发酵醋渣制肥对盐碱化土壤性质和麦苗生长的影响

王 卫，李 伟

(1.西北大学 城市与环境学院，陕西 西安 710127；2.西北大学 生命科学学院，陕西 西安 710069)

0 引言

近年来土壤盐碱化和次生盐碱化问题在世界范围内广泛存在，据联合国教科文组织(UNESCO)和粮农组织(FAO)不完全统计，全世界盐碱地面积约为9.54亿hm2[1～2]。盐碱化不仅危害土壤条件，而且抑制作物的生长发育，造成缺苗、减产、死亡等问题，从而阻碍农业发展。位于我国西北内陆半干旱地区的陕西省渭南市的卤阳湖地区，年均蒸发量大于降水量，而且地势低洼，排水系统差，当地土壤盐碱化程度不断加剧[3]。治理盐碱地已受到普遍重视，主要措施包括水利改良：灌水洗盐、地下排盐等；农业改良：平整土地、轮作等；化学改良：施用改良物质如石膏、泥炭等；生物改良：种植耐盐植物、使用生物质材料和微微生物菌肥等。相较于工程改造和化学改良等，微生物肥料不仅可以改善盐碱土，还可增加土壤肥效，对于盐碱土具有重要的意义[4]。

微生物肥料的制作主要在于原材料和菌种，对于盐碱地，酸性材料的改良意义更大。相关资料表明，现国内外已对酸性物质改善盐碱化有一定的研究。醋渣的主要成分为玉米、小麦、麸皮、高粱等一次生产后的生物废料，因其具有酸度大、腐烂慢等特点,直接填埋,既污染坏境,又造成浪费[5～6]。马妍等[7]选择3种酸性残渣作为土壤改良剂进行试验，结果表明，掺拌酸性残渣废弃物能够明显改善土壤的渗透性能，提高脱盐效率，同时抑制脱盐碱化程度;鲁新蕊等[8]研究生物炭酸化改性后对苏打盐碱土的影响，结果表明，苏打盐碱化土壤施用酸化生物炭后，pH值降低，有机质含量提高。周万海[9]等研究微生物菌剂在醋渣堆肥中的应用，结果表明微生物菌剂能加速水分散失、有机物质分解和纤维素类物质降解，缩短堆肥时间。鉴于醋渣及微生物对于改善盐碱地均有一定效果，且目前对于二者结合改善盐碱地的研究很少，笔者研究将针对性地选用微生物，将其培养成菌液后，接种于高温灭菌后的醋渣，发酵制成微生物菌肥。通过盆栽试验，在盐碱土中施用不同比例的醋渣生微生物菌肥，通过测定其对小麦幼苗生长情况的影响以及盐碱土壤理化性质，探究醋渣微生物菌肥对盐碱土的改良效果，为改良盐碱化土壤探索新途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试小麦为西农805，购自杨凌农资店。供试醋渣取自西安鄠邑区大王醋厂，主要成分为麸皮、高粱、玉米、小麦等残余物。供试盐碱土壤取自陕西蒲城陈庄镇西陈村盐碱地表层土壤(0～20 cm)，年平均气温13.2℃，年均降雨量550 mm，无霜期 180～220 d。盐碱土壤0号pH值为8.33，电导率为524μs·cm-1；盐碱土壤1号pH值为8.08，电导率为586μs·cm-1。

1.2 菌株及醋渣微生物菌肥制作

1.2.1 菌株 酵母菌(Saccharomyces)、圆褐固氮菌(Azotobacterchroococcum)、巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)。由西北大学生命科学学院应用微生物实验室黄建新教授提供菌株。

1.2.2 培养基 牛肉膏蛋白胨加糖培养基:牛肉膏3 g、蛋白胨10 g、氯化钠5 g、蒸馏水1 000 mL、葡萄糖5 g、pH=7.0～7.2、121.3℃、高压蒸汽灭菌20 min。

阿氏贝无氮培养基：甘露醇10 g、KH2PO40.2 g、MgSO4.7H2O0.2 g、NaCl0.2g CaSO4.2H2O 0.1g、CaCO35g、水1 000 mL、pH自然、115℃、灭菌30 min。

豆芽汁培养基：黄豆芽200 g、葡萄糖10 g、自来水 1 000 mL、pH自然 、121℃、灭菌20 min,将200 g黄豆芽煮沸30 min过滤得到1 000 mL的豆芽汁。

