蔬菜废弃物堆肥对土壤肥力及酶活性的影响

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　　摘要：研究商品有机肥、蔬菜废弃物堆肥、商品有机肥+微生物菌剂、蔬菜废弃物堆肥+微生物菌剂4种处理对青菜大棚土壤理化性状及过氧化氢酶的影响。结果表明，各处理均能显著降低土壤pH，增加土壤有机质含量和阳离子交换量，一定程度降低土壤容重和增加土壤孔隙度，添加微生物菌剂处理效果更为明显。各处理土壤碱解氮含量显著增加，速效磷、速效钾含量不同程度增加，以蔬菜废弃物堆肥处理效果为好。 各处理均能提高土壤过氧化氢酶含量，蔬菜废弃物堆肥效果好于商品有机肥，以蔬菜废弃物堆肥配施微生物菌剂效果为好。各处理均能有效改善土壤理化性状和提高土壤生物活性，对土壤影响效果由强到弱依次为蔬菜废弃物堆肥+微生物菌剂、商品有机肥+微生物菌剂、蔬菜废弃物堆肥、商品有机肥。
　　关键词：蔬菜废弃物;微生物菌剂;商品有机肥;土壤肥力;酶活性
　　中图分类号：S141.4;S156.92 文献标识码：A
　　文章编号：0439-8114（2020）07-0059-05
　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.07.013
　　Abstract： The effects of four different organic fertilizer treatments，commercial organic fertilizer，vegetable waste compost，commercial organic fertilizer + microbial inoculum，vegetable waste compost + microbial inoculum on the physicochemical properties and catalase of vegetable greenhouse soil were studied. The results show that each treatment can significantly reduce soil pH，increase soil organic matter content and cation exchange capacity，reduce soil bulk density and increase soil porosity to a certain extent，and the effect of adding microbial inoculants is more obvious. The content of alkali-hydrolyzed nitrogen in each treatment increased significantly，and the content of available phosphorus and available potassium increased to varying degrees. The effect of compost treatment of vegetable waste was better. Each treatment can increase the content of catalase in the soil. The composting effect of vegetable waste is better than commercial organic fertilizer. The effect of composting vegetable waste compost with microbial inoculum is better. Each treatment can effectively improve the physical and chemical properties of the soil and increase the biological activity of the soil. The effect on the soil from strong to weak is vegetable waste compost + microbial inoculum，commercial organic fertilizer + microbial inoculum，vegetable waste compost，and commercial organic fertilizer.
