米糠环保酵素对土壤中钾素含量的影响

朱德艳

(荆楚理工学院教务处，湖北 荆门 448000)

目前，农业生产中使用的化肥量和农药量渐渐增多，农民不合理使用化肥和农药，造成土壤结块、有机质含量不足，透气性能降低，土壤营养流失等问题，进而导致农作物收成降低。另外，随着农作物产量的提高，钾素需要量越来越多，致使土壤中钾含量相对减少[1],但钾作为大量营养元素，在植物生长过程中起着十分重要的作用[2-4]。目前，钾素问题在农业生产中日益突出，在大部分地区，土壤缺钾已经成为限制农业发展的主要问题之一[5]。

环保酵素是将植物垃圾充分利用，将其运用到生活中，变废为宝，是近年来非常提倡的一种发酵产品。植物垃圾是有机垃圾的一种，如菜叶、水果皮等厨余垃圾，这些垃圾大多被丢到垃圾桶，不仅给处理垃圾的人增加了负担，也浪费了资源。环保酵素在制备过程中会产生大量的微生物，且含有大量的糖分以及小分子的有机质、磷素、钾素等成分，对提高土壤的肥力具有重要的作用[6]。李方志[7]等采用水果皮、菜叶、红糖制成环保酵素，设计了4个浓度梯度和1个空白梯度对照，重复施浇3次之后用仪器测得钾素含量，得到1∶750的酵素浓度梯度对土壤速效钾改良效果最为明显，增幅达到6.06%；欧阳传德[8]等用蔬菜水果等厨余垃圾、糖和水按照一定比例自制成环保酵素探究其在种植业、养殖业、经济上的作用，得出环保酵素在农业上需要继续推广，有防治害虫等作用；冯筠洋[9]通过菜叶果皮加红糖、水制成环保钾素研究其对土壤改良后各项指标的变化，研究发现500和750的环保酵素的浓度蚯蚓数大于其它浓度，其中750最为合适，时间最好是42d。

参考上述实验，作者利用米糠、水、糖混合来制成米糠环保酵素施浇土壤，研究不同浓度梯度的米糠环保酵素对土壤钾素的影响，为改善土壤肥力提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料

米糠：荆门市东宝区所售；红糖：广州福正东海食品有限公司。

1.1.2 试验试剂

土壤浸提剂、土壤养分混合标准液、土壤速效钾掩蔽剂、土壤速效钾浊度剂、土壤速效钾助掩剂、土壤脱色剂等，均来自于河南农大迅捷测试技术有限公司。

1.1.3 试验设备

土壤养分速测仪：河南农大迅捷测试技术有限公司；循环水式真空泵：SHZ-D(III)，上海予华仪器设备有限公司；恒温培养振荡器：ZHWY-200B，上海智城分析仪器制造有限公司；电子天平：上海上天精密仪器有限公司；火焰光度计：410F，北京中科科尔仪器有限公司。

1.2 研究方法

1.2.1 制备米糠环保酵素

采用的主要原料是稻谷加工的副产品米糠，以红糖、米糠、水为原料，按1∶3∶10混合装入发酵罐中，持续厌氧发酵90d。前30d，每天打开瓶口搅拌放出发酵产生的气体，避免因气体积累造成塑胶桶炸裂导致危险事故的发生，同时也可以使后期酵素发酵效果更好；后60d密封发酵。离心取上清液得米糠环保酵素，测得酵素的蛋白酶活性为51.96U·mL-1。

1.2.2 土样采集及酵素处理

取花坛内施过化肥的土壤，将3～4cm表层土去除后再采集土样。对采集的土样进行测定，测得改良前土样的速效钾、全钾含量。

测量后，根据单因素试验和正交试验各组需要的土样量对采集的土样分盆装好。各组取体积为20mL的不同稀释倍数的酵素施浇各组土样，按设定的浇灌周期施浇3次，第3次施浇后过7d，用土壤养分测定仪测定各组改良后的速效钾、全钾含量，结合改良前的速效钾、全钾含量，计算出速效钾、全钾改良后的增幅。

1.2.3 单因素试验

1.2.3.1 酵素的稀释倍数

取自制的酵素10mL，对其进行稀释，稀释倍数分别为10、20、30、40、50，得到不同浓度的酵素。用不同稀释倍数的酵素20mL分别处理土样量为200g的土样，浇灌周期为7d，重复施浇3次，其它条件不变。待第3次施浇7d后，测量速效钾含量，将速效钾、全钾含量的增幅作为考察指标，来确定酵素的最佳稀释倍数。

1.2.3.2 酵素处理的土样量

取稀释倍数为30的米糠酵素，浇灌周期为7d的条件下，设计酵素(mL)与土样(g)1∶5、1∶7.5、1∶10、1∶12.5、1∶15的比例处理土样，浇灌周期为7d，重复施浇3次，其它条件不变。待第3次施浇7d后，测量速效钾含量，将速效钾、全钾含量的增幅作为考察指标，来确定酵素处理的最佳土样量。

