木醋液對(duì)鹽堿脅迫下土壤特性的影響

吳明旭，關(guān)子薦，于 崧，李婉婷，張 婧，周仕雪，許 鶴

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江大慶 163319；2.黑龍江省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與作物種質(zhì)改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163319）

0 引言

土壤鹽堿化導(dǎo)致土壤退化現(xiàn)象嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)高效利用率也顯著降低，尤其是在松嫩平原地區(qū)，鹽堿化土壤面積逐年增加[1]。鹽堿土壤分布廣泛，具有較高的pH值，土壤物理結(jié)構(gòu)差，對(duì)土壤養(yǎng)分儲(chǔ)存能力也不強(qiáng)，嚴(yán)重影響著當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物的產(chǎn)量質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)改良鹽堿地資源的研究具有重要意義。

木醋液（wood vinegar）是生物質(zhì)經(jīng)熱解后的有機(jī)混合物，由酚、酸、醛、酯等有機(jī)物質(zhì)及微量金屬元素所組成[2]。在自然環(huán)境和動(dòng)植物方面木醋液均表現(xiàn)出促進(jìn)作用，尤其在預(yù)防病蟲草害、植物生長(zhǎng)發(fā)育和環(huán)境保護(hù)等農(nóng)業(yè)方面使用較多[3]。因此，木醋液的研究和應(yīng)用對(duì)綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義，有較好的應(yīng)用發(fā)展前景。近些年，在鹽堿土壤改良方面的研究表明，木醋液可使較多單粒聚集在一起形成團(tuán)聚體，顯著地降低了土壤pH值，對(duì)鹽堿土EC值和堿化度等起到調(diào)節(jié)作用，土壤中有機(jī)物質(zhì)的含量得到改善，促進(jìn)了植物在鹽堿土壤中的生長(zhǎng)發(fā)育[4]。

1 木醋液的生產(chǎn)前景及其在農(nóng)業(yè)上的潛在應(yīng)用

植物生物質(zhì)或有機(jī)材料在厭氧條件或有限的氧氣供應(yīng)下，通過(guò)熱降解產(chǎn)生生物炭、煙、木醋液和各種氣體。木醋液是一種濃縮的高含氧有機(jī)液體[5]，具有抗氧化的特性，在農(nóng)業(yè)中被用作土壤肥料、抗菌劑、殺蟲劑等，可以提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量[6]。由于木醋液用途不同，使用時(shí)稀釋倍數(shù)也不同，稀釋600倍可提高葡萄的甜度和色澤度，稀釋650倍可應(yīng)用在慈姑上，稀釋1 100倍對(duì)有機(jī)菜類采取葉面噴施法可提高肥料利用率。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)使用了大量化肥、殺蟲劑和除草劑，加劇了環(huán)境污染。由于消費(fèi)者期望可持續(xù)的作物生產(chǎn)方式，所以農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門需要對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題加以重視。因?yàn)閺霓r(nóng)業(yè)殘留物中熱解原料可以最大限度地減少空氣污染，而空氣污染是由于不加選擇地燃燒所造成的，特別是在發(fā)展中國(guó)家[7]。由于木醋液是化肥和農(nóng)藥的潛在替代物，所以目前已引起綠色農(nóng)業(yè)專家的關(guān)注。

2 木醋液對(duì)鹽堿脅迫土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

土壤化學(xué)性質(zhì)是土壤的質(zhì)地和養(yǎng)分的內(nèi)在因子，對(duì)土壤特征起到?jīng)Q定性的作用[8]。其中，土壤養(yǎng)分平衡隨土壤pH值的變化而變化，并且在土壤pH值大于9時(shí)，鋁酸鹽會(huì)使植物的毒性顯現(xiàn)。土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分平衡和有機(jī)碳的固存，均會(huì)對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生一定影響。

鹽堿土壤最典型的特點(diǎn)就是含鹽量高，其含量的高低能夠?qū)ν寥利}漬化做出評(píng)判。由于鹽堿土粘稠度較高，所以，其膠體更多以羽毛狀邊緣存在，導(dǎo)致分布情況較好。在物理性質(zhì)方面鹽堿土表現(xiàn)出膠體散開并淋溶向下移動(dòng)，表面土壤質(zhì)地不重。鹽堿化土層較粘，結(jié)構(gòu)空隙較大。由于鹽堿土的表層pH值較高，對(duì)鹽的溶解就快，使其遭受淋溶，導(dǎo)致其均分布于堿化層以下。

