中圖分類號S216.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號 0517-6611（2025）12-0037-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.12.010

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Effect of V_c Fermentation By-products on Straw Degradation Rate in Semi-arid Areas of Western Liaoning WANG Li，GAO Yi-nan，ZHU Xiang-nan et al（Liaoning Technical University，F(xiàn)uxin，Liaoning 123000）

Abstract[Objective]To explore the effect of applying v_c fermentation by-products （RAE + CBS）on the straw degradation rate in the semiaridareaofestLoedisudoldgoseiileeitaldd areof westeLiaongasthsdyr，ihopieldndcootsoilastereseahets.Byeasofsalluridii， acombinationoffeldexpeentsndsillboratoyexpetsasdoptedesuloieldsiicatlyeasdferao of RAE + CBS.The proportionoffattyarbonandolysaccharideinsoilorganicmatercomponntssignificantlyincreasdaftertheapationof RAE + CBS，whiletheproportionofromaticarbondecreasdsignificantlyThproportionofplysachaidecompoentsinorganicateromponents showedatrendofrstincreasing，thendecreasing，andthen increasingagainaftertheapplicationofhigh-doseRAE + CBS.The cellulase activity was significantly higher than that of the control groupafter the application of high-dose RAE + CBS，and the cellulase activity showed a sharp decline trend from 1 to 7 days after application.After the application of high-dose RAE + CBS，the β -glucosidase activity showed a trend of first increasing，then decreasing，and then stabilizing.[ Conclusion] The application of RAE + CBS has a positive effect on the improvement of semi-arid soil.The application of RAE + CBS enhanced the ability to decompose cellulose in straw degradation，thereby promoting the accumulation process of soil organic matter in the semi-arid area of westerm Liaoning.

Key wordsConservation tillage; v_c fermentation by-products;Straw degradation;Soil organic mater;Soil enzymes

遼西半干旱地區(qū)長期的傳統(tǒng)耕作伴隨著秸稈移走或就地焚燒，加速了土壤有機(jī)質(zhì)含量的下降1，進(jìn)而導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，既不利于環(huán)境保護(hù)又不利于農(nóng)業(yè)資源的可持續(xù)利用[2]。近年來，免耕栽培一直被提倡作為一個減輕和適應(yīng)氣候變化的潛在工具[3]。在遼西半干旱地區(qū)施行免耕是提高土壤有機(jī)碳水平的措施之一[4]，該地區(qū)風(fēng)大、蒸發(fā)劇烈，降雨量少、干旱頻發(fā)，風(fēng)蝕嚴(yán)重，限制了土壤有機(jī)質(zhì)的形成[5]。因此免耕加秸稈覆蓋還田的保護(hù)性耕作措施成為該地區(qū)提高王壤碳儲量的重要舉措。

v_c 發(fā)酵過程中會產(chǎn)生和排放大量的工業(yè)廢水，其副產(chǎn)物主要包括古龍酸母液（RAE）和超濾后濃縮菌液（CBS）[6]。RAE是 v_c 工業(yè)生產(chǎn)過程中的2-酮基-L-古龍酸（2KGA）發(fā)酵液經(jīng)過蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶后得到的殘留物[7]，其主要成分為2KGA、草酸、甲酸、乙酸等一系列小分子有機(jī)物[8]。CBS是由混合培養(yǎng)發(fā)酵后的超濾膜截留的發(fā)酵液產(chǎn)生的另一種菌液。巨大芽孢桿菌（約 2.0×10⁷CFU/g， ），也稱為一種植物生長促進(jìn)菌（PGPB），是CBS中存在的主要微生物9。針對遼西半干旱區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量下降和 v_c 發(fā)酵副產(chǎn)物資源合理利用的問題，該研究基于土壤微生物代謝調(diào)控理論，采用“低分子量有機(jī)酸 + 外源降解物種加速秸稈降解”策略[10]，即施加不同劑量 RAE+CBS 結(jié)合滴灌方法[]，構(gòu)建了一套適用于遼西半干旱地區(qū)的保護(hù)性耕作技術(shù)集成，并在遼西示范區(qū)開展相關(guān)試驗，旨在結(jié)合秸稈還田、免耕等保護(hù)性耕作措施[12]，加速遼西半干旱地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)積累進(jìn)程[13]。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況試驗在遼寧省西部半干旱典型地區(qū)的阜新市阜新蒙古族自治縣阜新鎮(zhèn)桃李村進(jìn)行。該地區(qū)位于遼寧省西部 （ 121^°01^′～122^°26^′E_?41^°44^′～42^°34^′N） ，平均海拔235m ，年均氣溫 7.9^qC ，作物生育期平均氣溫為 20.2°C ，?10‰ 積溫天數(shù)為169d。生育期累計日照時數(shù)為1289.7h ，年蒸發(fā)量為 1864.8mm ，年降水量為 495.2mm ，且年內(nèi)分布不均。春旱、伏旱、秋旱頻繁且嚴(yán)重。土壤類型為砂壤土， pH6.08 ，土壤容重 1.48g/cm³ ，田間持水量 19% ，有機(jī)質(zhì)含量 18.54g/kg ，全氮 0.88g/kg^[14] 。

