進(jìn)作用，且效果優(yōu)于施澆化肥。總的看出，酵素方法優(yōu)于化肥，比傳統(tǒng)施肥法更優(yōu)質(zhì)更高產(chǎn)。

3.3 酵素有機(jī)肥增強(qiáng)作物對病蟲害和自然災(zāi)害的抵抗能力

本研究發(fā)現(xiàn)，酵素處理可提高辣椒植株的SOD和POD活性，顯著提高了植株的抗旱力、抗冷力和防蟲效果。李正華等[29]研究證明厭氧發(fā)酵液中含有100多種組成成分，在這些組成成分中，約有20多種成分使得厭氧發(fā)酵液具有抗病防蟲作用。周新萍等[30]研究結(jié)果表明，蔬菜類餐廚垃圾發(fā)酵容易產(chǎn)生白色霉菌，植物類餐廚垃圾發(fā)酵效果較差，而水果類餐廚垃圾發(fā)酵效果較好，糖分、蛋白質(zhì)、醋酸含量較高，且含有一定量的纖維素酶、脂肪酶和過氧化氫酶。孫雨濃等[31]亦發(fā)現(xiàn)，農(nóng)用植物酵素能有效提高菠菜幼苗POD（過氧化物酶）和SOD等活性，從而提高植物的抗逆性。韋文芳等[32]研究表明，農(nóng)用植物酵素通過浸種、噴淋等方式可有效防治黃瓜枯萎病。大蒜農(nóng)用植物酵素對于黃瓜白粉病、霜霉病和番茄葉霉病防治效果分別達(dá)到85.6%、79.2%和82.55%。王麗麗等[33]發(fā)現(xiàn)，大蒜、丁香和洋蔥農(nóng)用植物酵素對朱砂葉螨有較好地毒殺作用，死亡率分別高達(dá)77%、65%和67%；而生姜和大蒜農(nóng)用植物酵素對青枯勞爾氏菌有拮抗作用。王榮娟等[34]報(bào)道，用蘋果農(nóng)用植物酵素配合水楊酸混合噴施草莓，對灰霉病有顯著抑制作用。耿健等[35]發(fā)現(xiàn)，噴施芳香源植物發(fā)酵液可以有效抑制梨樹黑星病、輪紋病和腐爛病。Alan等[36]研究發(fā)現(xiàn)，大蒜產(chǎn)生的酵素對胡蘿卜種子傳交鏈格孢菌、番茄疫病、馬鈴薯塊莖疫病、水稻稻瘟病和擬南芥霜霉病均有較好的防治效果?？偟目闯觯退赜袡C(jī)肥有利于作物增強(qiáng)對溫度、水分、病原菌和害蟲等不良環(huán)境的抗性。

酵素堆肥和液肥既能改良熱區(qū)土壤的理化性狀，又能實(shí)現(xiàn)熱帶作物優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高抗、安全、生態(tài)，在熱帶地區(qū)實(shí)現(xiàn)減肥減藥和現(xiàn)代化綠色農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

致謝：本試驗(yàn)是在海南大學(xué)農(nóng)學(xué)專業(yè)郭濤、董觀海、梁宗武、黃浩、曾均炫、賴鏞如、趙梅、陸潘潘、田燁、楊國斌、李銳、張為圣、王冬雪、劉洋、廖萬杰、馬海曌、劉妍江、陳偉華等本科生和研究生，及周建軍先生的共同努力下完成的，在此一并感謝，謝謝大家的熱情參與和付出，一起助力中國酵素農(nóng)業(yè)的發(fā)展。