木醋液對遼西北低、中肥力土壤小白菜產(chǎn)量和土壤酶活性的影響

斯日木極, 孔 濤, 鄭 爽, 那冰靜, 林錦毅, 張廉崧, 孟 嬌

(1.遼寧工程技術大學 環(huán)境科學與工程學院, 遼寧 阜新 123000; 2.撫順市章黨經(jīng)濟開發(fā)區(qū)實驗學校, 遼寧 撫順 113007)

木醋液是木材或木材加工廢棄物在碳化或干餾過程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)冷凝回流和再分離得到的以乙酸為主并由醇、酚、酮、醛及其衍生物混合而成的有機副產(chǎn)品[1-2]。木醋液直接來源于木材，是一種綠色產(chǎn)品，在農(nóng)業(yè)上有著廣泛的用途。一方面，木醋液可以作為植物生長調節(jié)劑，同時具有防治蟲害的作用[3]；另一方面，木醋液也可以作為土壤改良劑，提高土壤肥力[4]。

土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，在土壤養(yǎng)分循環(huán)中起著重要作用，體現(xiàn)了土壤生物學活性，表征了土壤的綜合肥力特征及土壤養(yǎng)分轉化進程，可以作為衡量生態(tài)系統(tǒng)土壤質量變化的預警和敏感指標[5-6]。杜薇等[7]將木醋液應用于沙地土壤，測定了土壤酶活性，結果表明，不同稀釋倍數(shù)的木醋液對酶活性有不同的影響。還有一些學者[8-10]測定了不同稀釋倍數(shù)木醋液對鹽堿土壤酶活性的影響，結果表明，不同鹽堿地土層的木醋液適宜稀釋倍數(shù)不相同，適宜濃度木醋液能夠提高土壤酶活性。遼西北位于科爾沁沙地的南緣，屬于半干旱地區(qū)，低、中肥力土地占絕大多數(shù)，而木醋液對低、中肥力土壤的改良效果有何區(qū)別，合適的木醋液濃度是多少，尚沒有文獻報道。本研究擬通過不同濃度木醋液對遼西北低、中肥力土壤盆栽小白菜產(chǎn)量、土壤酶活性的影響，明確木醋液應用于不同肥力土壤的合適濃度，揭示木醋液對土壤酶活性的影響，為木醋液應用于遼西北耕地土壤改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗土壤于2016年3月采自遼寧省阜新市九營子村。在采集該地土壤樣品并進行土壤肥力測定的基礎上，參照土壤有機質分級方法等，從中選出中、低土壤肥力的2個100 m2的地塊，取其0—20 cm耕層土壤，過2 mm篩，兩種均屬于棕壤土的土壤肥力性質見表1；供試種子為速生小白菜種子；木醋液購自于河北唐山天地合能源有限公司，顏色為棕黃色，pH值4.5，有機碳含量為30.48 g/L，有機物質中，有機酸含量為27.63%，乙酸含量為20.18%，酚類物質32.41%，酮類11.37%。

表1 研究區(qū)不同肥力土壤性質

1.2 試驗設計

盆栽試驗從2016年4月開始一直進行到2017年10月結束，共進行了4輪盆栽。每輪盆栽設置8組處理，包括2種肥力土壤：中肥力土和低肥力土，3種濃度的木醋液：0.10%，0.15%，0.30%，以清水作為對照。每組處理設置5個重復。每盆裝入過2 mm篩的土樣，放入小白菜種子，小白菜全部出苗后間苗，保持每盆10株小白菜。每3 d澆1次木醋液，各處理各盆之間用量相同，使田間持水量保持在30%，栽植75 d后小白菜成熟。第4輪盆栽小白菜成熟后，收獲小白菜，測定每盆小白菜的鮮重、株高、根長、莖粗，同時采集土樣，測定土壤酶活性。

1.3 指標測定

淀粉酶(amylase, AM)活性采用二硝基水楊酸比色法[10]。土壤脲酶(urease, UR)活性采用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法[11]。蛋白酶(protease, PR)活性采用茚三酮比色法[12]。磷酸酶(phosphatase，PA)活性采用對硝基苯磷酸二鈉比色法[11]。過氧化氫酶(catalase, CA)活性采用容量法[13]。脫氫酶(dehydrogenase, DH)活性采用氯化三苯基四氮唑比色法[11]。

土壤肥力生物指數(shù)(biological index of fertility，BIF)的計算方法：

BIF=(1.5×DH+k×100×CA)/2[13]

(1)

式中：k——比例系數(shù)，一般取0.01[14]。

酶活性指數(shù)(Enzyme activity number，EAN)的計算方法[14]：

EAN= 0.2×(0.15×DH+CA+1.25×10-5×

AP+4×10-2×PR+6×10-4×AM)

