董 卿 程紅艷 張建國 王效舉 孟麗君 王 騰 王 強 田 野

?

醋糟菌糠對3種作物土壤微生物及酶活性的影響*

董 卿1程紅艷1**張建國2王效舉3孟麗君4王 騰1王 強1田 野1

(1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 太谷 030801; 2. 山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 運城 044004; 3. 日本埼玉縣環(huán)境科學(xué)國際研究中心 日本埼玉 347-0115; 4. 山西省生物研究所 太原 030006)

為研究醋糟菌糠作為一種生物肥料對土壤肥力的影響, 為解決食用菌菌糠對環(huán)境污染及其有效利用提供科學(xué)依據(jù), 本文通過田間試驗, 對玉米、高粱、糯玉米3種作物基施醋糟菌糠后不同生育期的土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性, 細菌、放線菌和真菌數(shù)量, 及微生物量碳、氮含量進行測試。研究結(jié)果表明: 1)醋糟菌糠顯著提高了作物根際土壤細菌、放線菌和真菌的數(shù)量。在作物整個生育期, 加入醋糟菌糠的土壤細菌數(shù)量比對照提高32%~54%; 放線菌數(shù)量在成熟期提高明顯, 玉米田土壤放線菌數(shù)量增幅最大, 為101%; 真菌數(shù)量變化總體趨勢呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。2)醋糟菌糠的施入增加了作物根際土壤脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶的活性。種植高粱、玉米和糯玉米土壤的脲酶活性增長率分別為239%、189%和185%; 3種作物的土壤過氧化氫酶活性在抽穗期最高, 最大增長率為40%; 3種作物的土壤蔗糖酶活性在不同生育期變化趨勢不同, 玉米各生育期土壤蔗糖酶活性變化較為穩(wěn)定, 其增長率分別為38%、28%、48%。3)醋糟菌糠的施入增加了作物根際土壤微生物碳氮的含量, 不同生育期3種作物的土壤微生物碳含量增幅為58.10~407.67 mg?kg-1, 微生物氮含量增幅為11.98~27.55 mg?kg-1。由此可見, 醋糟菌糠的施用可以增強土壤生產(chǎn)力的可持續(xù)性, 從而達到保護和改善土壤環(huán)境的效果。同時該研究也為醋糟菌糠的有效利用提供了一定的科學(xué)依據(jù)。

醋糟菌糠 土壤酶活性 土壤微生物數(shù)量 土壤生物量碳氮 玉米 高粱 糯玉米

醋糟是以淀粉質(zhì)原料為主料生產(chǎn)食醋后得到的固態(tài)部分, 常被當(dāng)作廢物丟棄, 堆積發(fā)霉, 不僅污染環(huán)境, 又浪費資源[1]。為了把醋渣變廢為寶, 減輕環(huán)境污染, 不少學(xué)者都在嘗試醋糟栽培食用菌的研究并取得了較好的研究成果。食用菌在采摘后形成大量剩余物即醋糟菌糠。有研究表明, 醋糟菌糠的粗蛋白、粗脂肪均高于其他菌糠, 而粗纖維則遠低于其他菌糠[2]。但是如果處置不當(dāng), 醋糟菌糠仍然會帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染壓力。因此考慮用醋糟菌糠作為有機肥料施入土壤, 其可行性在于, 種植食用菌后的菌糠質(zhì)地疏松, 含有多種有機物和礦質(zhì)元素, 可以保存土壤中的水分和營養(yǎng)物質(zhì)[3], 能夠有效改善土壤缺素狀況, 增加土壤肥力, 常用作改良土壤的功能性優(yōu)質(zhì)肥料和基質(zhì)[4]。將醋糟菌糠作為土壤有機肥料進行研究, 旨在促進資源多層次利用、生態(tài)系統(tǒng)改善以及良好社會、經(jīng)濟效益的產(chǎn)生。

