抗生素菌渣有机肥对潮土土壤养分及酶活性的影响

来源:用户上传      作者:李妍　刘蕾　柳新伟　晁代顺　赵婷婷　崔德杰　宋祥云

　　摘要：为研究抗生素菌渣有机肥对潮土土壤养分及酶活性的影响，在日光温室内设置不同用量抗生素菌渣有机肥在大白菜上的施用效果试验。结果表明，与不施肥对照相比，菜田施用抗生素菌渣有机肥后土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量增加，收获期高量有机肥处理土壤养分含量增加明显。施用菌渣有机肥提高了土壤多种酶活性，脲酶和蛋白酶活性随着施用量加大而增高;不同用量抗生素菌渣有机肥处理对土壤过氧化氢酶和磷酸酶活性无显著影响。
　　关键词：菌渣有机肥;土壤养分;土壤酶活性
　　中图分类号：S144.2文献标识号：A文章编号：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
　　抗生素菌渣为抗生素发酵提取过程中产生的滤渣，据统计我国年产为130万吨[1]，其环境无害化利用处置目前已成为制药行业亟待解决的问题。抗生素菌渣含有丰富的养分，有机质含量可达90%左右[2]，具有较大的肥料化潜力。因此，抗生素菌渣制成有机肥既可以解决固体废弃物资源化利用问题，施入土壤中又可以提高土壤肥力[3]。目前，低毒性、低稳定性类抗生素的发酵废渣经无害化后用作有机肥的生产原料已被大多数企业所接受[4，5]。国内外学者研究发现，将抗生素菌渣经堆肥处理加工成有机肥后，性质比较稳定的抗生素被降解，堆肥基本达到无植物毒性水平，并且施用在农作物上可显著增产[6-9]。
　　抗生素菌渣资源化利用，不仅可以解决其造成的面源污染，而且可以突破制约抗生素制药行业可持续发展的瓶颈[10]。本试验就抗生素菌渣有机肥对菜田土壤养分及酶活性的影响进行研究，以了解其对菜田土壤生态系统可能产生的影响，为有效实现抗生素菌渣的资源化利用及该肥料的推广应用提供科学依据。
　　1材料与方法
　　1.1供试材料
　　试验在河南省汝州市河南仁华生物科技有限公司试验地日光温室内进行。土壤类型为石灰性潮土。供试菌渣有机肥：抗生素菌渣通过物理化学法先消除其生物毒性，之后结合烘干技术等制成的有机肥。菌渣有机肥理化性质均已达到有机肥标准要求。耕层土壤和抗生素菌渣有机肥基本理化性状见表1。
　　1.2试验设计
　　试验设3个处理，分别为：对照，不施肥;常量施用抗生素菌渣有机肥7 500 kg/hm2（以下简称常量有机肥）;高量施用抗生素菌渣有机肥15 000 kg/hm2 （以下简称高量有机肥）。随机区组排列，重复3次。小区面积60 m2。抗生素菌渣有机肥作底肥一次性施入土壤。种植作物为大白菜，基施有机肥后整地播种。
　　1.3试验方法
　　1.3.1样品采集为准确分析菌渣肥的施用效果，种植周期内布置45个取样节点。
　　采样分为7次：第1次采集种植前土壤（2018年12月13日）;第2次为施肥后1天（2018年12月14日）;第3次为苗期（2019年1月15日）;第4次为莲座期（2019年2月22日）;第5次为收获期（2019年3月27日）;第6次為收获后50天，第7次为收获后90天。大白菜收获后大棚内无其他作物种植。采用十字取样法取0～20 cm耕层土壤约1 kg，装入取样袋，迅速带回实验室，预处理备用。
　　1.3.2测定项目及方法土壤碱解氮采用碱解扩散法;有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法;速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法;有机质采用重铬酸钾外加热法。
　　土壤酶活性测定：脲酶活性采用扩散法;过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法;蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法;蛋白酶活性采用茚三酮比色法;磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法[11]。 　　1.4数据分析
　　试验数据用Microsoft Excel 2016软件进行整理，用SPSS 22.0 软件进行差异显著性分析。
　　2结果与分析
　　2.1抗生素菌渣有机肥施用后土壤养分的变化
　　由表2看出，土壤有机质含量随着菌渣有机肥用量增大而增加，其中高量有机肥增加更明显，收获期高量有机肥处理土壤有机质含量比对照增加30.5%，差异达显著水平。收获后90天两个有机肥处理的土壤有机质含量仍显著高于对照。
　　与对照相比，施肥显著提高了各时期土壤碱解氮含量，且随菌渣有机肥用量增加而提高。至收获期各施肥处理的土壤碱解氮含量仍保持较高水平，说明菌渣有机肥碱解氮含量高，可为大白菜生长提供充足营养，未耗竭土壤中的碱解氮。与大白菜生育前期相比，两个施肥处理土壤速效磷含量在收获期后均显著降低，但都高于同期对照。原因是一方面大白菜在莲座期以后对磷素需求量加大，另一方面说明菌渣有机肥磷素养分含量不足，无法满足作物的营养需求。收获后50、90天土壤有效磷持续降低。与对照相比施用有机肥后提高了土壤速效钾含量，自莲座期后两个施肥处理均与对照差异显著。收获后90天各处理速效钾含量均有降低，但处理间差异不显著。