(2)

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有土壤指標數(shù)據(jù)均在土壤烘干(105 ℃)重量的基礎上進行計算。所有的試驗數(shù)據(jù)應用SPSS 17.0軟件進行方差分析，顯著性差異比較；用Excel 2007進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 施用木醋液對盆栽小白菜農(nóng)藝性狀指標的影響

不同濃度木醋液對小白菜農(nóng)藝性狀指標的影響見圖1。對低肥力土壤而言，隨著木醋液濃度的增加，小白菜鮮重、莖粗、根長不斷增加，其中0.30%的木醋液效果最好，與對照相比分別顯著提高了57.78%，15.74%，20.74%(p<0.05)；在施用各濃度木醋液下，小白菜株高在各濃度木醋液作用下沒有明顯規(guī)律。對中等肥力土壤而言，小白菜鮮重、莖粗、根長隨著木醋液濃度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，其中0.15%的木醋液效果最好，分別比對照顯著提高了46.06%，16.81%，12.84%(p<0.05)；與低肥力土壤一樣，小白菜株高在各濃度木醋液作用下沒有明顯規(guī)律。木醋液促進小白菜產(chǎn)量增加主要在于其增加了小白菜的莖粗和根長，具有矮壯效果。低、中兩種肥力的土壤進行比較，除了小白菜株高沒有差異外，對照、0.10%，0.15%木醋液處理下，低肥力土壤的小白菜鮮重、莖粗、根長均低于中等肥力土壤，在0.30%的木醋液作用下，低肥力土壤的小白菜此3個指標已達到中等肥力土壤水平。

從本研究的結果可以得出，不同肥力土壤上木醋液的最適用量不同，低肥力土壤需要較高濃度的木醋液，而中等肥力土壤中應用較高濃度木醋液則會產(chǎn)生抑制作用。潘潔等[14]和Mungkunkamchao等[15]的研究結果也表明，木醋液可以促進蔬菜生長、提高蔬菜產(chǎn)量，但是施用過量會產(chǎn)生抑制作用，用量過小促進效果則不明顯，這與本研究的結果是一致的。

注：不同小寫字母表示相同濃度木醋液不同肥力土壤之間在0.05水平下差異顯著；不同大寫字母表示相同肥力土壤不同濃度木醋液之間在0.05水平下差異極顯著。下同。

圖1木醋液對研究區(qū)低、中肥力土壤小白菜鮮重、莖粗、根長、株高的影響

2.2 施用木醋液對土壤酶活性的影響

木醋液對兩種肥力土壤酶活性的影響如圖2所示。與對照相比，不同濃度木醋液均顯著提高了低、中兩種肥力土壤的淀粉酶活性，而不同濃度之間土壤淀粉酶活性沒有差異，低、中兩種肥力土壤之間的淀粉酶活性也沒有規(guī)律。淀粉酶可以把土壤中淀粉分子分解成單糖，有利于植物和土壤微生物吸收利用，其活性可反映土壤有機質積累與轉化情況[16]。淀粉酶也能直接參與土壤有機質的轉化過程，增加有機質積累與轉化情況[17]。本研究結果表明，木醋液促進了低、中肥力土壤有機質的轉化，增加了土壤中易溶物質的含量。

在低肥力土壤中，隨著木醋液濃度升高，脲酶活性呈現(xiàn)先增加后保持穩(wěn)定的趨勢，蛋白酶活性則呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，在0.30%的木醋液處理下最高，比對照提高了41.07%。在中肥力土壤中，脲酶活性和蛋白酶活性均隨著木醋液濃度升高先增加后降低，其中0.15%的木醋液處理下土壤脲酶和蛋白酶活性最高，比對照提高了34.27%和40.91%。兩種肥力土壤之間相比較，中肥力土壤脲酶和蛋白酶活性總體高于低肥力土壤。土壤脲酶主要來源于動植物殘體分解釋放的酶和土壤微生物及植物根系的分泌物[18]。脲酶能促進尿素的分解，可以表征土壤氮素供應狀況。蛋白酶是土壤有機氮水解為氨基酸過程中重要的酶[19]。蛋白酶能夠分解蛋白質、肽類，參與調節(jié)生物的氮素代謝，是促進土壤氮循環(huán)的重要組分[20]。本研究結果表明，木醋液促進了低、中肥力土壤的氮素轉化，增加了土壤氮素的供給。

