菌糠復(fù)合物對(duì)小白菜幼苗期土壤酶活性的影響

王一昭，陳 花

(榆林學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 榆林 719000)

土壤是人類獲取生存資源的重要條件，也是農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。過量的化肥和農(nóng)藥殘留在土壤和水中，將直接導(dǎo)致土壤發(fā)生污染，削弱農(nóng)作物的產(chǎn)量，加劇環(huán)境污染，特別是與人們生活密切相關(guān)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)重惡化，將對(duì)人體健康造成危害。而如何使我國(guó)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定地增長(zhǎng)，是目前需要解決的當(dāng)務(wù)之急。

菌糠營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，分類廣泛，是對(duì)大量常見的大型真菌的總稱。它是由秸稈、木屑等原料混合而成的食用菌原料，以及收獲后的剩余原料[1]。由于食用菌對(duì)纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠等復(fù)雜有機(jī)物具有較強(qiáng)的分解轉(zhuǎn)化能力，主要表現(xiàn)為粗纖維含量顯著降低，菌糠中菌體蛋白沉積，粗蛋白含量顯著增加，使得營(yíng)養(yǎng)價(jià)值得到明顯的改善。中國(guó)是食用菌的主要生產(chǎn)國(guó)，2010年我國(guó)食用菌總產(chǎn)量近2 000萬t，約占世界食用菌總產(chǎn)量的70%以上[2]。然而，由于人們對(duì)菌糠再利用的意識(shí)不強(qiáng)，大多數(shù)菌糠被丟棄或燃燒，既造成了菌糠、菌根資源的浪費(fèi)，又造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。合理地處理食用菌菌糠可以在解決環(huán)境破壞問題的同時(shí)促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2,3]。

土壤酶是指土壤中產(chǎn)生專一生物化學(xué)反應(yīng)的生物催化劑。土壤酶一般吸附在土壤膠體表面或呈復(fù)合體存在，部分存在于土壤溶液中，而以測(cè)定各種酶的活性來表征。土壤酶參與土壤中各種生物化學(xué)過程，如腐殖質(zhì)的分解與合成；動(dòng)植殘?bào)w和微生物殘?bào)w的分解，及其合成有機(jī)化合物的水解與轉(zhuǎn)化等[2]。如：脲酶是尿素轉(zhuǎn)化過程中起關(guān)鍵作用的酶，它是一種酰胺酶，其酶促反應(yīng)產(chǎn)物是植物可利用的氮源，其活性可以反應(yīng)土壤氮素供應(yīng)的強(qiáng)度。土壤磷酸酶是植物根系與微生物的分泌產(chǎn)物，它是一類催化土壤有機(jī)磷礦化的酶，其活性的高低直接影響著土壤中有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物利用度，是評(píng)價(jià)土壤磷素生物轉(zhuǎn)化方向與強(qiáng)度的指標(biāo)，并且受到土壤碳、氮含量、有效磷含量和pH顯著影響。過氧化氫酶是可以表示土壤腐殖化強(qiáng)度的指標(biāo)，土壤酶的活性與土壤的一些養(yǎng)分指標(biāo)相結(jié)合能夠作為綜合評(píng)價(jià)土壤肥力的指標(biāo)[3]。

一般情況下，土壤酶活性的測(cè)定是在最佳溫度、pH、底物濃度、土壤重量等條件下，根據(jù)反應(yīng)后剩余基質(zhì)或反應(yīng)產(chǎn)物的數(shù)量來定量測(cè)定的[3]。土壤酶活性測(cè)定方法是土壤樣品用防腐劑(一般用甲苯)浸泡一定時(shí)間，然后加入最適合某種酶促反應(yīng)的一定值的緩沖液和一定數(shù)量的基質(zhì)，將反應(yīng)物放在恒溫箱中培養(yǎng)一定的時(shí)間，然后用物理的或化學(xué)的方法[4,5]。比如比色法、滴定法、氣量法、旋光法等定量地測(cè)定出剩余基質(zhì)或反應(yīng)產(chǎn)物的量[6]。

因此，實(shí)驗(yàn)以小白菜為實(shí)驗(yàn)材料，采用盆栽的方法，設(shè)置不同處理下的菌糠復(fù)合物，通過測(cè)定不同處理下過氧化氫酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶的活性，從而研究菌糠復(fù)合物對(duì)小白菜幼苗期土壤酶活性的的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

