木醋液對(duì)土壤生物化學(xué)性狀的影響

賀國(guó)祥， 張 杰， 孟會(huì)生， 洪堅(jiān)平

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)， 山西 晉中 030801)

0 引言

【研究意義】木醋液是由木材、秸稈等木質(zhì)固體纖維廢棄物采用燃燒、蒸餾、冷凝等工業(yè)技術(shù)工藝提取分離得到的一種植物提取物，顏色為紅褐色，完全除去木焦油為透明的黃褐色，具有特殊的刺鼻氣味，主要成分包括酸類(lèi)、酚類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、醇類(lèi)和酯類(lèi)等有機(jī)化合物[1]。木醋液的研究與應(yīng)用最早源于17世紀(jì)中葉的歐洲木材干餾產(chǎn)業(yè)，其具有殺菌和防蟲(chóng)的功效，己在發(fā)達(dá)國(guó)家(日本、美國(guó)等)有機(jī)農(nóng)業(yè)栽培中廣泛用于植物生長(zhǎng)、土壤改良、病蟲(chóng)害防治等方面[2]。近年來(lái)，我國(guó)不斷推進(jìn)木醋液的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)研究[3-4]，由于對(duì)木醋液的研究應(yīng)用起步較晚，木醋液在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中主要處于研究試驗(yàn)階段，還沒(méi)有廣泛應(yīng)用推廣[5]。病害防治與土壤改良是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要舉措，研究木醋液對(duì)土壤生物化學(xué)性狀的影響，對(duì)土壤改良及其病蟲(chóng)害防治具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】木醋液對(duì)土傳病害微生物有很好的抑制作用[6-7]；木醋液灌施土壤后有利于大團(tuán)聚體的形成，從而改善土壤的物理性質(zhì)[8]。施用木醋液能影響土壤微生物數(shù)量及微生物利用碳源的能力和代謝活性[9-10]。木醋液配施能夠減少農(nóng)田一氧化氮的排放[11]。木醋液還能增強(qiáng)腐植酸類(lèi)修復(fù)材料固化金屬污染土壤中的Pb (Ⅱ)[12]?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人研究多體現(xiàn)在木醋液功能開(kāi)發(fā)上，而木醋液對(duì)土壤生物化學(xué)性狀的影響研究鮮見(jiàn)報(bào)道，因此在前人研究的基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)際應(yīng)用效果尤其在自然土體上的具體應(yīng)用效果進(jìn)行研究?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用土柱模擬試驗(yàn)，探明木醋液處理不同土層土壤微生物量碳、微生物數(shù)量及土壤化學(xué)性狀的變化規(guī)律，明確木醋液對(duì)土壤生物化學(xué)性狀的影響，旨在為木醋液更好地應(yīng)用于植物生長(zhǎng)、土壤改良、病蟲(chóng)害防治等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 木醋液 試驗(yàn)用木醋液由平遙縣晟弘生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)有限公司提供。

1.1.2 土壤 試驗(yàn)土樣采自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)實(shí)驗(yàn)站(東經(jīng)112.6°，北緯27.6°)的實(shí)驗(yàn)田耕層土壤，土壤母質(zhì)為黃土母質(zhì)發(fā)育的石灰性褐土，質(zhì)地為輕壤土。其基本化學(xué)性質(zhì)：pH 7.6，有機(jī)質(zhì)含量4.98 g/kg，全氮含量0.63 g/kg，全磷含量0.68 g/kg，全鉀含量44.60 g/kg，速效氮含量34.80 mg/kg，有效磷含量7.60 mg/kg及速效鉀含量70.97 mg/kg。

