竹叶酵素制备及其在土壤改良中的应用

徐 新 刘博然 杜 艳 许月 王 双 黄苗苗 唐 薇 宋 宇

(北京市紫竹院公园 北京 100048)

中国是世界上最主要的产竹国，竹林资源集中分布于长江以南，其中以福建、浙江、江西、湖南省最多，4 个省竹林面积占全国竹林总面积的60.7%。北京地区的竹子基本上为引种，紫竹院公园为北京地区竹子集中栽植区，从20 世纪70 代初开始引种竹子。目前，紫竹院公园竹品种丰富，种植面积10 多万m2，陆地种植竹子70 余万株，盆栽竹1 000 余盆。“十三五”期间北京市全面开展“增彩延绿”创新工程，竹子是在北京表现良好的延绿植物。竹类植物常绿，即使是在北京的冬季，竹叶的绿色也较松柏类常绿植物更鲜亮，弥补了北京冬季对绿色的需求[1]。

长期以来，由于南北气候、土壤条件的差异，竹子在北京紫竹院公园内生长状态不良，植株活力较弱，无论是露地、保护地还是盆栽竹，普遍出现枝干、叶片颜色发黄、发锈等现象，园林景观效果差，其原因主要是受空气温度、湿度和土壤状况的影响[2－3]。其中，土壤问题主要集中在土壤碱化，板结现象严重，现有的治理方法主要是通过施用硫、磷肥调节土壤pH 值，但收效一般，且实际经济成本较高。酵素是利用植物副产物经厌氧发酵而制成的液体产物，具有pH 值低、小分子有机物、酶含量及营养物质丰富等特点[4]。近年来，酵素在土壤改良方面的作用普遍受到重视[5]。我们在竹林管理实践中发现，土壤施用升华硫可以缓释长效降低土壤pH值，磷酸灌溉可以在植物速生期快速调节土壤pH值，但效果不持续，而且升华硫和磷酸仅具有调节土壤pH 值的作用；竹叶酵素液含有内生菌，既可以通过产生对竹子根系生长有促进作用的植物激素、蛋白酶等物质直接影响竹子根系的生理代谢，还可以通过生物固氮、溶磷等方式增强根系吸收营养物质的能力间接促进植物生长[6]。本文试验研究了利用竹园丰富的竹叶废弃物制备酵素，并期望通过竹叶酵素与升华硫和磷酸的配合施用，从有机、无机两方面改良土壤，试验取得了较好的效果。

1 试验区概况

紫竹院公园位于北京市海淀区，气候为典型的北温带半湿润大陆性季风气候。多年平均降水量为600 mm，主要集中在 6—8月份，冬季干旱少雨。土壤为褐土。对公园竹林土壤测试结果显示，土壤pH值为7.64～8.30，呈偏碱性，且土壤有机质含量低，易板结。因此，从物理、化学、生物等方面对土壤进行改良具有非常重要的现实意义。

开展试验的竹种为金镶玉竹、铺地竹，平均竹龄5年，普遍出现退笋、竹叶发黄、发锈并且出现斑点，茎秆颜色灰暗等问题。

2 材料与方法

2.1 酵素制备

为了制备竹叶酵素，自制简易的发酵罐(图1)。发酵罐包括罐体和气体压力调节装置2 个部分，整个装置在发酵过程中一直处于密闭状态，使用气球作为排气阀观察罐内气压变化，整个过程无需人为控制排气阀。将准备好的水、糖和竹叶按质量比300∶(30 ～ 60)∶(90 ～ 100)置入发酵罐中后混匀，控制罐体温度在28～32 ℃，发酵3 个月，即得竹叶酵素。

图1 竹叶酵素制备装置示意图

2.2 竹叶酵素成分测定

为了解所制酵素的质量状况，对制备的竹叶酵素的固相样品和液相样品分别进行营养成分测定。固相样品测定内容包括全氮、铵态氮、硝态氮、有机氮、pH 值、水分含量；液相样品测定内容包括全氮、铵态氮、硝态氮、有机氮含量，液体 pH 值，液体密度。

全氮和有机氮含量采用凯氏定氮法测定。铵态氮和硝态氮均采用2 mol/L 的氯化钾溶液浸提、连续流动分析仪定量分析。

2.3 试验设计

1)土壤施肥试验。在紫竹院公园的金镶玉竹林中选择4 个地块布置试验。试验设置4 个处理：不施硫、磷酸、酵素的空白处理(CK)，升华硫＋酵素处理(S)，磷酸＋酵素处理(P)，磷酸＋升华硫＋酵素处理(S＋P)。每个试验处理面积5 m2。2017年3月15日进行施肥处理，2018年3月10日取土样，期间间隔大约1年。分别在每个小区按5 点采样法取0～20 cm 土壤制备混合样，送实验室分析。土样测定指标包括土壤 pH 值，土壤电导率(EC 值)，土壤速效磷、速效钾、有机质和全氮含量。土壤pH值、EC 值分别以用pH 计和电导仪测定，土壤速效磷含量采用钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用火焰光度法测定，土壤有机质采用外加热重铬酸钾氧化法测定，土壤全氮采用凯氏定氮法测定。

