李妍　劉蕾　柳新偉　晁代順　趙婷婷　崔德杰　宋祥云

摘要：為研究抗生素菌渣有機肥對潮土土壤養(yǎng)分及酶活性的影響，在日光溫室內(nèi)設(shè)置不同用量抗生素菌渣有機肥在大白菜上的施用效果試驗。結(jié)果表明，與不施肥對照相比，菜田施用抗生素菌渣有機肥后土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量增加，收獲期高量有機肥處理土壤養(yǎng)分含量增加明顯。施用菌渣有機肥提高了土壤多種酶活性，脲酶和蛋白酶活性隨著施用量加大而增高;不同用量抗生素菌渣有機肥處理對土壤過氧化氫酶和磷酸酶活性無顯著影響。

關(guān)鍵詞：菌渣有機肥;土壤養(yǎng)分;土壤酶活性

中圖分類號：S144.2文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2020）03-0078-06

AbstractIn order to study the effects of antibiotic residue organic fertilizer on nutrients and soil enzyme activities of moisture soil， different application amounts were set to analyze their effects on Chinese cabbage in greenhouse. The results showed that the contents of soil organic matter， alkali-hydrolyzed nitrogen， available phosphorus and available potassium increased after applying antibiotic residue organic fertilizer， and the high-amount treatment significantly increased soil nutrients at harvest time compared with the control（no fertilizer application）. Multiple soil enzyme activities could be improved， and the activities of urease and protease increased with the increase of application amounts of antibiotic residue organic fertilizer. But different treatments had no significant effects on the soil catalase and phosphatase activities.

KeywordsAntibiotic residue organic fertilizer; Soil nutrients; Soil enzyme activities

抗生素菌渣為抗生素發(fā)酵提取過程中產(chǎn)生的濾渣，據(jù)統(tǒng)計我國年產(chǎn)為130萬噸[1]，其環(huán)境無害化利用處置目前已成為制藥行業(yè)亟待解決的問題?？股鼐胸S富的養(yǎng)分，有機質(zhì)含量可達(dá)90%左右[2]，具有較大的肥料化潛力。因此，抗生素菌渣制成有機肥既可以解決固體廢棄物資源化利用問題，施入土壤中又可以提高土壤肥力[3]。目前，低毒性、低穩(wěn)定性類抗生素的發(fā)酵廢渣經(jīng)無害化后用作有機肥的生產(chǎn)原料已被大多數(shù)企業(yè)所接受[4，5]。國內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，將抗生素菌渣經(jīng)堆肥處理加工成有機肥后，性質(zhì)比較穩(wěn)定的抗生素被降解，堆肥基本達(dá)到無植物毒性水平，并且施用在農(nóng)作物上可顯著增產(chǎn)[6-9]。

抗生素菌渣資源化利用，不僅可以解決其造成的面源污染，而且可以突破制約抗生素制藥行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸[10]。本試驗就抗生素菌渣有機肥對菜田土壤養(yǎng)分及酶活性的影響進(jìn)行研究，以了解其對菜田土壤生態(tài)系統(tǒng)可能產(chǎn)生的影響，為有效實現(xiàn)抗生素菌渣的資源化利用及該肥料的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料

試驗在河南省汝州市河南仁華生物科技有限公司試驗地日光溫室內(nèi)進(jìn)行。土壤類型為石灰性潮土。供試菌渣有機肥：抗生素菌渣通過物理化學(xué)法先消除其生物毒性，之后結(jié)合烘干技術(shù)等制成的有機肥。菌渣有機肥理化性質(zhì)均已達(dá)到有機肥標(biāo)準(zhǔn)要求。耕層土壤和抗生素菌渣有機肥基本理化性狀見表1。

1.2試驗設(shè)計

試驗設(shè)3個處理，分別為：對照，不施肥;常量施用抗生素菌渣有機肥7 500 kg/hm2（以下簡稱常量有機肥）;高量施用抗生素菌渣有機肥15 000 kg/hm2 （以下簡稱高量有機肥）。隨機區(qū)組排列，重復(fù)3次。小區(qū)面積60 m2。抗生素菌渣有機肥作底肥一次性施入土壤。種植作物為大白菜，基施有機肥后整地播種。

