木醋液对土壤生物化学性状的影响

贺国祥， 张 杰， 孟会生， 洪坚平

(山西农业大学， 山西 晋中 030801)

0 引言

【研究意义】木醋液是由木材、秸秆等木质固体纤维废弃物采用燃烧、蒸馏、冷凝等工业技术工艺提取分离得到的一种植物提取物，颜色为红褐色，完全除去木焦油为透明的黄褐色，具有特殊的刺鼻气味，主要成分包括酸类、酚类、醛类、酮类、醇类和酯类等有机化合物[1]。木醋液的研究与应用最早源于17世纪中叶的欧洲木材干馏产业，其具有杀菌和防虫的功效，己在发达国家(日本、美国等)有机农业栽培中广泛用于植物生长、土壤改良、病虫害防治等方面[2]。近年来，我国不断推进木醋液的生产开发研究[3-4]，由于对木醋液的研究应用起步较晚，木醋液在实际农业生产应用中主要处于研究试验阶段，还没有广泛应用推广[5]。病害防治与土壤改良是农业发展的重要举措，研究木醋液对土壤生物化学性状的影响，对土壤改良及其病虫害防治具有重要意义。【前人研究进展】木醋液对土传病害微生物有很好的抑制作用[6-7]；木醋液灌施土壤后有利于大团聚体的形成，从而改善土壤的物理性质[8]。施用木醋液能影响土壤微生物数量及微生物利用碳源的能力和代谢活性[9-10]。木醋液配施能够减少农田一氧化氮的排放[11]。木醋液还能增强腐植酸类修复材料固化金属污染土壤中的Pb (Ⅱ)[12]。【研究切入点】前人研究多体现在木醋液功能开发上，而木醋液对土壤生物化学性状的影响研究鲜见报道，因此在前人研究的基础上对实际应用效果尤其在自然土体上的具体应用效果进行研究。【拟解决的关键问题】采用土柱模拟试验，探明木醋液处理不同土层土壤微生物量碳、微生物数量及土壤化学性状的变化规律，明确木醋液对土壤生物化学性状的影响，旨在为木醋液更好地应用于植物生长、土壤改良、病虫害防治等农业生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 木醋液 试验用木醋液由平遥县晟弘生物质能源开发有限公司提供。

1.1.2 土壤 试验土样采自山西农业大学资环实验站(东经112.6°，北纬27.6°)的实验田耕层土壤，土壤母质为黄土母质发育的石灰性褐土，质地为轻壤土。其基本化学性质：pH 7.6，有机质含量4.98 g/kg，全氮含量0.63 g/kg，全磷含量0.68 g/kg，全钾含量44.60 g/kg，速效氮含量34.80 mg/kg，有效磷含量7.60 mg/kg及速效钾含量70.97 mg/kg。

1.1.3 土柱 为定制的不锈钢土柱(柱内直径30 cm，柱高40 cm)。分别在土柱从上向下10 cm处、20 cm处、30 cm处钻5 cm的孔(便于取样)，开孔处用封口膜封口。试验前将不锈钢土柱灭菌，并用试验地0～40 cm原状的土壤填充土柱。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 木醋液浓度试验设4个处理：对照(CK)，蒸馏水；T1，木醋液原液；T2，木醋液1∶20稀释液；T3，木醋液1∶60稀释液。每个处理3次重复，共12个处理(土柱)。从上向下向土柱浇灌(单位横切面积约14 cm2)不同稀释倍数木醋液至土壤含水量达田间饱和持水量的60%。

1.2.2 指标测定

1) 土壤微生物量碳含量。在处理6 h、12 h和24 h时分别采用氯仿熏蒸和重铬酸钾氧化滴定法[13]测定木醋液不同浓度处理土壤的微生物量碳含量。

2) 土壤微生物群落数。分别在处理2 h、6 h、10 h和24 h后采用平板计数法测定木醋液不同浓度处理土壤的细菌、真菌及放线菌数量。

杀菌率=[CK菌落数―处理浓度菌落数/CK菌落数]×100%

3) 土壤化学性状。对土壤化学性状影响的测定对象为3个点的混合土样。有效磷采用比色法[14]测定，速效钾采用火焰光度法[14]测定，碱解氮采用碱解扩散法[15]测定，有机质采用低温外热重铬酸钾氧化法测定，pH采用pH计测定。

1.3 数据统计与分析

采用Excel 2010、Origin 21.0及SPASS 21.0进行数据统计与多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 木醋液不同浓度处理土壤微生物量碳含量

