唐玲涵，馬建義

(浙江農(nóng)林大學(xué) 林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院， 杭州 311300)

農(nóng)林生物質(zhì)廢料(竹、廢木、秸稈等)進(jìn)行熱解氣化反應(yīng)后能產(chǎn)生木煤氣供居民生活用氣、供熱和發(fā)電，同時(shí)產(chǎn)出具有高價(jià)值的生物炭及大量的液體廢物，而后者是一種棕黑色液體，含有水相和油相，分離后可得生物質(zhì)醋液和生物質(zhì)焦油[1]。生物質(zhì)氣化液的主要成分是水(約占體積分?jǐn)?shù)80%～90%)，其次是有機(jī)酸、酚類、醛類、酮類、脂類和醇類等。原料和生產(chǎn)工藝差異使成分和含量也不相同，以原料區(qū)分生物質(zhì)氣化液，主要有竹醋、木醋、秸稈醋[2-4]。目前，生物質(zhì)醋液可廣泛地施用于農(nóng)業(yè)各種用途，包括葉面肥、殺菌劑、驅(qū)蟲劑甚至除草劑[5-6]。這種大量使用是否會(huì)改變土壤的理化性質(zhì)以及微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響土壤的性質(zhì)仍有待研究，因此有必要對(duì)高濃度醋液大量使用在農(nóng)業(yè)環(huán)境中的安全性做出新的全面評(píng)估。

土壤酶參與腐殖質(zhì)的合成與分解，包括有機(jī)化合物、動(dòng)植物和微生物殘?bào)w的水解與轉(zhuǎn)化以及土壤中有機(jī)、無機(jī)化合物的各種氧化還原反應(yīng)等生物化學(xué)過程[7]。脲酶的酶促產(chǎn)物氨是植物氮源之一，尿素與氮肥的水解也與土壤脲酶活性密切相關(guān)。蛋白酶參與氮的有機(jī)轉(zhuǎn)化，其水解產(chǎn)物是植物的氮源之一。 蔗糖酶與土壤許多因子有相關(guān)性，如土壤有機(jī)質(zhì)、氯、磷含量，微生物數(shù)量及土壤呼吸強(qiáng)度等[8]。

本文在使用高濃度生物質(zhì)氣化液的條件下，以小麥生長(zhǎng)及其培養(yǎng)土壤為研究對(duì)象，研究3種生物質(zhì)氣化液對(duì)小麥生長(zhǎng)及土壤酶活性的影響，為高濃度醋液在農(nóng)業(yè)環(huán)境中的使用安全性及生物質(zhì)氣化液大量使用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

采集浙江農(nóng)林大學(xué)內(nèi)未施用農(nóng)藥肥料的荒地(紅壤)中的新鮮土樣，去除植物根及其他雜物后風(fēng)干，并過0.5 nm篩備用。土壤的理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)18.6 g/kg、全氮1.76 g/kg、有效磷22.5 mg/kg、有效鉀73.4 mg/kg、pH值為7.2。竹醋液由寧波奉化竹炭廠生產(chǎn)(有機(jī)酸體積分?jǐn)?shù)為5.4%、焦油體積分?jǐn)?shù)為0.8%)，木醋液為加拿大Cantimber Biotech Inc生產(chǎn)(有機(jī)酸體積分?jǐn)?shù)為3.6%、焦油體積分?jǐn)?shù)為1.8%)，秸稈醋液浙江華尚新能源股份有限公司生產(chǎn)(有機(jī)酸體積分?jǐn)?shù)為1.8%、焦油體積分?jǐn)?shù)為2.4%)，普通小麥為Triticum aestivum L品種西農(nóng)1376。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1幼苗生長(zhǎng)法

試驗(yàn)以直徑7.6 cm、高7 cm的花盆裝取上述風(fēng)干土樣，每盆種10顆小麥種子。分別加入40 mL的0.25%、1.25%、2.5%、5% 4種體積分?jǐn)?shù)的竹醋液、木醋液、秸稈醋液以加等體積的蒸餾水為對(duì)照(使得土壤含水量為田間最大含水量40%)。每3 d澆1次竹、木、秸稈醋，在恒溫20 ℃、相對(duì)濕度為80%的光照培養(yǎng)箱里培養(yǎng)14 d。測(cè)定幼苗的根長(zhǎng)、根數(shù)和株高。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)重復(fù)[9-11]。

1.2.2土壤酶活性的測(cè)定方法

脲酶活性測(cè)定采用靛藍(lán)比色法，蔗糖酶采用3,5-二硝基水楊酸比色法，蛋白酶采用茚三酮比色法[12]。

1.2.3土壤酶活性抑制率的計(jì)算

抑制率(%)=(對(duì)照組酶活性-處理組酶活性)/對(duì)照組酶活×100%

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0作統(tǒng)計(jì)處理，結(jié)合Excel 2003進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物質(zhì)氣化液對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響

