木醋液对辽西北低、中肥力土壤小白菜产量和土壤酶活性的影响

斯日木极, 孔 涛, 郑 爽, 那冰静, 林锦毅, 张廉崧, 孟 娇

(1.辽宁工程技术大学 环境科学与工程学院, 辽宁 阜新 123000; 2.抚顺市章党经济开发区实验学校, 辽宁 抚顺 113007)

木醋液是木材或木材加工废弃物在碳化或干馏过程中产生的烟气经冷凝回流和再分离得到的以乙酸为主并由醇、酚、酮、醛及其衍生物混合而成的有机副产品[1-2]。木醋液直接来源于木材，是一种绿色产品，在农业上有着广泛的用途。一方面，木醋液可以作为植物生长调节剂，同时具有防治虫害的作用[3]；另一方面，木醋液也可以作为土壤改良剂，提高土壤肥力[4]。

土壤酶是土壤生态系统的重要组成成分，在土壤养分循环中起着重要作用，体现了土壤生物学活性，表征了土壤的综合肥力特征及土壤养分转化进程，可以作为衡量生态系统土壤质量变化的预警和敏感指标[5-6]。杜薇等[7]将木醋液应用于沙地土壤，测定了土壤酶活性，结果表明，不同稀释倍数的木醋液对酶活性有不同的影响。还有一些学者[8-10]测定了不同稀释倍数木醋液对盐碱土壤酶活性的影响，结果表明，不同盐碱地土层的木醋液适宜稀释倍数不相同，适宜浓度木醋液能够提高土壤酶活性。辽西北位于科尔沁沙地的南缘，属于半干旱地区，低、中肥力土地占绝大多数，而木醋液对低、中肥力土壤的改良效果有何区别，合适的木醋液浓度是多少，尚没有文献报道。本研究拟通过不同浓度木醋液对辽西北低、中肥力土壤盆栽小白菜产量、土壤酶活性的影响，明确木醋液应用于不同肥力土壤的合适浓度，揭示木醋液对土壤酶活性的影响，为木醋液应用于辽西北耕地土壤改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验土壤于2016年3月采自辽宁省阜新市九营子村。在采集该地土壤样品并进行土壤肥力测定的基础上，参照土壤有机质分级方法等，从中选出中、低土壤肥力的2个100 m2的地块，取其0—20 cm耕层土壤，过2 mm筛，两种均属于棕壤土的土壤肥力性质见表1；供试种子为速生小白菜种子；木醋液购自于河北唐山天地合能源有限公司，颜色为棕黄色，pH值4.5，有机碳含量为30.48 g/L，有机物质中，有机酸含量为27.63%，乙酸含量为20.18%，酚类物质32.41%，酮类11.37%。

表1 研究区不同肥力土壤性质

1.2 试验设计

盆栽试验从2016年4月开始一直进行到2017年10月结束，共进行了4轮盆栽。每轮盆栽设置8组处理，包括2种肥力土壤：中肥力土和低肥力土，3种浓度的木醋液：0.10%，0.15%，0.30%，以清水作为对照。每组处理设置5个重复。每盆装入过2 mm筛的土样，放入小白菜种子，小白菜全部出苗后间苗，保持每盆10株小白菜。每3 d浇1次木醋液，各处理各盆之间用量相同，使田间持水量保持在30%，栽植75 d后小白菜成熟。第4轮盆栽小白菜成熟后，收获小白菜，测定每盆小白菜的鲜重、株高、根长、茎粗，同时采集土样，测定土壤酶活性。

1.3 指标测定

淀粉酶(amylase, AM)活性采用二硝基水杨酸比色法[10]。土壤脲酶(urease, UR)活性采用苯酚钠—次氯酸钠比色法[11]。蛋白酶(protease, PR)活性采用茚三酮比色法[12]。磷酸酶(phosphatase，PA)活性采用对硝基苯磷酸二钠比色法[11]。过氧化氢酶(catalase, CA)活性采用容量法[13]。脱氢酶(dehydrogenase, DH)活性采用氯化三苯基四氮唑比色法[11]。

土壤肥力生物指数(biological index of fertility，BIF)的计算方法：

BIF=(1.5×DH+k×100×CA)/2[13]

(1)

式中：k——比例系数，一般取0.01[14]。

酶活性指数(Enzyme activity number，EAN)的计算方法[14]：

EAN= 0.2×(0.15×DH+CA+1.25×10-5×

AP+4×10-2×PR+6×10-4×AM)

