沼渣对土壤微生态结构、土壤酶活及理化性状的影响

尹淑丽， 张丽萍， 习彦花， 马金亮， 杨继业， 张根伟， 段普凡， 程辉彩， 刘洪伟 , 刘晓敏

(1.河北省科学院生物研究所， 石家庄 050081; 2.河北经贸大学经济研究所， 石家庄 050061)

沼渣对土壤微生态结构、土壤酶活及理化性状的影响

尹淑丽1， 张丽萍1， 习彦花1， 马金亮1， 杨继业1， 张根伟1， 段普凡1， 程辉彩1， 刘洪伟1, 刘晓敏2

(1.河北省科学院生物研究所， 石家庄 050081; 2.河北经贸大学经济研究所， 石家庄 050061)

笔者于张家口坝上露地，以娃娃菜为试验材料研究以相同养分含量沼渣、鸡粪和化肥连续底施对土壤中可培养微生物数量、微生物菌群结构、土壤酶活、土壤理化性状的影响。采用传统微生物分离的方法，利用PB,高氏1号和PDA培养基分离并统计可培养细菌、放线菌和真菌的数量；采用标准的土壤酶活和理化性状测定方法，检测娃娃菜根围0～20 cm耕层土壤脲酶、中性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶的活性、土壤养分含量及土壤物理性状。结果表明，与化肥相比，沼渣处理使土壤中可培养真菌数量降低34.09%，可培养细菌和放线菌数量分别增加102.53%和291.89%，土壤由真菌型向细菌型过渡，利于降低真菌病害的发生率；使土壤蔗糖酶、中性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶的活性增高，增率分别为43.11%,41.28%,35.29%和6.13%；使土壤中全氮、磷、钾的累积含量降低，利于向速效氮、磷、钾的转化，提高土壤中铁、铜、锌微量元素的含量；改善土壤的物理结构，持水量提高15.03%，容重降低15.20%。可见，沼渣作为优质有机肥连续底施，可有效改善土壤的微生态结构、提高酶活性、减少过量养分的累积、改善土壤质量，利于土壤的健康持续应用。

沼渣；微生态结构；土壤酶活；土壤理化性状；娃娃菜

河北是蔬菜生产大省，随着人们对错季蔬菜的需求，冷寒地区错季娃娃菜的种植面积日益增大，农民为了追求高产、高收入，盲目注重化学肥料而忽视有机肥的施入，化肥的长时间累积施用严重影响了土壤微生态环境，再加上日益加剧的连作现象，导致土壤团粒结构减少、质地恶化、微生物群落变迁及化学养分大量流失等问题，致使产量下降。国家十三五发展目标提出创新、协调、绿色、开放、共享的五大发展理念，农业的协调、绿色发展成为人们日益关注的问题，因此，寻找有效降低化学肥料用量、改善土壤环境的优质有机肥成为可有效保障土壤协调、产品绿色发展的重要途径。

沼渣是畜禽粪便、农作物秸秆经厌氧发酵后的固体残留物[1]，除含有丰富的氮、磷、钾等大量元素及对作物生长起重要作用的硼、铜、铁、锰、锌等微量元素外，还含有氨基酸、生长素、赤霉素、单糖、腐殖酸，B族维生素等，是植物生长过程中优良的有机肥。不仅对提高蔬菜的产量和品质有良好的作用[2-3]，而且能够改善土壤的理化性状[4]，增强微生物活性，具备开发成促进农作物高产、优质的有机肥料的潜力。随着生态农业的持续性发展，人们发展沼气生态农业的热情越来越高，沼渣的用途也逐渐被开发利用。目前沼渣作为有机肥料对土壤中微生物数量、微生态结构、土壤酶活[5]及养分含量[6]的影响方面均有研究，而针对露地连作娃娃菜同时监测土壤微生物数量、菌群结构、土壤酶活及土壤理化性状的报道较少。文章选用张家口沽源娃娃菜的连作露地，进行与化肥、鸡粪、沼渣3种肥料的对比试验，通过测定土壤中微生物的菌群结构、土壤酶活性及土壤理化性状，明确沼渣作为有机肥料应用于连作土壤的优势，为沼渣的广泛高效利用提供理论基础，对促进沼气产业、农业的协调、绿色发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地点及供试土壤

