自制環保酵素改善土壤肥力試驗研究

摘要[目的]環保酵素由鮮蔬果廚余垃圾發酵而成，它具有很多活性酶和微生物菌群。探討其改善土壤肥力的效應。[方法]試驗土樣為學校花圃土，用自制環保酵素稀釋液澆灌花盆土土壤，測定全氮和有機質含量變化，并依據第二次全國土壤普查的土壤養分分級標準，評價環保酵素改善土壤肥力水平。[結果]隨著澆灌時間的延長，環保酵素可以逐漸提高土壤全氮和有機質含量；而且土樣中全氮和有機質含量隨環保酵素的稀釋比變化，稀釋比越大，增加的越多。經過28 d的澆灌，在環保酵素和水體積比為1∶800時，全氮和有機質含量最高，分別為27.46和49.33 g/kg，土壤養分均達到一級水平。[結論]該研究可為餐廚垃圾的利用和土壤改良提供指導。

關鍵詞環保酵素；土壤肥力；全氮；有機質

中圖分類號S158文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）26-0119-03

Test Research of Soil Fertility Improved by Selfmade Garbage Enzyme

TONG Yujie

（Tianjin Vocation Institute，Tianjin 300410）

Abstract[Objective]Garbage enzyme is obtained by fermenting fruit and vegetable wastes. It has many active enzymes and microbiology flora. The effect of garbage enzyme to improve soil fertility was researched.[Method] Soil sample was from garden in the university，selfmade garbage enzyme was diluted and irrigated to flowerpot soil. Total nitrogen and organic matter were detected.According to soil nutrient classification standard of second general survey of soil in China， the levels of soil fertility were assessed. [Result] Garbage enzyme increased soil total nitrogen and organic matter with the growth of irrigation time. Soil total nitrogen and organic matter varied with the dilution ratio of garbage enzyme. The bigger the dilution ratios，the more the increasing amount.After four weeks irrigation， the dilution of which volume ratio of garbage and water was 1∶800 had the highest total nitrogen and organic matter （27.46 and 49.33 g/kg）.The level of soil nutrient was first class. [Conclusion]The research can provide guidance for restaurant garbage using and soil improvment.

Key wordsGarbage enzyme；Soil fertility；Total nitrogen；Organic matter

環保酵素是由廚余鮮垃圾加糖、水經發酵之后制成[1]。它的制作方法簡單，用途很廣，在日本和東南亞的家庭生活中廣為利用[2]。環保酵素的英文名是Garbage enzyme（由垃圾制得的酶），中文名之所以冠以環保，是因為它減少垃圾，在使用中與環境相容。由于制作環保酵素所需的主要原料是廚余鮮垃圾，在經濟的前提下同時做到了環保。

關于環保酵素對土壤的作用，國內學者研究其對土壤中有效氮、全氮、有機質和鉀元素的影響[3-4]，以及對殘余農藥的降解作用[5]。

土壤肥力是指土壤在植物生長發育過程中，不斷地供給植物有效養分和水分的能力，同時自動地協調最適宜的土壤空氣和土壤溫度的能力。影響土壤肥力的因素包括養分因素、物理因素、化學因素和生物因素[6]。土壤養分指土壤中提供給植物生長所必需的營養元素，即土壤中的養分貯量、強度因素和容量因素，主要取決于土壤礦物質及有機質的數量和組成。土壤養分主要包括有機質、氮、磷，以及鉀、硫、鐵、鎂等物質[7-8]。

土壤中的氮元素可分為有機氮和無機氮，兩者之和稱為全氮。其中能被植物吸收利用的無機態氮約占全氮量5%，絕大部分以有機態存在的氮素，需要在微生物的活動下逐漸分解礦化后，才能被植物利用。有機質是土壤養分的重要指標，它提供植物所需要的豐富營養成分，并調節土壤的理化性狀。有機質包括纖維素、木質素、淀粉、糖類、油脂和蛋白質等，它的主要來源是有機肥、腐殖質及各種微生物。有機質為植物提供豐富的碳、氫、氧、硫及微量元素，為植物吸收利用。

依據全國第二次土壤普查，將土壤養分（有機質、全氮、速效氮、速效磷和速效鉀）的含量分級。其中，土壤有機質和全氮分為6級，一級為最高，六級為最低（表1）。

試驗土樣為學校花圃土，自制環保酵素（茄子皮）發酵6個月。全氮和有機質測定分別采用《土壤有機質測定》（NY/T85—1988）和《土壤質量 全氮的測定 凱氏法》（HJ 717—2014）[9-10]。配制不同稀釋比的環保酵素澆灌花盆中的土壤，試驗時間為28 d，2 d澆灌1次土壤，并在每周的固定時間測定全氮和有機質。

