朱德艷

(荊楚理工學(xué)院教務(wù)處，湖北 荊門 448000)

目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的化肥量和農(nóng)藥量漸漸增多，農(nóng)民不合理使用化肥和農(nóng)藥，造成土壤結(jié)塊、有機(jī)質(zhì)含量不足，透氣性能降低，土壤營養(yǎng)流失等問題，進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)作物收成降低。另外，隨著農(nóng)作物產(chǎn)量的提高，鉀素需要量越來越多，致使土壤中鉀含量相對減少[1],但鉀作為大量營養(yǎng)元素，在植物生長過程中起著十分重要的作用[2-4]。目前，鉀素問題在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中日益突出，在大部分地區(qū)，土壤缺鉀已經(jīng)成為限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要問題之一[5]。

環(huán)保酵素是將植物垃圾充分利用，將其運(yùn)用到生活中，變廢為寶，是近年來非常提倡的一種發(fā)酵產(chǎn)品。植物垃圾是有機(jī)垃圾的一種，如菜葉、水果皮等廚余垃圾，這些垃圾大多被丟到垃圾桶，不僅給處理垃圾的人增加了負(fù)擔(dān)，也浪費(fèi)了資源。環(huán)保酵素在制備過程中會(huì)產(chǎn)生大量的微生物，且含有大量的糖分以及小分子的有機(jī)質(zhì)、磷素、鉀素等成分，對提高土壤的肥力具有重要的作用[6]。李方志[7]等采用水果皮、菜葉、紅糖制成環(huán)保酵素，設(shè)計(jì)了4個(gè)濃度梯度和1個(gè)空白梯度對照，重復(fù)施澆3次之后用儀器測得鉀素含量，得到1∶750的酵素濃度梯度對土壤速效鉀改良效果最為明顯，增幅達(dá)到6.06%；歐陽傳德[8]等用蔬菜水果等廚余垃圾、糖和水按照一定比例自制成環(huán)保酵素探究其在種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、經(jīng)濟(jì)上的作用，得出環(huán)保酵素在農(nóng)業(yè)上需要繼續(xù)推廣，有防治害蟲等作用；馮筠洋[9]通過菜葉果皮加紅糖、水制成環(huán)保鉀素研究其對土壤改良后各項(xiàng)指標(biāo)的變化，研究發(fā)現(xiàn)500和750的環(huán)保酵素的濃度蚯蚓數(shù)大于其它濃度，其中750最為合適，時(shí)間最好是42d。

參考上述實(shí)驗(yàn)，作者利用米糠、水、糖混合來制成米糠環(huán)保酵素施澆土壤，研究不同濃度梯度的米糠環(huán)保酵素對土壤鉀素的影響，為改善土壤肥力提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 原料

米糠：荊門市東寶區(qū)所售；紅糖：廣州福正東海食品有限公司。

1.1.2 試驗(yàn)試劑

土壤浸提劑、土壤養(yǎng)分混合標(biāo)準(zhǔn)液、土壤速效鉀掩蔽劑、土壤速效鉀濁度劑、土壤速效鉀助掩劑、土壤脫色劑等，均來自于河南農(nóng)大迅捷測試技術(shù)有限公司。

1.1.3 試驗(yàn)設(shè)備

土壤養(yǎng)分速測儀：河南農(nóng)大迅捷測試技術(shù)有限公司；循環(huán)水式真空泵：SHZ-D(III)，上海予華儀器設(shè)備有限公司；恒溫培養(yǎng)振蕩器：ZHWY-200B，上海智城分析儀器制造有限公司；電子天平：上海上天精密儀器有限公司；火焰光度計(jì)：410F，北京中科科爾儀器有限公司。

1.2 研究方法

1.2.1 制備米糠環(huán)保酵素

采用的主要原料是稻谷加工的副產(chǎn)品米糠，以紅糖、米糠、水為原料，按1∶3∶10混合裝入發(fā)酵罐中，持續(xù)厭氧發(fā)酵90d。前30d，每天打開瓶口攪拌放出發(fā)酵產(chǎn)生的氣體，避免因氣體積累造成塑膠桶炸裂導(dǎo)致危險(xiǎn)事故的發(fā)生，同時(shí)也可以使后期酵素發(fā)酵效果更好；后60d密封發(fā)酵。離心取上清液得米糠環(huán)保酵素，測得酵素的蛋白酶活性為51.96U·mL-1。