1.2試驗設(shè)計為研究 v_c 發(fā)酵副產(chǎn)物對遼西半干旱區(qū)土壤改良的效果，該試驗采取設(shè)置 RAE+CBS 的添加量為高劑量組和低劑量組的2個處理。 RAE+CBS 按 1：2 施用。RAE和CBS混勻并應(yīng)用氫氧化鉀調(diào)節(jié) pH 后，直接滴灌即可。田間試驗小區(qū)施肥信息如表1所示。

以淺埋滴灌追氮為對照，對照組不施RAE和CBS。試驗共3個處理，4次重復(fù)，共12個小區(qū)，每小區(qū)面積 180m² 。

所有試驗地均為秸稈還田樣地，在前一年玉米成熟期進(jìn)行收獲的同時，利用收獲機(jī)將秸稈機(jī)械粉碎后（長度 lt;10cm ）平鋪于地表，2021年春季采用免耕播種機(jī)進(jìn)行播種。

1.3土壤樣品采集 采樣時間為玉米灌漿期施用 RAE+CBS 后，選取8個施肥后時間階段的土樣，即施肥后1、3、5、7、14、21、30、40d（收獲期）。每個試驗小區(qū)隨機(jī)采集4個作物根系土壤樣品，并且均勻地混成一個土壤樣品，保存在大約 0^°C 的保溫箱中，較短時間內(nèi)運到實驗室進(jìn)行測定分析。一部分土壤樣品過 2mm 篩，風(fēng)干后的土壤樣品用于中紅外光譜技術(shù)測定土壤有機(jī)質(zhì)組分；另一部分采集的土壤樣品保存在-20^qC 進(jìn)行土壤酶相關(guān)指標(biāo)測定。

1.4測定指標(biāo)及方法中紅外光譜技術(shù)測定有機(jī)質(zhì)組分[15]，運用中紅外光譜儀每個指標(biāo)平行測定64次。土壤纖維素酶活性的測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法[16]，土壤β-葡萄糖苷酶活性的測定用硝基酚比色法[17] 。

1.5數(shù)據(jù)處理所有試驗數(shù)據(jù)利用Excel2016進(jìn)行計算以及繪制表格，采用GraphPadPrism9.0軟件進(jìn)行分析以及繪制差異顯著性圖。采用單因素方差法（one-wayANONA）進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 V_c 發(fā)酵副產(chǎn)物的施用對作物產(chǎn)量的影響從圖1可以看出，土壤施用 RAE+CBS 對作物產(chǎn)量和千粒重的提升作用均顯著。與對照相比，施用低劑量 RAE+CBS 的作物產(chǎn)量增產(chǎn)率為 7.21% ，而施用高劑量 RAE+CBS 的作物產(chǎn)量提升了9.13% ；與對照相比，施用低劑量 RAE+CBS 的作物千粒重提升了 13.22% ，而施用高劑量RAE+CBS的作物千粒重提升了27.14% 。

2.2 V_c 發(fā)酵副產(chǎn)物的施用對土壤有機(jī)質(zhì)組分的影響對試驗田土壤采取灰分示蹤法測定各處理中秸稈的時空降解特征，采用傅里葉變換紅外光譜檢測土壤有機(jī)質(zhì)組分的變化和時空分布。該研究選取了3個特征峰 （2930，1620，1034cm^-1） ）來計算單個特征峰的相對峰面積，即相對峰面積 Σ=Σ 單個峰面積/3個特征峰總面積 ×100% 。不同的特征峰用來評估土壤有機(jī)質(zhì)不同的有機(jī)碳組分：脂肪族碳組分（ 2930cm^-1 ）、芳香族碳組分（ 1620cm^-1 ）、多糖 '1034cm^-1 ）。

