李丹洋，程紅艷，王効挙，郝千萍，常建寧，黃 菲，閆 夢，張國勝

(1.山西農業(yè)大學 資源環(huán)境學院， 山西 太谷 030801； 2.日本埼玉環(huán)境科學國際中心，日本 埼玉 347-0115)

木醋液也稱植物酸[1]，是把廢棄木材等在碳化或干餾過程中產生的煙氣經冷凝回收分離后獲得的有機混合物[2]，其主要成分是水[3]，其次是有機酸、醛、酮、醇、酚及其衍生物等多種高分子有機化合物[4],其中,酸類物質占50%左右[5]。木醋液作為一種新型綠色添加劑，可用作土壤改良劑和葉面噴劑，防治病蟲害、促進植物生長，但施用過量會對植物生長產生抑制作用[6]。

目前，我國對木醋液的研究主要集中在植物生長和土壤理化性質上。研究表明，一定濃度的木醋液可以促進植物生長、改善土壤性質[7-10],木醋液在堆肥過程中對重金屬有一定的鈍化和吸附作用[11-12]。近年來我國食用菌行業(yè)發(fā)展迅速，廢棄菌糠每年多達100萬t。廢棄菌糠中含有大量營養(yǎng)物質[13]。將菌糠制成木醋液再利用，不僅充分利用資源，還可以消除環(huán)境污染、促進農業(yè)生態(tài)的良性循環(huán)。目前,關于菌糠木醋液對植物重金屬吸收、富集影響，以及不同菌糠木醋液對植物生長影響的研究較少。鑒于此，以玉米為研究對象，通過在污灌區(qū)土壤中施入不同用量、不同種類的菌糠木醋液，在玉米苗期和成熟期進行相關指標的測定，為菌糠木醋液的有效利用、對重金屬污染土壤的修復提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

采用盆栽試驗，于2017年6—10月在山西農業(yè)大學資源環(huán)境實驗站的日光大棚中進行。供試土壤取自山西省晉中市某污灌區(qū)銅(Cu)、鉻(Cr)污染土壤，基本化學性質見表1。我國土壤環(huán)境標準(GB 15618—1995) 3級標準限值：Cu含量(400 mg/kg)、Cr(300 mg/kg)，供試污灌區(qū)土壤中的全Cu含量、全Cr含量均超標，分別是其1.37、1.13倍。

表1 污灌區(qū)土壤基本化學性質Tab.1 Basic chemical properties of soil in sewage irrigated areas

供試菌糠木醋液為平菇菌糠(主要成分是醋糟)木醋液(MP)、猴頭菇菌糠(主要成分是棉籽殼)木醋液(MH)、靈芝菌糠(主要成分是木屑)木醋液(ML)。3種菌糠均取自山西農業(yè)大學食用菌中心，分別將其在南京三聚生物質新材料科技有限公司燒制生物炭過程中產生的煙氣冷凝得到木醋液，基本化學性質見表2。供試復合肥在市場購買(N∶P2O5∶K2O為15∶15∶15)，供試玉米品種為晉單78，生育期124 d。

表2 菌糠木醋液基本化學性質Tab.2 Basic chemical properties of vinegar of fungus chaff

1.2 試驗設計

共設10個處理: CK(不加菌糠木醋液)、MP1(加入平菇菌糠木醋液1 mL)、MP2(加入平菇菌糠木醋液2 mL)、MP4(加入平菇菌糠木醋液4 mL)、MH1(加入猴頭菇菌糠木醋液1 mL)、MH2(加入猴頭菇菌糠木醋液2 mL)、MH4(加入猴頭菇菌糠木醋液4 mL)、ML1(加入靈芝菌糠木醋液1 mL)、ML2(加入靈芝菌糠木醋液2 mL)、ML4(加入靈芝菌糠木醋液4 mL)，每個處理重復3次。試驗所用的盆直徑30 cm、高45 cm，每盆裝風干土10 kg，均勻混摻復合肥6 g。試驗期間定期適量澆灌，以利于玉米的良好生長。分別在苗期和成熟期采取土樣及玉米樣品進行相關指標的測定。