1.3試驗方法

1.3.1樣品采集為準(zhǔn)確分析菌渣肥的施用效果，種植周期內(nèi)布置45個取樣節(jié)點。

采樣分為7次：第1次采集種植前土壤（2018年12月13日）;第2次為施肥后1天（2018年12月14日）;第3次為苗期（2019年1月15日）;第4次為蓮座期（2019年2月22日）;第5次為收獲期（2019年3月27日）;第6次為收獲后50天，第7次為收獲后90天。大白菜收獲后大棚內(nèi)無其他作物種植。采用十字取樣法取0～20 cm耕層土壤約1 kg，裝入取樣袋，迅速帶回實驗室，預(yù)處理備用。

1.3.2測定項目及方法土壤堿解氮采用堿解擴散法;有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法;有機質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法。

土壤酶活性測定：脲酶活性采用擴散法;過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法;蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法;蛋白酶活性采用茚三酮比色法;磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法[11]。

1.4數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行整理，用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1抗生素菌渣有機肥施用后土壤養(yǎng)分的變化

由表2看出，土壤有機質(zhì)含量隨著菌渣有機肥用量增大而增加，其中高量有機肥增加更明顯，收獲期高量有機肥處理土壤有機質(zhì)含量比對照增加30.5%，差異達(dá)顯著水平。收獲后90天兩個有機肥處理的土壤有機質(zhì)含量仍顯著高于對照。

與對照相比，施肥顯著提高了各時期土壤堿解氮含量，且隨菌渣有機肥用量增加而提高。至收獲期各施肥處理的土壤堿解氮含量仍保持較高水平，說明菌渣有機肥堿解氮含量高，可為大白菜生長提供充足營養(yǎng)，未耗竭土壤中的堿解氮。與大白菜生育前期相比，兩個施肥處理土壤速效磷含量在收獲期后均顯著降低，但都高于同期對照。原因是一方面大白菜在蓮座期以后對磷素需求量加大，另一方面說明菌渣有機肥磷素養(yǎng)分含量不足，無法滿足作物的營養(yǎng)需求。收獲后50、90天土壤有效磷持續(xù)降低。與對照相比施用有機肥后提高了土壤速效鉀含量，自蓮座期后兩個施肥處理均與對照差異顯著。收獲后90天各處理速效鉀含量均有降低，但處理間差異不顯著。

與對照相比，大白菜收獲期施用菌渣有機肥處理的土壤pH值顯著提高，收獲后90天各處理間差異不顯著。

2.2抗生素菌渣有機肥施用后土壤酶活性的變化

土壤酶活性與土壤肥力密切有關(guān)。過氧化氫酶廣泛存在于土壤和生物體內(nèi)。大白菜生育期內(nèi)土壤過氧化氫酶活性均明顯高于收獲后50天和90天土壤樣品（圖1）。與對照相比，施肥后1天和苗期過氧化氫酶活性無顯著性變化，蓮座期常量有機肥處理過氧化氫酶活性顯著高于高量有機肥處理，收獲期則無顯著差異。說明在大白菜生育期內(nèi)施用菌渣有機肥對土壤過氧化氫酶活性影響不大。

土壤脲酶活性可表征土壤氮素狀況。在大白菜蓮座期至收獲期，與對照相比，菌渣有機肥的施入提高了土壤脲酶活性，并且高量有機肥處理提高幅度高于常量有機肥處理，說明隨著有機肥用量的加大土壤脲酶活性提高（圖2）。土壤脲酶活性與有機肥種類有一定關(guān)系，本研究中所用有機肥富含蛋白質(zhì)，隨著有機肥的分解，土壤脲酶活性逐漸提高，即使作物收獲后土壤中仍含有大量有機質(zhì)，土壤脲酶活性較高。

蛋白酶參與土壤中的氨基酸、蛋白質(zhì)等有機化合物轉(zhuǎn)化。因此本研究中施用含有豆粕這種植物蛋白質(zhì)來源的有機肥，促進(jìn)了土壤蛋白酶活性的提高，與常量有機肥處理相比，高量有機肥處理土壤蛋白酶活性更高。收獲后90天時，高量有機肥處理與對照相比土壤蛋白酶活性提高18.5%（圖3）。相關(guān)性分析表明蛋白酶活性與土壤有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)（R=0.5292， P=0.024），見圖4。

土壤磷酸酶與有機磷轉(zhuǎn)化為無機磷有關(guān)。由圖5看出，大白菜生育前期，土壤磷酸酶活性較低，但菌渣有機肥處理的磷酸酶活性高于對照，蓮座期后所有處理磷酸酶活性均明顯提高，收獲期常量有機肥處理磷酸酶活性顯著高于其他處理。收獲后50天和90天施用有機肥處理磷酸酶活性仍然保持在0.425 mg·g-1·d-1以上。