试验地点为张家口沽源二道渠的露地，实验前0～20 cm土层土壤的基础地力为：有机质含量15.56 g·kg-1，全氮1.12 g·kg-1，全磷0.52 g·kg-1，全钾23.87 g·kg-1，碱解氮96.60 mg·kg-1，有效磷46.23 mg·kg-1，有效钾268.50 mg·kg-1。

1.2 供试沼渣来源及养分含量

供试沼渣来自于廊坊市某公司，以猪粪为原材料的500 m3大型厌氧沼气工程的发酵残留物，经固液分离后，测得沼渣中养分含量为：全氮29.7 g·kg-1，全磷45.8 g·kg-1，全钾16.5 g·kg-1，有机质379.9 g·kg-1。

1.3 试验材料

采用娃娃菜为试验材料，娃娃菜品种为金皇后。

1.4 试验方法

1.4.1 试验设计

2013年～2014年连续2年，于张家口沽源多年重茬娃娃菜种植露地进行，试验设置3个处理，处理1为沼渣底施处理，处理2为鸡粪底施处理，处理3为化肥底施处理。发酵干鸡粪的养分含量为：有机质含量为255.7 g·kg-1，氮素为16.3 g·kg-1，全磷15.4 g·kg-1，全钾8.5 g·kg-1，施入量为每677 m2400斤，沼渣和化肥的施入量均按鸡粪中各养分含量折合量施入，以确保施入的养分含量相等，每个处理设置3个重复，小区随机排列；其他管理同日常管理。

于娃娃菜的生长末期(即采收前)取不同处理植株根围的土壤，测定土壤中可培养微生物的数量、微生态结构、土壤的酶活、土壤养分含量及物理性状。

1.4.2 测定内容

1.4.2.1 可培养微生物数量的测定

采用传统的方法[7]，测定土壤中可培养细菌、放线菌、真菌的数量。称取10 g不同处理娃娃菜根围的新鲜土壤放入90 mL无菌水中，在摇床上以200 r·min-1的转速震荡30 min，将土壤样品逐级稀释涂布平板，30℃±1℃培养2～4 d。细菌采用PB培养基，放线菌采用改良髙氏1号培养基，真菌采用PDA培养基。

1.4.2.2 土壤酶活的测定[8]

将娃娃菜根围的土壤自然荫干，研磨过80目的筛子后，测定土壤中蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶的活性。土壤蔗糖酶活性用3,5-二硝基水杨酸比色法测定，以每克土24 h产生的葡萄糖毫克数表示；中性磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法测定，以每克土24 h产生的酚毫克数表示，脲酶活性用靛酚蓝比色法测定，以每克土24 h产生的NH3-N毫克数表示；过氧化氢酶活性用高锰酸钾滴定法测定，以每克土消耗0.1 mol·L-1KMnO4毫升数表示。

1.4.2.3 土壤肥力相关指标的测定

于娃娃菜收获期，取0～20 cm耕层土壤，测定土壤的肥力相关指标。

1.4.2.4 统计方法

采用软件Excel和spss 6.0进行两年数据的统计分析。

2 结果与分析

2.1 娃娃菜根围土壤中微生物的数量及菌群结构

沼渣和鸡粪肥均为有机肥，可影响土壤中可培养微生物的数量，有效改善土壤中微生物菌群结构。娃娃菜根围土壤中可培养细菌、放线菌和真菌数量的测定结果表明(见表1)：沼渣肥和鸡粪肥均可有效降低连作土壤中可培养真菌的数量，降低率分别为34.09%和22.27%；增加土壤中可培养放线菌的数量，增率分别为291.89%和175.68%；土壤中可培养细菌的数量，增高率分别为102.53%和36.71%。同时有效提高土壤中细菌与真菌、放线菌与真菌的数量比，其中沼渣的影响效果最佳。可见，连作娃娃菜地中合理应用沼渣可有效降低真菌数量，利于减少真菌病害的发生；同时可有效降低细菌与放线菌的比例，利于降低细菌病害发生的几率。