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。微生物數(shù)量和土壤酶活性等可以作為評價土壤肥力的重要指標(biāo)之一[5]。目前國內(nèi)外對土壤微生物和酶的研究已有很多報道, 肖嫩群等[6]研究了稻草還田對土壤微生物和酶活性的影響, 該研究利用微生物和酶等生物學(xué)指標(biāo)的變化來說明稻草還田在培肥土壤的功效; 謝放等[7]研究了香菇渣對土壤微生物和酶活性的影響, 添加香菇渣后細菌類群數(shù)量明顯增加, 反映出添加香菇渣后的土壤具有良好的微生物生態(tài)學(xué)特性; 馬曉霞等[8]研究了長期施肥對玉米(L.)生育期土壤微生物量碳、氮及酶活性的影響, 土壤酶活性與玉米生長發(fā)育動態(tài)基本一致, 長期施用氮磷或氮磷鉀化肥可以明顯改善土壤生物化學(xué)肥力狀況; 呂軍等[9]研究了酒糟生物有機肥和微生物菌劑對土壤微生物數(shù)量及高粱[(L.) Moench]產(chǎn)量的影響, 酒糟生物有機肥和微生物菌劑的使用顯著提高了土壤微生物數(shù)量和酶活性, 增加了高粱產(chǎn)量。多數(shù)研究表明, 施用有機肥料可以顯著提高土壤微生物量碳、氮含量及土壤酶活性[10-13]。有研究認(rèn)為有機肥或有機無機肥配合施用可顯著提高土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)量[14]; 但也有研究表明農(nóng)田施用有機無機復(fù)合肥土壤細菌數(shù)量顯著增加, 但真菌數(shù)量則顯著降低[15]。土壤微生物和土壤肥力之間具有相互促進和協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系, 高肥力的土壤可促進微生物的大量繁殖和生長, 而土壤中大量的微生物也可通過降解有機物質(zhì)來維持土壤養(yǎng)分的收支平衡[16-18]。向土壤中施入有機物料能夠改善土壤微生物生態(tài)環(huán)境, 改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu), 提高土壤肥力[19]。而醋糟菌糠作為一種潛在的、經(jīng)過二次利用的有機肥料, 對土壤微生物、土壤酶影響的研究尚鮮見報道。因此, 本研究以常見3種作物高粱、玉米、糯玉米(L.Kulesh)為研究對象, 醋糟菌糠為有機肥料, 通過測定主要土壤酶的活性和土壤微生物變化規(guī)律, 試圖從這些土壤生物學(xué)指標(biāo)的變化方面來研究醋糟菌糠作為一種有機肥料對土壤肥力的影響, 為解決食用菌菌糠對環(huán)境的污染及其有效利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2015年在山西省晉中市進行。試驗區(qū)年平均氣溫9.9 ℃, 無霜期171.2 d, 年平均降水量441.8 mm。試驗地土壤為石灰性褐土, 4月8日測定耕層土壤(0~20 cm)有機質(zhì)含量35.9 g?kg-1, 堿解氮含量33.82 mg?kg-1, 速效磷、速效鉀含量分別為37.06 mg?kg-1、278.52 mg?kg-1, pH 7.53。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用二因素裂區(qū)設(shè)計, 以是否施入醋糟菌糠為主區(qū), 設(shè)醋糟菌糠、無醋糟菌糠兩個水平。以不同作物品種為副區(qū), 設(shè)玉米‘福盛園55號’、高粱‘晉中405’、糯玉米‘騰糯一號’3個品種。共6個處理, 3次重復(fù), 18個小區(qū)。以復(fù)合肥(氮︰磷︰鉀=25︰10︰16, 總養(yǎng)分≥51%)作為底肥, 用量為1 000 kg?hm-2, 雞糞施入量為1 500 kg?hm-2。選取醋糟菌糠, 即醋糟種植平菇[(Jacq.: Fr.) Quél.]后的培養(yǎng)料作為有機肥料, 施入量為25 000 kg?hm-2。醋糟菌糠中有機質(zhì)含量為584.4 g?kg-1, 全氮、全磷、全鉀含量分別為2.4 g?kg-1、0.33 g?kg-1、2.2 g?kg-1。

小區(qū)面積2 m×5 m, 播種前打壟, 用鎬開溝, 然后將復(fù)合肥施入做底肥, 將不同配施醋糟菌糠肥料分別施入每個小區(qū)。4月14日同時播種3種作物。高粱種植密度為132 000株?hm-2, 行距0.25 m, 株距0.3 m; 玉米行距與株距相同均為0.4 m, 每穴2粒種子, 出苗后進行間苗, 種植密度65 000株?hm-2; 糯玉米行距0.4 m, 株距0.5 m, 種植密度為55 500株?hm-2。3種作物均為8月30日收獲, 作物生長期間適期澆水, 定期管理。在不同生育期(6月13—20日拔節(jié)期、7月26日—8月1日抽穗期、8月30日成熟期)采集土樣和植物樣進行測定。采集方法為多點采樣法。

1.3 樣品采集與測定方法

1.3.1 樣品采集

4月8日采集基礎(chǔ)土樣, 采用“對角線”取樣法采集各試驗小區(qū)0~20 cm耕層根區(qū)土壤約1 kg。用于測定養(yǎng)分的土壤樣品在土樣室自然風(fēng)干。用于測定土壤微生物數(shù)量、土壤酶、微生物量碳氮的土壤樣品, 裝入無菌封口塑封袋, 在袋內(nèi)充分混合, 置于4 ℃冰箱內(nèi)保存以備分析。

1.3.2 土壤微生物數(shù)量的測定

微生物數(shù)量的測定采用梯度稀釋法制備土壤懸液, 用平板計數(shù)法計數(shù), 測定新鮮土壤中可培養(yǎng)細菌、真菌、放線菌數(shù)量的培養(yǎng)基分別為牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基、孟加拉紅培養(yǎng)基、改良高氏一號培養(yǎng)基。