1.2.2 土樣采集及酵素處理

取花壇內(nèi)施過化肥的土壤，將3～4cm表層土去除后再采集土樣。對采集的土樣進(jìn)行測定，測得改良前土樣的速效鉀、全鉀含量。

測量后，根據(jù)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)各組需要的土樣量對采集的土樣分盆裝好。各組取體積為20mL的不同稀釋倍數(shù)的酵素施澆各組土樣，按設(shè)定的澆灌周期施澆3次，第3次施澆后過7d，用土壤養(yǎng)分測定儀測定各組改良后的速效鉀、全鉀含量，結(jié)合改良前的速效鉀、全鉀含量，計(jì)算出速效鉀、全鉀改良后的增幅。

1.2.3 單因素試驗(yàn)

1.2.3.1 酵素的稀釋倍數(shù)

取自制的酵素10mL，對其進(jìn)行稀釋，稀釋倍數(shù)分別為10、20、30、40、50，得到不同濃度的酵素。用不同稀釋倍數(shù)的酵素20mL分別處理土樣量為200g的土樣，澆灌周期為7d，重復(fù)施澆3次，其它條件不變。待第3次施澆7d后，測量速效鉀含量，將速效鉀、全鉀含量的增幅作為考察指標(biāo)，來確定酵素的最佳稀釋倍數(shù)。

1.2.3.2 酵素處理的土樣量

取稀釋倍數(shù)為30的米糠酵素，澆灌周期為7d的條件下，設(shè)計(jì)酵素(mL)與土樣(g)1∶5、1∶7.5、1∶10、1∶12.5、1∶15的比例處理土樣，澆灌周期為7d，重復(fù)施澆3次，其它條件不變。待第3次施澆7d后，測量速效鉀含量，將速效鉀、全鉀含量的增幅作為考察指標(biāo)，來確定酵素處理的最佳土樣量。

1.2.3.3 酵素的澆灌周期

取稀釋倍數(shù)為30的酵素20mL處理200g的土樣，設(shè)計(jì)澆灌周期為3d、5d、7d、9d、11d，重復(fù)施澆3次，其它條件不變。待第3次施澆3d、5d、7d、9d、11d后，測量速效鉀含量，將速效鉀、全鉀含量的增幅作為考察指標(biāo)，來確定酵素的最佳澆灌周期。

1.2.4 正交試驗(yàn)

采用3因素3水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選取酵素的稀釋倍數(shù)、處理的土樣量、澆灌周期3因素，設(shè)計(jì)3個(gè)水平，以速效鉀、全鉀含量的增幅為評判標(biāo)準(zhǔn)，選出改良效果最佳組合。正交因素水平設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 正交因素水平表

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 待測液準(zhǔn)備

稱取土樣2g，加入土壤浸提劑40mL，土壤脫色劑0.5g，混勻后，用恒溫培養(yǎng)振蕩器劇烈振蕩5min，保持溫度在20～25℃，然后過濾，上清液即為待測液。

1.3.2 測定速效鉀、全鉀含量

分別吸取土壤浸提劑2mL、土壤養(yǎng)分標(biāo)準(zhǔn)液2mL、待測液2mL于3個(gè)反應(yīng)瓶中，依次加入土壤速效鉀掩蔽劑(搖勻至無氣泡)2滴、土壤速效鉀助掩劑6滴、土壤速效鉀濁度劑6滴、土壤速效鉀濁度劑4滴，搖勻后立即轉(zhuǎn)移到比色皿中測定，根據(jù)儀器提示測定待測液中速效鉀含量[10]。

采取火焰光度法(GB9836-88)測定土壤中的全鉀含量。

1.3.3 計(jì)算增幅

為了更為合理地體現(xiàn)土壤改良后速效鉀、全鉀的增減情況，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用增幅率來呈現(xiàn)，即速效鉀、全鉀在改良土壤后其含量的增幅率。其計(jì)算方法及表達(dá)式：

增幅率=(D-Y)/Y×100%

式中，D為改良后的土樣速效鉀、全鉀含量，mg·kg-1；Y為改良前土樣速效鉀、全鉀含量，mg·kg-1。根據(jù)1.2.1的方法，測得速效鉀Y=232.13mg·kg-1，全鉀Y=314.25mg·kg-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 米糠酵素的稀釋倍數(shù)對鉀改良效果的影響

取200g土樣，澆灌周期為7d的條件下，施澆稀釋倍數(shù)分別為10、20、30、40、50的米糠酵素20mL，以改良后土樣中速效鉀、全鉀含量的增幅為指標(biāo)，結(jié)果如圖1所示。