根系分泌物可將一部分溶解度較低的含碳化合物轉(zhuǎn)化為有利于植物生長(zhǎng)發(fā)育的活性養(yǎng)分，土壤中的養(yǎng)分有效性得以提高，使植物能較好地生長(zhǎng)，根系分泌物還會(huì)改變重金屬轉(zhuǎn)化的作用強(qiáng)度和根基土壤的化學(xué)性質(zhì)。介曉磊等[9]利用水培收集法研究了根系分泌物有機(jī)酸和磷酸鹽的反應(yīng)強(qiáng)度，一些有機(jī)酸能使根際土壤中磷酸鹽中的磷元素快速釋放到土壤環(huán)境中。根際微生物群落易受鹽分的影響，含鹽量較高影響微生物群落的生長(zhǎng)發(fā)育，根系分泌物的作用也受到影響。

有關(guān)研究證明，木醋液施入鹽堿土壤后土壤有效養(yǎng)分含量大幅度提高，使大團(tuán)聚體的生成速度加快[10]，其效果與施入量緊密聯(lián)系。木醋液灌施于鹽堿土壤后含鹽量被調(diào)控，對(duì)金屬離子的吸附和pH值有抑制作用，土壤有機(jī)物質(zhì)含量被高效釋放，土壤中磷元素和碳元素被活化，植物產(chǎn)量和質(zhì)量變化較明顯。劉敏等[11]對(duì)木醋液緩解鹽堿土壤做了研究，主要是針對(duì)新疆出苗率達(dá)到一半以上的棉花做了大量研究，結(jié)果表明，10 cm以下的土壤木醋液最佳使用倍數(shù)為800；20 cm以下的土壤木醋液發(fā)揮最好狀態(tài)為7天，效果最好的稀釋倍數(shù)為1 000倍，在10～20 cm，土壤pH值在前兩周是最少值，尤其在前期，變化幅度較大，有機(jī)物質(zhì)在后期顯著增加。木醋液對(duì)土壤中的病原菌也有抑制作用，對(duì)于那些不變的微生物數(shù)量和功能的影響均無(wú)變化。

3 木醋液對(duì)鹽堿脅迫土壤酶活性的影響

土壤酶來(lái)源較豐富，土壤中一部分動(dòng)植物尸體能夠分泌出土壤酶，其在土壤的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)過(guò)程中充當(dāng)重要的角色，在土壤生物學(xué)特性上發(fā)揮著重要的作用。若土壤的pH值、有效養(yǎng)分、含鹽量發(fā)生變化，土壤酶也受到不同程度的影響。土壤酶活性的高低可以對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的多樣性和豐富度起到預(yù)示的作用，能夠較好地對(duì)土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用效率和土壤肥沃程度做出反應(yīng)。土壤酶活性的高低是通過(guò)土壤中微生物生態(tài)功能進(jìn)行判斷[12]，土壤過(guò)氧化氫酶、脲酶和堿性磷酸酶與土壤養(yǎng)分存在相關(guān)性，其中，土壤磷元素的利用效率可通過(guò)堿性磷酸酶的活性來(lái)確切評(píng)價(jià)[13]。磷元素在土壤中的含量逐漸增加，取決于堿性磷酸酶活性的高低，二者呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。土壤脲酶通過(guò)對(duì)尿素的分解使土壤中氮元素含量增加，對(duì)土壤碳和磷元素有促進(jìn)作用，土壤脲酶能夠較好地反映土壤肥力的高低。土壤過(guò)氧化氫酶屬氧化還原酶，可通過(guò)對(duì)H2O2的氧化使植物免遭損害。

土壤中的微生物活動(dòng)速度頻繁，在其過(guò)程中產(chǎn)生了土壤酶，土壤中各種物理、化學(xué)、生物學(xué)過(guò)程均有土壤酶的身影，其可體現(xiàn)土壤微生物活性的高低。前人對(duì)不同土壤鹽堿化程度和土壤酶活性水平的不同做了研究。首先，李鳳霞等[14]對(duì)銀川平原的土壤鹽堿化類型與酶活性之間做了研究，研究表明，土壤中脲酶、磷酸酶、過(guò)氧化氫酶和轉(zhuǎn)化酶的活性均隨著土壤pH值的增加而呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)，尤其是堿性磷酸酶活性在堿性土壤中的表現(xiàn)顯著，高于鹽化土壤的活性，其他酶的活性差異不大。牛世全等[15]研究了河西走廊土壤鹽堿化對(duì)酶活性和理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，土壤酶的活性在各鹽堿地水平中均表現(xiàn)出逐漸上升的變化趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)其主成分分析表明，河西走廊地區(qū)的微生物活性可能受土壤磷素循環(huán)的影響。孫慧等[16]對(duì)余姚濱海鹽堿化土壤進(jìn)行了脲酶和過(guò)氧化氫酶活性的測(cè)定，研究結(jié)果表明，在不同鹽堿化程度的土壤中酶活性均呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢(shì)，但是在不同土層中兩種酶的活性表現(xiàn)不同，促進(jìn)了過(guò)氧化氫酶活性，抑制了脲酶活性。