1.3.3 土壤微生物碳氮的測定

土壤微生物量碳、氮的測定采用氯仿熏蒸浸提法[20-21]。含量用熏蒸和未熏蒸樣品碳、氮含量之差除以各自回收系數(shù)KC=0.38和KN=0.54得到[22]。

1.3.4 土壤酶活性的測定

土壤脲酶活性采用靛酚藍比色法測定[23], 以24 h后1 g土壤中的NH3-N毫克數(shù)表示; 土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定[23], 以20 min后1 g土壤消耗0.1 mol?L-1KMnO4毫升數(shù)表示; 土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸測定[23], 以24 h后1 g土壤中葡萄糖毫克數(shù)表示。

1.3.5 土壤化學(xué)性質(zhì)的測定

土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定, 堿解氮采用堿解擴散法測定, 速效磷采用碳酸氫鈉浸提法測定, 速效鉀采用乙酸銨浸提火焰光度法測定[24]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 11.5軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 醋糟菌糠對3種作物不同生育期土壤微生物數(shù)量的影響

土壤微生物是評價土壤健康和質(zhì)量的重要指標(biāo), 施入土壤中的外源微生物可能與土壤原有微生物共同參與土壤中幾乎全部的物質(zhì)循環(huán)和能量代謝。微生物數(shù)量的多少不僅取決于土壤質(zhì)地和肥力狀況, 同時也與作物根系和土壤微生物競爭營養(yǎng)有關(guān)。

2.1.1 對土壤細菌數(shù)量的影響

細菌是農(nóng)作物根際土壤主要的微生物群落。由表1可知, 玉米、高粱和糯玉米3種作物土壤細菌數(shù)量在相同生育期波動基本保持一致, 在3個生育期大致呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢; 其中土壤細菌增長高峰期主要出現(xiàn)在抽穗期, 在抽穗期玉米、高粱施醋糟菌糠與不施醋糟菌糠處理差異顯著, 糯玉米施醋糟菌糠與不施醋糟菌糠處理差異不顯著。拔節(jié)期土壤細菌數(shù)量相對較低, 處理之間均差異不顯著。成熟期與對照相比只有高粱施醋糟菌糠與不施醋糟菌糠處理差異顯著, 玉米、糯玉米施醋糟菌糠與不施醋糟菌糠差異均不顯著。施醋糟菌糠顯著提高了作物根際土壤細菌數(shù)量?？傮w而言, 拔節(jié)期3種作物施入醋糟菌糠的土壤細菌數(shù)量比對照提高32%~54%。

2.1.2 對土壤放線菌數(shù)量的影響

土壤中放線菌的數(shù)量僅次于細菌, 是土壤微生物中第二大類群。由表1可知, 玉米、高粱和糯玉米3種作物根際土壤放線菌數(shù)量隨生育期一直增加, 其中土壤放線菌增長高峰期主要出現(xiàn)在抽穗期到成熟期。3種作物土壤放線菌數(shù)量在相同生育期差異顯著, 在拔節(jié)期土壤放線菌數(shù)量較低, 其中玉米和糯玉米醋糟菌糠處理土壤放線菌數(shù)量比對照組低; 在抽穗期玉米、高粱施醋糟菌糠處理與對照組差異顯著, 糯玉米施醋糟菌糠與不施醋糟菌糠處理間差異不顯著; 玉米和糯玉米的成熟期土壤放線菌數(shù)量在施加醋糟菌糠后增幅明顯, 其中玉米通過醋糟菌糠處理在作物成熟期土壤放線菌數(shù)量增幅最大, 為101%。

2.1.3 對土壤真菌數(shù)量的影響

由表1可知, 土壤真菌數(shù)量明顯低于細菌和放射菌, 這可能與施加醋糟菌糠對真菌繁殖的抑制作用有關(guān)。玉米、高粱和糯玉米3種作物根際土壤真菌數(shù)量變化總體趨勢呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢, 拔節(jié)期至抽穗期土壤真菌數(shù)量顯著增加, 抽穗期至成熟期土壤真菌數(shù)量呈現(xiàn)明顯下降趨勢。施加醋糟菌糠的土壤真菌數(shù)量與對照組的差異在各個時期表現(xiàn)不一, 其中拔節(jié)期3種作物施醋糟菌糠處理與對照的差異均不顯著, 抽穗期糯玉米施醋糟菌糠處理與對照差異顯著, 成熟期土壤真菌數(shù)量在施用醋糟菌糠后表現(xiàn)為明顯的降低, 降幅為56.25%~ 76.92%。

表1 醋糟菌糠對3種作物不同生育期土壤微生物數(shù)量的影響

T0: 無醋糟菌糠; T1: 施用醋糟菌糠。不同字母表示各時期不同作物T0和T1處理(同列)之間的差異顯著分析(<0.05). T0: no fungus chaff; T1: fungus chaff application. Different letters show significant difference between T0 and T1 treatments at all stages of the three crops (< 0.05). The same below.