　　与对照相比，大白菜收获期施用菌渣有机肥处理的土壤pH值显著提高，收获后90天各处理间差异不显著。
　　2.2抗生素菌渣有机肥施用后土壤酶活性的变化
　　土壤酶活性与土壤肥力密切有关。过氧化氢酶广泛存在于土壤和生物体内。大白菜生育期内土壤过氧化氢酶活性均明显高于收获后50天和90天土壤样品（图1）。与对照相比，施肥后1天和苗期过氧化氢酶活性无显著性变化，莲座期常量有机肥处理过氧化氢酶活性显著高于高量有机肥处理，收获期则无显著差异。说明在大白菜生育期内施用菌渣有机肥对土壤过氧化氢酶活性影响不大。
　　
　　土壤脲酶活性可表征土壤氮素状况。在大白菜莲座期至收获期，与对照相比，菌渣有机肥的施入提高了土壤脲酶活性，并且高量有机肥处理提高幅度高于常量有机肥处理，说明随着有机肥用量的加大土壤脲酶活性提高（图2）。土壤脲酶活性与有机肥种类有一定关系，本研究中所用有机肥富含蛋白质，随着有机肥的分解，土壤脲酶活性逐渐提高，即使作物收获后土壤中仍含有大量有机质，土壤脲酶活性较高。
　　
　　蛋白酶参与土壤中的氨基酸、蛋白质等有机化合物转化。因此本研究中施用含有豆粕这种植物蛋白质来源的有机肥，促进了土壤蛋白酶活性的提高，与常量有机肥处理相比，高量有机肥处理土壤蛋白酶活性更高。收获后90天时，高量有机肥处理与对照相比土壤蛋白酶活性提高18.5%（图3）。相关性分析表明蛋白酶活性与土壤有机质含量呈显著正相关（R=0.5292， P=0.024），见图4。
　　
　　土壤磷酸酶与有机磷转化为无机磷有关。由图5看出，大白菜生育前期，土壤磷酸酶活性较低，但菌渣有机肥处理的磷酸酶活性高于对照，莲座期后所有处理磷酸酶活性均明显提高，收获期常量有机肥处理磷酸酶活性显著高于其他处理。收获后50天和90天施用有机肥处理磷酸酶活性仍然保持在0.425 mg·g-1·d-1以上。
　　
　　蔗糖酶对增加土壤中易溶性营养物质起重要作用。由图6看出，大白菜生育期内常量有机肥处理1天，土壤蔗糖酶活性显著增高，收获期土壤蔗糖酶活性仍显著高于对照和高量有机肥处理。而在收获后50天和90天施肥处理蔗糖酶活性与对照无明显差异。
　　
　　3讨论与结论
　　土壤有机质含量是重要的土壤肥力指标之一。富含有机质的土壤保水性、保肥性好。菌渣有机肥富含多种养分，经过微生物分解释放可以为农作物生长提供大量养分[12]。田间试验表明，长期施用有机肥的土壤有机质含量高，作物产量高，土壤理化性状改善效果好[13-15]。本研究在白菜生长期内土壤有机质含量随着有机肥用量增大而增加，高量有机肥增加更明显，与以往的菌渣有机肥大田试验结果基本一致。王义祥等[16]研究发现，与不施肥处理相比，施用菌渣有机肥一定程度提高了果园土壤有机碳含量5.8%～14.8%。进入土壤中的植物残体是影响有机碳固定最重要的因素之一[17]，菌渣有机肥有机碳含量较高，施入土壤后促进了土壤微生物的活动，从而使有机质矿化分解较快，进而影响土壤有机质含量。因而菌渣有机肥的施入可以有效提高表层土壤有机质含量。
　　土壤养分是土壤的重要组成部分，可以直接反映其质量状况[18]。本试验结果表明，与对照相比施用抗生素菌渣有机肥后，可显著提高土壤碱解氮含量。至大白菜收获期，施肥处理土壤碱解氮含量仍保持较高含量，说明菌渣有机肥碱解氮含量较高。有机肥不但能直接向作物提供磷素、钾素营养，而且能提高土壤磷、钾的有效性，增加土壤供磷、钾容量和强度[19]。本试验结果表明施用菌渣有机肥初期，土壤有效磷含量显著增加，收获期土壤有效磷含量降低，但仍高于同期对照。原因是一方面大白菜在莲座期以后对磷素需求量加大，另一方面说明菌渣有机肥磷素养分含量不足，无法满足作物的营养需求。施用有机肥后提高了土壤速效钾含量，至收获期两个施肥处理的速效钾含量与苗期差异较小，表明有机肥钾素养分含量较高，可基本满足大白菜生育期内对钾素的需求。
　　土壤酶在土壤中参与各种生化反应，如腐殖质的分解与合成[20];动植物和微生物残体的分解[21]及有机化合物的水解與转化等[22]。抗生素菌渣有机肥施入土壤中会直接或间接对土壤酶活性产生较大影响，施用菌肥能显著提高土壤过氧化氢酶、脲酶和土壤蔗糖酶的活性[23，24]。本研究结果也表明，在大白菜生长期内，高量有机肥处理土壤脲酶和蛋白酶活性更高，常量有机肥处理收获期土壤蔗糖酶活性显著增高，收获期后蔗糖酶活性降低。王红霞等[25]研究发现，菌渣有机肥的施入可以提高磷酸酶活性，这与本试验结果基本一致。本研究中，与常量有机肥处理相比，高量有机肥处理土壤磷酸酶活性并没有增高。说明土壤磷酸酶活性可能与土壤类型、种植作物以及气候条件等因素有关，不能单纯地分析施肥量对土壤磷酸酶活性的影响。 　　本研究结果表明，施用抗生素菌渣有机肥，增加了土壤有机质和速效养分含量，同时提高了土壤多种酶的活性。
　　参考文献：
　　[1]张倩倩. 抗生素菌渣的堆肥处理研究[D].郑州：郑州大学，2019.