小白菜種子：陜西省榆林市榆陽區(qū)蔬菜種子店；酵解雞糞(有機(jī)肥)：昕沃生物科技有限公司；無機(jī)化肥：安徽省合肥市花卉肥料廠；平菇菌糠： 榆林市農(nóng)墾農(nóng)技站提供；土壤：生命科學(xué)學(xué)院東側(cè)花園采集

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的準(zhǔn)備 試驗(yàn)用土均選取同一區(qū)域內(nèi)，質(zhì)地、濕度等均一的土壤進(jìn)行采集，并過0.9 mm篩子，裝袋，自然攤平，備用。將土壤、無機(jī)化肥、酵解雞糞、新鮮菌糠和發(fā)酵菌糠等，按如下比例進(jìn)行充分混合，共設(shè)置5個(gè)處理組，每個(gè)處理組三次重復(fù)?；旌虾笫⒅糜谥睆綖?0.6 cm，高為13.7 cm的同一規(guī)格的盆中。

處理基質(zhì)與含量1(CK)土壤1.5kg(空白對(duì)照)2土壤1.5kg+無機(jī)化肥1g3土壤1.5kg+無機(jī)化肥1g+酵解雞糞112.5g4土壤1.5kg+無機(jī)化肥1g+酵解雞糞112.5g+鮮菌糠112.5g5土壤1.5kg+無機(jī)化肥1g+酵解雞糞112.5g+發(fā)酵菌糠112.5g

1.2.2 種子的處理 將準(zhǔn)備好的15盆營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，每盆用約60 mL的水澆濕，然后隨機(jī)選取顆粒飽滿的、無病蟲害、大小和長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的小白菜種子約300粒，均勻播撒于準(zhǔn)備好的15盆營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)中，每盆約20粒，待播撒完成后，在每盆種子上部覆蓋約4 mm厚的土層。

1.2.3 幼苗的培養(yǎng) 主要有:

(1)將15盆已撒播小白菜種子的花盆，置于恒溫培養(yǎng)箱，進(jìn)行小氣候生長(zhǎng)培養(yǎng)，設(shè)定時(shí)間(24 h)、溫度(25℃)和濕度(80%RH)進(jìn)行生長(zhǎng)培養(yǎng)；

(2)種子發(fā)芽初期，每盆白天間隔10 h、夜間間隔12 h噴灑約20ml的水，待幼苗破土后，每天噴灑40 mL的水，當(dāng)幼苗生長(zhǎng)出兩片綠色幼葉時(shí)，每天噴灑30 mL的水，并間隔松土，保證小白菜幼苗根部氧氣供應(yīng)；

(3)待小白菜幼苗生長(zhǎng)至二葉一心時(shí)(約8 d)，對(duì)每盆中的土壤采用三點(diǎn)取樣法取樣，測(cè)定其過氧化氫酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶五種酶的活性。

1.2.4 指標(biāo)測(cè)定及其方法 土壤過氧化氫酶活性的測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法[7]；土壤多酚氧化酶活性的測(cè)定采用可見分光光度法[8]；土壤蔗糖酶活性的測(cè)定采用硫代硫酸鈉滴定法[9]；土壤脲酶活性的測(cè)定采用分光光度法[10]；土壤磷酸酶活性的測(cè)定采用可見分光光度法[11～12]。

1.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 利用Excel2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與繪圖，各項(xiàng)指標(biāo)使用SPSS13.0軟件進(jìn)行因素方差分析，并用S-N-K最小顯著極差法對(duì)各個(gè)處理組平均數(shù)進(jìn)行多重比較，不同字母表示在0.05水平下差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌糠復(fù)合物對(duì)小白菜幼苗期土壤中過氧化氫酶活性的影響

從圖1可以看出，在土壤中依次添加化肥、酵解雞糞和新鮮菌糠或發(fā)酵菌糠后，剩余過氧化氫的量呈遞減趨勢(shì)，表明在前一個(gè)處理組的基礎(chǔ)上加入新肥料后過氧化氫酶活性逐漸增強(qiáng)。處理1和處理2相比，土壤中施入化肥后剩余過氧化氫的量有所增加，過氧化氫酶活性降低了1.31%，說明化肥的添加抑制了過氧化物酶的活性；處理4、處理5和處理3相比較，菌糠的加入均提高了土壤酶活性，處理4增加了0.48%，處理5增加了21.3%，差異性顯著分析表明處理4過氧化氫酶并沒有達(dá)到顯著性提升。處理5過氧化氫酶達(dá)到顯著提升，以上結(jié)果表明：土壤中加入傳統(tǒng)的化肥和酵解雞糞的基礎(chǔ)上加入等量的新鮮菌糠和發(fā)酵菌糠后，都能提高小白菜幼苗期土壤過氧化氫酶活性，但發(fā)酵菌糠的效果更好。