圖1 米糠酵素的稀釋倍數(shù)對速效鉀、全鉀含量的影響

由圖1可知，5個(gè)稀釋倍數(shù)的酵素對土壤中鉀的含量都有提高的效果，其中10～30的稀釋倍數(shù)時(shí)，土樣中速效鉀的增幅由8.18%上升到12.31%，全鉀的增幅由5.17%上升到9.21%；稀釋倍數(shù)高于30后，速效鉀、全鉀增幅都呈下降趨勢；稀釋倍數(shù)為40時(shí)，速效鉀的增幅為9.09%，全鉀增幅為6.43%；稀釋倍數(shù)為50時(shí)，速效鉀的增幅繼續(xù)下降為7.25%，全鉀的增幅下降為6.13%，因此最適宜的酵素的稀釋倍數(shù)為30。分析其原因，當(dāng)酵素濃度較高時(shí)，對土壤里的微生物以及一些化學(xué)反應(yīng)有影響，從而導(dǎo)致鉀增幅不大；當(dāng)酵素濃度較低時(shí)，對催化土壤中鉀元素轉(zhuǎn)化為鉀的作用不高，因此增幅下降。

2.1.2 米糠酵素處理的土樣量對鉀改良效果的影響

取稀釋倍數(shù)為30的米糠酵素，澆灌周期為7d的條件下，設(shè)計(jì)酵素(mL)與土樣(g)1∶5、1∶7.5、1∶10、1∶12.5、1∶15的比例處理土樣，以改良后土樣中速效鉀、全鉀含量的增幅為指標(biāo)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同酵素與土樣比例對速效鉀、全鉀含量的影響

由圖2可知，米糠酵素對改良土樣的速效鉀、全鉀量有一定的影響。酵素(mL)與土樣(g)比例為1∶5時(shí)，土樣中速效鉀的增幅為9.65%，全鉀的增幅為7.37%；酵素(mL)與土樣(g)比例為1∶10時(shí)，土樣中鉀的增幅達(dá)到最高，速效鉀為12.76%，全鉀為9.21%；酵素(mL)與土樣(g)比例繼續(xù)減少時(shí)，土樣中速效鉀呈下降趨勢。分析其原因，當(dāng)酵素(mL)與土樣(g)比例為1∶10時(shí)，酵素處理土樣的能力達(dá)到飽和，即酵素(mL)與土樣(g)的最佳比例是1∶10。

2.1.3 米糠酵素的澆灌周期對鉀改良效果的影響

取稀釋倍數(shù)為30的米糠酵素20mL，施澆200g的土樣，設(shè)計(jì)澆灌周期分別為3d、5d、7d、9d、11d，3次澆灌后測量土壤速效鉀含量，以改良后土樣中速效鉀、全鉀含量的增幅為指標(biāo)，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同澆灌周期對速效鉀、全鉀含量的影響

由圖3可知，酵素的澆灌周期對酵素改良土壤速效鉀、全鉀的效果也有一定的影響，當(dāng)澆灌周期為3d時(shí)，土樣中速效鉀的增幅為4.96%，全鉀的增幅為4.02%；當(dāng)澆灌周期增加為7d時(shí)，速效鉀的增幅提高到12.54%，全鉀的增幅提高到8.79%；當(dāng)澆灌周期繼續(xù)增加至9d時(shí)，速效鉀的增幅下降為10.96%，全鉀的增幅增加為9.57%；澆灌周期為11d時(shí)，速效鉀的增幅繼續(xù)下降為3.59%，全鉀的增幅下降為9.32%。分析其原因，酵素的澆灌周期，對土壤中鉀素的吸附和解吸、固定與釋放等影響較大，合理進(jìn)行澆灌，才能達(dá)到較好效果，試驗(yàn)表明，澆灌周期為7d時(shí)酵素的改良效果較好。

2.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以米糠酵素的稀釋倍數(shù)、酵素處理的土樣量和酵素的澆灌周期3個(gè)因素為考察因素，以土壤中速效鉀、全鉀的增幅為評價(jià)指標(biāo)，正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)得出改良土壤效果最好的最佳組合，結(jié)果見表2。

根據(jù)表2正交試驗(yàn)結(jié)果得出，米糠環(huán)保酵素對土壤速效鉀、全鉀改良效果的最佳組合為A2B2C2，即最佳改良效果的條件是米糠酵素的稀釋倍數(shù)為30，酵素(mL)∶土樣量(g)為1∶10，澆灌周期為7d。通過R的大小得出對改良效果影響因素大小為A>B>C，即影響環(huán)保酵素改良土壤速效鉀、全鉀效果的因素大小為酵素稀釋倍數(shù)>酵素與土樣比例>酵素的澆灌周期。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

采用SPSS軟件對所得的結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。顯示Sig.都小于0.001，表明因素A、B、C對米糠酵素對于土壤中速效鉀的改良作用都有極顯著的影響，3個(gè)因素對影響主次順序?yàn)锳>B>C，與直觀分析中極差大小順序一致。