1.2.3.3 酵素的浇灌周期

取稀释倍数为30的酵素20mL处理200g的土样，设计浇灌周期为3d、5d、7d、9d、11d，重复施浇3次，其它条件不变。待第3次施浇3d、5d、7d、9d、11d后，测量速效钾含量，将速效钾、全钾含量的增幅作为考察指标，来确定酵素的最佳浇灌周期。

1.2.4 正交试验

采用3因素3水平正交试验设计，选取酵素的稀释倍数、处理的土样量、浇灌周期3因素，设计3个水平，以速效钾、全钾含量的增幅为评判标准，选出改良效果最佳组合。正交因素水平设计如表1所示。

表1 正交因素水平表

1.3 数据处理

1.3.1 待测液准备

称取土样2g，加入土壤浸提剂40mL，土壤脱色剂0.5g，混匀后，用恒温培养振荡器剧烈振荡5min，保持温度在20～25℃，然后过滤，上清液即为待测液。

1.3.2 测定速效钾、全钾含量

分别吸取土壤浸提剂2mL、土壤养分标准液2mL、待测液2mL于3个反应瓶中，依次加入土壤速效钾掩蔽剂(摇匀至无气泡)2滴、土壤速效钾助掩剂6滴、土壤速效钾浊度剂6滴、土壤速效钾浊度剂4滴，摇匀后立即转移到比色皿中测定，根据仪器提示测定待测液中速效钾含量[10]。

采取火焰光度法(GB9836-88)测定土壤中的全钾含量。

1.3.3 计算增幅

为了更为合理地体现土壤改良后速效钾、全钾的增减情况，试验数据采用增幅率来呈现，即速效钾、全钾在改良土壤后其含量的增幅率。其计算方法及表达式：

增幅率=(D-Y)/Y×100%

式中，D为改良后的土样速效钾、全钾含量，mg·kg-1；Y为改良前土样速效钾、全钾含量，mg·kg-1。根据1.2.1的方法，测得速效钾Y=232.13mg·kg-1，全钾Y=314.25mg·kg-1。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 米糠酵素的稀释倍数对钾改良效果的影响

取200g土样，浇灌周期为7d的条件下，施浇稀释倍数分别为10、20、30、40、50的米糠酵素20mL，以改良后土样中速效钾、全钾含量的增幅为指标，结果如图1所示。

图1 米糠酵素的稀释倍数对速效钾、全钾含量的影响

由图1可知，5个稀释倍数的酵素对土壤中钾的含量都有提高的效果，其中10～30的稀释倍数时，土样中速效钾的增幅由8.18%上升到12.31%，全钾的增幅由5.17%上升到9.21%；稀释倍数高于30后，速效钾、全钾增幅都呈下降趋势；稀释倍数为40时，速效钾的增幅为9.09%，全钾增幅为6.43%；稀释倍数为50时，速效钾的增幅继续下降为7.25%，全钾的增幅下降为6.13%，因此最适宜的酵素的稀释倍数为30。分析其原因，当酵素浓度较高时，对土壤里的微生物以及一些化学反应有影响，从而导致钾增幅不大；当酵素浓度较低时，对催化土壤中钾元素转化为钾的作用不高，因此增幅下降。

2.1.2 米糠酵素处理的土样量对钾改良效果的影响

取稀释倍数为30的米糠酵素，浇灌周期为7d的条件下，设计酵素(mL)与土样(g)1∶5、1∶7.5、1∶10、1∶12.5、1∶15的比例处理土样，以改良后土样中速效钾、全钾含量的增幅为指标，结果如图2所示。

图2 不同酵素与土样比例对速效钾、全钾含量的影响

由图2可知，米糠酵素对改良土样的速效钾、全钾量有一定的影响。酵素(mL)与土样(g)比例为1∶5时，土样中速效钾的增幅为9.65%，全钾的增幅为7.37%；酵素(mL)与土样(g)比例为1∶10时，土样中钾的增幅达到最高，速效钾为12.76%，全钾为9.21%；酵素(mL)与土样(g)比例继续减少时，土样中速效钾呈下降趋势。分析其原因，当酵素(mL)与土样(g)比例为1∶10时，酵素处理土样的能力达到饱和，即酵素(mL)与土样(g)的最佳比例是1∶10。

2.1.3 米糠酵素的浇灌周期对钾改良效果的影响

取稀释倍数为30的米糠酵素20mL，施浇200g的土样，设计浇灌周期分别为3d、5d、7d、9d、11d，3次浇灌后测量土壤速效钾含量，以改良后土样中速效钾、全钾含量的增幅为指标，结果如图3所示。

图3 不同浇灌周期对速效钾、全钾含量的影响

由图3可知，酵素的浇灌周期对酵素改良土壤速效钾、全钾的效果也有一定的影响，当浇灌周期为3d时，土样中速效钾的增幅为4.96%，全钾的增幅为4.02%；当浇灌周期增加为7d时，速效钾的增幅提高到12.54%，全钾的增幅提高到8.79%；当浇灌周期继续增加至9d时，速效钾的增幅下降为10.96%，全钾的增幅增加为9.57%；浇灌周期为11d时，速效钾的增幅继续下降为3.59%，全钾的增幅下降为9.32%。分析其原因，酵素的浇灌周期，对土壤中钾素的吸附和解吸、固定与释放等影响较大，合理进行浇灌，才能达到较好效果，试验表明，浇灌周期为7d时酵素的改良效果较好。