表1 根围土壤中微生物数量及菌群结构

注：同列不同小写字母表示差异显著(p﹤0.05)下同。

2.2 根围土壤相关酶的活性

娃娃菜根围土壤中蔗糖酶、中性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶活性的测定结果表明(见表2)，沼渣、鸡粪有机肥的施入与单施化肥相比，可在一定程度上改善土壤，提高土壤酶活性；可显著提高土壤蔗糖酶、中性磷酸酶和脲酶的活性，对过氧化氢酶的影响不显著。

沼渣处理与处理化肥相比可显著提高娃娃菜根围土壤中蔗糖酶、中性磷酸酶和脲酶的活性，其增长率分别为43.10%，41.28%、35.29%；可使过氧化氢酶的活性增加6.13%，但提高效果不显著。鸡粪与化肥相比，对土壤蔗糖酶、中性磷酸酶和脲酶的活性的增长率分别为39.82%，28.04%，23.53%，可使过氧化氢酶的活性增加5.06%，可见，沼渣和鸡粪相比，沼渣对土壤各酶活影响效果最佳。

表2 根围土壤酶活性

注：同列不同小写字母表示差异显著(p﹤0.05)下同。

2.3 娃娃菜根围耕层土壤的养分含量

于娃娃菜的生长末期，取根围0～20 cm的耕层土壤，测定土壤中全氮磷钾、速效氮磷钾、有机质及铁锰铜锌的含量。测定结果由表3可见，连续施用沼渣及鸡粪处理可有效降低土壤中全氮磷钾的含量、提高土壤中有机质及铁铜锌的含量，其中沼渣施入的效果最佳。

与化学肥料相比，沼渣处理土壤中有机质含量提高22.16%，有效铁含量提高28.91%，有效铜含量提高2.17%，有效锌含量提高352%，全氮含量降低14.29%，全磷含量降低40%，全钾含量降低6.22%，碱解氮含量降低21.66%，有效磷含量降低71.83%， 有效钾含量降低37.30%。鸡粪对土壤各指标的影响趋势与沼渣相同，但效果差于沼渣肥。

可见沼渣的连续施入可有效提高土壤中有机质的含量，便于满足蔬菜对微量元素的需求；同时可有效降低土壤中全氮、磷、钾的含量及速效氮、磷、钾的含量，促进娃娃菜对养分的吸收，减少多余养分在土壤中的累积，利于土壤健康。

表3 土壤的养分含量

2.4 娃娃菜耕层土壤的理化性质

于娃娃菜的生长末期，取根围0～20 cm的耕层土壤，测定土壤的容重、持水量、盐分及酸碱度。测定结果由表4可见，沼渣及鸡粪的施入利于娃娃菜根围土壤容重、盐分含量的降低，及持水量、酸碱度的提高，利于防止土壤的盐碱化，改善土壤的结构；同时利于增加土壤的含水量；其中沼渣的影响效果最佳。与化肥处理相比，盐分降低58.33%，持水量提高15.03%，容重降低15.20%，pH值提高2%。

表4 土壤的物理性状

3 讨论

沼渣和鸡粪肥作为优质的有机肥料，可有效改善娃娃菜根围土壤中可培养微生物的数量及菌群结构，提高土壤酶活，改善土壤的理化性质，提高土壤肥力；其中沼渣对土壤各项指标的综合影响效果最佳。

3.1 不同肥料底施对土壤中可培养微生物数量及菌群结构的影响

土壤微生物影响着土壤养分的吸收和转化，微生物种群结构失衡是导致土壤质量下降、作物减产的主要原因[9]。沼渣连续底施，可有效改善娃娃菜根围土壤中可培养微生物的数量及菌群结构，提高土壤中可培养细菌和放线菌的数量，增率分别为102.53%和291.89%；降低可培养真菌的数量，降低率为34.09%，与黄亚丽[5,10]等沼渣底施对微生物数量的影响结果一致。可有效使娃娃菜根围的菌群结构发生改变，使连作土壤由真菌型向细菌型过度，利于降低真菌病害的发生率；还可调节土壤中细菌与放线菌的比例，利于降低细菌病害的发生率，保持根围土壤中微生物菌群结构的平衡。