蔗糖酶對增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)起重要作用。由圖6看出，大白菜生育期內(nèi)常量有機肥處理1天，土壤蔗糖酶活性顯著增高，收獲期土壤蔗糖酶活性仍顯著高于對照和高量有機肥處理。而在收獲后50天和90天施肥處理蔗糖酶活性與對照無明顯差異。

3討論與結(jié)論

土壤有機質(zhì)含量是重要的土壤肥力指標(biāo)之一。富含有機質(zhì)的土壤保水性、保肥性好。菌渣有機肥富含多種養(yǎng)分，經(jīng)過微生物分解釋放可以為農(nóng)作物生長提供大量養(yǎng)分[12]。田間試驗表明，長期施用有機肥的土壤有機質(zhì)含量高，作物產(chǎn)量高，土壤理化性狀改善效果好[13-15]。本研究在白菜生長期內(nèi)土壤有機質(zhì)含量隨著有機肥用量增大而增加，高量有機肥增加更明顯，與以往的菌渣有機肥大田試驗結(jié)果基本一致。王義祥等[16]研究發(fā)現(xiàn)，與不施肥處理相比，施用菌渣有機肥一定程度提高了果園土壤有機碳含量5.8%～14.8%。進(jìn)入土壤中的植物殘體是影響有機碳固定最重要的因素之一[17]，菌渣有機肥有機碳含量較高，施入土壤后促進(jìn)了土壤微生物的活動，從而使有機質(zhì)礦化分解較快，進(jìn)而影響土壤有機質(zhì)含量。因而菌渣有機肥的施入可以有效提高表層土壤有機質(zhì)含量。

土壤養(yǎng)分是土壤的重要組成部分，可以直接反映其質(zhì)量狀況[18]。本試驗結(jié)果表明，與對照相比施用抗生素菌渣有機肥后，可顯著提高土壤堿解氮含量。至大白菜收獲期，施肥處理土壤堿解氮含量仍保持較高含量，說明菌渣有機肥堿解氮含量較高。有機肥不但能直接向作物提供磷素、鉀素營養(yǎng)，而且能提高土壤磷、鉀的有效性，增加土壤供磷、鉀容量和強度[19]。本試驗結(jié)果表明施用菌渣有機肥初期，土壤有效磷含量顯著增加，收獲期土壤有效磷含量降低，但仍高于同期對照。原因是一方面大白菜在蓮座期以后對磷素需求量加大，另一方面說明菌渣有機肥磷素養(yǎng)分含量不足，無法滿足作物的營養(yǎng)需求。施用有機肥后提高了土壤速效鉀含量，至收獲期兩個施肥處理的速效鉀含量與苗期差異較小，表明有機肥鉀素養(yǎng)分含量較高，可基本滿足大白菜生育期內(nèi)對鉀素的需求。

土壤酶在土壤中參與各種生化反應(yīng)，如腐殖質(zhì)的分解與合成[20];動植物和微生物殘體的分解[21]及有機化合物的水解與轉(zhuǎn)化等[22]。抗生素菌渣有機肥施入土壤中會直接或間接對土壤酶活性產(chǎn)生較大影響，施用菌肥能顯著提高土壤過氧化氫酶、脲酶和土壤蔗糖酶的活性[23，24]。本研究結(jié)果也表明，在大白菜生長期內(nèi)，高量有機肥處理土壤脲酶和蛋白酶活性更高，常量有機肥處理收獲期土壤蔗糖酶活性顯著增高，收獲期后蔗糖酶活性降低。王紅霞等[25]研究發(fā)現(xiàn)，菌渣有機肥的施入可以提高磷酸酶活性，這與本試驗結(jié)果基本一致。本研究中，與常量有機肥處理相比，高量有機肥處理土壤磷酸酶活性并沒有增高。說明土壤磷酸酶活性可能與土壤類型、種植作物以及氣候條件等因素有關(guān)，不能單純地分析施肥量對土壤磷酸酶活性的影響。

本研究結(jié)果表明，施用抗生素菌渣有機肥，增加了土壤有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量，同時提高了土壤多種酶的活性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張倩倩. 抗生素菌渣的堆肥處理研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2019.

[2]冷遠(yuǎn)鵬， 段路路， 李江龍. 灰黃霉素菌渣土壤調(diào)理劑在不同作物上的應(yīng)用效果[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018， 46（35）： 120-123.