1.3 測定項目及方法

葉綠素含量采用丙酮酒精浸提法測定，過氧化氫酶活性采用碘量滴定法測定，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸比色法測定。全Cu含量、全Cr含量采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)測定。

重金屬富集系數(EC)、轉移系數(TF)計算公式如下：

EC=(植物中重金屬含量/土壤中重金屬含量)×100，

TF=(地上部重金屬含量/地下部重金屬含量)×100。

1.4 數據處理

使用Excel 2016統(tǒng)計數據和繪圖，利用DPS數據處理系統(tǒng)(P=0.05)進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對玉米生長、生理生化指標的影響

2.1.1 不同處理對玉米株高、根長的影響 從表3可知，與CK相比，添加菌糠木醋液處理玉米苗期和成熟期的株高、根長均有不同程度的提高。玉米苗期，處理ML2株高最高,相比CK提高22.9%，除處理ML1、ML2、MP4外，其余處理的株高與CK相比差異不顯著。玉米苗期，處理MH2根長最長，相比CK增長36.7%，各處理間差異不顯著。玉米成熟期，處理MH4的株高最高,與CK相比增長23.6%。玉米成熟期，處理ML1根長最長，與CK相比增加67.9%。

2.1.2 不同處理對玉米生理生化指標的影響 葉綠素是表征植物生長狀況的重要指標，其含量可反映植物抗逆性強弱[14]。由表4可以看出，不同處理玉米苗期及成熟期添加菌糠木醋液處理葉綠素含量相比CK均有不同程度提高。玉米苗期，添加菌糠木醋液處理葉綠素含量與CK相比差異顯著，增加42.2%～86.5%，其中,處理ML4葉綠素含量最高。玉米成熟期，處理MP4、MH1、MH2、MH4、ML4葉綠素含量與CK相比均顯著提高，其中，處理MH2葉綠素含量最高，比CK增加了55.2%。

過氧化氫酶可以清除過氧化氫，是植物體內重要的酶促防御系統(tǒng)之一。由表4可以看出，玉米苗期與成熟期，添加菌糠木醋液處理的過氧化氫酶活性相比CK均有不同程度提高。玉米苗期，除處理MH4外，其余處理過氧化氫酶活性與CK相比均顯著提高，其中，處理MP1過氧化氫酶活性最高，與CK相比增加105.9%，且同種菌糠木醋液用量在1～4 mL時，用量越少對過氧化氫酶活性的促進效果越好。玉米成熟期，處理MP1的過氧化氫酶活性最高，比CK增加了83.8%，且除處理MP1、MH1外，其余處理過氧化氫酶活性與CK相比差異不顯著。

注：同列后不同小寫字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note:Different lowercase letters after the same column indicate significant differences between different treatments (P<0.05),the same below.

表4 不同處理對玉米生理生化指標的影響Tab.4 Effects of different treatments on physiological and biochemistry index of maize

丙二醛含量體現了植物細胞膜過氧化程度，反映植物在逆境脅迫下受傷害的程度。本研究中，在Cu、Cr污染的影響下，玉米成熟期CK的丙二醛含量高達幼苗期的21倍，這可能是因為污灌區(qū)土壤中的重金屬被玉米吸收后，細胞中自由基的產生和清除之間的平衡受到破壞，導致活性氧自由基的產生[15]。玉米苗期，添加菌糠木醋液處理的丙二醛含量與CK相比均有不同程度下降，降幅為7.3%～31.7%，其中，處理MH2降幅最大，且同種菌糠木醋液、不同用量之間無規(guī)律性。玉米成熟期，添加菌糠木醋液處理的丙二醛含量與CK相比均顯著降低，其中，處理MH4降幅最大，為55.7%，處理MP1、MP2、MP4、MH1、MH2、ML1、ML2、ML4與CK相比，降幅分別為22.6%、44.1%、46.0%、38.7%、42.3%、18.8%、33.6%、37.6%。說明3種菌糠木醋液對降低玉米中丙二醛方面，在成熟期表現更為顯著，且以4 mL施用量降低效果最佳，其中，猴頭菇菌糠木醋液降低效果較明顯。

