添加木醋液对盐碱土酶活性的影响

刘敏， 耿玉清†， 丛日春， 刘铎

(1.北京林业大学林学院，100083，北京；2.中国林业科学研究院荒漠化研究所，100091，北京)



添加木醋液对盐碱土酶活性的影响

刘敏1， 耿玉清1†， 丛日春2†， 刘铎2

(1.北京林业大学林学院，100083，北京；2.中国林业科学研究院荒漠化研究所，100091，北京)

摘要：为探讨添加木醋液后盐碱土酶活性的变化，采用体积分数分别为100%(原液)、20%(稀释5倍)、10%(稀释10倍)、5%(稀释20倍)和0(对照)木醋液，按木醋液体积与土壤质量之比为1∶4的比例，分别加入到土壤中，通过室内培养法，研究20 d后盐碱土的可溶性成分和酶活性的变化。结果表明：添加不同体积分数的木醋液可以显著降低盐碱土pH，显著提高土壤可溶性酚、易氧化碳、水溶性碳氮和无机氮质量分数；向盐碱土中添加100%的木醋液对糖苷酶和脲酶活性有抑制作用；在添加木醋液体积分数20%以下时，随着体积分数的降低，糖苷酶活性降低；土壤酸性磷酸酶和酚氧化酶活性随木醋液体积分数的增加呈显著提高趋势，而100%和20%体积分数的木醋液均显著降低了土壤碱性磷酸酶的活性。回归分析显示：土壤可溶性有机氮和显著影响了糖苷酶的活性；土壤pH和有效磷与酸性磷酸酶活性呈显著负相关，但与碱性磷酸酶呈显著正相关；可溶性酚与酚氧化酶和过氧化物酶活性呈显著正相关。总之，在短期内添加木醋液有利于盐碱土酶活性的改善。

关键词：盐碱土改良;木醋液;可溶性酚;水溶性碳;酶活性

项目名称： 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金“辽东湾耐盐碱树种引种驯化及营造林技术研究”(CAFYBB2)

丛日春(1963—)，男，博士，研究员。主要研究方向：森林培育学、防沙治沙。E-mail: congrichun888@163.com

在世界范围内，高盐分是限制作物产量和生态环境质量的主要土壤因素之一[1]。盐碱土改良可有效的提高土地资源地利用，目前已成为我国生态工程建设中一项重要任务[2]。施用有机肥料可改善土壤结构、降低土壤pH，增加土壤有机质及养分，并改善土壤微生物的结构和功能，是改良盐碱土的重要措施[3-5]。木醋液是植物材料在干馏过程中获得的具有熏臭味的有机副产品，是一种新型的液体有机肥料[6]。研究[7-8]表明，直接施用木醋液可以降低重度盐碱地的pH和土壤盐分、提高土壤有机质质量分数，显著增加土壤微生物数量，促进植物的生长。

盐碱土改良的目的是提高土壤质量[9]，而土壤生物学性质在监测土壤质量的变化中占重要地位。土壤酶主要来源于微生物的分泌，可催化复杂有机物的分解，对土壤有机碳和养分的转化有重要作用。由于土壤酶对环境变化敏感，且测定方法简单，常被用于指示土壤微生物功能和土壤质量变化[10-11]；但目前有关添加木醋液对盐碱土酶活性的变化鲜有报道。本研究主要是通过向盐碱土中添加不同浓度的木醋液，研究土壤酶活性对木醋液浓度变化的响应。研究可为盐碱土生物学性质的改善以及木醋液在盐碱土改良中的应用提供参考。

1材料与方法

1.1试验设计

供试木醋液由马尾松剩余物经热裂解制而成，棕褐色，pH为3.4，有机碳密度为198 g/L，有机酸体积分数为3.65%。供试的盐碱土取自山东滨州，土壤基本理化性质如表1所示。采回的土壤样本去除植物根系和残体后，通过2 mm筛待用。

木醋液共设5种体积分数，分别为100%(未稀释)、20%(稀释5倍)、10%(稀释10倍)、5%(稀释20倍)和0(即对照)，每种体积分数重复3次。简要的操作过程为：按不同的稀释倍数，分别吸取不同体积的木醋液并将其用蒸馏水稀释定容到100 mL(原液处理则直接量取100 mL)。将土壤置于塑料布上，分别用喷壶将配置好的不同体积分数的木醋液喷到土壤表面，并在喷施过程中不断通过掀动塑料布使木醋液与土混合，达到混合均匀的目的。将混合好的样本(木醋液体积与土壤质量的比例为1∶4)装入塑料盒后，用塑料膜封口，并在塑料膜上留孔洞起通气透风作用。在25 ℃的恒温箱中培养20 d后取土进行指标测试。