圖1 菌糠復(fù)合物對(duì)小白菜幼苗期土壤中過氧化氫酶活性的影響

2.2 菌糠復(fù)合物對(duì)小白菜幼苗期土壤中多酚氧化酶活性的影響

從圖2處理組1～處理組5可以看出,多酚氧化酶活性逐漸增強(qiáng)，其中菌糠處理過的土壤多酚氧化酶活性都高于未加入菌糠處理的土壤多酚氧化酶活性。處理組5與處理組4相比，達(dá)到了顯著水平(P﹤0.05)；說明發(fā)酵腐熟菌糠對(duì)小白菜幼苗期土壤多酚氧化酶活性的影響較大；處理組4與處理組3相比，較處理組3增高幅度為44.35%，差異顯著，說明新鮮菌糠的加入能顯著促進(jìn)多酚氧化酶的活性。上述結(jié)果表明施用發(fā)酵菌糠的小白菜幼苗期土壤多酚氧化酶活性最高，施用鮮菌糠的小白菜幼苗期土壤多酚氧化酶活性次之，與處理3相比優(yōu)勢(shì)明顯，得出菌糠作為有機(jī)肥可以提高小白菜幼苗期土壤多酚氧化酶活性,對(duì)改良土壤有積極作用。

圖2 菌糠復(fù)合物對(duì)小白菜幼苗期土壤中多酚氧化酶活性的影響

2.3 菌糠復(fù)合物對(duì)小白菜幼苗期土壤中蔗糖酶活性的影響

由圖3可以看出，各處理組相比，施用鮮菌糠和發(fā)酵菌糠時(shí)小白菜幼苗期土壤蔗糖酶活性最高。其中處理組5與處理組4比較表明，新鮮菌糠和發(fā)酵腐熟菌糠均施入相同的量時(shí)，蔗糖酶的活性呈上升趨勢(shì)，且達(dá)到了顯著水平(P﹤0.05)；處理組5、處理組4與處理組3相比，菌糠的加入均提高了小白菜幼苗期土壤酶活性，但差異性顯著分析表明處理4蔗糖酶并沒有達(dá)到顯著性提升；處理組3與處理組2相比，酵解雞糞的加入，雖能提高小白菜幼苗期土壤蔗糖酶的活性，提高了10.13%，但差異性顯著分析表明處理3蔗糖酶并沒有達(dá)到顯著性提升。上述結(jié)果表明：發(fā)酵菌糠的加入能顯著提高小白菜幼苗期土壤蔗糖酶的活性。

圖3 菌糠復(fù)合物對(duì)小白菜幼苗期土壤中蔗糖酶活性的影響

2.4 菌糠復(fù)合物對(duì)小白菜幼苗期土壤中脲酶活性的影響

由圖4可以看出，處理4和處理3相比，在前一個(gè)處理組的基礎(chǔ)上加入新鮮菌糠后脲酶活性降低，下降了4.07%，說明新鮮菌糠的添加抑制了脲酶的活性；處理5和處理3相比較，施用發(fā)酵菌糠和發(fā)酵雞糞的處理組小白菜幼苗期土壤脲酶活性都有上升，而且施用發(fā)酵菌糠的小白菜幼苗期土壤脲酶活性顯著高于雞糞對(duì)照，增高幅度為10.04%。以上結(jié)果說明施用發(fā)酵菌糠可以明顯提高小白菜幼苗期土壤中脲酶活性并且促進(jìn)作用顯著于雞糞，所以利用發(fā)酵菌糠作為有機(jī)肥來改造土壤是一條可行途徑。