在14 d對(duì)苗期小麥形態(tài)特征進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)，表1顯示體積分?jǐn)?shù)為2.5%與5%的竹醋處理組以及5%的木醋、秸稈醋處理組的小麥并未發(fā)芽。體積分?jǐn)?shù)為0.25%的竹醋、木醋、秸稈醋處理組根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)以及發(fā)芽率與對(duì)照組沒有顯著區(qū)別，只有體積分?jǐn)?shù)為0.25%的木醋處理組在根數(shù)量上有顯著的促進(jìn)效果。體積分?jǐn)?shù)為1.25%的竹醋、木醋在根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)有顯著的抑制作用，體積分?jǐn)?shù)為1.25%的竹醋處理組在發(fā)芽率上有顯著的抑制作用，同濃度的木醋在發(fā)芽率上沒有顯著影響。體積分?jǐn)?shù)為1.25%的秸稈醋處理組在根長(zhǎng)與發(fā)芽率上為顯著抑制，在根數(shù)上為顯著促進(jìn)。體積分?jǐn)?shù)為2.5%的木醋、秸稈醋處理組在根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)、發(fā)芽率這3個(gè)指標(biāo)上均表現(xiàn)為顯著抑制。

表1 生物質(zhì)氣化液對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響

藥劑處理 藥劑含量/% 生物質(zhì)氣化液對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響根長(zhǎng)/cm 莖長(zhǎng)/cm 根數(shù)發(fā)芽率/% 竹醋0.2510.80±0.279.73±0.175.30±0.1393.30±3.331.255.59±0.70?7.18±0.19?3.60±0.1840.00±10.00?2.50.00±0.00?0.00±0.00?0.00±0.00?0.00±0.00?50.00±0.00?0.00±0.00?0.00±0.00?0.00±0.00?木醋0.2512.45±0.549.66±0.535.50±4.42?83.30±3.331.256.49±1.59?6.19±0.57?4.76±3.3066.60±6.662.52.60±0.14?4.23±0.70?3.40±0.1230.00±5.77?50.00±0.00?0.00±0.00?0.00±0.00?0.0±0.00?秸稈醋0.2510.86±0.3712.70±0.765.26±0.6686.60±3.331.259.73±1.40?10.11±0.985.23±0.4963.30±12.01?2.54.02±0.30?6.81±1.49?4.20±0.0530.00±5.77?50.00±0.00?0.00±0.00?0.00±0.00?0.00±0.00?清水014.02±0.4910.98±0.204.40±0.1180.00±5.77

注：*與對(duì)照組有顯著差異p<0.05

由結(jié)果可見：不同濃度的3種生物質(zhì)氣化液對(duì)小麥的影響表現(xiàn)為低體積分?jǐn)?shù)(0.25%)對(duì)小麥生長(zhǎng)沒有顯著影響，隨著濃度的升高對(duì)小麥生長(zhǎng)有不同程度的抑制效果，濃度越高抑制效果越顯著。3種氣化液對(duì)小麥的生長(zhǎng)影響大小為：竹醋>木醋>秸稈醋。

2.2 生物質(zhì)氣化液對(duì)土壤酶的影響

試驗(yàn)使用小麥生長(zhǎng)試驗(yàn)結(jié)束后的土壤進(jìn)行酶活性測(cè)定，在研究生物質(zhì)氣化液對(duì)小麥影響的同時(shí)觀察對(duì)土壤酶的影響。表2為生物質(zhì)氣化液對(duì)土壤脲酶活性的影響，可見體積分?jǐn)?shù)為0.25%的竹醋、木醋處理組與對(duì)照組相比有顯著促進(jìn)作用；體積分?jǐn)?shù)為1.25%的竹醋、木醋處理組沒有顯著差異；而體積分?jǐn)?shù)為2.5%和5%的竹醋、木醋處理組表現(xiàn)顯著抑制。體積分?jǐn)?shù)為5%的秸稈醋表現(xiàn)為顯著促進(jìn)而其他3個(gè)濃度沒有顯著影響。這3種生物質(zhì)氣化液對(duì)土壤脲酶的影響有所差異。圖1的土壤脲酶活性抑制率顯示，竹醋與木醋相似，在低濃度對(duì)脲酶有促進(jìn)作用，濃度越高抑制率就越大；而秸稈醋對(duì)脲酶活性影響不大，對(duì)土壤脲酶活性抑制作用為：竹醋>木醋>秸稈醋。

表2 生物質(zhì)氣化液對(duì)幾種土壤酶活性的影響

藥劑處理藥劑含量/% 生物質(zhì)氣化液對(duì)土壤酶活性的影響脲酶/(NH3-H mg·g-1d-1)蛋白酶/(NH2-H mg·g-1d-1)蔗糖酶/(mg·g-1d-1)竹醋0.250.20±0.004?0.24±0.027 0.67±0.0611.250.12±0.0070.36±0.0201.45±0.093?2.50.08±0.009?0.26±0.050 1.056±0.030?50.076±0.011?0.15±0.040?1.096±0.048?木醋0.250.21±0.013?0.33±0.0140.97±0.0391.250.107±0.0200.64±0.041?1.17±0.067?2.50.098±0.009?0.58±0.0291.21±0.140?50.075±0.008?0.31±0.0310.98±0.065?秸稈醋0.250.13±0.0070.62±0.310?0.88±0.378 1.250.13±0.0130.56±0.026?0.80±0.0042.50.12±0.0060.47±0.025?0.66±0.02650.185±0.010?0.33±0.0180.88±0.048對(duì)照(CK)00.14±0.0100.24±0.0230.69±0.040

