木薯加工廢棄物有機肥對西瓜連作土壤微生物數量、酶活性及養分含量的影響

董文斌 韋彩會 韋家華 何永群 莫成恩 黃偉彬 何鐵光

摘要 以‘黑美人西瓜為供試材料，通過連續2a大田試驗，即單施木薯加工廢棄物有機肥處理（A）、木薯加工廢棄物有機肥和無機肥配施處理（B），以不施肥處理（CK-1）和單施化肥處理（CK-2）作為空白和常規施肥對照，定期監測西瓜連作土壤微生物數量、酶活性和養分含量的動態變化。結果表明：木薯加工廢棄物有機肥增加了西瓜連作土壤的微生物數量，提高了土壤酶活性、有機質及速效養分含量。該研究為木薯加工廢棄物有機肥料化應用提供一條新途徑。

關鍵詞 木薯加工廢棄物有機肥;西瓜連作土壤;微生物數量;酶活性;養分含量

中圖分類號 S651 文獻標識碼 A

廣西是中國木薯主要種植區，年均種植面積約27萬hm²，產量約800萬t，占全國總產量的70%以上。隨著中國一東盟自由貿易區的建成和世界生物質能源一乙醇產業的興起，木薯燃料乙醇產業在廣西也迅速發展，并帶動整個廣西地區木薯加工產業的蓬勃發展，使得每年產生的木薯皮、渣等廢棄物高達數百萬噸。這些加工廢棄物若隨意堆放，不僅造成資源浪費，還會污染環境[1-2]。因此，尋求合適的木薯加工廢棄物利用方式，對木薯產業可持續發展具有重要意義。研究表明，木薯加工廢棄物富含粗淀粉、纖維素、半纖維等有機物質和氮、磷、鉀等礦質營養元素，是育苗基質和有機肥的優質來源[2-3]，如利用木薯加工廢棄物生物轉化為蔬菜育苗基質和有機肥料，在辣椒和木薯田間應用上均取得了良好的效果[4-5]。

西瓜連作易引起土壤微生態環境惡化，如連作土壤微生物菌群結構失衡、酶活性及土壤養分含量下降等，最終導致連作西瓜生長發育受阻、產量和品質下降[6]。吳鳳芝[1]認為，合理施肥是緩解連作障礙的有效手段之一。國內外學者對施用有機肥克服或緩解土壤連作障礙十分重視，通過添加有機物料改良土壤結構、優化土壤微生物區系、提高土壤酶活性方面做了大量嘗試，取得了較好的研究結果[8-11]。但有關木薯加工廢棄物經發酵菌劑發酵制成的有機肥對西瓜連作土壤微生物數量、酶活性及養分含量的影響還鮮見報道。本研究在養分基本相同的條件下，以不施肥、常規施肥即單施化肥為對照，研究木薯加工廢棄物有機肥不同施用比例對西瓜連作土壤微生物數量、酶活性以及土壤速效養分含量的影響，以期為木薯加工廢棄物肥料化及合理施用緩解西瓜連作土壤惡化提供實踐依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗地位于廣西武鳴縣城廂鎮從廣村，該地年均氣溫21.7℃，年均降雨量1300mm，年均日照時數1660h，全年無霜期高達345～360d。土壤為第四紀紅土發育的紅泥土，耕作層pH值為6.33，有機質含量24.76g/kg，堿解氮108.49mg/kg、有效磷23.60mg/kg、速效鉀94.33mg/kg、全氮1.17g/kg、全磷0.86g/kg、全鉀1.09g/kg。