2)对竹子生长的影响试验。以金镶玉竹和铺地竹为供试材料进行盆栽试验，设置不施酵素和施用酵素2 个处理。施肥后约1年，在新竹长成后用RHS 比色卡测试竹叶和茎秆颜色的变化，同时对铺地竹测定植株冠幅及生物量的变化。

3 结果与分析

3.1 竹叶酵素的营养成分

竹叶酵素营养成分的测定结果显示(表1 和表2)，制备的酵素酸度较高，固相部分pH 值在3.77～ 4.95，平均为 4.24；液相部分 pH 值在 3.45 ～4.03，平均为3.60；同时含有植物所需的氮类营养物质，可用于改良碱性土壤。

表1 竹叶酵素固相部分养分含量

表2 竹叶酵素液相部分养分含量

3.2 竹叶酵素对竹园土壤的改良效果

竹林土壤施用竹叶酵素后，土壤养分含量的测定结果见表3。由表3 可见，土壤施入酵素后，土壤pH值普遍有所降低，降幅在0.1 ～0.4 个单位。酵素液调节土壤pH 值主要依靠发酵液中的乙酸成分，该成分为竹叶发酵时微生物产生的乙醇在发酵结束后换气时氧化所产生的。土壤酸化后，土壤中磷、钙、铁等养分元素的有效性提高，速效磷等养分含量提高。另外，土壤施入酵素液的同时也带入了微生物和酶，有助于土壤中大颗粒有机物的分解、促进养分的活化。

表3 施用酵素后土壤化学性状变化

分析结果还显示，施用竹叶酵素后，土壤EC 值、速效钾含量呈上升趋势，这可能与酵素同时施用的其他材料带进了离子物质有关。由于竹叶酵素富含有机物质，施用后明显提升了土壤的有机质含量，对于竹子生长和养分吸收都有重要的支持作用。同时结合土壤速效钾含量的提升，有助于竹子钾的吸收，增强其抗旱、抗寒的能力，使其保持更好的生长状态，观赏性能和观赏时间得到更好的保持。

3.3 竹叶酵素对竹子生长的影响

盆栽竹试验结果显示(表4)，盆栽竹施用酵素后，竹叶绿期延长，植株冠幅变大，竹子地上部生物量增加。分析原因可能为：施用酵素后土壤pH 值降低，促进了土壤养分活化；酵素中的固相残渣主要为微生物发酵过的植株废料，容易形成腐殖层，可为盆栽土壤提供养分；酵素残渣在土壤表面达到3 cm 厚时可防止杂草生长；酵素残渣可有效保持土壤水分，防止土壤水分蒸发。

表4 土壤施用竹叶酵素后竹子茎叶颜色及生物量变化

3 小结与讨论

应用竹叶酵素代替或辅助公园原有方式(施用有机肥、河水浇灌)复壮北京地区的竹子不仅可以降低经济成本，而且可以使种植地区土壤pH 值显著降低，土壤养分含量增加，竹叶绿期延长，促进植株生长效果显著。竹叶酵素为竹林废弃物再利用的一种方式，全流程绿色环保，开发潜力巨大。

试验中发现，竹叶酵素发酵包括2 个阶段：第1阶段微生物活动剧烈，有机物快速分解，产生大量气体，导致罐体内气压升高，气球不断膨胀；第2 阶段分解过程变慢，可能进行了物质的进一步转化，发酵液不断酸化，罐内氧气耗尽，气压下降，气球回缩，直至内吸到罐体中，推测部分氮气也被微生物反应所消耗，具体原因需要进一步深入研究。

发酵罐体可采用玻璃、塑料质容器。小型试验装置可以用罐头瓶、可乐瓶、矿泉水瓶等，大型生产装置可以采用吨桶或其他相同材质的容器。发酵过程需要注意：发酵前竹叶与竹子废弃物应进行清洗但不应过度，以保持携带一定的菌群；保持适当的温度，适宜温度应为28 ～32 ℃；容器密闭，以保持厌氧环境；避免光照，应在避光条件下进行发酵。

在本试验的基础上，构建了一套基于酵素的土壤综合调酸改良措施，具体为：3月份，在盆栽竹出笋前根施升华硫1 次，磷酸1 次；在4—6月份竹子速生期，每月施磷酸1 次；11月份入冬前根施升华硫1 次，磷酸1 次；在此基础上，每季度施用竹叶酵素1 次。其中，升华硫施用方法为均匀撒在土壤表面后翻土，用量为100 ～200 g/m2；磷酸浇灌的施用方法为将磷酸兑入水中，将水溶液的 pH 值调节为 4.5 ～6.0即可。