表3 方差分析表

采用SPSS軟件對所得的結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表4。顯示因素A和B的Sig.小于0.001，表明因素A、B對米糠酵素對于土壤中全鉀的改良作用有極顯著的影響，3個(gè)因素對影響主次順序?yàn)锳>B>C，與直觀分析中極差大小順序一致。

表4 方差分析表

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

通過分析正交試驗(yàn)結(jié)果，得出最優(yōu)試驗(yàn)組合為A2B2C2，但此組合不在正交試驗(yàn)中，因此需要做驗(yàn)證試驗(yàn)。對試驗(yàn)組合A2B2C2，即酵素的稀釋倍數(shù)為30、處理的土樣量為200g、酵素的澆灌周期為7d，進(jìn)行3次平行試驗(yàn)來驗(yàn)證。測得3次的速效鉀增幅分別為12.31%、12.54%、12.76%，平均值為12.54%，正交表中速效鉀增幅最高的組合是A2B1C2，增幅為12.07%，相比得到的最佳組合的增幅要低一些；測得3次的全鉀增幅分別為9.23%、9.31%、9.19%，平均值為9.24%，正交表中全鉀增幅最高的組合是A2B1C2，增幅為8.69%，相比得到的最佳組合的增幅要低一些。因此得到結(jié)果，酵素的稀釋倍數(shù)為30、酵素(mL)∶土樣量(g)為1∶10、酵素的澆灌周期為7d為改良效果的最佳組合，土壤速效鉀的增幅達(dá)到12.54%，全鉀的增幅達(dá)到9.24%。

3 討論

目前環(huán)保酵素在農(nóng)業(yè)中的研究越來越廣[13-15]，而米糠作為農(nóng)副產(chǎn)品具有很高的利用價(jià)值，不再是生產(chǎn)大米剩下的垃圾，也不再僅僅作為豬飼料得到應(yīng)用，米糠作為植物垃圾含有豐富的營養(yǎng)價(jià)值，可以通過米糠制作環(huán)保酵素來進(jìn)一步提升價(jià)值。米糠類酵素是通過自身高效發(fā)酵產(chǎn)生的復(fù)合土壤改善肥料，含有一定比例的活性微生物，包括酵母菌等有益菌群。此外，發(fā)酵過程中產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)、微量元素、礦物元素等多種成分能夠起到固氮促磷的作用，增加土壤的有益成分，提高土壤中的養(yǎng)分含量。米糠類酵素作用的基本原理是通過施用酶制劑對原有土壤環(huán)境中各類型物質(zhì)進(jìn)行分解，在短期內(nèi)大量產(chǎn)生適合作物生長的元素，包括N、P、K、S、Mg等元素，也包括有機(jī)酸、微生物、有機(jī)質(zhì)等多種成分，達(dá)到改良土壤的目的。與常規(guī)施用酶制劑不同的是，米糠類酵素來源環(huán)保，對于土壤沒有殘留，作用效果明顯，其產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物有由微生物代謝產(chǎn)生的礦物質(zhì)、葡萄糖等能被作物直接吸收的物質(zhì)；有微生物分解產(chǎn)生的核酸、ATP等促進(jìn)土壤中微生物培植的有益成分；也有微生物分泌的各類型的生長因子、營養(yǎng)物質(zhì)，間接提供微生物的良好的生長環(huán)境，促進(jìn)作物的持續(xù)生長[16,17]。施用酵素能對土壤的性能進(jìn)行有效改善，激活土壤中被固化的營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)作物成熟，提高作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)。

本試驗(yàn)致力于研究米糠環(huán)保酵素的土壤改良效果，不僅發(fā)揮了環(huán)保酵素的作用，更是在尋找解決土壤缺鉀的問題上進(jìn)行了嘗試。米糠環(huán)保酵素的長期施用對土壤持續(xù)改良，可優(yōu)化土壤、提高土壤的質(zhì)量，對農(nóng)作物的生產(chǎn)和土壤保護(hù)有著重要的作用，對今后農(nóng)業(yè)發(fā)展的研究有一定的意義。

4 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，米糠環(huán)保酵素對土壤速效鉀、全鉀含量的提高有一定的效果，速效鉀增幅最高可達(dá)到12.54%，全鉀的增幅達(dá)到9.24%。以酵素稀釋倍數(shù)為30、酵素(mL)∶土樣量(g)為1∶10、酵素的澆灌周期為7d的改良效果最為明顯。需要注意的是，土壤中鉀素的遷移與轉(zhuǎn)化是一個(gè)復(fù)雜的過程，受土壤質(zhì)地、水分、溫度、pH值等諸多因素的影響[11,12]，各因素對鉀素的影響機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。