從圖2可以看出，施用高劑量RAE +CBS 的土壤有機(jī)碳組分中脂肪族碳占比顯著高于對照組。3個處理中高劑量組脂肪族碳占比在施肥后1d最高（ 0.06% ），比對照組（ 0.04% 高0.02百分點；在施肥后7d最低 （0.05%） ，比對照組（ （0.03% 高0.02百分點。說明3個處理中，施用高劑量RAE + CBS具有明顯提升有機(jī)碳組分中脂肪族碳占比的作用。

從圖3可以看出，在3個處理中施用高劑量 RAE+CBS 的土壤有機(jī)碳組分中芳香族碳占比除1和7d外其余天數(shù)均顯著低于對照組。高劑量組芳香族碳占比在施肥后1d最高（ 3.28% ），比對照組 （3.07%） ）高0.21百分點；在施肥后 40d 最低 （2.69%） ，比對照組（ 3.10% ）低0.41百分點。說明3個處理中，施用高劑量RAE _+CBS 具有明顯降低有機(jī)碳中芳香族碳占比的作用。

從圖4可以看出，施用高劑量 RAE+CBS 的土壤有機(jī)碳組分中多糖占比除1和7d以外其余天數(shù)均顯著高于對照組。高劑量組的多糖占比在施肥后 40d 最高（ 97.29% ），比對照組（ 96.86% ）高0.43百分點；在施肥后1d最低（ 96.67% ，比對照組（ 96.89% ）低0.22百分點。碳有機(jī)質(zhì)組分中多糖占比在施加高劑量1 3AE+CBS 后呈先上升后下降再上升的趨勢。

對土壤樣品的 β- 葡萄糖昔酶活性、纖維素酶活性和土壤養(yǎng)分進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施加 RAE+CBS 處理下，土壤有機(jī)質(zhì)組分變化與酶活性呈顯著正相關(guān)，而在高劑量處理下正相關(guān)關(guān)系最為密切。

注： 表示與對照組（CK）相比差異顯著（ Plt;0.05 。

Note：* indicates significant difference compared with CK（Plt;0.05） ：

注： * 表示與對照組（CK）相比差異顯著（ Plt;0.05 。Note：* indicates significantdifferencecomparedwith Cl ζ（Plt;0.05）

2.3 v_c 發(fā)酵副產(chǎn)物的施用對土壤酶活性的影響從圖5可以看出，施用高劑量 RAE+CBS ，纖維素酶活性顯著高于對照組，施用后1＼～7d纖維素酶活性呈急劇下降趨勢；施加高劑量RAE+CBS，β- -葡萄糖苷酶活性呈現(xiàn)先上升后下降再趨于平穩(wěn)的趨勢。由此可見，施加高劑量RAE +CBS 影響土壤酶活性。

3討論

3.1 v_c 發(fā)酵副產(chǎn)物的施用對土壤酶活性及養(yǎng)分含量的影響高熙梣等[18]研究表明，施用RAE+CBS在提升植物養(yǎng)分的有效性方面具有顯著作用。高盼[研究指出，土壤酶作為一種具有高度催化活性的氨基酸類蛋白質(zhì)，其結(jié)構(gòu)中含有羧基（一COOH）和氨基 （-NH₂） ），而 RAE+CBS 同樣含有羧基（一COOH）和羥基（一OH）?；谙嗨菩栽?，羧基的數(shù)量決定了 RAE+CBS 作用的強(qiáng)度；而基于相異性原理，羥基的存在會降低 RAE+CBS 的活性[20]。王曉玲[20]研究發(fā)現(xiàn)，RAE+CBS 中所含的羧基對酶的活化作用最為顯著； RAE+ CBS的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點使其對土壤酶的活化作用最為突出。

