酵素對熱區土壤理化性狀和作物生長的影響

范鶴齡，王浩晨，陳偉益，陸建明，孫雪冰，朱 清，李長江，張榮萍

（海南大學熱帶作物學院，海口570228）

0 引言

21世紀以來，農業農村部大力推進化肥減量提效和農藥減量控害，積極探索產出高效、產品安全、資源節約、環境友好的現代農業發展之路。酵素的本質是利用植物源和動物殘留物等有機廢棄物發酵而成的堆肥或發酵液，含有營養成分、代謝活性物質與有益微生物菌群，是具有多元復合功能的生態產品，是實現現代農業發展需求，實現零農藥、零化肥、零污染、生態系統良性循環的理想方式。

目前，化肥的亂用亂施導致土壤退化，化學農藥等帶來化學危害，多種原因致使作物產量遇到瓶頸，無法再提高，作物品質和生態環境惡化。微生物技術是解決以上問題的唯一良策。農用酵素用途廣泛，目前作為基肥、葉面肥、滴灌肥、生物農藥和分解菌劑等應用于農業生產[1-2]。該技術是富集本地有益微生物和處理當地有機廢棄物的一項簡單易行的方法，成本低、設備簡易、操作方便，對促進植物生長、提高作物品質、改善土壤生態、緩解環境污染及作物防病治蟲等均有積極作用，具有廣闊的研究和應用前景[3]。辣椒在生長發育過程中如遇15℃以下低溫會對辣椒造成危害[4]，黃瓜生長會遇蚜蟲、紅蜘蛛、潛葉蠅等蟲害[5]，因此，筆者探究酵素對這些危害的防范作用。

目前，國內外酵素效果的研究主要集中在液態酵素，酵素堆肥以及酵素液肥在高溫高濕的熱帶地區的作用的研究尚比較薄弱。本試驗擬研究酵素在海口市代表性作物上產量、品質、抗逆性、土壤改良等方面的效果，以期為熱區綠色高效種植業的發展和研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

海南億灃有機肥，有機質含量≥45%、N+P2O5+K2O≥5%，海南億灃出產的寶島沃源-全效活性肽有機肥。日本有機肥，有機質含量≥40%、N+P2O5+K2O≥10%，日本中部Ecotec株式會社旗下的千代田生物有機肥。羊糞有機肥，有機質含量≥45%、N+P2O5+K2O≥5%，石家莊市豐廠生物有機肥科技有限公司。化肥，15-15-15復合肥，河北硅谷肥業有限公司生產。自制酵素堆肥，微生物發酵堆肥，配方為秸稈1000 kg，米糠或麥麩50 kg，雞羊糞40 kg，紅糖1 kg，自制酵母5 kg，保濕有氧發酵1～ 3個月，備用。制酵素液，追肥，配方為綠葉若干，米糠或麥麩1.5 kg，自制酵母1.5 kg，雞羊糞10 kg，水100 L，有氧發酵7～ 10天，備用。盆栽土壤為自制營養土（生土和沙子1:1），有機質含量1.69%，pH 7.5；大田土壤為海南自然磚紅壤。試驗對象為辣椒、黃瓜。

1.2 試驗設計

試驗于2015—2020年在海南大學校內教學實踐基地進行，對酵素堆肥的秸稈種類、施用量、生物有機肥種類、酵素液及其材料的不同種類進行了試驗設計，見表1。不同處理外的栽培措施統一管理，栽培后的土壤和植株樣本待測。

表1 酵素有機肥對土壤理化性質和作物生長影響研究的設計

續表1

1.3 測定項目與測定方法

1.3.1 作物生長發育和產量品質測定 于結果期測定單株果重、維生素C含量、單株生物量，產量為累計單株果重（試驗A只計算其冬季產量），維生素C含量采用2,6-二氯酚靛酚法[6]，經濟系數計算如式(1)所示。

1.3.2 作物萎蔫指數測定 在低溫期/干旱期，分別觀測植株的萎蔫級數，熱帶地區稍有改動，計算萎蔫指數[7]，如式(2)所示。萎蔫癥狀的分級標準為：0—正常；1—輕微冷害/干旱，萎蔫葉片不超過1/3；2—中等冷害/干旱，萎蔫葉片一半左右；3—嚴重冷害/干旱，葉片全部或近乎萎蔫。

