V_c 發(fā)酵副產(chǎn)物對(duì)遼西半干旱區(qū)秸稈降解速率的影響

中圖分類號(hào)S216.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào) 0517-6611（2025）12-0037-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.12.010

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effect of V_c Fermentation By-products on Straw Degradation Rate in Semi-arid Areas of Western Liaoning WANG Li，GAO Yi-nan，ZHU Xiang-nan et al（Liaoning Technical University，F(xiàn)uxin，Liaoning 123000）

Abstract[Objective]To explore the effect of applying v_c fermentation by-products （RAE + CBS）on the straw degradation rate in the semiaridareaofestLoedisudoldgoseiileeitaldd areof westeLiaongasthsdyr，ihopieldndcootsoilastereseahets.Byeasofsalluridii， acombinationoffeldexpeentsndsillboratoyexpetsasdoptedesuloieldsiicatlyeasdferao of RAE + CBS.The proportionoffattyarbonandolysaccharideinsoilorganicmatercomponntssignificantlyincreasdaftertheapationof RAE + CBS，whiletheproportionofromaticarbondecreasdsignificantlyThproportionofplysachaidecompoentsinorganicateromponents showedatrendofrstincreasing，thendecreasing，andthen increasingagainaftertheapplicationofhigh-doseRAE + CBS.The cellulase activity was significantly higher than that of the control groupafter the application of high-dose RAE + CBS，and the cellulase activity showed a sharp decline trend from 1 to 7 days after application.After the application of high-dose RAE + CBS，the β -glucosidase activity showed a trend of first increasing，then decreasing，and then stabilizing.[ Conclusion] The application of RAE + CBS has a positive effect on the improvement of semi-arid soil.The application of RAE + CBS enhanced the ability to decompose cellulose in straw degradation，thereby promoting the accumulation process of soil organic matter in the semi-arid area of westerm Liaoning.

Key wordsConservation tillage; v_c fermentation by-products;Straw degradation;Soil organic mater;Soil enzymes

遼西半干旱地區(qū)長(zhǎng)期的傳統(tǒng)耕作伴隨著秸稈移走或就地焚燒，加速了土壤有機(jī)質(zhì)含量的下降1，進(jìn)而導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，既不利于環(huán)境保護(hù)又不利于農(nóng)業(yè)資源的可持續(xù)利用[2]。近年來(lái)，免耕栽培一直被提倡作為一個(gè)減輕和適應(yīng)氣候變化的潛在工具[3]。在遼西半干旱地區(qū)施行免耕是提高土壤有機(jī)碳水平的措施之一[4]，該地區(qū)風(fēng)大、蒸發(fā)劇烈，降雨量少、干旱頻發(fā)，風(fēng)蝕嚴(yán)重，限制了土壤有機(jī)質(zhì)的形成[5]。因此免耕加秸稈覆蓋還田的保護(hù)性耕作措施成為該地區(qū)提高王壤碳儲(chǔ)量的重要舉措。

v_c 發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生和排放大量的工業(yè)廢水，其副產(chǎn)物主要包括古龍酸母液（RAE）和超濾后濃縮菌液（CBS）[6]。RAE是 v_c 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的2-酮基-L-古龍酸（2KGA）發(fā)酵液經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶后得到的殘留物[7]，其主要成分為2KGA、草酸、甲酸、乙酸等一系列小分子有機(jī)物[8]。CBS是由混合培養(yǎng)發(fā)酵后的超濾膜截留的發(fā)酵液產(chǎn)生的另一種菌液。巨大芽孢桿菌（約 2.0×10⁷CFU/g， ），也稱為一種植物生長(zhǎng)促進(jìn)菌（PGPB），是CBS中存在的主要微生物9。針對(duì)遼西半干旱區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量下降和 v_c 發(fā)酵副產(chǎn)物資源合理利用的問(wèn)題，該研究基于土壤微生物代謝調(diào)控理論，采用“低分子量有機(jī)酸 + 外源降解物種加速秸稈降解”策略[10]，即施加不同劑量 RAE+CBS 結(jié)合滴灌方法[]，構(gòu)建了一套適用于遼西半干旱地區(qū)的保護(hù)性耕作技術(shù)集成，并在遼西示范區(qū)開展相關(guān)試驗(yàn)，旨在結(jié)合秸稈還田、免耕等保護(hù)性耕作措施[12]，加速遼西半干旱地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)積累進(jìn)程[13]。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況試驗(yàn)在遼寧省西部半干旱典型地區(qū)的阜新市阜新蒙古族自治縣阜新鎮(zhèn)桃李村進(jìn)行。該地區(qū)位于遼寧省西部 （ 121^°01^′～122^°26^′E_?41^°44^′～42^°34^′N） ，平均海拔235m ，年均氣溫 7.9^qC ，作物生育期平均氣溫為 20.2°C ，?10‰ 積溫天數(shù)為169d。生育期累計(jì)日照時(shí)數(shù)為1289.7h ，年蒸發(fā)量為 1864.8mm ，年降水量為 495.2mm ，且年內(nèi)分布不均。春旱、伏旱、秋旱頻繁且嚴(yán)重。土壤類型為砂壤土， pH6.08 ，土壤容重 1.48g/cm³ ，田間持水量 19% ，有機(jī)質(zhì)含量 18.54g/kg ，全氮 0.88g/kg^[14] 。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)為研究 v_c 發(fā)酵副產(chǎn)物對(duì)遼西半干旱區(qū)土壤改良的效果，該試驗(yàn)采取設(shè)置 RAE+CBS 的添加量為高劑量組和低劑量組的2個(gè)處理。 RAE+CBS 按 1：2 施用。RAE和CBS混勻并應(yīng)用氫氧化鉀調(diào)節(jié) pH 后，直接滴灌即可。田間試驗(yàn)小區(qū)施肥信息如表1所示。

