竹葉酵素制備及其在土壤改良中的應(yīng)用

徐 新 劉博然 杜 艷 許月 王 雙 黃苗苗 唐 薇 宋 宇

(北京市紫竹院公園 北京 100048)

中國是世界上最主要的產(chǎn)竹國，竹林資源集中分布于長江以南，其中以福建、浙江、江西、湖南省最多，4 個省竹林面積占全國竹林總面積的60.7%。北京地區(qū)的竹子基本上為引種，紫竹院公園為北京地區(qū)竹子集中栽植區(qū)，從20 世紀70 代初開始引種竹子。目前，紫竹院公園竹品種豐富，種植面積10 多萬m2，陸地種植竹子70 余萬株，盆栽竹1 000 余盆?！笆濉逼陂g北京市全面開展“增彩延綠”創(chuàng)新工程，竹子是在北京表現(xiàn)良好的延綠植物。竹類植物常綠，即使是在北京的冬季，竹葉的綠色也較松柏類常綠植物更鮮亮，彌補了北京冬季對綠色的需求[1]。

長期以來，由于南北氣候、土壤條件的差異，竹子在北京紫竹院公園內(nèi)生長狀態(tài)不良，植株活力較弱，無論是露地、保護地還是盆栽竹，普遍出現(xiàn)枝干、葉片顏色發(fā)黃、發(fā)銹等現(xiàn)象，園林景觀效果差，其原因主要是受空氣溫度、濕度和土壤狀況的影響[2－3]。其中，土壤問題主要集中在土壤堿化，板結(jié)現(xiàn)象嚴重，現(xiàn)有的治理方法主要是通過施用硫、磷肥調(diào)節(jié)土壤pH 值，但收效一般，且實際經(jīng)濟成本較高。酵素是利用植物副產(chǎn)物經(jīng)厭氧發(fā)酵而制成的液體產(chǎn)物，具有pH 值低、小分子有機物、酶含量及營養(yǎng)物質(zhì)豐富等特點[4]。近年來，酵素在土壤改良方面的作用普遍受到重視[5]。我們在竹林管理實踐中發(fā)現(xiàn)，土壤施用升華硫可以緩釋長效降低土壤pH值，磷酸灌溉可以在植物速生期快速調(diào)節(jié)土壤pH值，但效果不持續(xù)，而且升華硫和磷酸僅具有調(diào)節(jié)土壤pH 值的作用；竹葉酵素液含有內(nèi)生菌，既可以通過產(chǎn)生對竹子根系生長有促進作用的植物激素、蛋白酶等物質(zhì)直接影響竹子根系的生理代謝，還可以通過生物固氮、溶磷等方式增強根系吸收營養(yǎng)物質(zhì)的能力間接促進植物生長[6]。本文試驗研究了利用竹園豐富的竹葉廢棄物制備酵素，并期望通過竹葉酵素與升華硫和磷酸的配合施用，從有機、無機兩方面改良土壤，試驗取得了較好的效果。

1 試驗區(qū)概況

紫竹院公園位于北京市海淀區(qū)，氣候為典型的北溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。多年平均降水量為600 mm，主要集中在 6—8月份，冬季干旱少雨。土壤為褐土。對公園竹林土壤測試結(jié)果顯示，土壤pH值為7.64～8.30，呈偏堿性，且土壤有機質(zhì)含量低，易板結(jié)。因此，從物理、化學(xué)、生物等方面對土壤進行改良具有非常重要的現(xiàn)實意義。

開展試驗的竹種為金鑲玉竹、鋪地竹，平均竹齡5年，普遍出現(xiàn)退筍、竹葉發(fā)黃、發(fā)銹并且出現(xiàn)斑點，莖稈顏色灰暗等問題。

2 材料與方法

2.1 酵素制備

為了制備竹葉酵素，自制簡易的發(fā)酵罐(圖1)。發(fā)酵罐包括罐體和氣體壓力調(diào)節(jié)裝置2 個部分，整個裝置在發(fā)酵過程中一直處于密閉狀態(tài)，使用氣球作為排氣閥觀察罐內(nèi)氣壓變化，整個過程無需人為控制排氣閥。將準備好的水、糖和竹葉按質(zhì)量比300∶(30 ～ 60)∶(90 ～ 100)置入發(fā)酵罐中后混勻，控制罐體溫度在28～32 ℃，發(fā)酵3 個月，即得竹葉酵素。

圖1 竹葉酵素制備裝置示意圖

2.2 竹葉酵素成分測定

為了解所制酵素的質(zhì)量狀況，對制備的竹葉酵素的固相樣品和液相樣品分別進行營養(yǎng)成分測定。固相樣品測定內(nèi)容包括全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有機氮、pH 值、水分含量；液相樣品測定內(nèi)容包括全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有機氮含量，液體 pH 值，液體密度。