供試西瓜為廣西武鳴主栽品種黑美人。有機肥由廣西農業科學院農業資源與環境研究所聯合具有相應資質的肥料生產企業共同研制生產，其原料主要來自木薯皮、木薯渣、酒精渣等廢棄物，生物活菌數（cfu）≥0.20×10⁸/g、pH值8.19、有機質含量48.5%，N含量2.74%、P₂O₅含量1.99%、K₂O含量4.80%。、有效B含量1.43%、有效Mg含量2.51%。高濃度復合肥：N含量15%、P₂O₅含量15%、K₂O含量15%，由中國—阿拉伯化肥有限公司生產。地膜：普通市售塑料地膜，寬60cm，厚0.005mm。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗共設4個處理（表1）：單施有機肥（A）;有機無機肥配施（B），即1/2有機肥+1/2高濃度復合肥;以單施高濃度復合肥（CK-2）和不施肥（CK-1）作為常規施肥和空白對照。所有處理養分和肥料施用情況詳見表1，肥料施用總量均為（N+P₂O₅+K₂O）750kg/hm²。所有肥料在西瓜移栽前作為基肥開溝一次施人，于施肥溝上起畦蓋膜單行種植瓜苗，每處理3次重復，共12個小區。每小區面積60m²，種植密度為900株/hm²，隨機區組排列。西瓜定植日期為2015年3月18日、2016年3月31日，2015年西瓜收獲后放空，2016年連續種植西瓜，田間管理措施各處理均保持一致。

1.2.2 項目測定

分別在西瓜幼苗期（定植后15d）、伸蔓期淀植后40d）、成熟期（定植后70d）取根系周圍土壤，每個小區取6個點，混勻后分成2份，一份裝人保鮮袋，4℃冰箱保存用于土壤微生物數量指標的測定;一份風干、粉碎后保存用于酶活性指標的測定。同樣的方法在西瓜成熟收獲后取樣，風干、粉碎后用于土壤養分指標的測定。

土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀分別采用外加熱法、凱氏定氮法、鉬銻抗比色法、NaOH熔融一火焰光度法、堿解擴散法、1/2H₂SO₄法、NH₄OAc浸提-火焰光度法測定;土壤pH用無二氧化碳蒸餾水（水和土壤比例5：1）浸提后pH計（METTLER TOLEDO）測定[12];土壤酸性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性分別采用磷酸苯二鈉、苯酚鈉和3，5-二硝基水楊酸比色法測定[13];土壤細菌、真菌、放線菌分別用牛肉膏蛋白胨培養基、馬丁培養基、改良高氏培養基培養，計數培養皿上生長的菌落，以菌落形成單位（cfu.g^-1）表示。菌數（cfu.g^-1）=菌落平均數×稀釋倍數[14]。

1.2.3 數據統計

所有數據采用Excel 2003軟件統計分析，方差分析采用SPSS12.0軟件中通用線性模型單因素變量法，多重比較采用Duncan法。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對連作西瓜土壤微生物數量的影響

由表2可知，連續2a西瓜生育期內，不同處理土壤均是細菌數量最多、放線菌次之、真菌最少。除2016年CK-1處理的放線菌和A、B處理的真菌外，各微生物菌群數量整體呈先上升后下降的趨勢。其中，處理A和處理B土壤細菌、放線菌和真菌數量均大于CK-2、CK-1處理，2015年3個生育期中，A、B處理土壤中細菌數量分別比CK-2處理增加0.43～1.26、0.75～1.13倍，次年分別增加1.20～1.33、1.71～2.63倍;2015年3個生育期中，A、B處理土壤中細菌數量比CK-1處理分別增加0.73～2.03、1.11～1.78倍;次年分別增加0.36～0.42、0.66～1.16倍，差異均達顯著水平。總體上各處理放線菌和真菌數量的動態變化趨勢與細菌的基本一致，除第1年A處理第巧天的放線菌和不施肥處理（CK-1）間差異不顯著外，其余有機肥處理下西瓜各生育期土壤放線菌和真菌數量均顯著高于CK-2和CK-1，單施有機肥處理A和有機無機肥配施處理B之間，B處理的土壤放線菌略高于A處理，而真菌數量無顯著差異。說明有機肥施用促進土壤中細菌、放線菌、真菌的生長繁殖，而單施化肥和不施肥均不利于土壤微生物的生長增殖。

