工農業副產物添加對棕壤的改良研究

何美婧 李濱卉 吳延楠 賀海升

（1.沈陽師范大學生命科學學院，遼寧沈陽 110034；2.沈陽師范大學實驗教學中心，遼寧沈陽 110034）

1 引言

近年來，遼寧省棕壤有酸化趨勢，部分地區pH由5.91～6.76 降低至5.45～5.94，整體平均值由6.42降低至5.73［1］。土壤酸化導致土壤中養分、Ca2＋、Mg2＋等鹽基離子的流失［2-3］和重金屬離子的釋放［4］。同時，土壤酸化還會引發微生物群落和活性的變化［5-6］。生產實踐中，常采用石灰等堿性物質進行酸度中和，生物質材料也常用于改良酸化土壤［7-11］。本文選取遼寧省常見的工業副產物（煤矸石和膨潤土礦渣）及農業副產物（玉米秸稈、花生秸稈、平菇菌糠、金針菇菌糠）為研究對象，考察其對酸化棕壤的改良效果，以期為改良棕壤酸度和實現工農業副產物的資源化利用提供新的思路。

2 材料與方法

供試棕壤樣品于2016 年10 月取自沈陽郊區農田，種植作物為玉米。以五點取樣法采集0～20 cm 耕層土壤，混勻后的土樣剔除雜質后，部分土壤經風干、研磨、過篩后室溫保存。部分鮮土于－20 ℃保存用于微生物指標測定。土壤酸度改良劑選取7 種遼寧地區常見工農業副產物，包括菌糠（平菇、金針菇）、作物秸稈（花生、玉米、水稻）、工業礦渣（煤矸石、膨潤土）。供試土壤的部分理化性質見表1。

表1 供試土壤的部分理化性質

實驗組為土壤中工農業廢棄物改良劑添加量分別為1%，2%，CK 為未添加改良劑處理的對照組，每組3 次重復。將混勻的土壤樣品置于帶蓋的聚乙烯塑料杯中，添加去離子水以維持70%WHC（土壤持水量），于28 ℃恒溫培養56 d，每2 d 以稱重法保持土壤水分恒定。分別于1，3，5，7，14，21，28，35，42，49，56 d 取土壤樣品，分別測量土壤pH、無機氮含量，于培養結束測定土壤酶活性。

3 結果與分析

3.1 土壤pH 的動態變化

對于未添加改良劑處理，培養過程中土壤pH 呈下降趨勢，至培養結束時，其pH 下降0.59 個單位，土壤出現酸化趨勢。添加改良劑后，培養過程中土壤pH 呈先下降后緩慢提高趨勢。至培養結束時，添加秸稈處理土壤pH 增加0.43～0.54 個單位，添加菌糠處理土壤pH 增加0.33～0.79 個單位，添加工業副產物處理土壤pH 增加0.29～0.39 個單位。添加改良劑后土壤pH 的動態變化見圖1。

圖1 添加改良劑后土壤pH 的動態變化

3.2 對土壤酸度的改良作用

至培養結束，添加工農業副產物均能有效提升土壤pH，整體趨勢為：秸稈處理＞菌糠處理＞工業副產物處理，pH 增幅在0.29～0.79 個單位之間，見圖2［同一組中不同字母表示差異顯著（P＜0.05）］。

圖2 添加不同改良劑培養56 d 的土壤pH

對于添加秸稈處理，添加2%花生秸稈效果較差，其余3 種處理結果相似，以添加1%花生秸稈處理后土壤pH 最高。對于添加菌糠處理，以添加2%金針菇菌糠處理增幅最大（P＜0.05），其余處理土壤pH 亦有所增加，但變化均不顯著（P＞0.05）。對于添加不同工業副產物處理，4 組處理之間差異不大，但均顯著高于對照組（P＜0.05），以添加2%膨潤土效果最佳。

