任卓然，古維娜，王茹穎，楊靈婧，劉克思,2

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學草業(yè)科學與技術(shù)學院，北京 100193；2. 河北沽源草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，河北 沽源 076550）

土壤是植物生長的基質(zhì)，正常的土壤系統(tǒng)可以供應和協(xié)調(diào)植物生長發(fā)育所必需的水分、養(yǎng)分、空氣、熱量等方面的需求，但土壤系統(tǒng)的退化會導致土壤板結(jié)、營養(yǎng)下降、生產(chǎn)力降低[1-2]，成為制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要限制因子。因此，探究土壤系統(tǒng)的改良方法，對土壤環(huán)境的改善和土地資源的利用具有重要意義。

環(huán)保酵素是以廢棄果蔬、植物、廚余垃圾等為原料，添加或不添加糖和水輔料，經(jīng)微生物發(fā)酵制得的含有特定生物活性成分的產(chǎn)品[3]。環(huán)保酵素制備方法簡單，成本低廉，原料來源豐富[4]。因其富含各種酶、有機酸、礦物質(zhì)、微生物等[5]，近年來被廣泛應用于食品、藥品、污水處理、土壤改良、飼料加工等領(lǐng)域[6]。在土壤系統(tǒng)改良方面，環(huán)保酵素的施用可以提高土壤養(yǎng)分含量、改善土壤通氣情況、優(yōu)化微生物種群結(jié)構(gòu)、改良退化土壤和提升土壤質(zhì)量[7-8]。鑒于環(huán)保酵素在土壤系統(tǒng)改良方面的有效性，目前利用環(huán)保酵素改良土壤的研究越來越多，但是系統(tǒng)總結(jié)當前所取得的研究成果的文章還比較少，這在一定程度上影響了環(huán)保酵素在實際生產(chǎn)中的普遍應用，為此，筆者系統(tǒng)歸納總結(jié)了目前關(guān)于環(huán)保酵素對土壤系統(tǒng)中土壤理化性質(zhì)、主要養(yǎng)分、土壤酶及微生物方面影響的研究，并對于未來有關(guān)環(huán)保酵素在土壤改良上的研究進行了展望，以期為進一步拓展環(huán)保酵素在土壤改良方面的研究及應用提供參考。

1 環(huán)保酵素對土壤理化性質(zhì)的影響

施用環(huán)保酵素能顯著影響土壤容重、土壤孔隙度、土壤結(jié)構(gòu)等土壤的物理性質(zhì)。許多研究都發(fā)現(xiàn)施用酵素菌肥可以顯著降低土壤容重[9-10]。王斌等的試驗結(jié)果表明，施用酵素菌肥之后不同組的土壤容重平均減小了0.043 g/cm3，土壤的孔隙度也在施用多種不同濃度的酵素后有所增加[11]，當環(huán)保酵素與水配比為1∶500或1 ∶750 時，施用11 周后土壤孔隙度增大0.09%[12]。施用酵素使土壤孔隙度增加的原因可能是因為酵素中含多種低分子量的有機酸，如乙酸、檸檬酸等可以中和土壤中的堿性物質(zhì)[13]，從而一定程度上破除土壤鹽堿化過高造成的土壤板結(jié)；另外，酵素中含有的大量新鮮或半腐解的有機質(zhì)本身疏松多孔，與土?；旌暇鶆蚝罂墒咕o實的土壤變疏松，從而降低土壤容重和增大土壤孔隙度[14]。在土壤結(jié)構(gòu)方面，土壤團聚體與土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性密切相關(guān)。酵素中豐富的有機質(zhì)和微生物均能對土壤團聚體的形成產(chǎn)生影響[15]。一方面，酵素中含有的多糖、蛋白質(zhì)等有機物產(chǎn)生的膠結(jié)作用使土粒通過膠體而結(jié)合在一起，能夠促進團粒結(jié)構(gòu)的形成。另一方面酵素中大量的微生物分泌的有機物和真菌菌絲也能對土壤顆粒起到吸附纏繞的作用[16]，能夠促進土壤團聚體的形成，從而起到改善土壤結(jié)構(gòu)的作用。

施用環(huán)保酵素對土壤的pH 值、土壤有機質(zhì)、電導率（electrical conductivity，EC）、土壤陽離子交換量（cation exchange capacity，CEC）、可溶性有機碳（dissolved organic carbon，DOC）等化學性質(zhì)的影響更為顯著。許多研究表明，對土壤施用不同類型的酵素均能降低pH 值，改變土壤EC 值，增加土壤CEC 值和可溶性有機質(zhì)含量（表1）。劉澤霞等利用環(huán)保酵素對鹽堿土改良效果的研究發(fā)現(xiàn)，當施用1 ∶800 稀釋比例的環(huán)保酵素時土壤的EC 值降幅達42.50%；在1 ∶200的稀釋比例下，土壤的pH 值顯著降低，土壤DOC顯著增加了34.28%[17]。這些化學性質(zhì)的變化可能主要由酵素中豐富的有機質(zhì)和微生物引起。酵素在發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量的有機酸和其他有機物，有機酸能夠使土壤pH 值降低，活化鈣鎂鹽類，提高CEC 值；有機物則可以吸附無機鹽離子，減弱鹽分的副作用，促進DOC 的積累；同時酵素中一些未被充分利用的無機陰離子和陽離子也能影響土壤中各種離子的含量，與有機物共同起到改變EC 值的作用；而且酵素中存在的大量微生物可以加快有機質(zhì)的分解，使上述的反應可以持續(xù)進行[13,17-23]。