2.2 不同施肥處理對連作西瓜土壤脲酶、磷酸酶及蔗糖酶活性的影響

脲酶、磷酸酶、蔗糖酶作為不同酶類參與有機化合物的水解反應，對豐富土壤中能被植物和微生物利用的可溶性營養物質具有重要作用[15]。脲酶是一種專性較強的酶，可使酞胺態有機氮化物水解為植物可以直接吸收利用的無機氮化物，通常以脲酶活性來表征土壤的N素供應能力。由表3可知，連續2a西瓜生育期內，所有處理土壤脲酶活性均呈現先升后降的趨勢。與CK-1處理相比，除2015年A處理第15天外，其余生育期各施肥處理均顯著提高了土壤的脲酶活性，而各施肥處理間，除A處理在2015年第15天和CK-2處理在2016年第70天土壤脲酶活性明顯偏低外，其余各階段差異不顯著。這可能與A處理養分釋放速度慢，2015年西瓜生育前期N素營養供應不足，降低了土壤脲酶活性有關。但隨著不斷生長，有機肥料的持續供應，無機養分不斷釋放累加，提高了土壤中N素的供應能力，同時為產酶微生物繁殖提供了良好的環境，促使脲酶活性不斷提高。CK-2處理在2016年生育后期脲酶活性偏低，這可能與單施化肥養分時效性差，加上連作西瓜生育后期強降雨較多，淋溶損失大，使得N素營養供給能力下降有關。

酸性磷酸酶可加快土壤中有機磷轉化為無機磷，提高磷素利用率。蔗糖酶直接參與土壤碳循環，酶促蔗糖水解為葡萄糖和果糖，改善土壤碳素營養狀況[16]。由表3可知，酸性磷酸酶和蔗糖酶活性的變化趨勢與脲酶相似，連續2a西瓜生育期內均呈現先上升后下降的趨勢。但不同施肥處理3種酶活性動態差異卻各不相同，在種植第1年，除CK-1處理在第70天的酸性磷酸酶活性顯著低于其他處理外，其余各處理間差異不顯著。連作第2年，各處理顯著高于CK-1處理，各處理間差異不顯著。這可能是因為西瓜生育前期對磷肥需求量少，土壤中原本固持的有效磷含量能滿足其生長需要，故各處理的酸性磷酸酶活性沒有顯著差異。但隨著西瓜的生長，對磷肥的需求量不斷增加，尤其連作第2年磷素得不到及時補充，降低了酸性磷酸酶的活性。

蔗糖酶活性除第1年第15天各處理間無顯著差異外，其余時期各施肥處理均顯著高于CK-1。但隨著時間的推進，到次年第70天，A、B處理的土壤蔗糖酶活性顯著高于CK-2處理，這可能與有機肥的施用，增加了土壤的有機碳含量，提高了蔗糖酶活性有關。

2.2.3 不同施肥處理對連作西瓜土壤養分含量的影響

由表4可知，與CK-1相比，連續2a西瓜生育期內各施肥處理均不同程度提高了土壤有機質含量。其中，2015年增幅為4.67%～20.10%，2016年增幅為10.78%～65.13%，各施肥處理土壤中有機質含量均隨肥料中有機肥比例的增加而增加，即A>B>CK-2。與處理前土壤有機質含量相比，CK-1、CK-2處理土壤中有機質含量逐年降低，2015年分別下降7.56%、3.24%;2016年分別下降26.18%、18.23%。而A、B處理中土壤有機質含量則比處理前逐年提升，其中，2015年分別提高11.01%、4.42%，2016年分別提高21.90%、12.16%。說明連續單施化肥或不施肥均不利于土壤有機質含量的提升，而連續施用有機肥可使土壤有機質含量逐年提升，且增幅隨肥料中有機肥比例的增大而增大。