1.2.3 菌株复配及发酵醋渣微生物菌肥 酵母菌接种于豆芽汁培养基斜面，圆褐固氮菌接种于阿氏贝培养基斜面，巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌接种于牛肉膏蛋白胨培养基斜面，30℃培养24 h，用接种针挑取一大环酵母菌于豆芽汁液体培养基，圆褐固氮菌于阿氏贝液体培养基，巨大芽孢杆菌，枯草芽孢杆菌于牛肉膏蛋白胨液体培养基中，摇瓶培养24 h(170rpm,30℃)，作为种子，再以5%(v/v)的接种量接种于对应的液体培养基扩大培养3 d。 酵母菌、圆褐固氮菌、巨大芽孢杆菌按5%(v/v)的接种量接种，枯草芽孢杆菌按7%(v/v)的接种量接种。发酵制作醋渣微生物菌肥，所产肥料按照NY 844-2012《生物有机肥》方法进行检测。检测结果，有效活菌(cfu)为5.37亿·g-1，有机质含量(以干基计)为62.2%。

1.2.4 盆栽实验处理 醋渣发酵完成后，分别添加质量比为5%(S1)、10%(S2)、20%(S3)、30%(S4)的醋渣菌肥(每盆总质量15 kg),与0号盐碱土均匀混合装盆。盆栽试验所用的盆规格直径为28cm、高度30cm。并设置盐碱土0号(CKO)、盐碱土1号(CK1)两个对照，每组试验做2个平行样。挑选颗粒饱满、均一的小麦种子于自来水浸泡24小时后，播种。每盆100粒种子，每隔3 d浇水一次，每盒100 mL。盆栽试验于2017年12月13号开始播种至2018年3月10号结束。

1.3 指标测定

pH值，采用电位测定法，FE20/EL20 pH计,(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)；每个测定样本按照《土壤农化分析实验》标准风干、磨细、过筛(2mm孔径)后，称取20 g于锥形瓶中，加入50 mL蒸馏水，搅拌5 min混合摇匀后静置1h，将上清液经定性滤纸过滤，滤液收集于100 mL烧杯中，进行测定。每个测定样重复测定三次，取平均值。

电导率，采用电级法， DDS-307型电导率仪, (上海仪电科学仪器有限公司)；每个测定样本按照《土壤农化分析实验》标准风干、磨细、过筛(2 mm孔径)后，称取20 g于250 mL锥形瓶中，加入100 mL蒸馏水，搅拌15 min混合摇匀后静置1 h，将上清液经定性滤纸过滤，滤液收集于200 mL烧杯中，25℃条件下进行测定。每个测定样重复测定三次，取平均值。

麦苗株高，采用米尺测量；小麦出苗率=出苗数/播种数*100%。

1.4 数据分析

使用origin8.0和Excel2016软件对试验数据进行统计分析和作图。用单因素方差分析(One-way ANOVA)(p<0.05)对各处理进行显著性差异进行分析。

2 结果与分析

2.1 醋渣微生物菌肥对于小麦出苗率的影响

从10到28天，小麦苗生长趋势比较快。第10天，CK0、S1、S2的出苗率比较低，S3次之；S4最高为41%，CK1次之，为33.5%。10～13 d的生长速度最快，各组均有较大幅度提升；CK0出苗率最低为34%，S1、S2、S3的出苗率均在36%～42%之间，S4最高为56%、CK2为54%。13～19 d，生长速度放缓；CK0出苗率最低为54.5%，S1、S2、S3的出苗率均在55%～58.5%之间，CK1出苗率最高为65.5%，S4次之，为62.5%。19～22 d，CK0、S1、S2生长速度相似，增幅较小；S3、S4增幅较大，S4出苗率最高，为68%，S3接近CK1。22～28 d,S1、S2、S3、S4出苗率持续上升。S3最高，为72%，S4次之为71%，S2为65%，S1为64%。CK0，CK1生长趋于平缓；CK0最低仅为58%，CK1为68.5%。28～43 d，各组小麦出苗率整体趋势不变，S3>S4>CK1>S2>S1>CK0。第43天，S4与S3出苗率持平，S4=S3>CK1>S2>S1>CK0，出苗率分别为74.5%、74.5%、72%、66.5%、65.5%、61.5%。

由数据和图1可知，使用醋渣微生物菌肥的S1～S4实验组的小麦出苗率均高于盐碱对照组CK0，生长43 d后，S4与CK1极差达13%。且S4、S3组小麦出苗率均高于CK1。小麦出苗情况相比于盐碱对照更好，这与姜明[10]研究圆褐固氮菌和巨大芽孢杆菌复合有机肥促进玉米出苗情况一致。发酵醋渣有机肥对于改善盐碱环境、提高小麦出苗率的效果与醋渣使用量呈正比关系。

施加发酵醋渣有机肥后，盐碱土壤得到一定程度的改善，小麦所受到的盐碱环境胁迫减小，生长环境得以改善，更多的小麦种子有了成长的机会。再者，添加的菌种增加了土壤微生物的数量和多样性，提高了土壤活性，芽孢杆菌等可以抑制一些土壤真菌和病毒的繁殖，降低小麦出苗过程受到侵害的可能性。