2.2 不同處理對玉米植株不同部位Cu、Cr含量及富集系數、轉運系數的影響

2.2.1 不同處理對玉米植株不同部位Cu、Cr含量的影響 從表5可知，添加菌糠木醋液處理玉米根中Cu含量與CK相比均有不同程度的增加，處理MP1、MP2、MH4、ML1與CK相比無顯著差異，其余處理與CK相比差異顯著，其中，處理ML2的Cu含量最大，與CK相比增加42.7%。處理MH1、MP1、ML2、ML4對玉米果穗中Cu含量有降低作用，其中，處理MP1與CK相比差異最大，降低了23.0%。處理ML1對果穗中Cu含量增加作用最明顯，與CK相比增加20.0%。除處理MH1、ML4外，其余處理玉米莖中Cu含量與CK相比均有不同程度的降低，其中，處理ML2、ML1、MH2、MP4玉米莖中Cu含量與CK相比差異顯著，降幅為14.5%～22.2%。與CK相比，添加菌糠木醋液處理對玉米雄花序中Cu含量都有顯著降低作用，降幅為5.6%～80.6%，其中，平菇菌糠木醋液降低效果最好。除處理MH1外，其余處理玉米葉中Cu含量與CK相比均有不同程度降低，降幅為5.6%～31.2%，其中處理MP1降幅最大。根據《飼料中銅的允許量》(GB 26419—2010)中規(guī)定的限值(Cu≤25 mg/kg)，各處理的玉米果穗部分Cu含量均未超過飼料標準，因此可作為飼料使用。

表5 不同處理玉米植株不同部位Cu含量Tab.5 The content of Cu in different parts of maize of different treatments mg/kg

由表6可知，添加菌糠木醋液處理玉米根中Cr含量與CK相比均顯著增加，不同菌糠木醋液均以4 mL施用量增加作用最明顯，處理MP4、MH4、ML4的玉米根中Cr含量相比CK分別增加了117.6%、57.2%、122.8%。添加菌糠木醋液處理玉米果穗中Cr含量與CK相比均有不同程度增加，3種菌糠木醋液均以2 mL施用量增加作用最明顯，處理MP2、MH2、ML2玉米果穗中Cr含量與CK相比分別增加了14.5%、17.4%、19.9%；添加菌糠木醋液處理玉米莖中Cr含量與CK相比均有不同程度下降，除處理MH1、ML4外，其余處理與CK相比差異顯著，其中處理MH2降幅最大，達22.4%。除處理MP4、MH2外，其余處理玉米雄花序中Cr含量與CK相比均顯著下降，降幅為13.5%～45.0%，其中處理MH4降幅最大。處理MP4、MH1玉米葉中Cr含量與CK相比顯著提高。根據國家食品衛(wèi)生標準(GB 2762—2017)、 飼料衛(wèi)生標準(GB 130798—2017)中規(guī)定的限值(Cr≤1 mg/kg、Cr≤20 mg/kg)，各處理玉米果穗部分Cr含量均超過食品衛(wèi)生標準，但未超過飼料衛(wèi)生標準，因此可作為飼料使用。

表6 不同處理玉米植株不同部位Cr含量Tab.6 The content of Cr in different parts of maize of different treatments mg/kg

2.2.2 不同處理對玉米植株不同部位Cu、Cr富集系數與轉運系數的影響 富集系數(吸收系數)是評價土壤重金屬遷移能力、植物對重金屬富集能力的重要指標之一。富集系數越大表明該元素越容易從土壤向植物體內遷移。