2.2 醋糟菌糠對3種作物不同生育期土壤酶活性的影響

土壤酶主要源于土壤微生物代謝過程以及土壤動植物根系分泌及殘體分解[25], 參與許多重要的生物化學(xué)過程和物質(zhì)循環(huán), 包括凋落物的分解及各種有機化合物的分解與合成, 是土壤肥力評價的重要指標(biāo)之一。通常狀況下土壤過氧化氫酶能有效防止土壤及其生物體在新陳代謝中產(chǎn)生的過氧化氫對生物體的毒害[26], 可以表示土壤凈化能力的強弱[27]。常用土壤脲酶活性表征土壤氮素情況[28]。

2.2.1 對土壤脲酶活性的影響

由表2可知, 施用醋糟菌糠處理的作物各生育期耕層土壤的脲酶活性均明顯高于不施醋糟菌糠處理。在未施用醋糟菌糠的情況下, 玉米和高粱在各生育期的土壤脲酶活性表現(xiàn)為先升高后降低, 而糯玉米土壤的脲酶活性在各生育期表現(xiàn)為持續(xù)降低; 在施用醋糟菌糠情況下, 玉米和高粱在各生育期的土壤脲酶活性表現(xiàn)為持續(xù)降低, 且玉米土壤的脲酶活性下降趨勢大于高粱, 糯玉米土壤的脲酶活性雖整體表現(xiàn)為降低, 但其在拔節(jié)期和抽穗期均達到土壤脲酶活性的最大值, 分別為7.91 mg?g-1和7.65 mg?g-1?？傮w來說, 所有施醋糟菌糠處理土壤的脲酶活性均明顯高于不施醋糟菌糠處理, 且施用醋糟菌糠相比于不施用醋糟菌糠在撥節(jié)期、抽穗期和收獲期增長率最大的作物分別為高粱、糯玉米、糯玉米, 其增長率分別為239%、184%、101%。

2.2.2 對土壤蔗糖酶活性的影響

由表2可以看出, 施用醋糟菌糠處理的土壤蔗糖酶活性高于未施用醋糟菌糠處理。糯玉米在各生育期的土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)為拔節(jié)期>抽穗期>收獲期; 高粱的土壤蔗糖酶活性雖在施用醋糟菌糠處理的情況下大于未施用醋糟菌糠處理, 但在各生育期的變化趨勢相反, 且在抽穗期達到增長率最低值為30%; 玉米在各生育期的土壤蔗糖酶活性變化較為穩(wěn)定, 其增長率也相對穩(wěn)定, 分別為38%、28%、48%。

2.2.3 對土壤過氧化氫酶活性的影響

由表2可知, 在施用醋糟菌糠處理的情況下, 3種作物的土壤過氧化氫酶活性在拔節(jié)期和抽穗期均有不同程度增強; 在不施用醋糟菌糠處理的情況下,3種作物的土壤過氧化氫酶活性在各生育期的變化趨勢表現(xiàn)為緩慢上升。在兩種處理情況下, 3種作物的土壤過氧化氫酶活性在拔節(jié)期和收獲期基本趨于一致, 在抽穗期表現(xiàn)出顯著差異, 即施用醋糟菌糠處理顯著大于不施用醋糟菌糠處理, 且最大增長率為40%。

表2 醋糟菌糠對3種作物不同生育期土壤酶活性的影響

2.3 醋糟菌糠對3種作物不同生育期土壤微生物碳氮的影響

土壤微生物量碳是土壤有機碳的靈敏指示因子, 土壤微生物量氮是土壤氮素礦化勢的重要組成部分。由表3方差分析(<0.05)可知, 在施加醋糟菌糠后, 不同時期3種作物的土壤微生物量碳含量變幅較大(58.10~407.67 mg?kg-1), 微生物量氮含量變幅較小(11.98~27.55 mg?kg-1)。與對照組相比, 3種作物施加醋糟菌糠后大體上可以促進微生物量碳、氮含量, 其中糯玉米在拔節(jié)期和抽穗期施用醋糟菌糠后微生物量氮含量顯著增加。在抽穗期, 3種作物施加醋糟菌糠后微生物量氮達到最大, 增長幅度也最大, 說明此時醋糟菌糠發(fā)揮的作用最明顯。從整體變化趨勢看, 微生物量氮在拔節(jié)期最小, 之后呈增加趨勢, 成熟期又降低, 從拔節(jié)期至抽穗期增長的幅度較大, 其變化趨勢在前期與放線菌、細菌、真菌的總體變化情況相符。其原因可能是隨著作物生長逐漸加快, 待其生長達到一定高峰后, 作物對養(yǎng)分吸收增加, 而土壤中氮有一部分以微生物活體形式固定, 隨著作物對氮需求的增多, 微生物活體中所固定的氮便逐漸減少。另外, 隨著作物的生長, 根際所分泌的碳物質(zhì)增加, 促進微生物對碳的固定, 從而微生物生物量碳值在整個生長期整體呈現(xiàn)增長趨勢。