(2)

1.4 数据分析

所有土壤指标数据均在土壤烘干(105 ℃)重量的基础上进行计算。所有的试验数据应用SPSS 17.0软件进行方差分析，显著性差异比较；用Excel 2007进行绘图。

2 结果与分析

2.1 施用木醋液对盆栽小白菜农艺性状指标的影响

不同浓度木醋液对小白菜农艺性状指标的影响见图1。对低肥力土壤而言，随着木醋液浓度的增加，小白菜鲜重、茎粗、根长不断增加，其中0.30%的木醋液效果最好，与对照相比分别显著提高了57.78%，15.74%，20.74%(p<0.05)；在施用各浓度木醋液下，小白菜株高在各浓度木醋液作用下没有明显规律。对中等肥力土壤而言，小白菜鲜重、茎粗、根长随着木醋液浓度的增加呈现先增加后降低的趋势，其中0.15%的木醋液效果最好，分别比对照显著提高了46.06%，16.81%，12.84%(p<0.05)；与低肥力土壤一样，小白菜株高在各浓度木醋液作用下没有明显规律。木醋液促进小白菜产量增加主要在于其增加了小白菜的茎粗和根长，具有矮壮效果。低、中两种肥力的土壤进行比较，除了小白菜株高没有差异外，对照、0.10%，0.15%木醋液处理下，低肥力土壤的小白菜鲜重、茎粗、根长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个指标已达到中等肥力土壤水平。

从本研究的结果可以得出，不同肥力土壤上木醋液的最适用量不同，低肥力土壤需要较高浓度的木醋液，而中等肥力土壤中应用较高浓度木醋液则会产生抑制作用。潘洁等[14]和Mungkunkamchao等[15]的研究结果也表明，木醋液可以促进蔬菜生长、提高蔬菜产量，但是施用过量会产生抑制作用，用量过小促进效果则不明显，这与本研究的结果是一致的。

注：不同小写字母表示相同浓度木醋液不同肥力土壤之间在0.05水平下差异显著；不同大写字母表示相同肥力土壤不同浓度木醋液之间在0.05水平下差异极显著。下同。

图1木醋液对研究区低、中肥力土壤小白菜鲜重、茎粗、根长、株高的影响

2.2 施用木醋液对土壤酶活性的影响

木醋液对两种肥力土壤酶活性的影响如图2所示。与对照相比，不同浓度木醋液均显著提高了低、中两种肥力土壤的淀粉酶活性，而不同浓度之间土壤淀粉酶活性没有差异，低、中两种肥力土壤之间的淀粉酶活性也没有规律。淀粉酶可以把土壤中淀粉分子分解成单糖，有利于植物和土壤微生物吸收利用，其活性可反映土壤有机质积累与转化情况[16]。淀粉酶也能直接参与土壤有机质的转化过程，增加有机质积累与转化情况[17]。本研究结果表明，木醋液促进了低、中肥力土壤有机质的转化，增加了土壤中易溶物质的含量。

在低肥力土壤中，随着木醋液浓度升高，脲酶活性呈现先增加后保持稳定的趋势，蛋白酶活性则呈现不断增加的趋势，在0.30%的木醋液处理下最高，比对照提高了41.07%。在中肥力土壤中，脲酶活性和蛋白酶活性均随着木醋液浓度升高先增加后降低，其中0.15%的木醋液处理下土壤脲酶和蛋白酶活性最高，比对照提高了34.27%和40.91%。两种肥力土壤之间相比较，中肥力土壤脲酶和蛋白酶活性总体高于低肥力土壤。土壤脲酶主要来源于动植物残体分解释放的酶和土壤微生物及植物根系的分泌物[18]。脲酶能促进尿素的分解，可以表征土壤氮素供应状况。蛋白酶是土壤有机氮水解为氨基酸过程中重要的酶[19]。蛋白酶能够分解蛋白质、肽类，参与调节生物的氮素代谢，是促进土壤氮循环的重要组分[20]。本研究结果表明，木醋液促进了低、中肥力土壤的氮素转化，增加了土壤氮素的供给。