3.2 不同肥料底施对土壤酶活的影响

土壤酶作为土壤的组成部分，其活性大小可敏感反应土壤中生化反应的方向和强度。土壤中微生物数量的多少及种类也可有效影响土壤的酶活性。土壤脲酶活性与土壤的微生物数量、有机质含量等密切相关。土壤过氧化氢酶活性与土壤呼吸强度和土壤微生物活动相关，是重要的土壤微生态环境指示因子[11-12]，能有效防止过氧化氢的毒害。蔗糖酶主要来自植物根系微生物，是一种积累酶，是表征土壤生物活性的一种重要水解酶。蔗糖酶断裂蔗糖分子键后，产生葡萄糖、果糖。产物是植物和微生物的营养碳源。磷酸酶是一种水解性酶，能酶促土壤中有机磷化合物水解，加速有机磷的脱磷速度，生成能为植物所利用的无机态磷，提高土壤磷素的有效性。

沼理与化肥相比可显著提高娃娃菜根围土壤中蔗糖酶、中性磷酸酶和脲酶的活性，其增长率分别为43.10%，41.28%，35.29%；可使过氧化氢酶的活性增加6.13%，可见沼渣底施应用，可有效提高土壤相关酶的活性，促进土壤中各养分的转化，被植物吸收。

3.3 对根围土壤肥力及理化性质指标的影响

沼渣肥的连续施用，可有效降低土壤中全氮、磷、钾的累积，便于向速效氮、磷、钾的转化，以便植物的吸收利用；还可提高土壤中铁、铜、锌微量元素的含量，便于满足蔬菜的需求。

土壤容重是衡量土壤质量的最常用指标，影响土壤肥气热条件的变化与作物根系在土壤中的穿插，进而影响作物的生长[13]。土壤越疏松多孔，容重越小，土壤越紧实，容重越大。沼渣底施利于改善土壤结构，降低容重[14]，增加土壤的持水量，使土壤变得疏松，利于土壤质量的改善。与化肥处理相比，持水量提高15.03%，容重降低15.20%，与王福全[15]的研究结果一致，沼肥的施用可有效降低土壤的物理结构结构，降低土壤容重，提高持水量。

综上所述，沼渣的底施利于娃娃菜根围土壤中可培养微生物数量、有机质含量的提高，进而提高土壤中与有机质含量及微生物数量相关的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶的活性，土壤酶活性的提高又进一步影响土壤中养分含量的分解、转化与利用，降低土壤中全氮磷钾的含量，减少过量肥料累积导致的土壤盐渍化。可见，土壤是一个复杂的系统，沼渣底施影响到可培养微生物的数量、菌群结构就会对相关指标产生系列影响，达到改善土壤结构、提高土壤肥力的功效。

4 结论

沼渣底施可有效提高娃娃菜根围土壤中可培养细菌、真菌、放线菌的数量，提高土壤蔗糖酶、中性磷酸酶和脲酶的活性[16]，提高土壤中全氮、磷、钾的转化及吸收率，利于降低过量养分含量在土壤中累积；同时提高土壤中微量元素的含量，提高土壤的疏松度，降低盐分的累积，有效改善耕层土壤的质量，可利于土壤的持续健康利用。沼渣的应用对促进沼气发酵残留物肥料化利用，改善土壤质量，提高土壤肥力，降低由化学肥料带来的环境污染具有重要的意义；同时对农业、沼气产业的协调、绿色发展具有重要意义。

[1] 郭 强,牛冬杰,程海静,等.沼渣的综合利用[J].中国资源综合利用,2005(12):11-15.

[2] 梁称福,陈正法,彭廷柏.沼肥与化肥在大白菜、花椰菜上的应用[J].生态学杂志,2004,23(2): 141-145．

[3] 潘丽娜,陈劼.沼肥与其他肥料用于草莓生产的试验对比[J].中国沼气,2004,22(2): 34-36．

[4] 陶红歌,李学波.沼肥与生态农业[J].可再生能源,2003,2(2): 37-38．

[5] 尹淑丽,董 力,习彦花,等.沼渣底施对黄瓜、番茄根围土壤微生态结构及产品品质的影响[J].中国土壤与肥料，2014(5):65-69.

