工农业副产物添加对棕壤的改良研究

何美婧 李滨卉 吴延楠 贺海升

（1.沈阳师范大学生命科学学院，辽宁沈阳 110034；2.沈阳师范大学实验教学中心，辽宁沈阳 110034）

1 引言

近年来，辽宁省棕壤有酸化趋势，部分地区pH由5.91～6.76 降低至5.45～5.94，整体平均值由6.42降低至5.73［1］。土壤酸化导致土壤中养分、Ca2＋、Mg2＋等盐基离子的流失［2-3］和重金属离子的释放［4］。同时，土壤酸化还会引发微生物群落和活性的变化［5-6］。生产实践中，常采用石灰等碱性物质进行酸度中和，生物质材料也常用于改良酸化土壤［7-11］。本文选取辽宁省常见的工业副产物（煤矸石和膨润土矿渣）及农业副产物（玉米秸秆、花生秸秆、平菇菌糠、金针菇菌糠）为研究对象，考察其对酸化棕壤的改良效果，以期为改良棕壤酸度和实现工农业副产物的资源化利用提供新的思路。

2 材料与方法

供试棕壤样品于2016 年10 月取自沈阳郊区农田，种植作物为玉米。以五点取样法采集0～20 cm 耕层土壤，混匀后的土样剔除杂质后，部分土壤经风干、研磨、过筛后室温保存。部分鲜土于－20 ℃保存用于微生物指标测定。土壤酸度改良剂选取7 种辽宁地区常见工农业副产物，包括菌糠（平菇、金针菇）、作物秸秆（花生、玉米、水稻）、工业矿渣（煤矸石、膨润土）。供试土壤的部分理化性质见表1。

表1 供试土壤的部分理化性质

实验组为土壤中工农业废弃物改良剂添加量分别为1%，2%，CK 为未添加改良剂处理的对照组，每组3 次重复。将混匀的土壤样品置于带盖的聚乙烯塑料杯中，添加去离子水以维持70%WHC（土壤持水量），于28 ℃恒温培养56 d，每2 d 以称重法保持土壤水分恒定。分别于1，3，5，7，14，21，28，35，42，49，56 d 取土壤样品，分别测量土壤pH、无机氮含量，于培养结束测定土壤酶活性。

3 结果与分析

3.1 土壤pH 的动态变化

对于未添加改良剂处理，培养过程中土壤pH 呈下降趋势，至培养结束时，其pH 下降0.59 个单位，土壤出现酸化趋势。添加改良剂后，培养过程中土壤pH 呈先下降后缓慢提高趋势。至培养结束时，添加秸秆处理土壤pH 增加0.43～0.54 个单位，添加菌糠处理土壤pH 增加0.33～0.79 个单位，添加工业副产物处理土壤pH 增加0.29～0.39 个单位。添加改良剂后土壤pH 的动态变化见图1。

图1 添加改良剂后土壤pH 的动态变化

3.2 对土壤酸度的改良作用

至培养结束，添加工农业副产物均能有效提升土壤pH，整体趋势为：秸秆处理＞菌糠处理＞工业副产物处理，pH 增幅在0.29～0.79 个单位之间，见图2［同一组中不同字母表示差异显著（P＜0.05）］。

图2 添加不同改良剂培养56 d 的土壤pH

对于添加秸秆处理，添加2%花生秸秆效果较差，其余3 种处理结果相似，以添加1%花生秸秆处理后土壤pH 最高。对于添加菌糠处理，以添加2%金针菇菌糠处理增幅最大（P＜0.05），其余处理土壤pH 亦有所增加，但变化均不显著（P＞0.05）。对于添加不同工业副产物处理，4 组处理之间差异不大，但均显著高于对照组（P＜0.05），以添加2%膨润土效果最佳。