鹽堿化土壤的酶活性可能受到酶的生存環(huán)境、來(lái)源和影響因子的影響。鹽堿土壤酶活性受較多因素的影響，大致歸為三類，其一是鹽堿土壤使微生物在土壤中生存時(shí)間較少，但其功能和數(shù)量卻顯著提高[17]，胞外酶的數(shù)量大幅度增加，但是鹽堿化土壤嚴(yán)重威脅微生物的生長(zhǎng)速度，土壤酶活性就降低。第二是，在水分含量較低的土壤中土壤酶更多地在細(xì)胞外表面或者細(xì)胞外質(zhì)空間存在，更易與無(wú)機(jī)鹽和腐殖質(zhì)膠體聯(lián)結(jié)[18]，無(wú)論是草本植物還是木本植物均受鹽堿化的影響，最明顯的變化就是含碳化合物的含量顯著減少，微生物的生長(zhǎng)發(fā)育受到影響，酶活性物質(zhì)的吸收也受到影響。第三方面，鹽堿土壤典型的特征包括pH值較高、Na+含量增加，Na+使土壤顆粒散開，團(tuán)聚體受到影響，使酶失去穩(wěn)定性，進(jìn)而導(dǎo)致活性降低。木醋液對(duì)鹽堿土壤酶活性有顯著影響，其是通過(guò)對(duì)微生物活力和土壤養(yǎng)分含量的改變而變化。

4 木醋液對(duì)鹽堿脅迫土壤微生物量的影響

生存于土壤中并且體積較小的所有生物統(tǒng)稱為微生物生物量，其是衡量土壤有效養(yǎng)分含量和土壤肥力的指標(biāo)，被稱為有生命的含碳化合物[19]，典型的微生物生物量包括微生物生物量C、N、P和S，其中，微生物生物量C是用來(lái)形容微生物生物量的多少。

土壤受外界環(huán)境影響的水平可通過(guò)微生物生物量C和N的含量來(lái)表現(xiàn)，施用肥料的數(shù)量、植物栽培技術(shù)等均會(huì)對(duì)他們的數(shù)量有影響。雖然微生物生物量C和N在土壤全碳和全氮比例較少，但它們是活動(dòng)最積極的土壤儲(chǔ)存C和N的庫(kù)端，能夠反映土壤肥力的高低，微生物生物量的數(shù)量和活性可以反映生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分利用率[20]。土壤微生物生物量是活動(dòng)較積極的土壤含碳化合物，其也是在養(yǎng)分循環(huán)和轉(zhuǎn)化的催化劑，也是土壤中碳氮元素的主要來(lái)源。

土壤微生物生物量易受外界因素的影響，由于天然環(huán)境各異，導(dǎo)致土壤物理性質(zhì)降低，在微生物生態(tài)功能方面表現(xiàn)得參差不齊，所以，微生物數(shù)量、活性和生態(tài)功能受外界環(huán)境的影響較大，由于土壤微生物對(duì)地理分布較明顯，所以，與土壤有機(jī)物質(zhì)相比較，土壤微生物生物量能較好地響應(yīng)生態(tài)環(huán)境的改變[21]。林興生等[22]對(duì)微生物生物量在海拔高度方面進(jìn)行了研究，土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和含水量與其緊密相連。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，木醋液作為調(diào)控物質(zhì)，能夠改善鹽堿土壤理化性質(zhì)，活化微生物活性，提高植株對(duì)土壤養(yǎng)分的利用效率，從而緩解鹽堿脅迫，讓植株在鹽堿土壤中較好地生長(zhǎng)。木醋液調(diào)控鹽堿土壤機(jī)制尚不完全明確。因此，進(jìn)一步探明木醋液調(diào)控鹽堿生境下植物、微生物與環(huán)境之間的互作效應(yīng)，能夠?yàn)辂}堿土壤的作物高產(chǎn)高效優(yōu)質(zhì)栽培工作提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。