1材料與方法

1.1環保酵素稀釋液配制

將紅糖、新鮮的茄子皮和水按1∶3∶10的質量比混合后裝入塑料桶，進行厭氧發酵。第1個月每天需要擰松瓶蓋，放出氣體，防止氣體膨脹造成脹瓶。大約在第2個月后，擰松瓶蓋后發現沒有氣體放出時，則置于陰涼處；3～6個月后可使用。試驗用環保酵素已經發酵6個月，使用時需先過濾，取上清液。

分別取0、4、2、1、0.5 mL的環保酵素于5個燒杯中，均加入400 mL的蒸餾水。環保酵素∶水的體積比為0、1∶100、1∶200、1∶400、1∶800（分別編號為0，1，2，3，4組）。其中0組為對照，在試驗過程中只澆灌水。初步決定每次的澆灌體積為10 mL。第7天后發現全氮和有機質含量變化不大，所以在第14～28天加大澆灌量為20 mL。

1.2土樣采集

試驗土樣為校園內花圃土，采用網格法采樣。采取10 cm深的土樣。將土樣置于5個長、寬、高均為7 cm的透氣塑料花盆中（編號0，1，2，3，4，對應澆灌環保酵素的0，1，2，3，4組），澆灌不同的環保酵素稀釋液（每個花盆設2個平行樣）。

1.3全氮測定

全氮測定采用《土壤質量 全氮的測定 凱氏法》（ HJ 717—2014 2015-01-01實施）。標準中的全氮指用凱氏法測定樣品中氮含量的總和，包括有機氮（蛋白質、氨基酸、核酸、尿素等）、硝態氮、亞硝態氮以及銨態氮，還包括部分聯氮、偶氮和疊氮等含氮化合物。

凱氏法測氮的試驗儀器包括：研磨機，玻璃研缽，土壤篩[孔徑2.0 mm（10目）、0.25 mm（60目）]；分析天平：精度為0.000 1和0.001 g；帶孔專用消解器或電熱板；凱氏氮蒸餾裝置；凱氏氮消解瓶（50 mL）；酸式滴定管（25 mL）；錐形瓶（250 mL）；小花盆（長、寬、高均為7 cm）。

試劑包括：無氨水、濃硫酸（優級純）、濃鹽酸、高氯酸、無水乙醇、硫酸鉀、五水合硫酸銅、二氧化鈦（優級純）、五水合硫代硫酸鈉、氫氧化鈉（優級純）、硼酸（優級純）、無水碳酸鈉（基準試劑）、催化劑、還原劑、10 mol/L氫氧化鈉溶液、硼酸溶液（2%）、碳酸鈉標準溶液（0.050 0 mol/L）、甲基橙指示劑（0.5 g/L）、鹽酸標準貯備溶液（0.05 mol/L）、鹽酸標準溶液（0.01 mol/L）、混合指示劑。

1.4有機質測定

有機質測定采用標準《土壤有機質測定》（NY/T 85—1988）重鉻酸鉀容量法。

試驗儀器包括：分析天平（精確度為0.000 1 g）；電砂浴；磨口三角瓶（150 mL）；磨口簡易空氣冷凝管（直徑0.9 cm，長19 cm）；定時鐘；自動調零滴定管（10.00 mL、50.00 mL），小型日光滴定臺；溫度計（200～300 ℃）；銅絲篩（孔徑為0.25 mm）；瓷研缽；小花盆（長、寬、高均為7 cm）。

試驗試劑包括：（除特別標明，均為分析純）重鉻酸鉀、硫酸、硫酸亞鐵、硫酸銀（粉末）、二氧化硅（粉末）、鄰菲啰啉指示劑、重鉻酸鉀-硫酸溶液（0.4 moL/L）、重鉻酸鉀標準溶液（0.200 0 mol/L）、硫酸亞鐵標準溶液。

2結果與分析

發酵6個月后自制酵素，pH 4.5，呈酸性。其主要微生物為酵母菌、霉菌和厭氧菌，大腸桿菌和總大腸菌群未檢出。大腸桿菌和總大腸菌群是檢驗樣品未受到污染的重要指標，說明環保酵素在制作過程中未受到污染。

2.1全氮測定結果

全氮背景值為10.59 g/kg，依據土壤養分分級，為3級水平。經過28 d環保酵素稀釋液的澆灌，當環保酵素和水體積比為1∶800時，全氮含量最高，為27.46 g/kg，達到一級水平（圖1）。