　　Key words： vegetable waste; microbial inoculum; commercial organic fertilizer; soil fertility; enzyme activity
　　化肥的常年使用造成土壤理化性狀恶化、土壤盐渍化、板结等问题，影响农业的可持续发展。随着有机农业的兴起和环境保护的要求，有机肥的使用得到日益关注。有机肥含有丰富的有机物和各种营养元素，具有来源广泛、养分全面、施用污染少等优点。长期施用有机肥可以增加土壤有机质及活性，提高土壤中N、P、K等元素含量，改善土壤理化性状和结构，对防止土壤板结、消除有害的硝态氮残留、抑制土壤病原菌的滋生有重要作用[1]。本研究对蔬菜废弃物进行资源化利用，以蔬菜废弃物、猪粪、稻草秸秆等为原料，接种微生物菌剂进行发酵，发酵腐熟后作为基肥用于青菜的种植，并与传统商品有机肥做对比，通过检测土壤的理化指标以及过氧化氢酶指标，研究蔬菜废弃物堆肥对土壤性状的影响。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验地概况
　　试验在上海多利农业发展有限公司农场内具有代表性的塑料管棚内进行，塑料管棚长60 m，宽8 m。塑料管棚前茬种植叶用甘薯，清棚后晾棚15 d。
　　1.2 试验材料
　　1.2.1 青菜品种 新夏青，上海市农业科学院选育的杂交青菜品种。 　　1.2.2 供试土壤 供试管棚内的土壤基本理化性状背景值（试验前测得）如下，pH 8.20，导电率（EC）0.96 mS/cm，容重1.42 g/cm3，有机质含量1.93%，碱解氮含量143.85 mg/kg，速效磷含量55.11 mg/kg，速效钾含量302.50 mg/kg。
　　1.2.3 供试肥料及微生物菌剂 商品有机肥;蔬菜废弃物堆肥（蔬菜废弃物∶水稻秸秆∶猪粪=20∶30∶50）;微生物菌剂，由上海创博生态工程有限公司提供，含有枯草芽孢杆菌等多种有益微生物及其活性代谢产物，为浅棕色半透明液体，活菌总数≥2×108 CFU/mL。
　　1.3 试验设计
　　将塑料管棚土壤翻耕后，划分成20个小区，每个处理4个小区，各个处理完全随机排列。试验设1个对照，对照不施有机肥，也不使用微生物菌剂;4个处理见表1。施入有机肥，按照产品说明喷洒微生物菌剂，随即用小型旋耕机将各个小区再次翻耕，平整后选取长势一致的青菜苗定植。
　　9月1日开始育苗，9月10日整地定植，株行距10 cm×10 cm。青菜生长期间的管理按照常规方法进行，各处理管理水平一致。
　　1.4 土壤样品采集
　　于定植后4、8、12、16 d随机从各处理每个小区内选取青菜植株3株，用铲刀连根挖出，取每株根际附近土壤500 g，将土样放在塑料薄膜上混匀摊开，采用四分法选取土样大约500 g，将土样装入取样袋，立即带回实验室，自然风干，过1 mm筛，用于测定酶活性。10月1—3日青菜采收，清棚后采集各处理土样测定土壤理化性质。
　　1.5 测定指标与方法
　　1.5.1 土壤理化性状的测定[2，3] 土壤容重采用环刀法测定;孔隙度采用计算法，即孔隙度=（1-容重/比重）×100%;pH、EC用土∶水=1∶5浸提，用pH计和电导仪测定;碱解氮采用碱解扩散法测定;速效磷采用M3浸提-钼锑抗比色法测定;速效钾采用NH4OAC浸提，火焰光度计测定;有机质采用稀释热法测定;阳离子交换量采用NH4Cl-NH4OAc法测定;全C、全N采用元素分析仪（Elementar Vario EL Ⅲ）测定。