1.1.3 土柱 為定制的不銹鋼土柱(柱內(nèi)直徑30 cm，柱高40 cm)。分別在土柱從上向下10 cm處、20 cm處、30 cm處鉆5 cm的孔(便于取樣)，開(kāi)孔處用封口膜封口。試驗(yàn)前將不銹鋼土柱滅菌，并用試驗(yàn)地0～40 cm原狀的土壤填充土柱。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 木醋液濃度試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理：對(duì)照(CK)，蒸餾水；T1，木醋液原液；T2，木醋液1∶20稀釋液；T3，木醋液1∶60稀釋液。每個(gè)處理3次重復(fù)，共12個(gè)處理(土柱)。從上向下向土柱澆灌(單位橫切面積約14 cm2)不同稀釋倍數(shù)木醋液至土壤含水量達(dá)田間飽和持水量的60%。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定

1) 土壤微生物量碳含量。在處理6 h、12 h和24 h時(shí)分別采用氯仿熏蒸和重鉻酸鉀氧化滴定法[13]測(cè)定木醋液不同濃度處理土壤的微生物量碳含量。

2) 土壤微生物群落數(shù)。分別在處理2 h、6 h、10 h和24 h后采用平板計(jì)數(shù)法測(cè)定木醋液不同濃度處理土壤的細(xì)菌、真菌及放線(xiàn)菌數(shù)量。

殺菌率=[CK菌落數(shù)―處理濃度菌落數(shù)/CK菌落數(shù)]×100%

3) 土壤化學(xué)性狀。對(duì)土壤化學(xué)性狀影響的測(cè)定對(duì)象為3個(gè)點(diǎn)的混合土樣。有效磷采用比色法[14]測(cè)定，速效鉀采用火焰光度法[14]測(cè)定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法[15]測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采用低溫外熱重鉻酸鉀氧化法測(cè)定，pH采用pH計(jì)測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2010、Origin 21.0及SPASS 21.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 木醋液不同濃度處理土壤微生物量碳含量

從圖1可見(jiàn)，木醋液不同濃度處理各土層土壤微生物量碳含量存在差異。

注：不同小寫(xiě)字母表示同一條件不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

2.1.1 10 cm處 隨木醋液處理濃度下降，各時(shí)段土壤微生物量碳的含量均呈上升趨勢(shì)；同濃度處理，土壤微生物量碳含量均隨時(shí)間延長(zhǎng)呈先降后升趨勢(shì)。處理6 h、12 h和24 h時(shí)，T1與T2的土壤微生物量碳含量較CK顯著下降，分別降低55%和25%、71%和69%、71%和44%，T3土壤的微生物量碳含量較CK下降，但降幅相對(duì)較小，分別降低6%、10%和1%，除處理6 h時(shí)差異顯著外，其余時(shí)段差異均不顯著，可能由于濃度低所致。

2.1.2 20 cm處 隨木醋液處理濃度下降，各時(shí)段土壤微生物量碳的含量均呈先升后降趨勢(shì)，而CK呈逐漸上升趨勢(shì)；同濃度處理，土壤微生物量碳含量均隨時(shí)間延長(zhǎng)呈先降后升趨勢(shì)。處理6 h時(shí)，與CK相比，T1土壤的微生物量碳含量顯著降低27%，但T2和T3增加，分別增加7%和1%；T1與T2和T3差異顯著。處理12 h時(shí)，T1、T2和T3土壤的微生物量碳含量分別較CK顯著降低64%、29%和66%，T1和T3與T2差異顯著。處理24 h時(shí)，T1、T2和T3土壤的微生物量碳含量分別較CK顯著降低55%、33%和32%，T1與T2和T3差異顯著。處理24 h后CK的土壤微生物量碳含量隨時(shí)間延長(zhǎng)呈先降后升趨勢(shì)，可能與微生物的活性有關(guān)。

2.1.3 30 cm處 隨木醋液處理濃度下降，處理6 h和12 h時(shí)的土壤微生物量碳含量均呈先升后降趨勢(shì)，處理24 h時(shí)的土壤微生物量碳含量呈上升趨勢(shì)；CK隨處理時(shí)間延長(zhǎng)呈先降后升趨勢(shì)；同濃度處理，除T2呈下降趨勢(shì)外，其余處理均呈先降后升趨勢(shì)。處理6 h時(shí)，與CK相比，T1、T2和T3的土壤微生物量碳含量分別顯著增加26%、61%和57%，T1與T2和T3差異顯著。處理12 h時(shí)，T1土壤微生物量碳含量較CK降低3%，T2和T3則分別較CK顯著增加73%和50%，3個(gè)處理間差異顯著。處理24 h時(shí)，T1、T2和T3土壤微生物量碳含量分別較CK增加6%、25%和55%，T3、T2顯著高于T1和CK。