表1　供试土壤的基本理化性质

1.2研究方法

土壤化学性质指标的测定：土壤pH采用酸度计测定，土壤易氧化碳采用KMnO4氧化法[12]测定，土壤有效磷采用Olsen法测定[13]。

试验采用的土壤酶有6种。其中β-糖苷酶(β-GLU)的测定采用对硝基酚葡萄糖苷为底物，加醋酸缓冲液进行培养测定[17]。脲酶(URE)测定采用苯酸钠-次氯酸钠比色法[18]。酸性磷酸酶(ACP)和碱性磷酸酶(ALP)活性的测定分别采用pH为6.5和11.0的改进的通用缓冲液(MUB)，以对硝基苯磷酸二钠为底物。酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(PER)活性测定，采用左旋多巴(DOPA)以及DOPA加过氧化氢为底物，以醋酸为缓冲液[17]。

1.3数据处理

土壤化学性质及酶活性的差异采用ANOVA分析，显著性采用LSD方法；土壤化学性质指标对土壤酶活性的影响，采用多元逐步回归方法分析。图表采用SigmaPlot12.5制作。

2结果与分析

2.1不同体积分数木醋液处理下土壤化学性质的差异

表2　不同体积分数木醋液处理下土壤化学性质的变化

注：表中数值为平均值±标准误；同行不同字母表示不同处理之间的差异在P<0.05水平显著。Note: The values in the table are shown as mean±standard error. Different letters under the same column mean significant differences among treatments atP<0.05 level.

2.2不同体积分数木醋液处理下土壤酶活性的差异

不同字母表示各处理之间差异显著(P<0.05)。Different letters mean significant difference among treatments at P<0.05 level 0.05图1　添加不同稀释倍数木醋液处理土壤酶活性变化Fig.1　Variation of soil enzyme activities under different wood vinegar application rates

添加木醋液对盐碱土酶的活性有一定影响，但不同酶种类的变化趋势有所不同(图1)。β-GLU活性在添加100%木醋液与未添加木醋液时无显著差异；但是，在添加体积分数20%以下时，随着木醋液体积分数的降低，β-GLU活性不断减小，但均显著高于对照。添加木醋液体积分数为20%和10%的处理时，URE活性显著高于100%木醋液与未添加木醋液的处理。ACP活性随着添加木醋液体积分数的减小呈降低趋势。100%和20%的木醋液均显著降低了碱性土壤磷酸酶的活性，而添加低体积分数的木醋液则与对照无显著差异。PPO和PER属于氧化还原酶类，由结果可见，PPO活性在添加100%木醋液时最大，随着添加木醋液体积分数的减小而明显降低，而PER活性对添加木醋液体积分数的降低无显著的变化。

2.3土壤化学性质与酶活性的相关性

3讨论

木醋液含有多种有机酸和酚类成分[19]。添加的木醋液成分可影响土壤酶的活性，但酶活性的影响程度受所添加木醋液浓度的影响。向土壤中施入木醋液可以显著增加土壤中微生物的数量，改善微生物群落功能多样性和代谢活性[20-22]。虽然施用木醋液与生物炭混合物，也可显著提高土壤酶的活性；但低体积分数木醋液中加入低量有机肥，对土壤酶活性影响不明显[23]。

表3　土壤酶活性与土壤化学性质的线性回归分析

注： ns表示没有线性回归关系，(-)表示负相关。下划线表示该土壤化学性质可解释酶活性的变异。*表示在P<0.05水平上显著相关，** 表示在P<0.01 水平上显著相关，*** 表示在P<0.001 水平上显著相关。Note: ns means no significant linear relationship;(-) indicates a negative relationship. Underline variables have significant contributions to the variance of the response variable applying a multiple linear regression model. * Significant atP<0.05 level;** Significant atP<0.01 level;*** Significant atP<0.001 level.

向盐碱土中添加100%的高体积分数木醋液可抑制β-GLU和URE活性，而相对较低的木醋液体积分数可促进酶的活性。ACP和PPO的活性随添加木醋液体积分数的增大而提高。也就是说不同种类酶对不同体积分数木醋液的响应有别。从前人的研究来看，不同种类土壤酶对土壤处理的响应规律不同，是比较普遍的现象。有学者认为不同种类酶活性对不同的家禽肥料施用量的响应并不一致的原因是多方面的，如过多的禽粪影响有机物的分解，不同酶活性受pH的影响程度不同，微生物群落结构的变化也可影响不同酶活性的变化[24]。也有学者认为，在土壤中添加不同形态和不同体积分数的氮，都可显著促进或抑制土壤酶活性，但影响的机制还不清楚[25]。笔者认为添加不同体积分数的木醋液对盐碱土不同酶活性影响的差异，可能与微生物种类的变化有关，而不同微生物种类所分泌的酶有不确定性，也增加了解释不同土壤酶变化程度的难度[26]。