表3 醋糟菌糠對3種作物不同生育期土壤微生物碳氮的影響

3 討論與結(jié)論

菌糠中含有大量微生物可改變微生物數(shù)量, 有可能促進有益菌的生長而抑制有害菌的繁殖, 起到保護土壤的作用[19], 作為有機肥施入土壤中, 可進一步分解為腐殖質(zhì), 增加土壤有機質(zhì)的含量, 培肥地力, 提高土壤生物活性, 改善土壤理化性狀, 提高土壤保水、保肥和透氣的性能[29]。本試驗通過種植3種不同作物在施用醋糟菌糠后就微生物數(shù)量、土壤酶活性和微生物碳、氮的研究, 結(jié)果表明:

施用醋糟菌糠對土壤微生物數(shù)量有顯著影響。任琳等[19]研究發(fā)現(xiàn)在施用菌糠后, 真菌(有害菌)的數(shù)量減少, 細菌和放線菌(有益菌)的數(shù)量呈現(xiàn)上升趨勢。與本研究有關(guān)微生物數(shù)量的研究結(jié)論相似, 醋糟菌糠施入后促進了細菌(有益菌)和放線菌(有益菌)的生長, 抑制了真菌(有害菌)數(shù)量的增長。3種作物在生長過程中細菌數(shù)量增長高峰主要出現(xiàn)在抽穗期和收獲期, 而在拔節(jié)期較低。這是由于施用菌糠能夠有效地增加保護地土壤有機質(zhì)、速效磷和速效鉀的含量, 提高土壤肥力[30], 可以為土壤微生物的生長繁殖提供充足的碳源和氮源。同時醋糟菌糠的投入也為土壤增添了大量的外來菌群。施加醋糟菌糠的土壤放線菌數(shù)量在拔節(jié)期和抽穗期有少量增加, 在作物成熟期開始顯著增加。這可能與土壤養(yǎng)分供應(yīng)快慢有關(guān), 由于醋糟菌糠處理提高了土壤速效性養(yǎng)分含量, 及時供應(yīng)了作物的生長和微生物的繁殖。土壤真菌數(shù)量在3種作物整個生育期都維持較低的水平, 且施加醋糟菌糠后進一步抑制了真菌(有害菌)的繁殖。

土壤酶主要來源于植物根系分泌物、動植物殘體腐解過程和土壤微生物代謝過程。王騰等[31]發(fā)現(xiàn)菌糠肥料可提高土壤中脲酶、過氧化氫酶和蔗糖酶活性, 蔗糖酶最為明顯, 增幅最大為96.52%。說明菌糠肥料可提高土壤中上述3種酶活性, 改善土壤微生物狀況。與上述研究一致, 3種作物在整個生育期施加醋糟菌糠處理的3種土壤酶活性均高于對照組。添加醋糟菌糠能明顯增加土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶的活性, 且在抽穗期的變化最明顯, 說明施加醋糟菌糠后土壤微生物數(shù)量增多, 土壤酶活性提高, 有利于改善根際土壤的微生物結(jié)構(gòu), 增強根際土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性。作物成熟期土壤微生物量碳值最高, 而其微生物量氮值則最低。吳海燕等[32]在長期定位施肥玉米生育期內(nèi)微生物量碳、氮和微生物數(shù)量的動態(tài)變化研究中發(fā)現(xiàn), 在相同玉米各生育期內(nèi), 施肥處理與CK相比, 黑土中微生物量碳、氮和微生物數(shù)量明顯提高。醋糟菌糠的施用可以促進微生物數(shù)量的增加, 進而促進土壤微生物生物量碳、氮的增加, 隨著作物的生長, 醋糟菌糠的促進作用增強。當(dāng)作物生長到成熟期時, 土壤微生物生物量碳值最大, 但土壤微生物生物量氮受到抑制作用, 可能是由于作物生長后期對氮元素需求量增加, 將微生物活體中所固定的一部分氮吸收的緣故

醋糟菌糠作為一種被二次廢物利用的有機肥料施入土壤中, 通過對3種不同作物的各時期生長情況的觀察發(fā)現(xiàn)醋糟菌糠的施入明顯促進土壤中有益菌的生長, 抑制有害菌的繁殖, 一般來說, 土壤中細菌、放線菌密度越高, 該土壤的肥力水平也就越高[29]。顯著提升土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶的活性, 有利于改善土壤微生物狀況。施入醋糟菌糠后微生物量碳量增加, 說明醋糟菌糠對微生物量碳的提高有積極作用。微生物碳氮及土壤呼吸可以反映土壤質(zhì)量的變化, 作為評價土壤肥力的生物學(xué)指標(biāo)[33]。施用醋糟菌糠處理較未施肥對照組更有利于提高土壤生物活性, 極大地增加土壤酶活性和微生物數(shù)量, 增加土壤中氮素營養(yǎng)和碳的含量。說明醋糟菌糠含有較高的營養(yǎng)物質(zhì), 可有效改善根際的生態(tài)環(huán)境, 是可以被利用的基質(zhì), 為解決食用菌菌糠污染環(huán)境提供理論參考。