1.3.3 作物防御酶活測定 在處理后第20天取葉片樣，測定超氧化物岐化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性。超氧化物歧化酶(SOD)的測定參照南京建成生物工程研究所WST-1法，過氧化物酶(POD)活性的測定參照湯章城等[8]的方法。

1.3.4 土壤理化性狀測定 于處理后第60天取5～ 10 cm深度的土樣進行土壤理化性狀測定，田間持水量和容重采用環刀法[9-10]，含水量采用烘干法，土壤速效氮采用堿解擴散法[11]，土壤速效磷采用氟化銨—鉬銻抗比色法[12]，土壤速效鉀采用醋酸銨—火焰光度計法[13]，土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法[14]，土壤pH采用2.5:1水土比電位法。

1.4 數據統計

采用Excel和SPSS 20進行數據整理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 酵素對土壤理化性狀的調節

2.1.1 酵素堆肥對土壤有機質含量的影響 圖1為酵素堆肥處理對辣椒土壤有機質含量的影響比較圖。從圖1可以看出，羊糞處理的有機質含量最高，達到5.64%，酵素堆肥達到2.55%～ 3.87%，空白為1.68%。酵高與酵低和傳統（化肥）對照間差異均顯著，施用量越大，有機質含量越高。

圖1 酵素堆肥處理下土壤有機質含量對比圖（試驗C）

2.1.2 酵素堆肥對土壤速效養分含量的影響 圖2是酵素堆肥對土壤速效養分含量影響的比較分析圖。由圖2可以看出，不同有機肥方法下，土壤中速效氮和速效磷的含量，均是羊糞處理最高，酵素處理其次，傳統施肥處理最低，互相之間的差異顯著，與有機質含量的規律一致；而速效鉀含量則是酵素和羊糞方法顯著低于傳統方法。

圖2 酵素堆肥處理對辣椒土壤速效養分的影響分析（試驗C）

2.1.3 酵素對土壤pH的影響 圖3是酵素堆肥對辣椒土壤pH的比較分析。從圖3可以看出，酵素堆肥和羊糞不會使土壤酸化，pH顯著高于傳統施肥方法。初步說明，酵素堆肥不會酸化土壤，對環境友好。

圖3 不同施肥方式對辣椒土壤pH的影響比較（試驗C）

2.1.4 酵素堆肥對土壤物理性狀的影響 表2是酵素堆肥的材料和施用量對辣椒土壤物理性狀的影響分析。從表2可以看出，酵素堆肥處理土壤的田間持水量均大于普通對照，容重均小于對照，差異均達到顯著水平，其中，花生秸稈制作的酵素堆肥的田間持水量最大，容重最小，施用量越大，容重越小。初步表明，酵素堆肥改良了土壤的物理性狀。

表2 酵素堆肥對辣椒土壤物理性狀的影響分析

2.2 酵素有機肥對作物生長的影響分析

2.2.1 酵素堆肥和液肥對辣椒果實生長的影響分析 圖4是酵素堆肥和液肥的種類和施用量對作物果實生長的影響分析。從圖4可以看出，酵素有機肥對辣椒和黃瓜果實的生長有促進作用，與普通有機肥或化肥處理相比，果實生長量增加11%～ 30%以上。其中，酵素堆肥的材料以花生秸稈和玉米秸稈較好（圖4a）；施用量以60%（體積比）較好，果重較傳統化肥提升幅度達到53%～ 92%（圖4b）；酵素有機肥比海南有機肥的產量高，增產24%，但比日本有機肥低（圖4c）；酵素液肥的材料以榕葉、青蒿、枇杷葉的效果較好，分別比空白對照提升20%～ 38%，而木麻黃和金魚藻的提升效果較低（比對照提高3.0%～ 7.6%）（圖4d）。初步說明，酵素堆肥和液肥對辣椒和黃瓜果實的生長有促進作用，促進效果與其原材料和施用量關系密切。

圖4 酵素堆肥和液肥對辣椒和黃瓜果實生長的影響分析

2.2.2 酵素堆肥對辣椒植株物質分配的影響分析 圖5是酵素堆肥的秸稈種類對辣椒經濟系數的影響分析。從圖5可以看出，花生秸稈、玉米秸稈和椰糠制作的酵素堆肥處理的辣椒經濟系數達48%以上，高于普通有機肥CK的44.42%。初步說明，酵素堆肥有利于植株光合物質的運轉分配，將營養輸送到了果實，提高了經濟系數。