　　1.5.2 土壤酶活性的测定 过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法（25 ℃，20 min），以0.02 mol/（L·g）表示为1活性单位（U）[4]。
　　1.6 数据处理
　　用SAS、Excel软件进行数据分析和作图。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同处理土壤理化性状的变化
　　2.1.1 pH、EC的变化 土壤的pH是土壤的重要物理指标，对土壤的微生物活性、矿物质和有机质的分解起着重要的作用，并影响土壤养分元素的释放、固定和迁移[5]。土壤过酸过碱都会影响营养元素的利用，当pH在6.5～7.5时，磷的有效性最大，当pH大于7.5或是小于6.5时，磷形成难溶盐而被固定。pH的大小对土壤中氮素的硝化作用和有机质的矿化影响较大[6]。
　　各处理土壤的pH均比背景值有所下降（图1），分别下降1.9%、6.1%、2.2%和5.8%，各处理与背景值之间均呈显著差异。S+EM、C+EM处理较S、C处理降低效果更为明显，差异显著。这是因为施入有机肥后，土壤中有机质含量增加，对土壤的酸碱度有一定的缓冲作用;微生物制剂中含有多种有益微生物及其代谢产物，对土壤起到一定的酸化作用，对降低盐渍化土壤的高pH效果更为明显。
　　除S处理外，其余3个处理土壤的EC比背景值均显著下降（图1）。两组喷施微生物菌剂效果相反，S+EM处理比S处理EC明显下降，而C+EM处理比C处理EC明显上升，这可能与两种有机肥中所含矿质元素的状态有关，也可能与不同处理下植株对土壤矿物质的吸收量有关。
　　2.1.2 土壤容重、孔隙度的变化 土壤容重及孔隙度是反映土壤紧实程度、孔隙状况等结构特性的重要指标。关系到土壤水、气、热的流通和贮存[7]。容重是土壤质地、结构、孔隙等物理性状的综合反映，同时也受到外部因素，如降水、灌溉等的影响。一般来说，容重可以大体上反映土壤的结构状况。容重越小（不小于1.14），土壤越疏松，结构性越好，反之，表明土壤紧实，结构性差。
　　孔隙度状况影响水、气含量，影响土壤中营养的转化和保水保肥能力，对土温有一定的作用。土壤的松紧度和孔隙状况对土壤肥力的影响较大[8]，进而对作物的生长产生影响。土壤过于紧实，孔隙度小，会影响植物根系的生长;土壤过于疏松，孔隙度大，植物扎根不稳，易倒伏。
　　各处理均一定程度降低了土壤容重（图2），分别比背景值降低了11.9%、6.0%、6.5%和4.5%。除S外，其余各处理对土壤容重的影响均不显著，而4种处理之间差异也不显著。各处理均增加了土壤孔隙度，分别比背景值增加20.8%、21.1%、19.4%和14.8%，其中只有S+EM处理与背景值差异显著。说明施用有机肥能够降低土壤容重和提高土壤孔隙度，改善土壤物理性状，但不同有机肥处理间并无明显差异。
　　2.1.3 有机质和阳离子交换量的变化 有机质是土壤的重要组成部分，常被作为土壤肥力的重要指标。由于有机质具有胶体性质，可吸附较多离子，对土壤肥力起着重要的调节作用，使土壤具有保肥性和緩冲性[9]。
　　各处理均显著提高了土壤的有机质含量（图3），S、S+EM、C和C+EM处理有机质含量分别比背景值提高0.80、0.99、1.30和1.23个百分点，提高幅度分别为41.5%、51.4%、67.0%和63.4%。这是因为有机肥中含有丰富的有机质，除被土壤微生物及植物消耗外，还有一定的积累，从而造成土壤有机质含量的增加。 　　阳离子交换量是土壤缓冲性能的主要来源，是改良土壤和合理施肥的重要依据，常被作为评价土壤保肥能力的指标。由图3可见，S+EM、C+EM处理下土壤的阳离子交换量分别比背景值提高了29.6%和28.4%，两个处理与背景值差异显著;S+EM处理比S处理阳离子交换量提高20.1%，C+EM处理比C处理提高30.0%。这说明有机肥处理可提高土壤的缓冲性能，喷施微生物菌剂对土壤缓冲性能的提高效果更为明显。
　　2.1.4 土壤速效养分含量的变化 土壤中的养分是可以循环利用的，作物吸收的养分只占土壤养分的一小部分。被植物吸收利用的一般是速效养分，其含量高低决定土壤的肥力水平，也是土壤供肥能力的标志[10]。土壤中速效氮、磷、钾的含量直接影响作物产量。