图1 不同质量比醋渣微生物菌肥处理后麦苗出苗率情况

注:CK0，CK1分别表示盐碱土对照、正常土对照，S1,S2,S3,S4表示施加发酵醋渣微生物菌肥质量比分别为5%、10%、20%、30%的实验处理

2.2 醋渣微生物菌肥对于麦苗高度的影响

第10天，CK0、S1、S2、S3小麦苗株高均小于0.1 cm；S4、CK1麦苗株高分别为2.7 cm、2.9 cm。第10-16天各组生长速率最快，均有较大幅度提升。CK0最低，株高为6.3 cm；S1、S2、S3麦苗株高在6.9～8.8 cm；S4最高为12.9 cm,CK1次之为9.7 cm。第16～22天，各组生长速率放缓，S2麦苗株高增长速率相对其他组更快；CK0最低，仅为8.8 cm;S1为12.8 cm、S2为11.9 cm、S3为14.3 cm超过CK1，S4最高，为16.6 cm；第22～28天，S2组麦苗株高超过S1组，总体株高由小到大为CK0

由数据和图表得知，使用发酵醋渣微生物菌肥的S1～S4实验组的小麦苗株高均高于盐碱对照组CK0，生长43天后，S4与CK1极差达5.5 cm。且S4、S3组小麦苗株高均高于CK1。发酵醋渣微生物菌肥对于改善盐碱环境、提高小麦苗株高的效果与醋渣使用量呈正比关系，与小麦出苗率情况保持一致。由此说明，使用发酵醋渣微生物后，盐碱土壤得到一定程度的改善，小麦所受到的盐碱环境胁迫减小，再者，选用的菌种可能提高盐碱土壤呼吸强度和微生物活性，促进土壤中迟效氮磷钾元素的释放，土壤肥力增强。

图2 不同质量醋渣微生物菌肥处理后麦苗高度情况

注:CK0，CK1分别表示盐碱土对照、正常土对照，S1,S2,S3,S4表示施加发酵醋渣微生物菌肥质量比分别为5%、10%、20%、30%的实验处理

2.3 醋渣微生物菌肥对盐碱土壤pH的影响

pH是衡量土壤酸度的基本指标,碱性越强，有效养分释放受到抑制，土壤供肥能力越弱[11]，植物在适宜的酸碱性范围内,才能长势良好。 pH对土壤中氮素的硝化作用和有机质的矿化影响很大，从而关系到小麦的生长发育。施用不同质量比的醋渣微生物菌肥(5%、10%、20%、30%)后，土壤pH值在不同程度上均有所降低，降幅为2.16%～7.44%。施用醋渣微生物菌肥质量比5%的土壤pH值，由8.33降低到8.15，pH值降低了0.18个单位；施用质量比为10%时，pH值降低了0.62个单位，为实验组变化最大值；施用质量比为20%时，pH值降低了0.44个单位；施用质量比为30%时，pH值降低了0.52个单位。除了质量比10%实验组外，在一定范围内，醋渣微生物菌肥施用比例越大，土壤pH降低的程度越大。

由此可以看出，施加不同比例醋渣微生物菌肥后，盐碱土碱度均有一定程度的降低。其原因在于，一方面，醋渣成分是玉米、小麦、麸皮、高粱等一次生产后的生物废料，富含有机质，可使土壤有机质含量增加，对土壤的碱度有一定的缓冲作用；另一方面，所选用的菌种起到促进作用,醋渣的有机质经过微生物分解后转化形成腐殖质，提高了土壤的缓冲能力，巨大芽孢杆菌的解磷机制是产生了有机酸[12],能中和盐碱土壤中的碱性物质。圆褐固氮菌固氮作用和巨大芽孢杆菌解磷作用，促进了土壤中氮素的增加和迟效养分的释放，利于植物吸收营养物质，加快小麦生长。因此，醋渣微生物菌肥可以改善土壤结构，降低盐碱地土壤碱性，植物碱胁迫减小，生长环境改善。