綜上表明，木醋液對(duì)土壤微生物量碳含量的影響與其濃度有關(guān)，木醋液原液對(duì)土壤微生物量碳的轉(zhuǎn)化有抑制作用，隨著木醋液濃度降低反而對(duì)土壤微生物量碳含量的提高有促進(jìn)作用。

2.2 木醋液不同濃度處理土壤微生物群落數(shù)量

2.2.1 細(xì)菌群落 從圖2看出，木醋液不同濃度處理各土層土壤細(xì)菌菌落數(shù)量存在差異。與CK相比，施加木醋液可明顯減少土壤細(xì)菌的數(shù)量(20 cm處24 h時(shí)除外)，殺菌率受木醋液濃度的影響。

圖2 木醋液不同濃度處理各土層不同時(shí)段土壤細(xì)菌的菌落數(shù)

1) 10 cm處。各時(shí)段土壤細(xì)菌菌落數(shù)量均隨木醋液濃度降低呈顯著上升趨勢(shì)，即殺菌率呈下降趨勢(shì)。其中，2 h時(shí)，T1土壤細(xì)菌菌落數(shù)量最低，為200個(gè)/g，殺菌率為97.9%；T2其次，為540個(gè)/g，殺菌率為94.2%；T3為3 640個(gè)/g，殺菌率為61.0%。隨時(shí)間延長(zhǎng)，T1和T2土壤細(xì)菌菌落數(shù)量呈上升趨勢(shì)，T3呈先升后降趨勢(shì)，6 h時(shí)達(dá)最高，為9 820個(gè)/g。

2) 20 cm處。各時(shí)段土壤細(xì)菌菌落數(shù)量均隨木醋液濃度降低呈顯著上升趨勢(shì)，T1、T2與T3、CK差異顯著。其中，2 h時(shí)，T1土壤細(xì)菌菌落數(shù)量最低，為1 130個(gè)/g，殺菌率為87.7%；T2其次，為1 250個(gè)/g，殺菌率為86.4%；T3為3 640個(gè)/g，殺菌率為60.3%；CK顯著高于T1、T2和T3。隨時(shí)間延長(zhǎng)，各處理土壤細(xì)菌菌落數(shù)量均呈上升趨勢(shì)，24 h時(shí)達(dá)最高。

3) 30 cm處。各時(shí)段土壤細(xì)菌菌落數(shù)量均隨木醋液濃度降低呈不同程度上升趨勢(shì)。其中，2 h時(shí)，各處理間差異顯著；隨時(shí)間延長(zhǎng)，各處理土壤細(xì)菌菌落數(shù)量均呈上升趨勢(shì)，T1、T2和T3間差異不顯著，均顯著低于CK，原因可能是土壤的吸附性質(zhì)，木醋液在下滲過(guò)程中被稀釋導(dǎo)致殺菌率下降。

總之，隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)，同一土層深度土壤細(xì)菌菌落數(shù)有所增加，可能是殺菌不徹底導(dǎo)致。

2.2.2 真菌群落 從圖3看出，木醋液不同濃度處理各土層土壤真菌菌落數(shù)量存在差異。

1) 10 cm處。各時(shí)段土壤真菌菌落數(shù)量均隨木醋液濃度降低呈顯著上升趨勢(shì)，即殺菌率呈顯著下降趨勢(shì)。其中，處理2 h時(shí)，T1土壤真菌菌落數(shù)量最低，為30個(gè)/g，殺菌率約97.7%；T2其次，為300個(gè)/g，殺菌率76.6%；T3為940個(gè)/g，殺菌率為26.6%。隨時(shí)間延長(zhǎng)，T1和T2土壤真菌菌落數(shù)量呈上升趨勢(shì)，T3呈先降后升再降趨勢(shì)，10 h時(shí)達(dá)最高，為1 700個(gè)/g