從表7可知，添加菌糠木醋液處理與CK相比都顯著提升了玉米根部的Cu富集系數，且各處理之間差異顯著，其中，處理MH1 Cu富集系數最大，為0.829。除處理MP1、MH1、ML4外，其余處理與CK相比均顯著降低了玉米莖部的Cu富集系數。除處理MH1外，其余處理與CK相比都顯著降低了玉米葉部的Cu富集系數，其中，處理MP1、MH4 Cu富集系數最小，為0.037。添加菌糠木醋液處理與CK相比均顯著降低了玉米雄花序的Cu富集系數，平菇菌糠木醋液的降低效果明顯優(yōu)于猴頭菇和靈芝菌糠木醋液。除處理MP2、ML1、MH4、MH1外，其余處理與CK相比均降低了玉米果穗部位的Cu富集系數。

表7 不同處理對玉米植株不同部位Cu富集系數的影響Tab.7 Effects of different treatments on Cu enrichment coefficient in different parts of maize

從表8可知，與CK相比，除處理MH1外，其余處理均顯著降低了玉米莖的Cu轉運系數，其中，處理MH2降低作用最明顯。與CK相比，添加菌糠木醋液處理均降低了玉米葉和雄花序的Cu轉運系數。與CK相比，除處理ML1、MP2、MH4外，其余處理均顯著降低了玉米果穗的Cu轉運系數，其中處理ML2降低作用最明顯。

表8 不同處理對玉米植株不同部位Cu轉運系數的影響Tab.8 Effects of different treatments on Cu transfer coefficient in different parts of maize

從表9可知，添加菌糠木醋液處理與CK相比均顯著提升了玉米根部的Cr富集系數，其中，處理ML4提升效果最明顯。添加菌糠木醋液處理與CK相比均不同程度降低了玉米莖部的Cr富集系數，其中處理MH2降低效果最明顯。處理MH1、MP4與CK相比顯著提高了玉米葉部的Cr富集系數。與CK相比，添加菌糠木醋液處理的玉米雄花序的Cr富集系數均顯著下降。與CK相比，添加菌糠木醋液處理對玉米果穗的Cr富集系數無顯著增加作用。

從表10可知，與CK相比，添加菌糠木醋液處理均可不同程度降低玉米莖部的Cr轉運系數，其中，處理MP4降低作用最明顯，Cr轉運系數為0.078。添加菌糠木醋液處理與CK相比，均可顯著降低玉米葉部的Cr轉運系數，其中，處理ML4降低作用最明顯，Cr轉運系數為0.113。添加菌糠木醋液處理與CK相比，均可顯著降低玉米雄花序的Cr轉運系數，其中，處理MH4降低作用最明顯，Cr轉運系數為0.098。添加菌糠木醋液處理與CK相比，可不同程度降低玉米果穗的Cr轉運系數，其中，處理MH1降低作用最明顯，Cr轉運系數為0.100。

表9 不同處理對玉米植株不同部位Cr富集系數的影響Tab.9 Effects of different treatments on Cr enrichment coefficient in different parts of maize

表10 不同處理對玉米植株不同部位Cr轉運系數的影響Tab.10 Effects of different treatments on Cr transfer coefficient in different parts of maize