表1 不同质量发酵醋渣微生物菌肥处理土壤后的pH值

注:CK0、S1-S4变化率=pH值-8.33(盐碱土0样本)/8.33*100%。

CK1变化率=pH值-8.08(盐碱土1样本)/8.08*100%

图3 不同质量醋渣微生物菌肥处理对土壤pH值的影响

注:CK0，CK1分别表示盐碱土对照、正常土对照，S1,S2,S3,S4表示施加发酵醋渣微生物菌肥质量比分别为5%、10%、20%、30%的实验处理

2.4 醋渣微生物菌肥对盐碱土壤电导率的影响

土壤浸取液电导率是描述土壤盐分状况的常用指标之一，这一参数包含了水分含量、土壤盐分及离子组成等丰富信息[13～14]。种植小麦后测定土壤浸取液电导率，由表2可知，0号盐碱对照组的土壤电导率下降1.8%，而施加不同质量比醋渣微生物菌肥的实验组电导率增加15.65%～73.65%。图4表明，随着醋渣微生物菌肥施加量的增加，电导率呈现增大的趋势，施加30%实验组增幅达73.65%，这与高伟等[15]研究醋渣混合褐煤、牛粪、石膏等在一定程度增加了土壤全盐含量有相似效应。但此结果与醋渣微生物菌肥使pH值降低、小麦生长情况更好不一致，出现这种现象的原因可能是添加的醋渣经过微生物降解和固氮后产生了等利于植物吸收的可溶性盐分，但其盐类组分及含量变化需要进一步研究。

表2 不同质量发酵醋渣微生物菌肥处理土壤后的电导率 (μs·cm-1)

注:CK0与S1-S4变化率= (EC-524)/524*100%;CK1变化率= (EC-586)/586*100%。

图4 不同质量醋渣微生物菌肥处理对土壤电导率的影响

注:CK0，CK1分别表示盐碱土对照、正常土对照，S1,S2,S3,S4表示施加发酵醋渣微生物菌肥质量比分别为5%、10%、20%、30%的实验处理

3 结论与讨论

醋渣营养丰富，含有大量有机物和无机物，可为土壤微生物生命活动提供养分，施加到土壤中可被微生物降解，提高土壤保水、保肥和透气性能、改善土壤理化性质[16～18]。将醋渣接种有益菌种发酵制成微生物肥料，可能对于土壤和植物生长有更好的促进作用。目前微生物肥料所选用的菌主要是解磷菌、解钾菌和固氮菌[19]。陈凯等[20]通过单因子和正交实验证明巨大芽孢杆菌P1具有较强的解磷能力,张维娜等[21]研究了巨大芽孢杆菌JD-2对有机磷、无机磷的降解效果，结果表明，巨大芽孢杆菌JD-2具有很强的解磷能力，不同浓度的实验组在土壤中均具有解磷效果。圆褐固氮菌是自身固氮菌，有较强的固氮能力，并且能够分泌生长素，促进植株的生长。卢秉林等[22]利用圆褐固氮菌做生物氮肥进行春小麦盆栽试验，结果表明，圆褐固氮菌N45具有对春小麦的增产作用和对氮肥利用的促进作用。解钾菌的主要类型以芽孢杆菌属为主[23]，如枯草芽孢杆菌等具有一定解钾效果。芽孢杆菌还具有防治植物病害和耐盐的优势。枯草芽孢杆菌可通过竞争、拮抗、溶菌作用抑制甚至杀土壤死病菌，还可诱导植物自身抗病潜能，促进植物根系及植株生长，减少病害发生[24～26]。尹汉文等[27]研究了枯草芽孢杆菌对黄瓜耐盐性的影响，发现在无盐胁迫或1g·L-1NaCl胁迫下，枯草芽孢杆菌可促进黄瓜植株生长，而在2 g·L-1NaCl胁迫下无促进作用。

笔者研究利用枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、圆褐固氮菌和酵母菌复配后接种醋渣发酵制成为微生物菌肥，探究其对于盐碱化土壤及小麦生长的影响。醋渣微生物菌肥以不同质量比添加到小麦盆栽中试验，定期观测小麦出苗、株高情况并记录数据，最终对土壤理化性质进行检测，结果显示醋渣微生物菌肥可以有效降低盐碱化土壤的pH值、提高小麦的出苗率和株高，这与吴晓卫[28]等筛选耐盐碱微生物复配微生物菌肥具有盐碱地改良效果和提高植物出苗率、株高具有一致性。这可能是微生物肥料对于土壤的改善作用，增加了腐殖质和其他营养元素，促进土壤的改善和植物生长。但醋渣微生物菌肥一定程度上增加了盐碱化土壤的电导率，又与笔者研究的其他指标和一些其他报道有矛盾，这可能是因为复合菌种的固氮、解磷、解钾作用增加了土壤中速效氮磷钾含量，一定程度增加可溶性盐，其具体机理还有待进一步研究。研究还表明，添加量不是越多越好，添加20%与30%的实验组对于pH值降低和小麦出苗率、株高的提高没有显著性差异，菌肥量施用不宜过多。综上所述，利用醋渣固体废弃物结合解磷、解钾、固氮菌种制成微生物肥料对于改良盐碱地特别是西北内陆地区的盐碱地具有重要的意义，但其具体改善机制还有待进一步研究。