2.2有機質測定結果

根據《土壤有機質測定》（NY/T 85—1988），首先需根據土樣有機質的含量確定試驗用土樣的質量。用重鉻酸鉀容量法測得土樣有機質含量為24.32 g/kg，根據該標準，選擇土樣稱重為0.200 0 g。依據表1，土樣有機質水平為三級。經過28 d環保酵素稀釋液的澆灌，在環保酵素和水體積比為1：800時，有機質含量最高，為49.33 g/kg，達到一級水平（圖2）。

2.3土樣全氮、有機質動態變化

試驗結果表明，土樣中全氮和有機質的含量隨澆灌時間的增加而升高，而且隨環保酵素的稀釋比變化，稀釋比越大，全氮和有機質增加的越多（圖1、2）。

第7天時，對照組的全氮和有機質分別為10.49和18.16 g/kg，分別低于背景值10.59和24.32 g/kg，這是由于澆灌的沖淋作用使土壤流失了部分全氮和有機質。1～3組的有機質都比0組（CK）低，而且與稀釋比成反比。這是因為環保酵素中的部分微生物有分解有機質的作用，所以稀釋度最大的4組，有機質含量反而最高（18.52 g/kg）。對于全氮，也是由于微生物中2種相反效應的結果，在1～4組中，4組的全氮最高（9.80 g/kg）。

在第7天后，考慮到10 mL的澆灌量太少，影響了環保酵素發揮作用，所以增加澆灌量為20 mL。在之后的14～28 d，隨環保酵素稀釋比的增加，有機質都是升高的趨勢，其中第21天和第28天的上升趨勢最為明顯。在第28天，第4組（稀釋比為1∶800）的全氮和有機質最高，分別為27.46和49.33 g/kg。

隨著試驗時間的延長，環保酵素逐漸發揮作用，土樣有機質呈逐漸升高的趨勢。僅0組即空白土樣中有機質含量呈下降趨勢，因為沖淋作用，使得土壤中的有機質流失。1～4組的有機質隨時間均呈上升趨勢，4組的增長率最高，其次是土樣3、2、1。

3討論

環保酵素含有水解酶、淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶，其主要微生物為酵母菌、霉菌和厭氧菌[11-12]。試驗結果表明，環保酵素的稀釋比最大時，有機質和全氮含量增加的最多。這是因為在此體系中存在著2種相反的作用，只有在一定稀釋比時，才表現出環保酵素增加全氮和有機質含量的效應。

環保酵素中厭氧菌通過反硝化作用、氨化作用可降低全氮含量。反硝化作用是指由硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，并進一步還原成氮氣的過程。氨化作用是含氮有機物經微生物的分解產生氨的作用。所以在此兩方面因素下，表現出降低全氮含量的作用。另一方面，部分微生物又可促進土壤有機質的礦化作用，以增加土壤中有效氮的含量。

環保酵素稀釋液中的霉菌可分解纖維素，降低碳含量，從而減少有機質含量。導致土壤有機質含量下降的另外一個因素是有機質的礦質化作用，即在微生物作用下被分解為簡單無機化合物并放出二氧化碳。而稀釋液中的厭氧微生物可促進腐殖質的合成作用，增加土壤有機質的含量。

在上述幾方面的綜合影響下，環保酵素的稀釋比越低，表現出全氮和有機質含量越低。而在環保酵素∶水的體積比為1∶800時，表現出最高的全氮和有機質含量。

有報道，環保酵素中還具有較高濃度的有機質、氮素、磷素、鉀素等成分，可使土壤更加肥沃。在一定濃度下，試驗土壤中出現了較多蚯蚓，說明環保酵素澆灌土壤有利于土壤中蚯蚓量的增加，從而有利于土壤質量的改良[13-15]。

4結論

自制環保酵素經6個月發酵后的混合液，是含有多種酶和微生物菌群的生態平衡系統。在此過程中，果蔬皮和糖提供營養成分，它們被轉化成乙醇、乳酸、乙酸等，并產生各種各樣的酶。通過持續澆灌環保酵素稀釋液，在數周后，可以提高土壤全氮和有機質含量，進而提高土壤肥力。土樣中全氮和有機質含量隨澆灌時間的增加而升高；隨環保酵素的稀釋比而變化，環保酵素∶水的體積比為1∶800時，全氮和有機質增加的最多。

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45卷26期佟玉潔自制環保酵素改善土壤肥力試驗研究