2.2 正交试验

在单因素试验的基础上，以米糠酵素的稀释倍数、酵素处理的土样量和酵素的浇灌周期3个因素为考察因素，以土壤中速效钾、全钾的增幅为评价指标，正交设计试验得出改良土壤效果最好的最佳组合，结果见表2。

根据表2正交试验结果得出，米糠环保酵素对土壤速效钾、全钾改良效果的最佳组合为A2B2C2，即最佳改良效果的条件是米糠酵素的稀释倍数为30，酵素(mL)∶土样量(g)为1∶10，浇灌周期为7d。通过R的大小得出对改良效果影响因素大小为A>B>C，即影响环保酵素改良土壤速效钾、全钾效果的因素大小为酵素稀释倍数>酵素与土样比例>酵素的浇灌周期。

表2 正交试验结果

采用SPSS软件对所得的结果进行方差分析，结果见表3。显示Sig.都小于0.001，表明因素A、B、C对米糠酵素对于土壤中速效钾的改良作用都有极显著的影响，3个因素对影响主次顺序为A>B>C，与直观分析中极差大小顺序一致。

表3 方差分析表

采用SPSS软件对所得的结果进行方差分析，结果见表4。显示因素A和B的Sig.小于0.001，表明因素A、B对米糠酵素对于土壤中全钾的改良作用有极显著的影响，3个因素对影响主次顺序为A>B>C，与直观分析中极差大小顺序一致。

表4 方差分析表

2.3 验证试验

通过分析正交试验结果，得出最优试验组合为A2B2C2，但此组合不在正交试验中，因此需要做验证试验。对试验组合A2B2C2，即酵素的稀释倍数为30、处理的土样量为200g、酵素的浇灌周期为7d，进行3次平行试验来验证。测得3次的速效钾增幅分别为12.31%、12.54%、12.76%，平均值为12.54%，正交表中速效钾增幅最高的组合是A2B1C2，增幅为12.07%，相比得到的最佳组合的增幅要低一些；测得3次的全钾增幅分别为9.23%、9.31%、9.19%，平均值为9.24%，正交表中全钾增幅最高的组合是A2B1C2，增幅为8.69%，相比得到的最佳组合的增幅要低一些。因此得到结果，酵素的稀释倍数为30、酵素(mL)∶土样量(g)为1∶10、酵素的浇灌周期为7d为改良效果的最佳组合，土壤速效钾的增幅达到12.54%，全钾的增幅达到9.24%。

3 讨论

目前环保酵素在农业中的研究越来越广[13-15]，而米糠作为农副产品具有很高的利用价值，不再是生产大米剩下的垃圾，也不再仅仅作为猪饲料得到应用，米糠作为植物垃圾含有丰富的营养价值，可以通过米糠制作环保酵素来进一步提升价值。米糠类酵素是通过自身高效发酵产生的复合土壤改善肥料，含有一定比例的活性微生物，包括酵母菌等有益菌群。此外，发酵过程中产生的有机质、微量元素、矿物元素等多种成分能够起到固氮促磷的作用，增加土壤的有益成分，提高土壤中的养分含量。米糠类酵素作用的基本原理是通过施用酶制剂对原有土壤环境中各类型物质进行分解，在短期内大量产生适合作物生长的元素，包括N、P、K、S、Mg等元素，也包括有机酸、微生物、有机质等多种成分，达到改良土壤的目的。与常规施用酶制剂不同的是，米糠类酵素来源环保，对于土壤没有残留，作用效果明显，其产生的代谢产物有由微生物代谢产生的矿物质、葡萄糖等能被作物直接吸收的物质；有微生物分解产生的核酸、ATP等促进土壤中微生物培植的有益成分；也有微生物分泌的各类型的生长因子、营养物质，间接提供微生物的良好的生长环境，促进作物的持续生长[16,17]。施用酵素能对土壤的性能进行有效改善，激活土壤中被固化的营养物质，促进作物成熟，提高作物产量，改善作物品质。

本试验致力于研究米糠环保酵素的土壤改良效果，不仅发挥了环保酵素的作用，更是在寻找解决土壤缺钾的问题上进行了尝试。米糠环保酵素的长期施用对土壤持续改良，可优化土壤、提高土壤的质量，对农作物的生产和土壤保护有着重要的作用，对今后农业发展的研究有一定的意义。

4 结论

根据试验结果可知，米糠环保酵素对土壤速效钾、全钾含量的提高有一定的效果，速效钾增幅最高可达到12.54%，全钾的增幅达到9.24%。以酵素稀释倍数为30、酵素(mL)∶土样量(g)为1∶10、酵素的浇灌周期为7d的改良效果最为明显。需要注意的是，土壤中钾素的迁移与转化是一个复杂的过程，受土壤质地、水分、温度、pH值等诸多因素的影响[11,12]，各因素对钾素的影响机理还有待于进一步研究。