　　各处理的碱解氮含量均比试验前显著增加（图4），S和S+EM处理比背景值提高了89%、57%，而C和C+EM处理比背景值提高了1.11和1.13倍。说明有机肥处理可以增加土壤中有效氮含量，蔬菜废弃物堆肥在效果上比商品有机肥更好。处理S+EM、C和C+EM的速效磷含量比背景值显著增加，分别提高 16.86%、21.10%和23.05%;处理C+EM增加效果最为显著。
　　各处理土壤中速效磷含量增加量为C+EM>C>S+EM>S。除S处理外，S+EM、C和C+EM均较背景值显著增加，分别增加了9.29、11.63、12.70 mg/kg，增加幅度为16.86%、21.10%和23.05%。各处理土壤速效钾含量增加量为C+EM>S+EM>C>S。处理C+EM较背景值显著增加，增加了101.67 mg/kg，处理S、处理S+EM和处理C比背景值有所增加，但是差异不显著。对照的速效磷和速效钾含量均较背景值显著降低。
　　2.2 不同处理土壤过氧化氢酶活性的变化
　　过氧化氢酶主要来源于细菌、真菌及植物根系的分泌物，它能破坏土壤中生化反应生成的过氧化氢，减轻对植物的危害。过氧化氢酶的活性可表征土壤腐殖化强度大小和有机质积累程度[11]，也可参与土壤有机氯污染的修复[12]。过氧化氢酶活性与土壤中好氧微生物数量密切相关。
　　在青菜的整个生长期，过氧化氢酶活性随时间的推移呈现逐渐增大的趋势，最后趋于平稳（图5）。在定植8 d内，各处理的过氧化氢酶活性差异不显著，且在这期间过氧化氢酶活性变化不明显，随着定植时间的延长，其活性差异逐渐增大，表明各处理对过氧化氢酶活性的影响具有时间效应。在12 d时，处理S+EM和处理C+EM活性较高，两者之间无显著差异，比处理S和处理C分别高出27.0%和62.7%，说明微生物菌剂中的有益菌对提高过氧化酶活性有促进作用;在16 d和种植试验结束时，各处理过氧氢酶活性比对照有显著性提高，处理S、处理S+EM、处理C和处理C+EM分别比对照提高29.1%～49.3%、45.2%～58.7%、31.9%～51.1%和58.8%～59.7%。从不同处理对土壤过氧氢酶活性的影响来看，施入有机肥可以提高过氧化氢酶活性，有机肥与微生物菌剂配施效果更佳。试验中，蔬菜废弃物堆肥对提高过土壤氧氢酶活性的效果比商品有机肥更好。
　　3 小结与讨论
　　1）各处理的土壤理化性状均比试验前有所改善。各处理土壤的pH均显著下降，尤其是S+EM和C+EM两个处理，分别比背景值下降6.1%和5.8%;各处理对土壤EC的影响没有明显的规律。各处理在一定程度上降低了土壤容重，并增加了土壤孔隙度，说明有机肥和微生物菌剂处理对改善土壤的物理结构有明显作用。
　　各处理都显著增加了土壤的有机质含量。施用蔬菜废弃物堆肥比商品有机肥增加效果更为明显，C和C+M处理均与S处理之间呈显著差异。有机肥配施微生物菌剂显著提高了阳离子交换量，S+EM、C+EM处理分别比背景值提高29.6%和28.4%。
　　2）各处理土壤碱解氮含量均显著增加，说明施用有机肥除满足植物生长发育对氮素需求外，还可以增加土壤中有效氮含量。对照处理的碱解氮比试验前有所增加，但是差异不显著，这可能是因为土壤中微生物活动使有机质矿化，增加土壤中有效氮含量。
　　综合分析可以得出，各处理对土壤碱解氮、速效磷、速效钾的影响效果C+EM>C>S+EM>S，对有效钾，S+EM比C效果好。说明蔬菜废弃物堆肥比商品有机肥效果要好，可能是因为堆肥中含有的特殊的微生物有助于分解和释放有效养分。喷施微生物菌剂的处理要比没有喷施的好，这可能与菌剂中含有的微生物有关。微生物大量繁殖促进土壤中有机质的矿化，使土壤中的被固定养分向有效养分转化。
　　3）不同处理均能提高土壤过氧化氢酶活性。在4个处理中，蔬菜废弃物堆肥配施微生物菌剂效果最好，且蔬菜废弃物堆肥处理比商品有机肥处理效果要好。
　　综合4个处理对土壤理化性质及过氧化氢酶活性的影响效果可见，处理效果是C+EM>S+EM>C>S。
　　参考文献：
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