注：*表示與對照組（CK）相比差異顯著（ Plt;0.05 。

Note：*indicates significant difference compared with CK （Plt;0.05） ：

土壤有機(jī)質(zhì)主要分為兩大類別：一類是有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域已知的物質(zhì)，例如有機(jī)酸、糖類、脂肪等[21-22];另一類則是無法歸類于有機(jī)化學(xué)中現(xiàn)有任何一類的特殊物質(zhì)，如胡敏酸、富里酸等[23]。該研究中，土壤施用 RAE+CBS 使有機(jī)質(zhì)含量明顯提升，這可能是由于增加了第一類有機(jī)質(zhì)，即與有機(jī)殘體的有機(jī)組成相似的普遍有機(jī)化合物。有機(jī)質(zhì)作為土壤微生物可利用的碳、氮來源，其種類和數(shù)量在一定程度上決定了土壤酶的來源[24]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，施用RAE+CBS 明顯提升了土壤有機(jī)質(zhì)含量，且以高劑量組的效果最明顯。有機(jī)質(zhì)含量的增加，伴隨著微生物數(shù)量的增多，進(jìn)而增強(qiáng)了酶活性。因此， v_c 發(fā)酵副產(chǎn)物（ RAE+CBS ）可通過增加土壤有機(jī)質(zhì)，為微生物提供能量，從而增強(qiáng)土壤酶活性。

3.2 v_c 發(fā)酵副產(chǎn)物的施用時效性對土壤酶活性及養(yǎng)分含量的影響 RAE+CBS 易于被微生物作為碳源所利用，并分解為二氧化碳、氫氣、甲烷等氣體[25]。秸稈中的纖維素和半纖維素等較難降解的組分，通過纖維素酶（包括葡聚糖內(nèi)切酶和外切酶）的作用被分解為纖維二糖，進(jìn)而被葡萄糖苷酶分解為葡萄糖[26-27]。因此，施用 RAE+CBS 有助于促進(jìn)遼西半干旱區(qū)免耕和秸稈覆蓋還田的保護(hù)性耕作試驗田中秸稈的降解過程。在該研究中，施加 RAE+CBS 后，土壤有機(jī)質(zhì)組分中脂肪類碳占比和多糖占比均明顯提高，芳香族碳占比明顯下降，土壤酶活性從第1天基本保持不變的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌掷m(xù)上升的趨勢，這主要歸因于有機(jī)質(zhì)在分解過程中為微生物提供了豐富的碳源，從而使得土壤酶活性能夠穩(wěn)定維持在較高水平[28-29]。這也進(jìn)一步證實了] 3AE+CBS 是有機(jī)質(zhì)的重要來源之一，而有機(jī)質(zhì)作為土壤動物和微生物的食物，與土壤酶和土壤生物之間存在相互作用[30]

由此可見，土壤酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量之間的關(guān)系會受到施用 RAE+CBS 濃度以及秸稈降解條件的影響而發(fā)生變化。因此，在施用R 劑量變化較大的土壤體系中，基價體系需要重新進(jìn)行確定。

注： ? 表示與對照組（CK）相比差異顯著（ Plt;0.05 。Note：* indicates significant difference comparedwith CK（ Plt;0.05） 二

Fig.5Effects of the application of V_c fermentation by-products on cellulase and β-glucosidase activ

4結(jié)論

（1）作物產(chǎn)量在施用 RAE+CBS 后顯著提高，說明施加RAE 對半干旱區(qū)土壤的改良具有積極作用。

（2）總體來看，施用 RAE+CBS 土壤有機(jī)質(zhì)組分中脂肪 類碳占比和多糖占比均明顯提高，芳香族碳占比明顯下降。 有機(jī)質(zhì)組分中多糖占比在施加高劑量 RAE+CBS 后呈先上升 后下降再上升的趨勢。說明施加R 改變了土壤有機(jī) 質(zhì)組分。

（3）施用高劑量 RAE+CBS ，纖維素酶活性顯著高于對照組，施用后1＼～7d纖維素酶活性呈急劇下降趨勢；施加高劑量 RAE+CBS ，β-葡萄糖苷酶活性呈現(xiàn)先上升后下降再趨于平穩(wěn)的趨勢。由此可見，施加高劑量 RAE+CBS 影響土壤酶活性。結(jié)合土壤有機(jī)質(zhì)組分的改變說明施加高劑量 RAE+ CBS增強(qiáng)了秸稈降解中分解纖維素能力，以促進(jìn)遼西半干旱地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的積累進(jìn)程。

綜上所述， v_c 發(fā)酵副產(chǎn)物（ RAE+CBS ）作為激發(fā)微生物降解功能的肥料制劑，無論是從提高作物產(chǎn)量和發(fā)展我國農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)的角度，還是從加速遼西半干旱地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)積累進(jìn)程的角度都值得大力推廣。

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