从图1可见，木醋液不同浓度处理各土层土壤微生物量碳含量存在差异。

注：不同小写字母表示同一条件不同处理间差异显著(P<0.05)。下同。

2.1.1 10 cm处 随木醋液处理浓度下降，各时段土壤微生物量碳的含量均呈上升趋势；同浓度处理，土壤微生物量碳含量均随时间延长呈先降后升趋势。处理6 h、12 h和24 h时，T1与T2的土壤微生物量碳含量较CK显著下降，分别降低55%和25%、71%和69%、71%和44%，T3土壤的微生物量碳含量较CK下降，但降幅相对较小，分别降低6%、10%和1%，除处理6 h时差异显著外，其余时段差异均不显著，可能由于浓度低所致。

2.1.2 20 cm处 随木醋液处理浓度下降，各时段土壤微生物量碳的含量均呈先升后降趋势，而CK呈逐渐上升趋势；同浓度处理，土壤微生物量碳含量均随时间延长呈先降后升趋势。处理6 h时，与CK相比，T1土壤的微生物量碳含量显著降低27%，但T2和T3增加，分别增加7%和1%；T1与T2和T3差异显著。处理12 h时，T1、T2和T3土壤的微生物量碳含量分别较CK显著降低64%、29%和66%，T1和T3与T2差异显著。处理24 h时，T1、T2和T3土壤的微生物量碳含量分别较CK显著降低55%、33%和32%，T1与T2和T3差异显著。处理24 h后CK的土壤微生物量碳含量随时间延长呈先降后升趋势，可能与微生物的活性有关。

2.1.3 30 cm处 随木醋液处理浓度下降，处理6 h和12 h时的土壤微生物量碳含量均呈先升后降趋势，处理24 h时的土壤微生物量碳含量呈上升趋势；CK随处理时间延长呈先降后升趋势；同浓度处理，除T2呈下降趋势外，其余处理均呈先降后升趋势。处理6 h时，与CK相比，T1、T2和T3的土壤微生物量碳含量分别显著增加26%、61%和57%，T1与T2和T3差异显著。处理12 h时，T1土壤微生物量碳含量较CK降低3%，T2和T3则分别较CK显著增加73%和50%，3个处理间差异显著。处理24 h时，T1、T2和T3土壤微生物量碳含量分别较CK增加6%、25%和55%，T3、T2显著高于T1和CK。

综上表明，木醋液对土壤微生物量碳含量的影响与其浓度有关，木醋液原液对土壤微生物量碳的转化有抑制作用，随着木醋液浓度降低反而对土壤微生物量碳含量的提高有促进作用。

2.2 木醋液不同浓度处理土壤微生物群落数量

2.2.1 细菌群落 从图2看出，木醋液不同浓度处理各土层土壤细菌菌落数量存在差异。与CK相比，施加木醋液可明显减少土壤细菌的数量(20 cm处24 h时除外)，杀菌率受木醋液浓度的影响。

图2 木醋液不同浓度处理各土层不同时段土壤细菌的菌落数

1) 10 cm处。各时段土壤细菌菌落数量均随木醋液浓度降低呈显著上升趋势，即杀菌率呈下降趋势。其中，2 h时，T1土壤细菌菌落数量最低，为200个/g，杀菌率为97.9%；T2其次，为540个/g，杀菌率为94.2%；T3为3 640个/g，杀菌率为61.0%。随时间延长，T1和T2土壤细菌菌落数量呈上升趋势，T3呈先升后降趋势，6 h时达最高，为9 820个/g。

2) 20 cm处。各时段土壤细菌菌落数量均随木醋液浓度降低呈显著上升趋势，T1、T2与T3、CK差异显著。其中，2 h时，T1土壤细菌菌落数量最低，为1 130个/g，杀菌率为87.7%；T2其次，为1 250个/g，杀菌率为86.4%；T3为3 640个/g，杀菌率为60.3%；CK显著高于T1、T2和T3。随时间延长，各处理土壤细菌菌落数量均呈上升趋势，24 h时达最高。

3) 30 cm处。各时段土壤细菌菌落数量均随木醋液浓度降低呈不同程度上升趋势。其中，2 h时，各处理间差异显著；随时间延长，各处理土壤细菌菌落数量均呈上升趋势，T1、T2和T3间差异不显著，均显著低于CK，原因可能是土壤的吸附性质，木醋液在下渗过程中被稀释导致杀菌率下降。