3.3 净硝化作用

净硝化作用是指培养期间（NO2－＋NO3－）－N 含量的变化。（NO2－＋NO3－）－N 作为硝化作用的产物，其含量可以作为反映硝化作用强度的指标。

添加不同改良剂培养56 d 的土壤NO3－－N 含量见图3［同一组中不同字母表示差异显著（P＜0.05）］。添加改良剂培养56 d 后，土壤NO3－－N 含量总体趋势为：菌糠处理＞工业副产物处理＞秸秆处理＞对照处理。对于添加秸秆处理，1%玉米处理使土壤中NO3－－N 含量显著增加，增加了22.34 mg/kg，1%的花生处理同样能使土壤中的NO3－－N 含量增加，增加了8.21 mg/kg，而2%的玉米处理和2%的花生处理使土壤中的NO3－－N 含量分别降低了18.32，39.84 mg/kg。对于添加菌糠处理，4 个实验组均能使土壤中的NO3－－N 含量增加，增幅在24.96～49.14 mg/kg 之间，其中添加1%平菇时土壤中NO3－－N 含量增加最为显著。对于添加工业副产物处理，4 个实验组均能使土壤中的NO3－－N 含量增加，增幅在1.06～35.74 mg/kg之间，其中添加1%膨润土时土壤中NO3－－N 含量增加最为显著，添加2%煤矸石时增幅最小。从添加含量角度分析，除添加金针菇外，其他实验组中，不同种类改良剂施加量由1%的添加量增加至2%时，土壤中NO3－－N 的含量增加量却明显降低。

图3 添加不同改良剂培养56 d 的土壤NO3--N 含量

3.4 土壤酶活性的变化

在添加不同土壤改良剂培养56 d 后，土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性发生不同程度的改变。总体上，酸度改良剂添加后，土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性均有所提高。改良剂对土壤酶活性的影响见表2。

表2 改良剂对土壤酶活性的影响 mg/（g·24 h）

对于土壤磷酸酶活性，总体趋势为：秸秆处理＞工业副产物处理＞菌糠处理。秸秆处理均大于对照组，添加1%玉米活性最高达到0.26 mg/（g·24 h），高于对照组的0.13 mg/（g·24 h）；菌糠处理也均大于对照组，其中添加2%平菇、1%金针菇处理活性最高，均为0.22 mg/（g·24 h）；工业副产物处理也均大于对照组，但添加煤矸石、膨润土组活性并无显著性差异。

脲酶活性3 组处理对比空白对照组差异并不大。相比于空白对照组的0.16 mg/（g·24 h），秸秆处理添加1%花生活性最高；菌糠处理添加1%金针菇活性最高；工业副产物处理添加膨润土活性显著高于其他处理，添加2%膨润土活性最高，为0.23 mg/（g·24 h）。

蔗糖酶活性实验组均高于空白对照组的45.69 mg/（g·24 h），总体趋势为：菌糠处理＞秸秆处理＞工业副产物处理。其中，秸秆处理添加花生活性最高，且在添加2%花生时达到最大值，为61.70 mg/（g·24 h）；菌糠处理在添加1%平菇、2%金针菇时蔗糖酶活达到最大值，分别为61.64，61.22 mg/（g·24 h）；工业副产物处理添加2%煤矸石时蔗糖酶活性达到最大值，为60.42 mg/（g·24 h）。

过氧化氢酶活性3 个处理组均高于空白对照组，总体趋势为：秸秆处理＞菌糠处理＞工业副产物处理。其中，秸秆处理添加2%玉米时显著高于其他处理，达到5.45 mg/（g·24 h）；菌糠处理添加2%金针菇时显著高于其他处理，达到4.01 mg/（g·24 h）；工业副产物处理添加2%膨润土时显著高与其他处理，达到1.63 mg/（g·24 h）。

4 结论

添加秸秆、菌糠和工业副产物均可一定程度上改良土壤的酸度，效果较好的为添加2%金针菇、1%花生、2%玉米，工业副产物中添加膨润土效果好于添加煤矸石，但效果差于添加菌糠和秸秆处理，从现实中方便及成本考量也有一定的参考价值。

添加土壤改良剂可以增加土壤的酶活性，其中磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶的活性增加更为显著，对于脲酶的影响不显著。添加秸秆、菌糠、工业副产物对于磷酸酶活性都有提高的效果，提高的幅度与添加量之间关系不大。添加秸秆、菌糠、工业副产物也可使蔗糖酶活性增大，其中1%平菇、2%金针菇、2%煤矸石效果最佳。添加秸秆、菌糠、工业副产物都可以较大程度增加过氧化氢酶活性，添加秸秆和菌糠相比于工业副产物对过氧化氢酶活性影响更大，且与添加量呈正相关。