以淺埋滴灌追氮為對(duì)照，對(duì)照組不施RAE和CBS。試驗(yàn)共3個(gè)處理，4次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，每小區(qū)面積 180m² 。

所有試驗(yàn)地均為秸稈還田樣地，在前一年玉米成熟期進(jìn)行收獲的同時(shí)，利用收獲機(jī)將秸稈機(jī)械粉碎后（長(zhǎng)度 lt;10cm ）平鋪于地表，2021年春季采用免耕播種機(jī)進(jìn)行播種。

1.3土壤樣品采集 采樣時(shí)間為玉米灌漿期施用 RAE+CBS 后，選取8個(gè)施肥后時(shí)間階段的土樣，即施肥后1、3、5、7、14、21、30、40d（收獲期）。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)采集4個(gè)作物根系土壤樣品，并且均勻地混成一個(gè)土壤樣品，保存在大約 0^°C 的保溫箱中，較短時(shí)間內(nèi)運(yùn)到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定分析。一部分土壤樣品過(guò) 2mm 篩，風(fēng)干后的土壤樣品用于中紅外光譜技術(shù)測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)組分；另一部分采集的土壤樣品保存在-20^qC 進(jìn)行土壤酶相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。

1.4測(cè)定指標(biāo)及方法中紅外光譜技術(shù)測(cè)定有機(jī)質(zhì)組分[15]，運(yùn)用中紅外光譜儀每個(gè)指標(biāo)平行測(cè)定64次。土壤纖維素酶活性的測(cè)定采用3，5-二硝基水楊酸比色法[16]，土壤β-葡萄糖苷酶活性的測(cè)定用硝基酚比色法[17] 。

1.5數(shù)據(jù)處理所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel2016進(jìn)行計(jì)算以及繪制表格，采用GraphPadPrism9.0軟件進(jìn)行分析以及繪制差異顯著性圖。采用單因素方差法（one-wayANONA）進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 V_c 發(fā)酵副產(chǎn)物的施用對(duì)作物產(chǎn)量的影響從圖1可以看出，土壤施用 RAE+CBS 對(duì)作物產(chǎn)量和千粒重的提升作用均顯著。與對(duì)照相比，施用低劑量 RAE+CBS 的作物產(chǎn)量增產(chǎn)率為 7.21% ，而施用高劑量 RAE+CBS 的作物產(chǎn)量提升了9.13% ；與對(duì)照相比，施用低劑量 RAE+CBS 的作物千粒重提升了 13.22% ，而施用高劑量RAE+CBS的作物千粒重提升了27.14% 。

2.2 V_c 發(fā)酵副產(chǎn)物的施用對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)組分的影響對(duì)試驗(yàn)田土壤采取灰分示蹤法測(cè)定各處理中秸稈的時(shí)空降解特征，采用傅里葉變換紅外光譜檢測(cè)土壤有機(jī)質(zhì)組分的變化和時(shí)空分布。該研究選取了3個(gè)特征峰 （2930，1620，1034cm^-1） ）來(lái)計(jì)算單個(gè)特征峰的相對(duì)峰面積，即相對(duì)峰面積 Σ=Σ 單個(gè)峰面積/3個(gè)特征峰總面積 ×100% 。不同的特征峰用來(lái)評(píng)估土壤有機(jī)質(zhì)不同的有機(jī)碳組分：脂肪族碳組分（ 2930cm^-1 ）、芳香族碳組分（ 1620cm^-1 ）、多糖 '1034cm^-1 ）。