[6] 柴仲平,王雪梅,孙 霞,等. 施用沼肥对枣园土壤养分含量的影响[J].西南农业学报,2010,23(3): 782-785.

[7] 沈 萍,范秀容,李广武.微生物学实验(第3版)[M].北京:高等教育出版社,2001: 69-92.

[8] 关松荫.土壤酶及其研究法[M].北京:农业出版社,1986.243-277.

[9] 马 琨,张 丽,杜 茜,等. 马铃薯连作栽培对土壤微生物群落的影响[J].水土保持学报,2010,24(4):229-233.

[10] 黄亚丽,尹淑丽,张丽萍,等.沼渣底施对黄瓜生长及土壤微生物数量的影响[J].可再生能源,2011.29(3): 50-53.

[11] 马云华,王秀峰,魏 岷,等.黄瓜连作土壤酚类物质积累对土壤微生物和酶活性的影响[J].应用生态学报,2005,16(11): 2149-2153.

[12] Woese C R. Bacterial evolution[J]. Microbiol Rev，1987,51: 221-271.

[13] 陈立乔,魏复盛.中国土壤60种元素共生组合关系的计算机分析[J].中国环境监测,1991,7(4):1-5.

[14] 李建军,袁向前,马 丽,等.沼肥在果树生产中的综合应用[J].河南林业科技,2009, 29(1):61- 63.

[15] 王富全,孙家宾,赵永康,等. 沼肥还田对小麦和油菜产量、品质及土壤改良的影响[J].中国沼气,2015,33(6):98-101.

[16] 谷 军,沙长青,张晓彦,等.沼渣对土壤酶活性的影响[J].生物技术,2008,18(5): 81-84.

Effect of Biogas Residue Application on Soil Micro Eco-structure, Enzyme Activity and Physicochemical Property /

YIN Shu-li1, ZHANG Li-ping1, XI Yan-hua1, MA Jin-liang1, YANG Ji-ye1, ZHANG Gen-wei1, DUAN Pu-fan1, CHENG Hui-cai1, LIU Hong-wei1, LIU Xiao-min2/

(1. Hebei Academy of Sciences Institute of Biology, Shijiazhuang 050081,China; 2. Institute of Economics Study, Hebei University of Economics & Business, Shijiazhuang 050061,China)

The experiment was conducted in open field of Zhangjiakou cold region, baby cabbage was taken as experimental material, the effect of biogas residue, chicken manure and chemical fertilizer on baby cabbage soil microorganism quantity, enzyme activity and physicochemical property, were investigated under same condition of nutrient content. The enumeration of soil bacteria, actinomycetes, and fungi were made, and soil urease, phosphatase, invertase, catalase activity, soil fertility and soil structure were detected for the 0～20cm topsoil of baby cabbage rhizosphere. The results showed that, comparing with chemical fertilizer, the application of biogas residue made the number of soil fungi reduced by 34.09%, the number of bacteria and actinomyces increased by 102.53% and 291.89% respectively; and the activity of soil urease, phosphatase, invertase increased by 43.10%, 41.28%, 35.29% respectively; the soil total nitrogen, phosphorus, potassium accumulation were reduced, the available nitrogen, phosphorus, potassium transformation increased, soil iron, copper, zinc content raised; and the soil structure improved, water holding capacity increased by 15.03%, bulk density decreased by 15.20%. All these show that the biogas residue is high-quality organic fertilizer.

biogas residue; soil micro-ecological structure; enzyme activity; physicochemical property; baby cabbage

2016-02-25

项目来源： 国家星火计划(2015GA620005)； 河北省科学院项目(2013056008); 河北省社会科学基金项目(HB15YJ065); 市科技局项目(151490352A)

尹淑丽(1979-)，女，河北沧州人，副研究员，主要从事农业的生物防治及农业废弃物的资源化利用工作，E-mail:yslbaihelr@126.com

S154.3; X712

B

1000-1166(2017)01-0072-05