　　[2]冷远鹏， 段路路， 李江龙. 灰黄霉素菌渣土壤调理剂在不同作物上的应用效果[J]. 安徽农业科学，2018， 46（35）： 120-123.
　　[3]孙秀艳. 抗生素菌渣处置难题待解[J]. 广西质量监督导报，2017（1）： 48.
　　[4]苏建文， 王俊超， 许尚营， 等. 红霉素菌渣厌氧消化实验研究[J]. 中国沼气， 2013， 31（5）： 25-28.
　　[5]赵卫凤， 鲍晓磊， 张媛， 等. 河北省发酵类抗生素菌渣处置现状及存在的问题[J]. 安徽农业科学，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]段会英. 青霉素菌渣堆肥中细菌丰度、多样性及群落结构的研究[D]. 南京：东南大学， 2017.
　　[8]李路平， 李俊玲， 杜黎君. 制药行业下脚料生产有机肥的质量评价[J]. 河南科技学院学报，2009， 37（3）： 29-31.
　　[9]张红娟， 郭夏丽， 王岩. 林可霉素菌渣与牛粪联合堆肥实验研究[J]. 环境工程学报，2011， 5（1）： 231-234.
　　[10]孟蕾， 周迎久. 青霉素菌渣无害化、资源化成套技术成功研发[J]. 化工管理，2013（19）： 52-53.
　　[11]关松荫. 土壤酶及其研究法[M]. 北京：农业出版社， 1986.
　　[12]公丕成， 蔡辰， 张博， 等. 我国抗生素菌渣资源化研究新进展[J]. 环境工程， 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]乔云发， 韩晓增， 赵兰坡. 长期定位施肥对黑土碳氮储量的影响[J]. 农业系统科学与综合研究，2011， 27（4）： 480-484.
　　[15]张恩平， 王维念， 张淑红. 长期定位施肥条件下土壤活性有机碳变化及其与土壤速效养分的相关性[J]. 沈阳农业大学学报，2014， 45（5）： 528-532.
　　[16]王义祥， 王峰， 叶菁， 等. 不同菌渣施用量对柑橘园土壤有机碳及其组分的影响[J]. 热带作物学报，2015， 36（4）： 650-655.
　　[17]齐边斌， 赵鑫勇， 吕德国. 影响土壤有机碳动态变化的因素研究进展[J]. 北方果树，2019（4）： 1-4.
　　[18]马嘉伟， 黄其穎， 程礼泽， 等. 菌渣化肥配施对红壤养分动态变化及水稻生长的影响[J]. 浙江农业学报， 2013， 25（1）： 147-151.
　　[19]谢安乾， 王恩尧. 有机肥施用对土壤肥力影响的研究进展[J]. 乡村科技， 2017（2）： 87.
　　[20]黄立强， 赵竹青， 刘新伟， 等. 秸秆深还年限对葡萄园土壤腐殖质组分及酶活性的影响[J]. 湖北农业科学， 2017， 56（19）： 3640-3645.
　　[21]万忠梅， 宋长春. 土壤酶活性对生态环境的响应研究进展[J]. 土壤通报， 2009， 40（4）： 951-956.
　　[22]孙瑞莲， 赵秉强， 朱鲁生， 等. 长期定位施肥对土壤酶活性的影响及其调控土壤肥力的作用[J]. 植物营养与肥料学报， 2003，9（4）： 406-410.
　　[23]林冬梅， 林占熺， 苏德伟， 等. 种植菌草对沙质荒漠化土壤养分、酶活性及微生物的影响[J]. 河南农业科学，2017， 46（5）： 61-65.
　　[24]王梦雅， 符云鹏， 贾辉， 等. 不同菌肥对土壤养分、酶活性和微生物功能多样性的影响[J]. 中国烟草科学，2018， 39（1）： 57-63.
　　[25]王红霞， 孙树卓. 微生物菌肥对大棚黄瓜根系土壤三种酶活性的影响[J]. 农业与技术， 2017， 37（16）： 48.
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