圖4 菌糠復(fù)合物對(duì)小白菜幼苗期土壤中脲酶活性的影響

2.5 菌糠復(fù)合物對(duì)小白菜幼苗期土壤中磷酸酶活性的影響

2.5.1 堿性磷酸酶 由圖5可以看出，與處理組1相比，堿性磷酸酶活性均有不同程度的增大，增長(zhǎng)幅度為1.20%～157.37%。處理組4與處理組3相比，活性顯著提高，增長(zhǎng)了80.12%；處理組5與處理組4相比，加入等量菌糠時(shí)，施用發(fā)酵菌糠的堿性磷酸酶活性顯著高于新鮮菌糠處理組，說明發(fā)酵菌糠能顯著提高小白菜幼苗期土壤堿性磷酸酶的活性。結(jié)果表明，土壤中加入傳統(tǒng)的化肥和酵解雞糞的基礎(chǔ)上加入等量的新鮮菌糠和發(fā)酵菌糠后，都能提高小白菜幼苗期土壤堿性磷酸酶活性，但發(fā)酵菌糠的效果更好。

圖5 菌糠復(fù)合物對(duì)小白菜幼苗期土壤堿性磷酸酶活性的影響

2.5.2 酸性磷酸酶 土壤酸性磷酸酶活性受菌糠的影響結(jié)果如圖6所示，與處理組1相比，其他處理組中酸性磷酸酶的活性均有不同程度的提升，可見，施用菌糠肥料對(duì)小白菜幼苗期土壤酸磷酸酶活性有一定促進(jìn)作用。處理組4與處理組3相比，較處理組3增高幅度為275.36%，差異顯著，說明新鮮菌糠的加入能顯著促進(jìn)酸性磷酸酶的活性；處理組5與處理組4相比，達(dá)到了顯著水平(P﹤0.05)，表明發(fā)酵腐熟菌糠較鮮菌糠對(duì)小白菜幼苗期土壤酸性磷酸酶的影響較大；上述結(jié)果表明施用發(fā)酵菌糠的小白菜幼苗期土壤酸性磷酸酶最高，施用鮮菌糠的小白菜幼苗期土壤酸性磷酸酶活性次之，說明菌糠作為有機(jī)肥可以提高小白菜幼苗期土壤酸性磷酸酶活性。

圖6 菌糠復(fù)合物對(duì)小白菜幼苗期土壤酸性磷酸酶活性的影響

2.5.3 中性磷酸酶 從圖7可以看出，與處理組1相比，其他處理組的小白菜幼苗期土壤中性磷酸酶活性均有不同程度的提升，其中處理組4和處理組5達(dá)到了顯著水平；處理組5與處理組4比較，處理組5顯著高于處理組4，中性磷酸酶活性增長(zhǎng)了125.49%。綜上可知，菌糠的加入均能提高小白菜幼苗期土壤中性磷酸酶的活性，但是發(fā)酵菌糠的效果更明顯。

圖7 菌糠復(fù)合物對(duì)小白菜幼苗期土壤中性磷酸酶活性的影響

3 討 論

土壤酶是土壤中植物、動(dòng)物和微生物活動(dòng)的產(chǎn)物，是數(shù)量極少而作用極大的土壤組成部分，在物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量代謝和污染土壤修復(fù)等過程中發(fā)揮著重要作用。在土壤中普遍存在，以穩(wěn)定蛋白質(zhì)的形態(tài)存在于土壤中，具有生物催化能力。土壤微生物所引起的各種生物化學(xué)過程，全部是借助于它們所產(chǎn)生的酶來實(shí)現(xiàn)的。因此土壤酶是土壤肥力評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一[13]。