表1 不同類型酵素對不同土壤主要化學性質(zhì)的影響

2 環(huán)保酵素對土壤主要養(yǎng)分的影響

環(huán)保酵素含有大量的糖分以及小分子的植物組分[9]，并具有較高濃度的有機質(zhì)、氮素、磷素、鉀素等養(yǎng)分成分[28]，施用后影響著土壤中主要養(yǎng)分的動態(tài)（表2）。許多研究表明施用酵素使土壤中的全氮含量增加，而速效氮在不同研究中產(chǎn)生相異的變化。這種變化可能是因為酵素中本身含有的氮素能夠使土壤中的全氮含量增加[29]。但酵素的施用改變了土壤的結(jié)構(gòu)，提高了土壤微生物對含氮有機化合物的轉(zhuǎn)化[17]，促進了氮素的有效化[30]，疊加制作酵素的原材料、施用濃度及土壤等因素之間的差異性，從而導致有效氮在不同研究中表現(xiàn)不同。

酵素的施用同樣增加土壤中全磷含量，而速效磷的含量在不同研究中變化則不一致（表2）。土壤中速效磷含量受很多因素影響，如pH 值、無機鹽離子和有機質(zhì)的含量等。pH 值的變化會引起磷在土壤中存在的形式改變，進而影響磷的有效性[36]；無機鹽離子如Pb、Cd、Zn 等能與可溶性磷發(fā)生反應沉淀，降低有效磷的含量[24]；有機物的影響則更為復雜，一方面有機質(zhì)會提供陰離子，與磷競爭陰離子吸附位點，使磷離子的吸附量下降，另一方面它又能夠釋放出氫離子，使礦物質(zhì)表面基團質(zhì)子化，促進磷的吸附，因此，有機物可能使有效磷增加或減少[37]。在不同研究中，制作酵素的原材料、酵素施用濃度等條件的差異性可能會出現(xiàn)不同的土壤pH 值、無機鹽離子濃度及有機質(zhì)的含量，從而產(chǎn)生不同的有效磷動態(tài)。對于土壤中的鉀，目前相關(guān)酵素施用對其影響的研究相對較少。從已有的研究來看，施用酵素增加土壤中速效鉀的含量，但對于全鉀含量在不同研究中則表現(xiàn)不同。

表2 不同類型酵素對不同土壤主要養(yǎng)分的影響

3 環(huán)保酵素對土壤酶及微生物的影響

施用酵素可影響土壤中的酶和微生物，能夠增加土壤中的有益菌，優(yōu)化微生物的種群結(jié)構(gòu)[38]。酵素的濃度影響著土壤中微生物群落和土壤酶活性，酵素濃度越高土壤微生物數(shù)量和酶活性越高[39]。翟敬華等發(fā)現(xiàn)添加酵素可以提高過氧化氫酶的活性，并使蔗糖酶活性保持較高水平[40]。文廷剛等研究發(fā)現(xiàn)微生物總量在2%濃度的酵素菌施用下較對照增加1.6%，土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性較對照分別提高74.0%、76.2%、49.6%和32.1%。這可能是因為酵素中含有大量有益微生物和有機質(zhì)[41]，這些物質(zhì)一定程度上激活了土壤中酶和微生物的活性。酵素對土壤酶及微生物的影響對于土壤肥力的增加和有毒有害物質(zhì)的降解都發(fā)揮著積極的作用[42-43]。

4 總結(jié)與展望

環(huán)保酵素富含養(yǎng)分、酶及微生物，在土壤系統(tǒng)改良應用中可顯著提高土壤透氣性、降低土壤鹽堿度、提高土壤養(yǎng)分和改善土壤微生物菌群。當前，國家提出綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展理念，環(huán)保酵素這種無污染、無公害且能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化的新型生物肥料，在未來的土壤系統(tǒng)改良應用中具有廣闊的市場前景。目前我國對于環(huán)保酵素在土壤改良方面的研究、應用與推廣尚處于探索實踐階段，未來還需要繼續(xù)深入關(guān)注以下方面。

4.1 環(huán)保酵素的類型和施用方法方面

環(huán)保酵素是利用廢棄果蔬、植物、廚余垃圾等發(fā)酵而成，它的施用效果受原材料及其比例、施用方法等因素的影響，目前這方面的研究還不夠全面和深入，加強這方面的研究驗證，形成規(guī)范統(tǒng)一的研究方法和手段，建立不同酵素產(chǎn)品質(zhì)量標準與功效評價體系。另外，目前的酵素研究周期多為8 周至1 a，缺乏對施用效果的長期評價。未來應加強環(huán)保酵素的施用對土壤改良效果的長期評估研究。通過長期的評價驗證，有利于提高環(huán)保酵素在土壤系統(tǒng)改良應用中的科學性。

4.2 環(huán)保酵素的影響機制方面

國內(nèi)外研究人員在環(huán)保酵素對土壤系統(tǒng)中土壤理化性質(zhì)、土壤養(yǎng)分、土壤微生物的影響提出了一些看法，但這些結(jié)果大部分都停留在表面現(xiàn)象上，對造成這種結(jié)果的內(nèi)在機理還挖掘不夠，未來的研究需要在這面加強。

4.3 環(huán)保酵素對生態(tài)因子網(wǎng)絡影響方面

土壤系統(tǒng)中各個生態(tài)因子都不是孤立的，他們相互影響，構(gòu)成一個交叉的網(wǎng)狀脈絡維持系統(tǒng)的動態(tài)平衡，外來物質(zhì)的加入肯定會對存在的因子網(wǎng)絡系統(tǒng)產(chǎn)生聯(lián)動的影響，但如何影響，目前還未見相關(guān)報道，未來需要加強這方面的研究，進一步揭示環(huán)保酵素的效用機制，可以更好地發(fā)揮環(huán)保酵素這種新興的生物肥料在土壤系統(tǒng)改良中的作用。