蔬菜废弃物水热产物对小白菜生长性状和土壤微生物的影响

许传阳 杨英 唐建恒 许晴 高志鑫 齐明

摘    要：为探讨蔬菜废弃物水热处理产物对小白菜生长的影响，对蔬菜废弃物进行高温水热处理，将得到的固态和液态产物作为土壤改良剂，进行为期35 d的小白菜幼苗生长试验。结果表明：210 ℃水热固态产物改良土壤中（简称S210B），小白菜长势较好，与CK相比，其产量、株高、茎围、根长分别增加了42.82%、18.18%、13.21%和82.61%。土壤中添加稀释30倍的210 ℃水热液态产物（简称Y210（30））后，小白菜的长势更佳，且氮、磷、钾养分含量分别高出CK 12.16%、26.42%和37.46%。2种处理的根际土壤中主要细菌群落在门水平上的变化趋势较为相似，优势菌群为厚壁菌门和变形杆菌门。综上，蔬菜废弃物水热产物作为有机肥具有一定的应用价值。

关键词：蔬菜废弃物；水热产物；细菌群落；有机肥；资源化利用

中图分类号：X712         文献标识码：A          DOI 编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2024.05.014

The Effect of Hydroheat Products from Vegetable Waste on the Growth Characteristics of Chinese Cabbage and Soil Microorganisms

XU Chuanyang1， YANG Ying2，TANG Jianheng2， XU Qing2，GAO Zhixin2，QI Ming2

（1.School of Business Administration， Henan University of Technology， Jiaozuo， Henan 454003， China; 2.School of Resources and Environment， Henan University of Technology， Jiaozuo， Henan 454003， China）

Abstract： To investigate the effects of hydrothermal treatment products of vegetable waste on the growth of Chinese cabbage， vegetable waste had been subjected to high-temperature hydrothermal treatment， and the solid and liquid products obtained had been used as soil amendments for a 35-days experiment with Chinese cabbage seedlings. The results showed that the Chinese cabbage grown in the soil amended with the solid hydrothermal product at 210 ℃（S210B） had better growth， with an increase of 42.82% in yield， 18.18% in plant height， 13.21% in stem diameter， and 82.61% in root length compared with the control. The Chinese cabbage grown in the soil amended with the liquid hydrothermal product at 210 ℃ diluted 30 times（Y210 （30）） had even better growth， with higher nitrogen， phosphorus， and potassium nutrient contents than the control by 12.16%， 26.42% and 37.46%， respectively. The trends in the changes of the dominant bacterial communities at the phylum level in the rhizosphere soil of the two treatments were similar， with the dominant bacterial community being the Firmicutes and the Proteobacteria. In conclusion， the hydrothermal products of vegetable waste as organic fertilizers had certain application value.

Key words： vegetable waste; hydrothermal products; bacterial communities; organic fertilizer; resource utilization

近年来，我国在农业上的化肥施用量越来越高，传统化肥的投入使用有效地提高了作物产量[1]，但长期单一使用化肥会造成土壤板结、酸化等问题，进而导致作物产量和品质下降，还会引发氨挥发、温室气体的超量排放等各种污染问题[2]。目前，生态有机肥显示出巨大潜力，在对土壤环境进行改善的同时，能够促使农作物增产，还有利于缓解过量使用化肥所带来的问题，减少有机废弃物的浪费和环境污染[3-5]。因此，大力发展有机肥已成为我国农业领域的基本政策[6]。目前，对绿色废弃物进行就地处理，通过生物降解和腐殖化，可以将蔬菜废弃物转化为肥料，改善土壤品质和增加作物产量。

蔬菜废弃物的含水率普遍较高，而通过热水处理后养分损失较小，安全利用效果更佳。与传统的焚烧和堆肥处理相比，水热处理更具实际应用性更强。因此，水热处理蔬菜废弃物是一种无害化处理新途径，反应过程温和，可产生无毒无害的固体和液体产物，为实现绿色废弃物减量化资源化提供了新思路[7]。研究表明，蔬菜废弃物在水热处理后的产物符合有机肥使用标准要求（调节pH值），对土壤环境质量和作物生长具有明显的提升效果[8-12]。本研究旨在通过研究水热处理产物在还田过程中对作物生长指标和根际土壤细菌群落的影响，推动水热技术在蔬菜废弃物处理中的实际生产应用[13]。

1 材料与方法

1.1 试验样品

试验前，将供试土壤剔除石子和植物残留的根茬，自然风干后，研磨过10目筛，保存以备使用。供试土壤及水热产物等物料基本性质如表1和表2所示。

1.2 试验方法

每盆播入15粒小白菜种子，覆土约2 cm。出苗后，选留长势接近的6棵植株，分别施加2种水热产物。

（1）施加固态水热产物

物料添加量占土壤干质量的1%。根据上述方法种植蔬菜，设置4个处理。处理1：施入180 ℃下的产物（S180B）；处理2：施入210 ℃下的产物（S210B）；处理3：施入240 ℃下的产物（S240B）；处理4：供试土壤作为对照组（CK）。小白菜生长35 d后进行收获。