筆者研究利用菌糠作為有機(jī)肥，研究菌糠復(fù)合物對(duì)小白菜幼苗期土壤過氧化氫酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性的影響，進(jìn)而探究菌糠能否作為有機(jī)肥被開發(fā)利用。結(jié)果表明：在土壤中依次添加化肥(處理2)、酵解雞糞(處理3)和新鮮菌糠(處理4)或發(fā)酵菌糠(處理5)后，小白菜幼苗期土壤中過氧化氫酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶的活性均呈遞增趨勢(shì)，其中菌糠處理過的土壤酶活性都高于未加入菌糠處理的土壤酶活性；土壤中加入等量的鮮菌糠和發(fā)酵菌糠，發(fā)酵菌糠對(duì)土壤中過氧化氫酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶作用效果優(yōu)于鮮菌糠；在前一個(gè)處理組的基礎(chǔ)上加入新鮮菌糠后，小白菜幼苗期土壤過氧化氫酶、多酚氧化酶、蔗糖酶和磷酸酶活性逐漸增強(qiáng)，但脲酶活性降低，說明新鮮菌糠的添加在某種程度上抑制了脲酶的活性，但是差異性并不顯著。這與王根茂[14]的研究結(jié)果一致：他在研究菌糠作為有機(jī)肥對(duì)玉米—小麥輪作下土壤理化性質(zhì)和作物生長(zhǎng)的影響中得出菌糠對(duì)蔗糖酶、堿性磷酸酶和多酚氧化酶的活性具有較好的提高作用。這也與劉宇彤等[15]的研究結(jié)果相同：他們?cè)谘芯坎煌幚矸绞綄?duì)土壤酶活性的影響中得出以真菌為降解菌，土壤蔗糖酶和過氧化氫酶活性等呈激活趨勢(shì)。也與徐忠山等[16]的研究一致：他們?cè)诮斩掝w粒(發(fā)酵)還田對(duì)黑土土壤酶活性及細(xì)菌群落的影響中得出秸稈顆粒(發(fā)酵)能顯著提高5種土壤酶活性及微生物量碳氮含量；施用菌糠能提高土壤中微生物活性，促進(jìn)土壤中細(xì)菌、放線菌數(shù)量的增加，降低土壤中真菌的數(shù)量，一定程度上減少了病原性真菌對(duì)玉米的致病作用；對(duì)蔗糖酶、堿性磷酸酶和脲酶的酶活性提高具有較好的提高作用。并且與王義坤等的研究一致：在三種菌肥對(duì)蘋果連作土壤環(huán)境及平邑甜茶幼苗生長(zhǎng)的影響中，施加三種菌肥均可提高連作平邑甜茶幼苗的生物量、根系呼吸速率以及土壤酶活性，降低土壤腐皮鐮孢菌的基因拷貝數(shù)，但施加草酸青霉A1 和哈茨木霉效果更為顯著，可作為減緩蘋果連作障礙的良好防控措施[18]。

菌糠對(duì)土壤酶活性的影響機(jī)理目前大家一致認(rèn)為，主要通過土壤微生物活動(dòng)和作物根系的分泌實(shí)現(xiàn)，一方面菌糠促進(jìn)了作物根系的發(fā)育，根系在生長(zhǎng)過程中的分泌物提高了部分土壤中酶的活性，另一方面，菌糠中豐富的粗蛋白、粗脂肪等成分為土壤微生物的生長(zhǎng)繁殖提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)，微生物的代謝產(chǎn)物也使土壤酶活性得到增強(qiáng)。多數(shù)研究表明土壤中蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性與土壤肥力有顯著的正相關(guān)關(guān)系,所以說菌糠對(duì)土壤肥力的提高有較好作用。

綜上所述，以食用菌種植后廢棄物菌糠為原料，經(jīng)發(fā)酵腐熟，作為有機(jī)肥施入土壤，可以變廢為寶，節(jié)約資源，減少環(huán)境污染；能夠減少化肥施用量，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，降低生產(chǎn)成本；可以有效改善土壤環(huán)境，減少土壤中重金屬的殘留量，為重金屬污染土壤的修復(fù)與利用提供一定的科學(xué)依據(jù)[18]。菌糠利用還可以培肥土壤活化土壤酶活性 ，對(duì)土壤的可持續(xù)利用起到積極作用。但是，菌糠的利用應(yīng)根據(jù)菌糠本身理化性質(zhì)，土壤理化性質(zhì)進(jìn)行比較研究，綜合考慮菌糠成分，避免二次污染[19]，對(duì)長(zhǎng)期施用菌糠后土壤的微生物群落多樣性變化進(jìn)行分析 ，同時(shí)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響進(jìn)行綜合評(píng)估。以達(dá)到理想的效果，實(shí)現(xiàn)利益最大化。

4 結(jié) 論

試驗(yàn)設(shè)置相同量的新鮮菌糠和發(fā)酵菌糠，配施無機(jī)化肥，通過分析對(duì)小白菜幼苗期土壤過氧化氫酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶的活性的影響，得出以下結(jié)論：酵解雞糞、無機(jī)化肥和菌糠均可促進(jìn)土壤酶的活性，且在菌糠施入量相等的條件下，發(fā)酵菌糠比新鮮菌糠對(duì)土壤酶活性的促進(jìn)作用更強(qiáng)。