從圖2可以看出，施用高劑量RAE +CBS 的土壤有機(jī)碳組分中脂肪族碳占比顯著高于對(duì)照組。3個(gè)處理中高劑量組脂肪族碳占比在施肥后1d最高（ 0.06% ），比對(duì)照組（ 0.04% 高0.02百分點(diǎn)；在施肥后7d最低 （0.05%） ，比對(duì)照組（ （0.03% 高0.02百分點(diǎn)。說(shuō)明3個(gè)處理中，施用高劑量RAE + CBS具有明顯提升有機(jī)碳組分中脂肪族碳占比的作用。

從圖3可以看出，在3個(gè)處理中施用高劑量 RAE+CBS 的土壤有機(jī)碳組分中芳香族碳占比除1和7d外其余天數(shù)均顯著低于對(duì)照組。高劑量組芳香族碳占比在施肥后1d最高（ 3.28% ），比對(duì)照組 （3.07%） ）高0.21百分點(diǎn)；在施肥后 40d 最低 （2.69%） ，比對(duì)照組（ 3.10% ）低0.41百分點(diǎn)。說(shuō)明3個(gè)處理中，施用高劑量RAE _+CBS 具有明顯降低有機(jī)碳中芳香族碳占比的作用。

從圖4可以看出，施用高劑量 RAE+CBS 的土壤有機(jī)碳組分中多糖占比除1和7d以外其余天數(shù)均顯著高于對(duì)照組。高劑量組的多糖占比在施肥后 40d 最高（ 97.29% ），比對(duì)照組（ 96.86% ）高0.43百分點(diǎn)；在施肥后1d最低（ 96.67% ，比對(duì)照組（ 96.89% ）低0.22百分點(diǎn)。碳有機(jī)質(zhì)組分中多糖占比在施加高劑量1 3AE+CBS 后呈先上升后下降再上升的趨勢(shì)。

對(duì)土壤樣品的 β- 葡萄糖昔酶活性、纖維素酶活性和土壤養(yǎng)分進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施加 RAE+CBS 處理下，土壤有機(jī)質(zhì)組分變化與酶活性呈顯著正相關(guān)，而在高劑量處理下正相關(guān)關(guān)系最為密切。

注： 表示與對(duì)照組（CK）相比差異顯著（ Plt;0.05 。

Note：* indicates significant difference compared with CK（Plt;0.05） ：

注： * 表示與對(duì)照組（CK）相比差異顯著（ Plt;0.05 。Note：* indicates significantdifferencecomparedwith Cl ζ（Plt;0.05）

2.3 v_c 發(fā)酵副產(chǎn)物的施用對(duì)土壤酶活性的影響從圖5可以看出，施用高劑量 RAE+CBS ，纖維素酶活性顯著高于對(duì)照組，施用后1＼～7d纖維素酶活性呈急劇下降趨勢(shì)；施加高劑量RAE+CBS，β- -葡萄糖苷酶活性呈現(xiàn)先上升后下降再趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，施加高劑量RAE +CBS 影響土壤酶活性。

3討論

3.1 v_c 發(fā)酵副產(chǎn)物的施用對(duì)土壤酶活性及養(yǎng)分含量的影響高熙梣等[18]研究表明，施用RAE+CBS在提升植物養(yǎng)分的有效性方面具有顯著作用。高盼[研究指出，土壤酶作為一種具有高度催化活性的氨基酸類蛋白質(zhì)，其結(jié)構(gòu)中含有羧基（一COOH）和氨基 （-NH₂） ），而 RAE+CBS 同樣含有羧基（一COOH）和羥基（一OH）?；谙嗨菩栽恚然臄?shù)量決定了 RAE+CBS 作用的強(qiáng)度；而基于相異性原理，羥基的存在會(huì)降低 RAE+CBS 的活性[20]。王曉玲[20]研究發(fā)現(xiàn)，RAE+CBS 中所含的羧基對(duì)酶的活化作用最為顯著； RAE+ CBS的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其對(duì)土壤酶的活化作用最為突出。