圖2 木醋液對研究區(qū)低、中肥力土壤酶活性的影響

土壤磷酸酶活性在低、中兩種肥力土壤中具有相同的趨勢，在對照，0.10%，0.15%木醋液處理下活性保持不變，0.30%木醋液處理下活性增加，分別比對照顯著提高了125.00%和17.56%(p<0.05)。兩種肥力土壤之間相比較，在對照，0.10%，0.15%木醋液處理下低肥力土壤磷酸酶活性顯著低于中肥力土壤(p<0.05)，0.30%木醋液處理下則達到了中肥力土壤水平。磷酸酶是土壤中廣泛分布的一種水解酶，能夠催化磷酸酯的水解反應[21]，土壤磷酸酶在土壤磷素循環(huán)中也起著重要作用，其活性高低直接影響土壤有機磷的分解轉化速率，常用來反映土壤有效磷轉化方向和強度[22]。本研究結果表明0.30%的木醋液能夠促進土壤中磷素的轉化，增加有效磷的供給。

木醋液處理下土壤的過氧化氫酶和脫氫酶活性呈現(xiàn)出相同的趨勢。在低肥力土壤中，隨著木醋液濃度升高，過氧化氫酶和脫氫酶活性呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，在0.30%的木醋液處理下達到最大，分別比對照顯著提高了72.00%和537.31%(p<0.05)；中肥力土壤中，過氧化氫酶和脫氫酶活性均隨著木醋液濃度升高先增加后降低，其中0.15%的木醋液處理下土壤過氧化氫酶和脫氫酶活性最高，比對照提高了25.37%和243.41%。兩種肥力土壤之間相比較，中肥力土壤過氧化氫酶和脫氫酶活性總體高于低肥力土壤。過氧化氫酶能酶促水解過氧化氫分解為水和氧的反應，解除過氧化氫對植物的毒害作用，可以用來表征土壤的生化活性和抗逆性[23]。脫氫酶能酶促有機物質脫氫，起著氫的中間轉化傳遞作用，只存在于生活細胞內，已被普遍應用于評估土壤微生物代謝活性[24]。本研究結果表明，木醋液能夠促進低、中肥力土壤的微生物活性，提高土壤的生物轉化能力和抗逆性。

2.3 施用木醋液對土壤肥力的影響

酶活性指數(shù)(EAN)和土壤肥力生物指數(shù)(BIF)是土壤酶活性的綜合性指標，能夠表示土壤肥力狀況。從圖3可以看出，低肥力土壤中，隨著木醋液濃度的升高，EAN和BIF均增加，在0.30%的木醋液處理下達到最高，分別比對照顯著提高了57.58%和442.86%。中肥力土壤中，EAN和BIF隨著木醋液濃度升高先增加后降低，其中0.15%的木醋液處理下最大，分別比對照顯著提高了50.61%和197.06%(p<0.05),在0.30%木醋液處理下，EAN和BIF開始降低，李忠徽等[25]將不同濃度木醋液施于婁土，結果表明，低中濃度木醋液對土壤肥力提高效果好，而高濃度效果不明顯。兩種肥力土壤之間相比較肥力提高效果對土壤，中肥力土壤EAN和BIF總體高于低肥力土壤。本研究結果表明，木醋液能夠促進土壤的肥力水平，原因在于前述的木醋液增加了土壤易溶性有機物質、氮素和有效磷供給，提高了土壤生化活性和微生物代謝能力。胡春花等[26]將木醋液應用于設施蔬菜土壤中，結果表明，土壤肥力質量顯著提高，這與本研究結果是一致的。

圖3 木醋液對研究區(qū)低、中肥力土壤酶活性指數(shù)(EAN)、生物肥力指數(shù)(BIF)的影響

低肥力土壤的肥力質量(BIF，EAN)在0.30%的木醋液處理下最佳，而中肥力土壤則在0.15%的木醋液處理下達到最大值，原因在于中肥力土壤比低肥力土壤的可利用養(yǎng)分含量高，因此所需的木醋液濃度比較低，而低肥力土壤需要較高濃度的木醋液才能使土壤可利用養(yǎng)分達到最佳。

3 結 論

(1) 木醋液能夠促進低、中肥力土壤小白菜莖粗和根長的增長，進而提高了小白菜產(chǎn)量，而對小白菜株高沒有顯著的影響。其中0.30%和0.15%的木醋液分別對低肥力土壤和中肥力土壤中小白菜的增產(chǎn)效果最佳。

(2) 木醋液總體上促進土壤淀粉酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶、過氧化氫酶、脫氫酶的活性增加；木醋液能夠提高土壤的酶活性指數(shù)和土壤生物肥力指數(shù)，提高土壤肥力，其中0.30%和0.15%的木醋液分別對低肥力土壤和中肥力土壤肥力的提升效果最佳。

(3) 不同濃度木醋液處理下低肥力土壤的小白菜產(chǎn)量指標、酶活性和酶活性綜合指標總體小于木醋液處理下中肥力土壤。木醋液可以作為低、中肥力土壤一種良好的改良劑，用于提高土壤肥力，增加蔬菜產(chǎn)量。