2) 20 cm處。各時(shí)段土壤真菌菌落數(shù)量均隨木醋液濃度降低呈顯著上升趨勢(shì)，T1顯著低于T2、T3，三者均顯著低于CK。其中，2 h時(shí)，T1土壤真菌菌落數(shù)量最低，為100個(gè)/g，殺菌率93.4%；T2和T3其次，分別為700個(gè)/g和730個(gè)/g，分別較CK殺菌率53.9%和52%。隨時(shí)間延長(zhǎng)，各處理土壤真菌菌落數(shù)量均呈上升趨勢(shì)，除T3在10 h時(shí)達(dá)最高外，T1和T2均在24 h時(shí)達(dá)最高。

3) 30 cm處。各時(shí)段除T1土壤真菌菌落數(shù)量較CK減少外，T2和T3均較CK增加，即呈促進(jìn)作用。其中，2 h時(shí)，T1殺菌率75%，T2和T3分別較CK顯著增加40.2%和26.8%。隨處理時(shí)間延長(zhǎng)，T1和T2真菌菌落數(shù)呈先減后增趨勢(shì)，T3呈逐漸增加趨勢(shì)。

圖3 木醋液不同濃度處理各土層不同時(shí)段土壤真菌的菌落數(shù)

2.2.3 放線(xiàn)菌群落 從圖4看出，不同木醋液處理各土層土壤放線(xiàn)菌菌落數(shù)量存在差異。

1) 10 cm處。各時(shí)段土壤放線(xiàn)菌菌落數(shù)量均隨木醋液濃度降低呈顯著上升趨勢(shì)。其中，2 h時(shí)，T1土壤放線(xiàn)菌菌落數(shù)量最低，為110個(gè)/g，殺菌率97.8%；T2其次，為2 110個(gè)/g，殺菌率為57.8%；T3為3 480個(gè)/g，殺菌率為30.4%。隨時(shí)間延長(zhǎng)，T1和T2土壤放線(xiàn)菌菌落數(shù)量呈上升趨勢(shì)，T3呈先降后升趨勢(shì)。

2) 20 cm處。各時(shí)段土壤放線(xiàn)菌菌落數(shù)量均隨木醋液濃度降低呈顯著上升趨勢(shì)，T1顯著低于T2、T3，2～10 h時(shí)三者均顯著低于CK，24 h時(shí)T2、T3與CK差異不顯著。其中，2 h時(shí)，T1土壤放線(xiàn)菌菌落數(shù)量最低，為190個(gè)/g，殺菌率95.4%；T2和T3其次，分別為2 490個(gè)/g和2 880個(gè)/g，分別較CK殺菌率低40.1%和30.8%。隨時(shí)間延長(zhǎng)，各處理土壤放線(xiàn)菌菌落數(shù)量均呈上升趨勢(shì)，除T3在10 h時(shí)達(dá)最高外，T1和T2均在24 h時(shí)達(dá)最高。

3) 30 cm處。各時(shí)段T1土壤放線(xiàn)菌菌落數(shù)量均較CK顯著減少，T2和T3均較CK減少但不顯著(24 h時(shí)T2除外)。2 h時(shí)，T1、T2和T3的殺菌率分別為93.8%、10.8%和16.9%。隨時(shí)間延長(zhǎng)，各處理放線(xiàn)菌菌落數(shù)量有增加，均在處理24 h時(shí)達(dá)最高，可能是殺菌不徹底導(dǎo)致。其中，T1呈逐漸上升趨勢(shì)；T2和T3均呈先升后降再升趨勢(shì)。T2在24 h時(shí)較CK顯著增加。

圖4 木醋液不同濃度處理各土層不同時(shí)段土壤放線(xiàn)菌的菌落數(shù)