References

[1] 廖婷, 王印召, 邱俊, 等. 醋菌糠添加強化制備功能性醬油成曲的初步探討[J]. 中國調(diào)味品, 2015, 40(11): 10–13 Liao T, Wang Y Z, Qiu J, et al. Preliminary discussion on functional soy sauce Koji prepared by adding residue from edible fungi cultivated with vinegar spent grains[J]. China Condiment, 2015, 40(11): 10–13

[2] 楊慶文, 彭曉光, 楊林娥, 等. 醋糟的開發(fā)與利用[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 37(2): 44–46 Yang Q W, Peng X G, Yang L E, et al. The utilisation of vinegar-waste[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2009, 37(2): 44–46

[3] Grigatti M, Giorgioni M E, Ciavatta C. Compost-based growing media: Influence on growth and nutrient use of bedding plants[J]. Bioresource Technology, 2007, 98(18): 3526–3532

[4] 周飛. 菌糠在肥料上的利用[J]. 土壤肥料, 1991(3): 42–43 Zhou F. Utilization of fungus chaff in fertilizer[J]. Soils and Fertilizers, 1991(3): 42–43

[5] 李振高, 駱永明, 騰應(yīng). 土壤與環(huán)境微生物研究法[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2008: 58 Li Z G, Luo Y M, Teng Y. Soil and Environmental Microbiology Research Method[M]. Beijing: Science Press, 2008: 58

[6] 肖嫩群, 張楊珠, 譚周進, 等. 稻草還田翻耕對水稻土微生物及酶的影響研究[J]. 世界科技研究與發(fā)展, 2008, 30(2): 192–194 Xiao N Q, Zhang Y Z, Tan Z J, et al. Study on the effect of rice-straw returned to field on microbes and enzymes in paddy soil with tillage[J]. World Sci-Tech R & D, 2008, 30(2): 192–194

[7] 謝放, 魏孔麗, 陳京津, 等. 香菇渣對土壤微生物和酶活性的影響[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010(5): 54–58 Xie F, Wei K L, Chen J J, et al. Effects of mushroom residue on soil microorganism amount and soil enzyme activity[J]. Hunan Agricultural Sciences, 2010(5): 54–58

[8] 馬曉霞, 王蓮蓮, 黎青慧. 長期施肥對玉米生育期土壤微生物量碳氮及酶活性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2012, 32(17): 5502–5511 Ma X X, Wang L L, Li Q H. Effects of long-term fertilization on soil microbial biomass carbon and nitrogen and enzyme activities during maize growing season[J]. Acta Ecologica Sinica, 2012, 32(17): 5502–5511

[9] 呂軍, 文庭池, 郭坤亮, 等. 酒糟生物有機肥和微生物菌劑對土壤微生物數(shù)量及高粱產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2013, 34(4): 502–506 Lü J, Wen T C, Guo K L, et al. Effects of distiller’s grains bio-organic fertilizer and microbial agent on microbial quantities and sorghum yield[J]. Research of Agricultural Modernization, 2013, 34(4): 502–506

[10] 賈偉, 周懷平, 解文艷, 等. 長期有機無機肥配施對褐土微生物生物量碳、氮及酶活性的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2008, 14(4): 700–705 Jia W, Zhou H P, Xie W Y, et al. Effects of long-term inorganic fertilizer combined with organic manure on microbial biomass C, N and enzyme activity in cinnamon soil[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2008, 14(4): 700–705

[11] 馬寧寧, 李天來, 武春成, 等. 長期施肥對設(shè)施菜田土壤酶活性及土壤理化性狀的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2010, 21(7): 1766–1771 Ma N N, Li T L, Wu C C, et al. Effects of long-term fertilization on soil enzyme activities and soil physicochemical properties of facility vegetable field[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(7): 1766–1771

[12] 魯艷紅, 楊曾平, 鄭圣先, 等. 長期施用化肥、豬糞和稻草對紅壤水稻土化學(xué)和生物化學(xué)性質(zhì)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2010, 21(4): 921–929 Lu Y H, Yang Z P, Zeng S X, et al. Effects of long-term application of chemical fertilizer, pig manure, and rice straw on chemical and biochemical properties of reddish paddy soil[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(4): 921–929

[13] 李娟, 趙秉強, 李秀英, 等. 長期有機無機肥料配施對土壤微生物學(xué)特性及土壤肥力的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 41(1): 144–152 Li J, Zhao B Q, Li X Y, et al. Effects of long-term combined application of organic and mineral fertilizers on soil microbiological properties and soil fertility[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2008, 41(1): 144–152