注：*與對(duì)照組有顯著差異p<0.05

圖1 土壤脲酶活性抑制率(%)

對(duì)土壤蛋白酶活性的影響見表2，體積分?jǐn)?shù)為0.25%、1.25%和2.5%的竹醋處理組沒有顯著差異，體積分?jǐn)?shù)為5%的竹醋處理組顯著抑制蛋白酶活性。體積分?jǐn)?shù)為1.25%的木醋處理組顯著促進(jìn)，其他3個(gè)濃度竹醋沒有顯著影響。體積分?jǐn)?shù)為0.25%、1.25%和2.5%的秸稈醋處理組顯著促進(jìn)蛋白酶活性，5%的秸稈醋處理組沒有顯著影響。圖2顯示:低濃度的竹醋和木醋對(duì)蛋白酶沒有顯著影響，體積分?jǐn)?shù)為1.25%濃度時(shí)這3種醋液對(duì)土壤蛋白酶活性抑制率最低。竹醋處理組對(duì)蛋白酶活性抑制率大于木醋與秸稈醋處理組。

對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響見表2和圖3。體積分?jǐn)?shù)為0.25%的竹醋、木醋處理組沒有顯著影響，體積分?jǐn)?shù)為1.25%、2.5%和5%的竹醋、木醋處理組顯著促進(jìn)，而秸稈醋液處理組4個(gè)體積分?jǐn)?shù)沒有顯著影響。低體積分?jǐn)?shù)(0.25%)的3種生物質(zhì)氣化液對(duì)土壤蔗糖酶活性影響不顯著，隨著濃度升高，抑制率降低。這3種醋液對(duì)蔗糖酶活性抑制的影響為秸稈醋處理組大于木醋與竹醋處理組。

圖2 土壤蛋白活性抑制率(%)

圖3 土壤蔗糖酶活性抑制率(%)

3 結(jié)論與討論

3種生物質(zhì)氣化液在低濃度時(shí)對(duì)小麥苗期生長(zhǎng)沒有顯著差異，高濃度時(shí)會(huì)抑制小麥出芽，也對(duì)小麥苗期生長(zhǎng)有抑制作用。對(duì)培養(yǎng)小麥的土壤進(jìn)行3種酶活性的測(cè)定發(fā)現(xiàn)：生物質(zhì)氣化液在低于1.25%體積分?jǐn)?shù)以下有促進(jìn)作用，高濃度有抑制作用，對(duì)土壤酶活性抑制率為脲酶>蛋白酶>蔗糖酶。觀察不同濃度的生物質(zhì)氣化液澆灌的小麥以及對(duì)3種土壤酶活性的影響發(fā)現(xiàn)：體積分?jǐn)?shù)為0.25%為有益小麥生長(zhǎng)的濃度，并對(duì)這3種酶有積極影響；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.25%濃度下雖對(duì)小麥有消極影響，但對(duì)土壤的3種酶有一定的積極影響。這3種生物質(zhì)氣化液對(duì)小麥和土壤的影響不同，對(duì)小麥的生長(zhǎng)抑制程度大小為：竹醋>木醋>秸稈醋，對(duì)土壤酶活性抑制程度大小為：竹醋>木醋>秸稈醋。

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，竹、木、秸稈等生物質(zhì)資源豐富，生物質(zhì)資源加工后產(chǎn)生的廢液經(jīng)過處理后可用于食品、化妝、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等大量領(lǐng)域。生物質(zhì)氣化液是一種天然的有機(jī)產(chǎn)物，有相關(guān)研究表明：生物質(zhì)氣化液對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)有積極影響，能提升農(nóng)作物品質(zhì)，提高作物產(chǎn)量[13-14]。生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用特別是農(nóng)林廢棄物炭化還田對(duì)土壤、作物及農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的影響已經(jīng)有大量報(bào)道。炭對(duì)土壤理化性質(zhì)、微生物群落結(jié)構(gòu)、土壤酶活性、重金屬遷移等影響的研究工作也有大量的報(bào)道，但生物質(zhì)醋對(duì)土壤的影響研究很少有報(bào)道，尤其是秸稈醋液[15]。為擴(kuò)大生物質(zhì)醋液的應(yīng)用，急需開展其對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境影響的研究，濃度、使用量、使用時(shí)間與期限等具體技術(shù)因素在農(nóng)業(yè)方面的科學(xué)使用。本試驗(yàn)中明確了使用生物質(zhì)氣化液的濃度與其對(duì)土壤酶活性的影響，下一步將研究長(zhǎng)期使用與過量使用生物質(zhì)氣化液對(duì)植物與土壤環(huán)境的影響。