图2 木醋液对研究区低、中肥力土壤酶活性的影响

土壤磷酸酶活性在低、中两种肥力土壤中具有相同的趋势，在对照，0.10%，0.15%木醋液处理下活性保持不变，0.30%木醋液处理下活性增加，分别比对照显著提高了125.00%和17.56%(p<0.05)。两种肥力土壤之间相比较，在对照，0.10%，0.15%木醋液处理下低肥力土壤磷酸酶活性显著低于中肥力土壤(p<0.05)，0.30%木醋液处理下则达到了中肥力土壤水平。磷酸酶是土壤中广泛分布的一种水解酶，能够催化磷酸酯的水解反应[21]，土壤磷酸酶在土壤磷素循环中也起着重要作用，其活性高低直接影响土壤有机磷的分解转化速率，常用来反映土壤有效磷转化方向和强度[22]。本研究结果表明0.30%的木醋液能够促进土壤中磷素的转化，增加有效磷的供给。

木醋液处理下土壤的过氧化氢酶和脱氢酶活性呈现出相同的趋势。在低肥力土壤中，随着木醋液浓度升高，过氧化氢酶和脱氢酶活性呈现不断增加的趋势，在0.30%的木醋液处理下达到最大，分别比对照显著提高了72.00%和537.31%(p<0.05)；中肥力土壤中，过氧化氢酶和脱氢酶活性均随着木醋液浓度升高先增加后降低，其中0.15%的木醋液处理下土壤过氧化氢酶和脱氢酶活性最高，比对照提高了25.37%和243.41%。两种肥力土壤之间相比较，中肥力土壤过氧化氢酶和脱氢酶活性总体高于低肥力土壤。过氧化氢酶能酶促水解过氧化氢分解为水和氧的反应，解除过氧化氢对植物的毒害作用，可以用来表征土壤的生化活性和抗逆性[23]。脱氢酶能酶促有机物质脱氢，起着氢的中间转化传递作用，只存在于生活细胞内，已被普遍应用于评估土壤微生物代谢活性[24]。本研究结果表明，木醋液能够促进低、中肥力土壤的微生物活性，提高土壤的生物转化能力和抗逆性。

2.3 施用木醋液对土壤肥力的影响

酶活性指数(EAN)和土壤肥力生物指数(BIF)是土壤酶活性的综合性指标，能够表示土壤肥力状况。从图3可以看出，低肥力土壤中，随着木醋液浓度的升高，EAN和BIF均增加，在0.30%的木醋液处理下达到最高，分别比对照显著提高了57.58%和442.86%。中肥力土壤中，EAN和BIF随着木醋液浓度升高先增加后降低，其中0.15%的木醋液处理下最大，分别比对照显著提高了50.61%和197.06%(p<0.05),在0.30%木醋液处理下，EAN和BIF开始降低，李忠徽等[25]将不同浓度木醋液施于娄土，结果表明，低中浓度木醋液对土壤肥力提高效果好，而高浓度效果不明显。两种肥力土壤之间相比较肥力提高效果对土壤，中肥力土壤EAN和BIF总体高于低肥力土壤。本研究结果表明，木醋液能够促进土壤的肥力水平，原因在于前述的木醋液增加了土壤易溶性有机物质、氮素和有效磷供给，提高了土壤生化活性和微生物代谢能力。胡春花等[26]将木醋液应用于设施蔬菜土壤中，结果表明，土壤肥力质量显著提高，这与本研究结果是一致的。

图3 木醋液对研究区低、中肥力土壤酶活性指数(EAN)、生物肥力指数(BIF)的影响

低肥力土壤的肥力质量(BIF，EAN)在0.30%的木醋液处理下最佳，而中肥力土壤则在0.15%的木醋液处理下达到最大值，原因在于中肥力土壤比低肥力土壤的可利用养分含量高，因此所需的木醋液浓度比较低，而低肥力土壤需要较高浓度的木醋液才能使土壤可利用养分达到最佳。

3 结 论

(1) 木醋液能够促进低、中肥力土壤小白菜茎粗和根长的增长，进而提高了小白菜产量，而对小白菜株高没有显著的影响。其中0.30%和0.15%的木醋液分别对低肥力土壤和中肥力土壤中小白菜的增产效果最佳。

(2) 木醋液总体上促进土壤淀粉酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶、过氧化氢酶、脱氢酶的活性增加；木醋液能够提高土壤的酶活性指数和土壤生物肥力指数，提高土壤肥力，其中0.30%和0.15%的木醋液分别对低肥力土壤和中肥力土壤肥力的提升效果最佳。

(3) 不同浓度木醋液处理下低肥力土壤的小白菜产量指标、酶活性和酶活性综合指标总体小于木醋液处理下中肥力土壤。木醋液可以作为低、中肥力土壤一种良好的改良剂，用于提高土壤肥力，增加蔬菜产量。