[3]孫秀艷. 抗生素菌渣處置難題待解[J]. 廣西質(zhì)量監(jiān)督導(dǎo)報，2017（1）： 48.

[4]蘇建文， 王俊超， 許尚營， 等. 紅霉素菌渣厭氧消化實驗研究[J]. 中國沼氣， 2013， 31（5）： 25-28.

[5]趙衛(wèi)鳳， 鮑曉磊， 張媛， 等. 河北省發(fā)酵類抗生素菌渣處置現(xiàn)狀及存在的問題[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013， 41（31）： 12417-12421.

[6]Jakob M， Oliver O， Klaus K. Antibiotic residues in livestock manure： does the EU risk assessment sufficiently protect against microbial toxicity and selection of resistant bacteria in the environment[J]. Journal of Hazardous Materials， 2019， 379（5）：120807.

[7]段會英. 青霉素菌渣堆肥中細(xì)菌豐度、多樣性及群落結(jié)構(gòu)的研究[D]. 南京：東南大學(xué)， 2017.

[8]李路平， 李俊玲， 杜黎君. 制藥行業(yè)下腳料生產(chǎn)有機肥的質(zhì)量評價[J]. 河南科技學(xué)院學(xué)報，2009， 37（3）： 29-31.

[9]張紅娟， 郭夏麗， 王巖. 林可霉素菌渣與牛糞聯(lián)合堆肥實驗研究[J]. 環(huán)境工程學(xué)報，2011， 5（1）： 231-234.

[10]孟蕾， 周迎久. 青霉素菌渣無害化、資源化成套技術(shù)成功研發(fā)[J]. 化工管理，2013（19）： 52-53.

[11]關(guān)松蔭. 土壤酶及其研究法[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社， 1986.

[12]公丕成， 蔡辰， 張博， 等. 我國抗生素菌渣資源化研究新進(jìn)展[J]. 環(huán)境工程， 2017， 35（5）： 107-111.

[13]Huang R， Zhang Z， Xiao X， et al. Structural changes of soil organic matter and the linkage to rhizosphere bacterial communities with biochar amendment in manure fertilized soils[J]. Science of the Total Environment，2019， 692（20）：333-343.

[14]喬云發(fā)， 韓曉增， 趙蘭坡. 長期定位施肥對黑土碳氮儲量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究，2011， 27（4）： 480-484.

[15]張恩平， 王維念， 張淑紅. 長期定位施肥條件下土壤活性有機碳變化及其與土壤速效養(yǎng)分的相關(guān)性[J]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014， 45（5）： 528-532.

[16]王義祥， 王峰， 葉菁， 等. 不同菌渣施用量對柑橘園土壤有機碳及其組分的影響[J]. 熱帶作物學(xué)報，2015， 36（4）： 650-655.

[17]齊邊斌， 趙鑫勇， 呂德國. 影響土壤有機碳動態(tài)變化的因素研究進(jìn)展[J]. 北方果樹，2019（4）： 1-4.

[18]馬嘉偉， 黃其穎， 程禮澤， 等. 菌渣化肥配施對紅壤養(yǎng)分動態(tài)變化及水稻生長的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2013， 25（1）： 147-151.

[19]謝安乾， 王恩堯. 有機肥施用對土壤肥力影響的研究進(jìn)展[J]. 鄉(xiāng)村科技， 2017（2）： 87.

[20]黃立強， 趙竹青， 劉新偉， 等. 秸稈深還年限對葡萄園土壤腐殖質(zhì)組分及酶活性的影響[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2017， 56（19）： 3640-3645.

[21]萬忠梅， 宋長春. 土壤酶活性對生態(tài)環(huán)境的響應(yīng)研究進(jìn)展[J]. 土壤通報， 2009， 40（4）： 951-956.

[22]孫瑞蓮， 趙秉強， 朱魯生， 等. 長期定位施肥對土壤酶活性的影響及其調(diào)控土壤肥力的作用[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報， 2003，9（4）： 406-410.

[23]林冬梅， 林占熺， 蘇德偉， 等. 種植菌草對沙質(zhì)荒漠化土壤養(yǎng)分、酶活性及微生物的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017， 46（5）： 61-65.

[24]王夢雅， 符云鵬， 賈輝， 等. 不同菌肥對土壤養(yǎng)分、酶活性和微生物功能多樣性的影響[J]. 中國煙草科學(xué)，2018， 39（1）： 57-63.

[25]王紅霞， 孫樹卓. 微生物菌肥對大棚黃瓜根系土壤三種酶活性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)， 2017， 37（16）： 48.