土壤堿解氮、速效磷、速效鉀作為植物可直接或間接利用有效養分的重要組成部分，其含量高低可直觀反映土壤氮、磷、鉀素的供應水平。與CK-1相比，各施肥處理均不同程度提高了土壤堿解氮、速效磷和速效鉀的含量，其中，堿解氮含量在2015、2016年分別增加15.29%～28.22%、37.66%～64.84%，速效磷分別增加0.73%～6.10%、12.19%～17.73%，速效鉀分別增加11.99%～26.70%、26.69%～76.68%。和土壤本底值養分含量相比，CK-1處理的土壤速效養分含量均逐年遞減，除速效磷在種植第1年后差異不顯著，其余速效養分含量在種植后第1年和第2年均顯著降低，說明不施肥將導致土壤速效養分的急劇下降。CK-2在種植后第1年和第2年土壤中各速效養分含量和種植前基本一致。A、B處理與處理前相比，土壤中各速效養分含量總體上呈逐年遞增趨勢，速效鉀含量均顯著高于處理前，說明連續施用有機肥有利于提高土壤肥力。A處理在2015年速效磷略微下降，這可能與該處理本身磷肥施用量低，同時施人有機肥量大，導致部分速效磷養分被微生物固持有關。

3 討論

土壤微生物活動和酶促反應是推動土壤有機質礦化分解和養分循環轉化的活性劑，土壤微生物菌群數量和酶活性高低在一定程度上反映了土壤養分轉化的快慢，是土壤生物質量變化的靈敏指標[17]。研究表明，施用有機肥有利于土壤微生物的繁殖生長、激發酶活性、提高土壤養分含量，從而改善土壤微生態環境、培肥地力、可在一定程度上緩解連作危害[18-19]。然而不同物料有機肥因營養成分差異，施人土壤后的轉化利用情況和對土壤理化性狀及微生態環境的影響也各不相同[11，16，20]。本研究在總養分投入量基本一致的條件下，研究木薯加工廢棄物有機肥不同施用方法即單施有機肥處理（A）和有機無機肥配施處理（B）對土壤微生物數量、酶活性以及養分含量的影響。結果表明，除第1年A處理的放線菌外，A、B處理土壤中細菌和真菌數量均顯著高于CK-2、CK-1處理，且第2年較第1年增幅大，說明木薯加工廢棄物有機肥提供的營養物質有效促進了土壤中細菌、放線菌、真菌的繁衍，持續施用增殖效果更佳，這與前人研究結果相似[18-19]。但不同處理土壤微生物的繁殖能力有所差異，有機無機肥配施的B處理優于單施有機肥的A處理，這可能是由于不同有機肥施入量改變了土壤中的碳/氮比例，而土壤碳/氮與土壤微生物繁衍能力密切相關。

朱新萍等[21]研究表明，土壤脲酶、蔗糖酶活性與堿解氮、速效氮含量成正相關關系，蔗糖酶同時參與土壤碳素循環，酶促有機物質的礦化分解，而土壤磷酸酶活性影響著土壤磷素不同形態間的相互轉化。本試驗選取了3種與土壤有機質及速效養分轉化分解密切相關的酶進行研究，結果表明，除第1年西瓜定植后第15天脲酶、第15天、第40天酸性磷酸酶活性外，其余各施肥處理土壤酶活性均顯著高于CK-1，而各施肥處理間土壤酶活性總體上呈現A、B處理高于CK-2的趨勢，其中蔗糖酶活性差異顯著。說明施用木薯加工廢棄物有機肥有利于保持和提高西瓜連作土壤的酶活性。連續2a試驗后，和土壤本底值相比較，CK-1處理中土壤有機質及速效養分含量均顯著降低，CK-2處理土壤有機質含量明顯降低，氮、磷、鉀速效養分含量和處理前基本保持一致，A、B均顯著提高土壤有機質、堿解氮、速效磷及速效鉀含量，且隨施用量和施用年限的增加而不斷提高，此結果與土壤中微生物數量以及酶活性的動態變化規律是相互印證的，這可能與木薯加工廢棄物有機肥的施人改善了土壤微生物菌群結構、提高了酶活性及碳素循環速率，加速了有機物質及速效養分的礦化分解密切相關。該結論也與鐘書堂等[22]的研究結論一致。

4 結論

綜上所述，木薯加工廢棄物有機肥增加了西瓜連作土壤的微生物數量，提高了土壤酶活J性、有機質及速效養分含量，有利于連作西瓜土壤朝著健康的方向發展，但木薯加工廢棄物有機肥的合理施用比例及對連作障礙土壤的緩解程度，需結合西瓜產量、品質以及連作土壤進行長期持續的監測來進一步證實。

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