2.3 木醋液不同濃度處理土壤的化學(xué)性質(zhì)

2.3.1 pH T1土壤pH為5.08，與CK(pH 7.12)相比，原液的使用對(duì)土壤pH有較大影響。T2土壤pH為6.48，T3土壤pH升至6.69。說(shuō)明，施用木醋液能顯著改變土壤pH，且隨著稀釋比例增加pH升高幅度減小。表明，pH對(duì)土壤微生物的影響也隨著稀釋濃度的增加而明顯降低。

2.3.2 土壤養(yǎng)分 從圖5看出，各處理對(duì)土壤各養(yǎng)分含量的影響較大，且隨著稀釋比例增大，各養(yǎng)分含量呈遞減趨勢(shì)，直至與CK接近。其中，T1、T2與T3有機(jī)質(zhì)較CK分別增加37.5%、30.0%和8.3%，各處理與CK差異不顯著；堿解氮較CK分別增加49.8%、26.4%和7.6%，T1顯著高于其余處理，T2與T3、CK差異顯著；有效磷較CK分別增加70.2%、28.1%和3.8%，T1顯著高于其余處理，T2與T3、CK差異顯著；速效鉀較CK分別增加13.6%、3.1%和0.7%，T1顯著高于其余處理。

注：有機(jī)質(zhì)含量單位為g/kg，其余養(yǎng)分含量單位為mg/kg。

3 討論

土壤微生物量碳是土壤中體積小于5 000 μm3活體和死亡微生物內(nèi)碳的綜合，又是土壤有機(jī)質(zhì)的活性部分，對(duì)綜合評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量和土壤肥力具有重要參考價(jià)值[16]。研究表明，木醋液原液對(duì)土壤微生物量碳含量的抑制效果較對(duì)照高50%以上，且隨處理時(shí)間延長(zhǎng)，24 h內(nèi)木醋液原液的抑制效果無(wú)明顯降低。隨著處理土層深度增加，濃度1∶20和1∶60木醋液處理土壤微生物量碳含量明顯增加，與杜薇等[17]研究結(jié)果相似，且隨處理時(shí)間延長(zhǎng)，呈先降后升趨勢(shì)。微生物量碳出現(xiàn)“高濃度抑制，低濃度促進(jìn)”及“隨處理深度增加，抑制效果減弱，甚至促進(jìn)”現(xiàn)象的原因可能是由于木醋液殺菌效果導(dǎo)致土壤微生物量碳的轉(zhuǎn)化受到抑制所致。木醋液作為酸性物質(zhì)具有殺菌和抑菌的作用，且木醋液的廣譜抑菌效果與其酚、酸類(lèi)復(fù)合物成分密切相關(guān)[18]。土壤微生物量碳是土壤有機(jī)庫(kù)中的活性部分，易受土壤中易降解的有機(jī)物(微生物生物體和殘余物分解)、土壤濕度和溫度季節(jié)變化以及土壤管理措施的影響，與土壤總有機(jī)質(zhì)相比，變化響應(yīng)快[16]。低濃度的木醋液能夠促進(jìn)土壤微生物的繁殖從而促進(jìn)微生物量碳轉(zhuǎn)化，與張傳進(jìn)等[19-20]的研究結(jié)論相似。隨著處理土層加深，木醋液因土壤的吸附、螯合等作用被稀釋?zhuān)瑢?duì)微生物抑制效果降低，對(duì)0～20 cm表層土影響明顯，對(duì)農(nóng)田耕層土壤的改良具有重要意義。由于木醋液原液處理試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)隨時(shí)間變化差異不大，因而對(duì)于高濃度木醋液抑制效果的持續(xù)時(shí)間研究還有待探索。