[14] Ndayeyamiye A, C?té D. Effect of long-term pig slurry and solid cattle manure application on soil chemical and biological properties[J]. Canadian Journal of Soil Science, 1989, 69(1): 39–47

[15] Nanda S K, Das P K, Behera B. Effects of continuous manuring on microbial population, ammonification and CO2evolution in a rice soil[J]. Oryza, 1998, 25(4): 413–416

[16] Abbott L K, Murphy D V. Soil Biological Fertility[M]. Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 2003

[17] 沈其榮, 史瑞和. 土壤預(yù)處理對不同起源氮礦化的影響[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 1991, 14(1): 54–58 Shen Q R, Shi R H. The effect of soil pretreatment on the mineralization of nitrogen deprived from different forms[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 1991, 14(1): 54–58

[18] Ocio J A, Brookes P C, Jenkinson D S. Field incorporation of straw and its effects on soil microbial biomass and soil inorganic [J]. Soil Biology and Biochemistry, 1991, 23(2): 171–176

[19] 任琳, 張玉龍, 黃毅, 等. 菌糠對保護地土壤微生物區(qū)系影響的研究[J]. 土壤通報, 2009, 40(3): 563–567 Ren L, Zhang Y L, Huang Y, et al. Research on fungus chaffs impact on the soil microbe flora in the greenhouse[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2009, 40(3): 563–567

[20] VarmaA, Oelmuller R. Advanced Techniques in Soil Microbiology[J]. Soil Microbiology, 2007(11): 202–207

[21] 姚槐應(yīng), 黃昌勇. 土壤微生物生態(tài)學(xué)及其實驗技術(shù)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2005 Yao H Y, Huang C Y. Soil Microbial Ecology and the Experimental Techniques[M]. Beijing: Agricultural Press, 2005

[22] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 1981 Bao S D. Soil and Agricultural Chemistry Analysis[M]. Beijing: Agricultural Press, 1981

[23] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000 Lu R K. Soil and Agricultural Chemistry Analysis[M]. Beijing: China Agricultural Sciences Press, 2000

[24] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000: 25–200 Bao S D. Soil and Agricultural Chemistry Analysis[M]. 3rd ed. Beijing: China Agricultural Press, 2000: 25–200

[25] 李志萍, 吳福忠, 楊萬勤, 等. 川西亞高山森林林窗不同時期土壤轉(zhuǎn)化酶和脲酶活性的特征[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2015, 35(12): 3919–3925 Li Z P, Wu F Z, Yang W Q, et al. Soil invertase and urease activities at different periods in subalpine forest gap in western Sichuan[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(12): 3919–3925

[26] 蘇立濤, 沈向, 郝云紅, 等. 有機物料對連作平邑甜茶幼苗生長及微生態(tài)環(huán)境的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2010, 26(20): 187–192 Su L T, Shen X, Hao Y H, et al. Effects of organic materials on the growth ofvar. Pingyiensis and its microecological environment under replant[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010, 26(20): 187–192

[27] 樊紅科, 杜志輝, 吳岱彥, 等. 渭北高原不同施肥方案土壤效應(yīng)及對再植蘋果生長發(fā)育的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2009, 27(1): 56–61 Fan H K, Du Z H, Wu D Y, et al. Effects of application of fertilizer on soil and growth of the replanted apple in Weibei highland orchard[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2009, 27(1): 56–61

[28] 張立恒, 李坤, 胡熙禧, 等. 施入有機物料對葡萄連作土壤有機質(zhì)含量及酶活性的影響[J]. 北方園藝, 2015(3): 160–162 Zhang L H, Li K, Hu X X, et al. Effect of organic materials on organic matter content and enzyme activity in grape replant soil[J]. Northern Horticulture, 2015(3): 160–162

[29] 代立蘭, 張懷山, 夏曾潤, 等. 有機廢棄物菌糠和醋糟對次生鹽漬化土壤修復(fù)效果研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2014, 32(1): 218–222 Dai L L, Zhang H S, Xia Z R, et al. Effect of mushroom bran and vinegar residue on secondary salinization soil[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2014, 32(1): 218–222

[30] 關(guān)躍輝, 李玉榮, 張樹槐. 食用菌菌糠對保護地土壤的改良效果[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 36(5): 1955–1956 Guan Y H, Li Y R, Zhang S H. Research on the improvement effect of germ bran from edible fungi culture on the soil in protected land[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2008, 36(5): 1955–1956

[31] 王騰, 王效舉, 張建國, 等. 不同菌糠肥料對污灌區(qū)玉米生長、土壤Cu形態(tài)及酶活性的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2015, 34(10): 40–44 Wang T, Wang X J, Zhang J G, et al. Effects of different bacterial chaff fertilizers on speciation of sewage irrigation pollution soil copper form and soil enzyme activity[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2015, 34(10): 40–44