3 結論與討論

土壤中施入一定量的木醋液可以增加土壤中有機碳含量，有利于土壤大團聚體的形成[16]，因此對植物生長有促進作用。本研究中，在Cu、Cr污染土壤施入菌糠木醋液后均可不同程度增加玉米幼苗期和成熟期的株高、根長。添加菌糠木醋液處理均可提高苗期和成熟期玉米的葉綠素含量，在玉米苗期，添加菌糠木醋液處理的葉綠素含量與CK相比差異顯著，增長了42.2%～86.5%；在成熟期，處理MH2葉綠素含量與CK相比提高55.2%。周嶺等[17]用木醋液對幼苗種子進行浸泡，發(fā)現不同稀釋濃度的木醋液對玉米苗期葉綠素含量無顯著影響。但本研究表明，向土壤中灌施3種不同用量的木醋液均可以提升玉米苗期和成熟期葉綠素含量，這可能是因為向土壤中施加菌糠木醋液比直接用木醋液浸泡種子更有利于葉綠素合成。玉米苗期、成熟期，添加菌糠木醋液處理的過氧化氫酶活性相比CK有不同程度提高，苗期、成熟期均為處理MP1促進效果最好，與CK相比分別提升105.9%、83.8%。黃曉梅等[18]研究表明，灌施稀釋500倍木醋液可以提升茄子幼苗和水稻幼苗的過氧化氫酶活性，這與本試驗研究結果一致。與CK相比，添加菌糠木醋液處理均可不同程度降低苗期、成熟期玉米中丙二醛含量，玉米苗期，添加菌糠木醋液處理的丙二醛含量與CK相比降幅為7.3%～31.7%。玉米成熟期，處理MH4丙二醛含量與CK相比降幅為55.7%。顏廷才等[19]研究表明，木醋液對青皮核桃的儲藏保鮮有良好的效果，可以抑制其丙二醛含量的提高，同時具有殺菌作用[20]。菌糠木醋液抑制了土壤中的有害病菌，使玉米免受病菌侵害，從而降低丙二醛含量。不同種類菌糠木醋液對植物生理生化指標的影響有不同程度的差異，靈芝菌糠、平菇菌糠、猴頭菇菌糠的主要成分分別是木屑、醋糟、棉籽殼，雖然不同菌糠木醋液中醋酸的含量相對較大，但是相似度不高[21]，因此不同種類的菌糠木醋液對玉米生理生化指標的影響有所不同。

在Cu、Cr污染土壤施入不同用量、不同種類的菌糠木醋液，會不同程度增加玉米根中Cu、Cr富集量和玉米果穗、葉中Cr富集量，降低玉米雄花序中Cu富集量和玉米莖中Cr富集量。3種木醋液均以4 mL施用量對玉米根中Cr富集量增加作用最明顯，與CK相比增加57.2%～122.8%。添加菌糠木醋液處理均可提高玉米根部的Cu、Cr富集系數，降低玉米雄花序中的Cu、Cr富集系數；均可不同程度降低葉、雄花序的Cu、Cr轉運系數，降低玉米莖、果穗的Cr轉運系數，使Cr主要富集在玉米根部。根的皮層細胞可積累大量重金屬，各添加菌糠木醋液處理均可促進玉米根部生長，使根表面積增加，從而加大了玉米根部對重金屬的富集[22-26]，因此本研究中添加菌糠木醋液處理玉米根部Cu、Cr富集明顯增加。

李忠徽等[16]研究表明，木醋液稀釋500倍時pH值接近于蒸餾水，對土壤pH值沒有影響，因此可以排除由于土壤 pH值的升高使重金屬有效態(tài)含量提升，從而導致玉米根部富集重金屬增加的可能性。土壤中存在數量和種類豐富的微生物種群，是根際環(huán)境中重要的生物因素，在重金屬污染土壤中，根際微生物-植物根系-土壤形成特殊微環(huán)境，會影響植物對重金屬的吸收轉運。且有研究表明，生長激素類物質，通過促進植物生長改變根際微環(huán)境，從而增加重金屬元素的生物有效性，增加植物對重金屬吸收[27]。菌糠木醋液調節(jié)機制復雜，類似于生長激素吲哚乙酸(IAA)，并且可調節(jié)受生長素誘導的基因表達[28]，因此本研究中添加菌糠木醋液處理的玉米根部對Cu、Cr吸收明顯增加，這可能是由于不同種類菌糠木醋液成分不同，與根系、微生物形成的根際環(huán)境也不同，從而對Cu、Cr富集系數、轉運系數的影響也有差異，具體影響機制還有待進一步研究。