圖5 酵素堆肥的秸稈種類對辣椒物質分配的影響比較（試驗A）

2.2.3 酵素堆肥對辣椒果實內含物的影響分析 圖6是酵素堆肥的施用量對辣椒果實Vc含量影響的分析。從圖6可以看出，酵素堆肥處理的辣椒果實中的Vc含量高于傳統施肥處理，是傳統施肥的1.12倍以上，低于羊糞處理，差異均顯著，Vc含量隨酵素堆肥的施用量的增加而增加。初步說明，酵素堆肥有利于辣椒果實中內含物含量的提升。

圖6 酵素堆肥的施用量對辣椒果實Vc含量的影響（試驗C）

2.3 酵素對作物的抗逆性的影響分析

2.3.1 酵素堆肥和液肥對辣椒抗干旱和低溫冷害的影響分析 酵素堆肥處理遭遇干旱后的萎蔫指數為0，而海南有機肥和日本有機肥處理高達90%以上（圖7a）；酵素液肥處理遭遇低溫時的冷害指數比化肥處理低31.25%（圖7b）。初步說明，酵素堆肥和液肥可增強辣椒植株對干旱和低溫冷害的抗性。

圖7 酵素堆肥和液肥對辣椒抗干旱和低溫冷害的影響分析

2.3.2 酵素液肥對辣椒防御酶活性的影響分析 超氧化物岐化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性能反映作物清除自由基、抗氧化、適應外界環境的能力，活性越高，抗性越強。圖8是氣溫下降時酵素液肥和化肥處理的辣椒植株SOD和POD活性的變化曲線。從圖8可以看出，酵素液肥處理的辣椒的防御酶活性快速升高，而化肥處理降低，差異顯著。初步說明，酵素液肥提高了辣椒的系統防御酶活性，增強了植株抗性。

圖8 酵素液肥對辣椒植株防御酶活性的影響分析（試驗E）

2.3.3 酵素液肥的材料種類對黃瓜蟲害防治的影響分析 圖9是酵素液肥的材料種類對黃瓜蟲害的防治效果比較。從圖9可以看出，榕葉、枇杷葉、青蒿、木麻黃制作的酵素液肥處理的黃瓜果實和葉片的蟲害指數均低于清水空白對照，差異均顯著，金魚藻處理的效果較差。初步看出，酵素液對黃瓜的蟲害有防治效果，以榕葉、青蒿、枇杷葉和木麻黃最好。

圖9 酵素液肥的材料種類對黃瓜蟲害防治的影響比較（試驗F）

3 結論與討論

系列研究得出，酵素堆肥和液肥能提高土壤的有機質、田間持水量、速效養分含量；能促進果實的生長，促進植株的物質分配，提高果實內含物含量；能提高植株防御酶活性，增強作物抗性，減輕植株對干旱、低溫、蟲害等不良環境的影響。

3.1 酵素堆肥對土壤理化性狀的調節作用

本研究得出，酵素堆肥可提高辣椒土壤的有機質含量，不會使土壤酸化，調節速效氮、磷、鉀的比例，增大土壤的田間持水量，降低容重。李方志等[14-16]亦研究得出，農用植物酵素能有效增加土壤中氮、磷、鉀及有機質的含量，從而改善土壤理化性質，提高土壤質量。馮筠洋等[17]發現，將農用植物酵素施用土壤后，土壤中蚯蚓數量增加，氮磷鉀等營養元素含量提高，土壤更加肥沃。佟玉潔等[18]研究也表明，農用植物酵素能有效增加土壤中養分含量，最佳的稀釋濃度為1:800。各種酵素對土壤的理化性狀均有較好的改良效果。