[32] 吳海燕, 范作偉, 孫甜田, 等. 長期定位施肥玉米生育期內(nèi)微生物量碳、氮和微生物數(shù)量的動態(tài)變化[J]. 玉米科學(xué), 2016, 24(2): 147–154 Wu H Y, Fan Z W, Sun T T, et al. Dynamic changes of microbial biomass carbon, nitrogen and microbial quantity in maize growth period under long-term fertilization[J]. Journal of Sciences, 2016, 24(2): 147–154

[33] 臧逸飛, 郝明德, 張麗瓊, 等. 26年長期施肥對土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2015, 35(5): 1445–1451 Zang Y F, Hao M D, Zhang L Q, et al. Effects of wheat cultivation and fertilization on soil microbial biomass carbon, soil microbial biomass nitrogen and soil basal respiration in 26 years[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(5): 1445–1451

Effect of fungus chaff on soil microbe population and enzyme activity of three crop soils*

DONG Qing1, CHENG Hongyan1**, ZHANG Jianguo2, OH Kokyo3, MENG Lijun4, WANG Teng1, WANG Qiang1, TIAN Ye1

(1. College of Resources and Environment, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China; 2. Shanxi Conservancy Technical Institute, Yuncheng 044004, China; 3. Center for Environmental Science in Saitama, Kisai Town Saitama 347-0115, Japan; 4. Shanxi Institute of Biology, Taiyuan 030006, China)

Application of fungus chaff is an important measure improving soil healthy and plant growth. A filed experiment was conducted to investigate the effects of fungus chaff of vinegar residue incorporation on the population of soil microorganism, soil microbial biomass carbon, soil microbial biomass nitrogen and enzyme activity in three crops (maize, sorghum and waxy maize) soil at different growth stages. The experiment contained six treatments, three crops not treated and treated with 25 000 kg·hm-2of fungus chaff. The results showed that the incorporation of fungus chaff significantly increased bacteria, actinomyces and fungi population in the rhizosphere soil layer. The number of soil bacteria increased by 32%-54% for the three crops after fungus chaff application throughout the growth period. At maturity, actinomyces population significantly increased, especially in maize rhizosphere soil layer where there was the largest increment of 101%. The trend in fungi population increased at jointing and heading stages after decreasing at maturity stage. The use of fungus chaff in rhizosphere soil increased the activities of enzymes (urease, catalase and invertase). Soil urease activity under sorghum, corn and waxy corn increased with 239%, 189%, and 184%, respectively. Soil catalase activity was highest at heading stage, with a maximum increment of 40%. Three crops showed different trends in soil invertase activity at each stage. The activity of soil invertase under maize was not significantly different among growth stages, with increment of 38%, 28% and 48% respectively at jointing, heading and mature stages. Soil microbial biomass carbon and nitrogen increased in all the crops after fungus chaff application. The increase in soil microbial carbon content was 58.10–407.67 mg?kg-1and that in microbial nitrogen content was 11.98–27.55 mg?kg-1across the growth periods of the three crops. This implied that the application of fungus chaff could be used to boost the population of soil microorganisms and enhance soil microbial biomass carbon and nitrogen, and enzyme activity under the three crop types. This in turn enhanced crop yield and made soil productivity more sustainable. It was therefore recommended to apply fungus chaff of vinegar residues to protect and improve future environmental conditions.

Fungus chaff of vinegar residues; Soil enzyme activity; Soil microbial population; Soil microbial biomass carbon and nitrogen; Maize; Sorghum; Waxy corn

10.13930/j.cnki.cjea.160436

S154.3

A

1671-3990(2016)12-1655-08

2016-05-12 接受日期: 2016-09-08

*山西省高校(2011)黃土高原食用菌提質(zhì)增效協(xié)同創(chuàng)新中心、山西省煤基重大科技攻關(guān)項目(FT2014-03)、山西省水利科技推廣項目(201412)、山西省農(nóng)業(yè)攻關(guān)項目(20120311027-6)、日本學(xué)術(shù)振興會科學(xué)研究費輔助金(16H05633)和山西省國際科技合作項目(2013081002)資助

**通訊作者:程紅艷, 主要從事土壤重金屬污染修復(fù)研究。E-mail: ndchenghy@163.com 董卿, 主要從事土壤重金屬污染修復(fù)研究。E-mail: 344912587@qq.com

* The study was supported by the Project fromthe Collaborative Innovation Center of Quality and Efficiency of Loess Plateau Edible Fungi for Universities in Shanxi (2011), Shanxi Key Scientific and Technology of Coal Basic Research Project (FT2014-03), Shanxi Water Conservancy and Science & Technology Outreach Program (201412), Shanxi Agricultural Key Research Project (20120311027-6), Research Grant from the Japanese Society for the Promotion of Sciences (16H05633) and the International Science and Technology Cooperation Program of Shanxi Province (2013081002).

** Corresponding author, E-mail: ndchenghy@163.com

Received May 12, 2016; accepted Sep. 8, 2016