土壤化学性质与酶活性有显著的相关性。土壤酶具有专一性，但不同种类的酶与其酶促产物质量分数的关系并不完全一致。土壤中添加木醋液后，大量的有机酸可能经过β-GLU转化为土壤活性的有机碳，并同时释放出葡萄糖。回归分析显示β-GLU与易氧化碳和土壤可溶性碳质量分数无显著相关性。这可能与土壤中碳量是土壤长期积累的产物，而土壤酶活性仅可产生短时间的变化有关[27]。土壤URE的功能是水解尿素分子为铵离子；但URE活性与铵离子无关，而与硝酸根呈显著正相关。这可能与土壤有机含氮化合物的矿化过程有关。木醋液中含有的多种酚是PPO酶促反应的底物[28]。施用木醋液会增加土壤中的土壤酚，因此，随着添加木醋液体积分数的增加，土壤PPO活性可显著提高。

4结论

1)向盐碱土中添加不同体积分数的木醋液可以显著降低土壤pH，显著提高土壤可溶性酚、土壤易氧化碳、土壤水溶性碳氮以及无机氮的质量分数，但对土壤有效磷的影响不显著。

笔者仅研究了添加木醋液后短期的土壤变化，随着时间的延长，木醋液如何影响土壤酶活性的变化需要进一步研究。

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(责任编辑：程云郭雪芳)

Impacts of wood vinegar on enzyme activity in saline alkaline soil

Liu Min1, Geng Yuqing1, Cong Richun2, Liu Duo2

(1.College of Forestry, Beijing Forestry University, 100083, Beijing, China;

2. Institute of Desertification Research, Chinese Academy of Forestry, 100091, Beijing, China)

Abstract:Salt toxicity is one of the major edaphic factors limiting crop production and eco-environmental quality in salinized and/or sodic soils throughout the world. Application of organic fertilizer to saline alkaline soil is considered as a good practice for soil remediation. Wood vinegar, as a new kind of liquid organic fertilizer, plays an important role in reducing soil pH and salt content, increasing soil organic matter content and promoting plant growth in saline alkaline soil. Soil enzyme stimulates the decomposition of organic matter and the transformation of nutrient substances, can reflect the function of soil microbe, and is regarded as a potential index for monitoring soil quality in a short time. Nevertheless, the impacts of wood vinegar on enzyme activity in saline alkaline soil remain unknown. The objectives of the present study were to investigate the impacts of different wood vinegar contents on enzyme activity in saline and alkaline soil. In our study, five treatments with different contents of wood vinegar, namely 100% (not diluted), 20% (diluted 5 times), 10% (diluted 10 times), 5% (diluted 20 times) and 0 (CK) were mixed with soil at a wood vinegar liquid (mL)- to- soil (g) ratio of 1∶4, respectively. The soil chemical properties, such as the dissolved organic carbon, phenol, and several kinds of hydrolases and oxidoreductase activity were measured after 20 days indoor culture. In addition, the relationship between the soil chemical properties and soil enzyme activities was analyzed by the linear regression analysis. The results showed that all the different contents of wood vinegar could significantly decrease soil pH, and increase the content of soil dissolved phenol, soil readily oxidizable carbon, soil dissolved carbon and nitrogen, and . However, the change of soil available phosphorus content was not significant. The activities of soil glycosidase and urease were inhibited at 100% wood vinegar. For soil glycosidase activity, it was decreased with the decline of wood vinegar content at the rate below 20%. The urease activities at 20% and 10% wood vinegar were significantly higher than that at 5% and CK. The activities of soil acid phosphatase and phenol oxidase were enhanced with the increasing wood vinegar content. However, alkaline phosphatase activity was significantly decreased at 20% and 10% wood vinegar. These results demonstrated the changes of soil readily oxidizable carbon and -N were positively related to the activity of soil glycosidase. The changes of soil pH and available phosphorus had a significantly negative correlation with soil acid phosphatase activity, but a significantly positive correlation with alkaline phosphatase activity. On the other hand, the change of soil dissolved phenol had a significantly positive correlation with phenol oxidase activity. In conclusion, the application of wood vinegar in the saline alkaline soil can stimulate enzyme activity. The long-term impacts of the application of wood vinegar on soil enzyme activities should be concerned in the future since our conclusion is obtained by a short indoor culture manipulation.

Keywords:saline alkaline soil remediation; wood vinegar; soil dissolved phenol; soil dissolved carbon; enzyme activity

通信作者†简介： 耿玉清(1965—)，女，博士，副教授。主要研究方向：土壤生态。E-mail: gengyuqing@bjfu.edu.cn;

作者简介：第一 刘敏(1993—)，女，本科生。主要研究方向：生态学。E-mail: simibj@163.com

收稿日期：2015-03-24修回日期： 2015-10-30

中图分类号：S154.2

文献标志码：A

文章编号：1672-3007(2015)06-0112-06