（2）施加液态水热产物

待蔬菜长至3片真叶且苗高5～8 cm时，供试土壤施加物料Y180、Y210、Y240（分别稀释15倍、30倍、45倍），每5 d施加1次；每次用量为100 mL，共施6次。施用时，先喷施叶面，以叶面刚好湿润为宜，同时进行灌根，直到小白菜周边土壤充分湿润。首次喷施35 d后，收获小白菜。

1.3 样品采集与测定

采样时间为试验开始后的第35天。采集小白菜时，注意保护根部。土样采集时，使用土钻在随机选取5个点进行取样，采样深度为5～10 cm，每盆取土量为40 g。随后，将取样置于-80 ℃的环境下保存，以备测定土壤微生物。

使用土壤DNA提取试剂盒（MO-BIO Laboratories，Carlsbad，CA USA）测定土壤微生物。每次提取时重复3个平行试验，每个试验取0.25 ｇ样品。随后，使用基因组DNA纯化试剂盒（Thermo Scientific，Hudson，USA）对DNA提取物进行纯化处理。之后，用琼脂糖凝胶电泳检测提取DNA的完整性，用Nanodrop 2000检测DNA的纯度和浓度。

将试验获得的DNA混合，以获得最终的代表性样品。使用分光光度计测量DNA浓度，并将其存放在-80 ℃的条件下，一同送至美格基因科技有限公司进行检测。

1.4 数据分析

本研究使用Microsoft Excel软件和Origin软件对数据进行处理，使用SPSS 26.0软件进行数据统计分析，采用邓肯氏新复极差测验（Duncan's new multiple range test）对各处理的平均数进行多重比较，以检验差异的显著性（P=0.05），采用R语言中的ggplot2包作图，以探索微生物群落与理化变量之间的相关性。

2 结果与分析

2.1 不同处理对小白菜植株生长的影响

在不同供试条件下，小白菜生长幼苗表现如图1所示，各项指标均有提升。如图2所示，对于生长性状而言，施加固态产物时，S210B效果最好，在根长、产量、株高和茎围表征上，比CK分别提升了45.24%、29.98%、15.38%和11.67%；施加液态产物时，相较CK，稀释30倍的Y210（30）效果最佳，其根长、产量、茎围和株高分别提升了52.78%、45.35%、39.56%和23.07%。如图3所示，对于氮、磷、钾养分而言，施加固态产物时，S180B效果最好，其含量分别高于CK11.38%、15.87%和13.69%；施加液态产物时，稀释15倍的Y210（15）效果最佳，其含量分别高于CK18.23%、31.79%、32.09%。由表3和图2可知，对于小白菜生长，液态产物施用效果普遍优于固态产物，尤其是根长、产量和磷、钾含量远高于CK。

2.2 水热产物还田土壤中细菌群落分布

土壤中的微生物会对农作物的生长产生积极影响，包括土壤改良、拮抗作用和防治肥料流失等方面。土壤细菌与蔬菜性状以及氮磷钾的相关性见图4。土壤中含有大量的有机质，这些有机质不能被植物直接利用，必须经过土壤中微生物的分解转化后，才能够被植物吸收利用。此外，植物也可以吸收土壤微生物分泌的代谢物和有机养分。

选择蔬菜废弃物水热固态产物和供试原状土壤进行小白菜盆栽还田试验。蔬菜废弃物水热处理后，对土壤细菌群落分布具有明显的影响，结果如图5所示。各处理的土壤细菌群落主要表现26个门类，其中放线菌门（Actinobacteriota）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、变形杆菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、疣微菌门（Verrucomicrobia）和绿弯菌门（Chloroflexi）的相对丰度较大。

2.3 蔬菜废弃物水热产物对土壤细菌alpha多样性的影响

由图6可知，使用不同的水热产物S210B和Y210（30）作为底肥后，小白菜根际土壤中的细菌Alpha多样性存在明显差异。考虑到样本的分类总数和每个分类的比例，群落多样性越高，物种分布越均匀，Shannon指数就越大[14]。Simpson指数通过计算随机取样的2个个体属于不同种类的概率来表征群落内物种分布的多样性和均匀度。

度多样的微生物群落。通常情况下，Alpha多样性越高，土壤中微生物的环境越健康。当微生物群落的多样性得到提高时，土壤生态系统的生产力、稳定性、可持续性也会随之提高。S210B根际土壤细菌群落的Shannon和Simpson等指数均高于Y210（30）和CK，即水热固态产物作为底肥的土壤微生物多样性和均匀性显著较高，此时土壤的微生物环境更有利于小白菜的根系生长。相比CK，施用Y210（30）根际细菌的丰富度（richness）、丰富度估计值（chao1）和Simpson指数等多样性指标相对较弱，且丰度并不高，表现出一定程度的降低[24]。这可能与水热产物复杂成分或稀释倍数过大有关。总之，施用S210B的土壤中，微生物的Shannon指数和Simpson指数均高于供试土壤。这表明S210B可以作为有机肥料底肥使用，能显著提高土壤微生物的覆盖度和优势度，并在一定程度上促进作物的生长。

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