总之，随着处理时间延长，同一土层深度土壤细菌菌落数有所增加，可能是杀菌不彻底导致。

2.2.2 真菌群落 从图3看出，木醋液不同浓度处理各土层土壤真菌菌落数量存在差异。

1) 10 cm处。各时段土壤真菌菌落数量均随木醋液浓度降低呈显著上升趋势，即杀菌率呈显著下降趋势。其中，处理2 h时，T1土壤真菌菌落数量最低，为30个/g，杀菌率约97.7%；T2其次，为300个/g，杀菌率76.6%；T3为940个/g，杀菌率为26.6%。随时间延长，T1和T2土壤真菌菌落数量呈上升趋势，T3呈先降后升再降趋势，10 h时达最高，为1 700个/g

2) 20 cm处。各时段土壤真菌菌落数量均随木醋液浓度降低呈显著上升趋势，T1显著低于T2、T3，三者均显著低于CK。其中，2 h时，T1土壤真菌菌落数量最低，为100个/g，杀菌率93.4%；T2和T3其次，分别为700个/g和730个/g，分别较CK杀菌率53.9%和52%。随时间延长，各处理土壤真菌菌落数量均呈上升趋势，除T3在10 h时达最高外，T1和T2均在24 h时达最高。

3) 30 cm处。各时段除T1土壤真菌菌落数量较CK减少外，T2和T3均较CK增加，即呈促进作用。其中，2 h时，T1杀菌率75%，T2和T3分别较CK显著增加40.2%和26.8%。随处理时间延长，T1和T2真菌菌落数呈先减后增趋势，T3呈逐渐增加趋势。

图3 木醋液不同浓度处理各土层不同时段土壤真菌的菌落数

2.2.3 放线菌群落 从图4看出，不同木醋液处理各土层土壤放线菌菌落数量存在差异。

1) 10 cm处。各时段土壤放线菌菌落数量均随木醋液浓度降低呈显著上升趋势。其中，2 h时，T1土壤放线菌菌落数量最低，为110个/g，杀菌率97.8%；T2其次，为2 110个/g，杀菌率为57.8%；T3为3 480个/g，杀菌率为30.4%。随时间延长，T1和T2土壤放线菌菌落数量呈上升趋势，T3呈先降后升趋势。

2) 20 cm处。各时段土壤放线菌菌落数量均随木醋液浓度降低呈显著上升趋势，T1显著低于T2、T3，2～10 h时三者均显著低于CK，24 h时T2、T3与CK差异不显著。其中，2 h时，T1土壤放线菌菌落数量最低，为190个/g，杀菌率95.4%；T2和T3其次，分别为2 490个/g和2 880个/g，分别较CK杀菌率低40.1%和30.8%。随时间延长，各处理土壤放线菌菌落数量均呈上升趋势，除T3在10 h时达最高外，T1和T2均在24 h时达最高。

3) 30 cm处。各时段T1土壤放线菌菌落数量均较CK显著减少，T2和T3均较CK减少但不显著(24 h时T2除外)。2 h时，T1、T2和T3的杀菌率分别为93.8%、10.8%和16.9%。随时间延长，各处理放线菌菌落数量有增加，均在处理24 h时达最高，可能是杀菌不彻底导致。其中，T1呈逐渐上升趋势；T2和T3均呈先升后降再升趋势。T2在24 h时较CK显著增加。

图4 木醋液不同浓度处理各土层不同时段土壤放线菌的菌落数

2.3 木醋液不同浓度处理土壤的化学性质

2.3.1 pH T1土壤pH为5.08，与CK(pH 7.12)相比，原液的使用对土壤pH有较大影响。T2土壤pH为6.48，T3土壤pH升至6.69。说明，施用木醋液能显著改变土壤pH，且随着稀释比例增加pH升高幅度减小。表明，pH对土壤微生物的影响也随着稀释浓度的增加而明显降低。

2.3.2 土壤养分 从图5看出，各处理对土壤各养分含量的影响较大，且随着稀释比例增大，各养分含量呈递减趋势，直至与CK接近。其中，T1、T2与T3有机质较CK分别增加37.5%、30.0%和8.3%，各处理与CK差异不显著；碱解氮较CK分别增加49.8%、26.4%和7.6%，T1显著高于其余处理，T2与T3、CK差异显著；有效磷较CK分别增加70.2%、28.1%和3.8%，T1显著高于其余处理，T2与T3、CK差异显著；速效钾较CK分别增加13.6%、3.1%和0.7%，T1显著高于其余处理。