3.3 凈硝化作用

凈硝化作用是指培養期間（NO2－＋NO3－）－N 含量的變化。（NO2－＋NO3－）－N 作為硝化作用的產物，其含量可以作為反映硝化作用強度的指標。

添加不同改良劑培養56 d 的土壤NO3－－N 含量見圖3［同一組中不同字母表示差異顯著（P＜0.05）］。添加改良劑培養56 d 后，土壤NO3－－N 含量總體趨勢為：菌糠處理＞工業副產物處理＞秸稈處理＞對照處理。對于添加秸稈處理，1%玉米處理使土壤中NO3－－N 含量顯著增加，增加了22.34 mg/kg，1%的花生處理同樣能使土壤中的NO3－－N 含量增加，增加了8.21 mg/kg，而2%的玉米處理和2%的花生處理使土壤中的NO3－－N 含量分別降低了18.32，39.84 mg/kg。對于添加菌糠處理，4 個實驗組均能使土壤中的NO3－－N 含量增加，增幅在24.96～49.14 mg/kg 之間，其中添加1%平菇時土壤中NO3－－N 含量增加最為顯著。對于添加工業副產物處理，4 個實驗組均能使土壤中的NO3－－N 含量增加，增幅在1.06～35.74 mg/kg之間，其中添加1%膨潤土時土壤中NO3－－N 含量增加最為顯著，添加2%煤矸石時增幅最小。從添加含量角度分析，除添加金針菇外，其他實驗組中，不同種類改良劑施加量由1%的添加量增加至2%時，土壤中NO3－－N 的含量增加量卻明顯降低。

圖3 添加不同改良劑培養56 d 的土壤NO3--N 含量

3.4 土壤酶活性的變化

在添加不同土壤改良劑培養56 d 后，土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性發生不同程度的改變?？傮w上，酸度改良劑添加后，土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性均有所提高。改良劑對土壤酶活性的影響見表2。

表2 改良劑對土壤酶活性的影響 mg/（g·24 h）

對于土壤磷酸酶活性，總體趨勢為：秸稈處理＞工業副產物處理＞菌糠處理。秸稈處理均大于對照組，添加1%玉米活性最高達到0.26 mg/（g·24 h），高于對照組的0.13 mg/（g·24 h）；菌糠處理也均大于對照組，其中添加2%平菇、1%金針菇處理活性最高，均為0.22 mg/（g·24 h）；工業副產物處理也均大于對照組，但添加煤矸石、膨潤土組活性并無顯著性差異。

脲酶活性3 組處理對比空白對照組差異并不大。相比于空白對照組的0.16 mg/（g·24 h），秸稈處理添加1%花生活性最高；菌糠處理添加1%金針菇活性最高；工業副產物處理添加膨潤土活性顯著高于其他處理，添加2%膨潤土活性最高，為0.23 mg/（g·24 h）。

蔗糖酶活性實驗組均高于空白對照組的45.69 mg/（g·24 h），總體趨勢為：菌糠處理＞秸稈處理＞工業副產物處理。其中，秸稈處理添加花生活性最高，且在添加2%花生時達到最大值，為61.70 mg/（g·24 h）；菌糠處理在添加1%平菇、2%金針菇時蔗糖酶活達到最大值，分別為61.64，61.22 mg/（g·24 h）；工業副產物處理添加2%煤矸石時蔗糖酶活性達到最大值，為60.42 mg/（g·24 h）。

過氧化氫酶活性3 個處理組均高于空白對照組，總體趨勢為：秸稈處理＞菌糠處理＞工業副產物處理。其中，秸稈處理添加2%玉米時顯著高于其他處理，達到5.45 mg/（g·24 h）；菌糠處理添加2%金針菇時顯著高于其他處理，達到4.01 mg/（g·24 h）；工業副產物處理添加2%膨潤土時顯著高與其他處理，達到1.63 mg/（g·24 h）。

4 結論

添加秸稈、菌糠和工業副產物均可一定程度上改良土壤的酸度，效果較好的為添加2%金針菇、1%花生、2%玉米，工業副產物中添加膨潤土效果好于添加煤矸石，但效果差于添加菌糠和秸稈處理，從現實中方便及成本考量也有一定的參考價值。

添加土壤改良劑可以增加土壤的酶活性，其中磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶的活性增加更為顯著，對于脲酶的影響不顯著。添加秸稈、菌糠、工業副產物對于磷酸酶活性都有提高的效果，提高的幅度與添加量之間關系不大。添加秸稈、菌糠、工業副產物也可使蔗糖酶活性增大，其中1%平菇、2%金針菇、2%煤矸石效果最佳。添加秸稈、菌糠、工業副產物都可以較大程度增加過氧化氫酶活性，添加秸稈和菌糠相比于工業副產物對過氧化氫酶活性影響更大，且與添加量呈正相關。