注：*表示與對(duì)照組（CK）相比差異顯著（ Plt;0.05 。

Note：*indicates significant difference compared with CK （Plt;0.05） ：

土壤有機(jī)質(zhì)主要分為兩大類別：一類是有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域已知的物質(zhì)，例如有機(jī)酸、糖類、脂肪等[21-22];另一類則是無(wú)法歸類于有機(jī)化學(xué)中現(xiàn)有任何一類的特殊物質(zhì)，如胡敏酸、富里酸等[23]。該研究中，土壤施用 RAE+CBS 使有機(jī)質(zhì)含量明顯提升，這可能是由于增加了第一類有機(jī)質(zhì)，即與有機(jī)殘?bào)w的有機(jī)組成相似的普遍有機(jī)化合物。有機(jī)質(zhì)作為土壤微生物可利用的碳、氮來(lái)源，其種類和數(shù)量在一定程度上決定了土壤酶的來(lái)源[24]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，施用RAE+CBS 明顯提升了土壤有機(jī)質(zhì)含量，且以高劑量組的效果最明顯。有機(jī)質(zhì)含量的增加，伴隨著微生物數(shù)量的增多，進(jìn)而增強(qiáng)了酶活性。因此， v_c 發(fā)酵副產(chǎn)物（ RAE+CBS ）可通過(guò)增加土壤有機(jī)質(zhì)，為微生物提供能量，從而增強(qiáng)土壤酶活性。

3.2 v_c 發(fā)酵副產(chǎn)物的施用時(shí)效性對(duì)土壤酶活性及養(yǎng)分含量的影響 RAE+CBS 易于被微生物作為碳源所利用，并分解為二氧化碳、氫氣、甲烷等氣體[25]。秸稈中的纖維素和半纖維素等較難降解的組分，通過(guò)纖維素酶（包括葡聚糖內(nèi)切酶和外切酶）的作用被分解為纖維二糖，進(jìn)而被葡萄糖苷酶分解為葡萄糖[26-27]。因此，施用 RAE+CBS 有助于促進(jìn)遼西半干旱區(qū)免耕和秸稈覆蓋還田的保護(hù)性耕作試驗(yàn)田中秸稈的降解過(guò)程。在該研究中，施加 RAE+CBS 后，土壤有機(jī)質(zhì)組分中脂肪類碳占比和多糖占比均明顯提高，芳香族碳占比明顯下降，土壤酶活性從第1天基本保持不變的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌掷m(xù)上升的趨勢(shì)，這主要?dú)w因于有機(jī)質(zhì)在分解過(guò)程中為微生物提供了豐富的碳源，從而使得土壤酶活性能夠穩(wěn)定維持在較高水平[28-29]。這也進(jìn)一步證實(shí)了] 3AE+CBS 是有機(jī)質(zhì)的重要來(lái)源之一，而有機(jī)質(zhì)作為土壤動(dòng)物和微生物的食物，與土壤酶和土壤生物之間存在相互作用[30]

由此可見(jiàn)，土壤酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量之間的關(guān)系會(huì)受到施用 RAE+CBS 濃度以及秸稈降解條件的影響而發(fā)生變化。因此，在施用R 劑量變化較大的土壤體系中，基價(jià)體系需要重新進(jìn)行確定。

注： ? 表示與對(duì)照組（CK）相比差異顯著（ Plt;0.05 。Note：* indicates significant difference comparedwith CK（ Plt;0.05） 二

Fig.5Effects of the application of V_c fermentation by-products on cellulase and β-glucosidase activ

4結(jié)論

（1）作物產(chǎn)量在施用 RAE+CBS 后顯著提高，說(shuō)明施加RAE 對(duì)半干旱區(qū)土壤的改良具有積極作用。

（2）總體來(lái)看，施用 RAE+CBS 土壤有機(jī)質(zhì)組分中脂肪 類碳占比和多糖占比均明顯提高，芳香族碳占比明顯下降。 有機(jī)質(zhì)組分中多糖占比在施加高劑量 RAE+CBS 后呈先上升 后下降再上升的趨勢(shì)。說(shuō)明施加R 改變了土壤有機(jī) 質(zhì)組分。

（3）施用高劑量 RAE+CBS ，纖維素酶活性顯著高于對(duì)照組，施用后1＼～7d纖維素酶活性呈急劇下降趨勢(shì)；施加高劑量 RAE+CBS ，β-葡萄糖苷酶活性呈現(xiàn)先上升后下降再趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，施加高劑量 RAE+CBS 影響土壤酶活性。結(jié)合土壤有機(jī)質(zhì)組分的改變說(shuō)明施加高劑量 RAE+ CBS增強(qiáng)了秸稈降解中分解纖維素能力，以促進(jìn)遼西半干旱地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的積累進(jìn)程。

綜上所述， v_c 發(fā)酵副產(chǎn)物（ RAE+CBS ）作為激發(fā)微生物降解功能的肥料制劑，無(wú)論是從提高作物產(chǎn)量和發(fā)展我國(guó)農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)的角度，還是從加速遼西半干旱地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)積累進(jìn)程的角度都值得大力推廣。

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