細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌是土壤微生物的重要組成部分，能夠加快物質(zhì)循環(huán)，提高土壤有效態(tài)養(yǎng)分含量，抑制土傳病害等的發(fā)生，維護(hù)土壤安全與健康，是評(píng)價(jià)土壤安全與肥力的重要指標(biāo)[21-23]。該研究表明，木醋液原液對(duì)土壤中細(xì)菌、真菌及放線(xiàn)菌的殺菌效果較對(duì)照分別提高97.9%、97.7%和97.8%，均在95%以上。隨處理土層加深，殺菌效果減弱，30 cm土層處理2 h時(shí)原液殺菌效果分別為細(xì)菌68.4%、真菌75%及放線(xiàn)菌93.8%。稀釋后效果更差，甚至30 cm土層2 h時(shí)濃度1∶20和1∶60木醋液處理的真菌數(shù)量較對(duì)照分別增加40.2%和26.8%?？梢?jiàn)，高濃度木醋液對(duì)土壤中細(xì)菌、真菌及放線(xiàn)菌都有顯著殺菌效果，且低濃度反而促進(jìn)真菌的生長(zhǎng)繁殖，與程虎等[24]木醋液能增加土壤中細(xì)菌的數(shù)量，史詠竹等[25]木醋液能減少土壤中真菌的數(shù)量，杜相革等[26]木醋液能有效抑制放線(xiàn)菌的結(jié)論相似。不同濃度木醋液處理下，土壤微生物數(shù)量隨著土層深度增加木醋液的殺菌效果降低?？赡苁且?yàn)槟敬滓褐泻写罅糠宇?lèi)和有機(jī)酸類(lèi)化合物，抑制微生物繁殖與活性[27]，添加高濃度木醋液時(shí)，酚類(lèi)和有機(jī)酸類(lèi)化合物數(shù)量多，對(duì)微生物的毒害抑制強(qiáng)，抑制微生物的繁殖和生物活性，培養(yǎng)一段時(shí)間后，部分有機(jī)物被分解、揮發(fā)或下滲，導(dǎo)致木醋液被稀釋?zhuān)竞σ种谱饔脺p弱，且經(jīng)分解進(jìn)一步提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)微生物繁殖，提高微生物活性；而添加少量木醋液，毒害抑制作用相對(duì)較小，因而繁殖速度與微生物活性變化也相對(duì)較小。

木醋液呈酸性，可以促進(jìn)土壤膠體之間離子的遷移，使土壤養(yǎng)分得到釋放，增加養(yǎng)分活性[28]。潘潔等[29]研究表明，土壤灌溉木醋液可提高土壤堿解氮、速效鉀、有效磷含量，且使用量越大，效果越明顯，其中有效磷含量增加最為顯著。潘玉蕊等[30]研究表明，施用木醋液提高土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量。本研究結(jié)果與之相近。由此可知，合理使用木醋液有助于土壤改良。

4 結(jié)論

木醋液原液對(duì)土壤中微生物數(shù)量產(chǎn)生抑制作用從而影響微生物量碳的轉(zhuǎn)化，而稀釋后木醋液也可促進(jìn)土壤微生物量碳增加。在10 cm與20 cm土層，微生物量碳含量顯著減少，抑制效果在50%以上；30 cm土層木醋液濃度降低，6 h時(shí)濃度1∶20和1∶60木醋液處理土壤微生物量碳含量分別較對(duì)照增加61%與57%，隨著時(shí)間延長(zhǎng)以及深度加深呈先降后升趨勢(shì)。木醋液原液殺菌效果顯著，稀釋后也可促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)繁殖。不同濃度木醋液處理下，隨著土層深度增加木醋液的殺菌效果降低。10 cm土層2 h時(shí)，細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌落數(shù)量以原液處理殺菌率最大，均在95%以上；30 cm土層殺菌率降低，且出現(xiàn)處理菌落數(shù)大于對(duì)照的現(xiàn)象，濃度1∶20和1∶60木醋液處理真菌數(shù)量較對(duì)照分別增加40.2%和26.8%。

木醋液的施用可增加土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，原液處理的養(yǎng)分含量增加最大，分別較對(duì)照增加37.5%、49.8%、70.2%和13.6%。