3.2 酵素堆肥和液肥對作物生長的促進作用

本研究得出，酵素堆肥和酵素液肥可使辣椒、黃瓜等的果重增加8%～ 92%，果實的Vc含量提升1.5倍以上，效果與材料種類和施用量關系密切。隋麗麗等[19]亦報道，200倍的農用植物酵素稀釋液使黃瓜和辣椒的單位產量較對照組分別增產5.8%和22.2%。梁會欣等[20]報道，植物酵素使馬鈴薯較對照組增產19.3%～ 29.9%。張艷梅等[21]報道，利用200倍酵素稀釋液在玉米關鍵時期進行噴施，增產效果達17.9%～ 25.8%。李潔等[22]報道，植物酵素促進黃瓜植株生長，與對照相比增產23.49%。羅蕊等[23]發現，農用植物酵素能顯著促進梨樹葉片生長，提高其中礦質成分含量，提升葉片光合性能，從而促進梨樹生長。楊文靜等[24]研究得出，農用植物酵素能促進蘋果樹木新梢生長，增大葉面積，提高葉綠素含量及單果質量，并提高果實中可溶性固形物及維生素C的含量。代明亮等[25]報道，利用植物源營養液能有效提高新梢生長量、葉面積、單果重及可溶性固形物含量。耿建等[26]研究得出，葉面噴施芳香植物源營養液能顯著促進梨樹新梢生長，提高葉面積和葉綠素含量；改善葉片中全氮、全磷、全鉀及有效態鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅等礦質元素的吸收狀況和含量；李潔等[27]研究表明，植物酵素對大棚黃瓜生長具有明顯的促進作用，能顯著減少植株發病率，比試驗對照增產23.49%。陶津等[28]綜合結果表明，澆施1:750稀釋濃度的環保酵素均能對各項分析因素有促進作用，且效果優于施澆化肥。總的看出，酵素方法優于化肥，比傳統施肥法更優質更高產。

3.3 酵素有機肥增強作物對病蟲害和自然災害的抵抗能力

本研究發現，酵素處理可提高辣椒植株的SOD和POD活性，顯著提高了植株的抗旱力、抗冷力和防蟲效果。李正華等[29]研究證明厭氧發酵液中含有100多種組成成分，在這些組成成分中，約有20多種成分使得厭氧發酵液具有抗病防蟲作用。周新萍等[30]研究結果表明，蔬菜類餐廚垃圾發酵容易產生白色霉菌，植物類餐廚垃圾發酵效果較差，而水果類餐廚垃圾發酵效果較好，糖分、蛋白質、醋酸含量較高，且含有一定量的纖維素酶、脂肪酶和過氧化氫酶。孫雨濃等[31]亦發現，農用植物酵素能有效提高菠菜幼苗POD（過氧化物酶）和SOD等活性，從而提高植物的抗逆性。韋文芳等[32]研究表明，農用植物酵素通過浸種、噴淋等方式可有效防治黃瓜枯萎病。大蒜農用植物酵素對于黃瓜白粉病、霜霉病和番茄葉霉病防治效果分別達到85.6%、79.2%和82.55%。王麗麗等[33]發現，大蒜、丁香和洋蔥農用植物酵素對朱砂葉螨有較好地毒殺作用，死亡率分別高達77%、65%和67%；而生姜和大蒜農用植物酵素對青枯勞爾氏菌有拮抗作用。王榮娟等[34]報道，用蘋果農用植物酵素配合水楊酸混合噴施草莓，對灰霉病有顯著抑制作用。耿健等[35]發現，噴施芳香源植物發酵液可以有效抑制梨樹黑星病、輪紋病和腐爛病。Alan等[36]研究發現，大蒜產生的酵素對胡蘿卜種子傳交鏈格孢菌、番茄疫病、馬鈴薯塊莖疫病、水稻稻瘟病和擬南芥霜霉病均有較好的防治效果。總的看出，酵素有機肥有利于作物增強對溫度、水分、病原菌和害蟲等不良環境的抗性。

酵素堆肥和液肥既能改良熱區土壤的理化性狀，又能實現熱帶作物優質、高產、高抗、安全、生態，在熱帶地區實現減肥減藥和現代化綠色農業的可持續發展。

致謝：本試驗是在海南大學農學專業郭濤、董觀海、梁宗武、黃浩、曾均炫、賴鏞如、趙梅、陸潘潘、田燁、楊國斌、李銳、張為圣、王冬雪、劉洋、廖萬杰、馬海曌、劉妍江、陳偉華等本科生和研究生，及周建軍先生的共同努力下完成的，在此一并感謝，謝謝大家的熱情參與和付出，一起助力中國酵素農業的發展。