注：有机质含量单位为g/kg，其余养分含量单位为mg/kg。

3 讨论

土壤微生物量碳是土壤中体积小于5 000 μm3活体和死亡微生物内碳的综合，又是土壤有机质的活性部分，对综合评价土壤质量和土壤肥力具有重要参考价值[16]。研究表明，木醋液原液对土壤微生物量碳含量的抑制效果较对照高50%以上，且随处理时间延长，24 h内木醋液原液的抑制效果无明显降低。随着处理土层深度增加，浓度1∶20和1∶60木醋液处理土壤微生物量碳含量明显增加，与杜薇等[17]研究结果相似，且随处理时间延长，呈先降后升趋势。微生物量碳出现“高浓度抑制，低浓度促进”及“随处理深度增加，抑制效果减弱，甚至促进”现象的原因可能是由于木醋液杀菌效果导致土壤微生物量碳的转化受到抑制所致。木醋液作为酸性物质具有杀菌和抑菌的作用，且木醋液的广谱抑菌效果与其酚、酸类复合物成分密切相关[18]。土壤微生物量碳是土壤有机库中的活性部分，易受土壤中易降解的有机物(微生物生物体和残余物分解)、土壤湿度和温度季节变化以及土壤管理措施的影响，与土壤总有机质相比，变化响应快[16]。低浓度的木醋液能够促进土壤微生物的繁殖从而促进微生物量碳转化，与张传进等[19-20]的研究结论相似。随着处理土层加深，木醋液因土壤的吸附、螯合等作用被稀释，对微生物抑制效果降低，对0～20 cm表层土影响明显，对农田耕层土壤的改良具有重要意义。由于木醋液原液处理试验结果趋势随时间变化差异不大，因而对于高浓度木醋液抑制效果的持续时间研究还有待探索。

细菌、真菌和放线菌是土壤微生物的重要组成部分，能够加快物质循环，提高土壤有效态养分含量，抑制土传病害等的发生，维护土壤安全与健康，是评价土壤安全与肥力的重要指标[21-23]。该研究表明，木醋液原液对土壤中细菌、真菌及放线菌的杀菌效果较对照分别提高97.9%、97.7%和97.8%，均在95%以上。随处理土层加深，杀菌效果减弱，30 cm土层处理2 h时原液杀菌效果分别为细菌68.4%、真菌75%及放线菌93.8%。稀释后效果更差，甚至30 cm土层2 h时浓度1∶20和1∶60木醋液处理的真菌数量较对照分别增加40.2%和26.8%。可见，高浓度木醋液对土壤中细菌、真菌及放线菌都有显著杀菌效果，且低浓度反而促进真菌的生长繁殖，与程虎等[24]木醋液能增加土壤中细菌的数量，史咏竹等[25]木醋液能减少土壤中真菌的数量，杜相革等[26]木醋液能有效抑制放线菌的结论相似。不同浓度木醋液处理下，土壤微生物数量随着土层深度增加木醋液的杀菌效果降低。可能是因为木醋液中含有大量酚类和有机酸类化合物，抑制微生物繁殖与活性[27]，添加高浓度木醋液时，酚类和有机酸类化合物数量多，对微生物的毒害抑制强，抑制微生物的繁殖和生物活性，培养一段时间后，部分有机物被分解、挥发或下渗，导致木醋液被稀释，毒害抑制作用减弱，且经分解进一步提供营养物质，促进微生物繁殖，提高微生物活性；而添加少量木醋液，毒害抑制作用相对较小，因而繁殖速度与微生物活性变化也相对较小。

木醋液呈酸性，可以促进土壤胶体之间离子的迁移，使土壤养分得到释放，增加养分活性[28]。潘洁等[29]研究表明，土壤灌溉木醋液可提高土壤碱解氮、速效钾、有效磷含量，且使用量越大，效果越明显，其中有效磷含量增加最为显著。潘玉蕊等[30]研究表明，施用木醋液提高土壤有机质和有效磷含量。本研究结果与之相近。由此可知，合理使用木醋液有助于土壤改良。

4 结论

木醋液原液对土壤中微生物数量产生抑制作用从而影响微生物量碳的转化，而稀释后木醋液也可促进土壤微生物量碳增加。在10 cm与20 cm土层，微生物量碳含量显著减少，抑制效果在50%以上；30 cm土层木醋液浓度降低，6 h时浓度1∶20和1∶60木醋液处理土壤微生物量碳含量分别较对照增加61%与57%，随着时间延长以及深度加深呈先降后升趋势。木醋液原液杀菌效果显著，稀释后也可促进微生物的生长繁殖。不同浓度木醋液处理下，随着土层深度增加木醋液的杀菌效果降低。10 cm土层2 h时，细菌、真菌和放线菌落数量以原液处理杀菌率最大，均在95%以上；30 cm土层杀菌率降低，且出现处理菌落数大于对照的现象，浓度1∶20和1∶60木醋液处理真菌数量较对照分别增加40.2%和26.8%。

木醋液的施用可增加土壤中有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量，原液处理的养分含量增加最大，分别较对照增加37.5%、49.8%、70.2%和13.6%。