全氮和有機氮含量采用凱氏定氮法測定。銨態(tài)氮和硝態(tài)氮均采用2 mol/L 的氯化鉀溶液浸提、連續(xù)流動分析儀定量分析。

2.3 試驗設(shè)計

1)土壤施肥試驗。在紫竹院公園的金鑲玉竹林中選擇4 個地塊布置試驗。試驗設(shè)置4 個處理：不施硫、磷酸、酵素的空白處理(CK)，升華硫＋酵素處理(S)，磷酸＋酵素處理(P)，磷酸＋升華硫＋酵素處理(S＋P)。每個試驗處理面積5 m2。2017年3月15日進行施肥處理，2018年3月10日取土樣，期間間隔大約1年。分別在每個小區(qū)按5 點采樣法取0～20 cm 土壤制備混合樣，送實驗室分析。土樣測定指標包括土壤 pH 值，土壤電導(dǎo)率(EC 值)，土壤速效磷、速效鉀、有機質(zhì)和全氮含量。土壤pH值、EC 值分別以用pH 計和電導(dǎo)儀測定，土壤速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用火焰光度法測定，土壤有機質(zhì)采用外加熱重鉻酸鉀氧化法測定，土壤全氮采用凱氏定氮法測定。

2)對竹子生長的影響試驗。以金鑲玉竹和鋪地竹為供試材料進行盆栽試驗，設(shè)置不施酵素和施用酵素2 個處理。施肥后約1年，在新竹長成后用RHS 比色卡測試竹葉和莖稈顏色的變化，同時對鋪地竹測定植株冠幅及生物量的變化。

3 結(jié)果與分析

3.1 竹葉酵素的營養(yǎng)成分

竹葉酵素營養(yǎng)成分的測定結(jié)果顯示(表1 和表2)，制備的酵素酸度較高，固相部分pH 值在3.77～ 4.95，平均為 4.24；液相部分 pH 值在 3.45 ～4.03，平均為3.60；同時含有植物所需的氮類營養(yǎng)物質(zhì)，可用于改良堿性土壤。

表1 竹葉酵素固相部分養(yǎng)分含量

表2 竹葉酵素液相部分養(yǎng)分含量

3.2 竹葉酵素對竹園土壤的改良效果

竹林土壤施用竹葉酵素后，土壤養(yǎng)分含量的測定結(jié)果見表3。由表3 可見，土壤施入酵素后，土壤pH值普遍有所降低，降幅在0.1 ～0.4 個單位。酵素液調(diào)節(jié)土壤pH 值主要依靠發(fā)酵液中的乙酸成分，該成分為竹葉發(fā)酵時微生物產(chǎn)生的乙醇在發(fā)酵結(jié)束后換氣時氧化所產(chǎn)生的。土壤酸化后，土壤中磷、鈣、鐵等養(yǎng)分元素的有效性提高，速效磷等養(yǎng)分含量提高。另外，土壤施入酵素液的同時也帶入了微生物和酶，有助于土壤中大顆粒有機物的分解、促進養(yǎng)分的活化。

表3 施用酵素后土壤化學(xué)性狀變化

分析結(jié)果還顯示，施用竹葉酵素后，土壤EC 值、速效鉀含量呈上升趨勢，這可能與酵素同時施用的其他材料帶進了離子物質(zhì)有關(guān)。由于竹葉酵素富含有機物質(zhì)，施用后明顯提升了土壤的有機質(zhì)含量，對于竹子生長和養(yǎng)分吸收都有重要的支持作用。同時結(jié)合土壤速效鉀含量的提升，有助于竹子鉀的吸收，增強其抗旱、抗寒的能力，使其保持更好的生長狀態(tài)，觀賞性能和觀賞時間得到更好的保持。

3.3 竹葉酵素對竹子生長的影響

盆栽竹試驗結(jié)果顯示(表4)，盆栽竹施用酵素后，竹葉綠期延長，植株冠幅變大，竹子地上部生物量增加。分析原因可能為：施用酵素后土壤pH 值降低，促進了土壤養(yǎng)分活化；酵素中的固相殘渣主要為微生物發(fā)酵過的植株廢料，容易形成腐殖層，可為盆栽土壤提供養(yǎng)分；酵素殘渣在土壤表面達到3 cm 厚時可防止雜草生長；酵素殘渣可有效保持土壤水分，防止土壤水分蒸發(fā)。

表4 土壤施用竹葉酵素后竹子莖葉顏色及生物量變化

3 小結(jié)與討論

應(yīng)用竹葉酵素代替或輔助公園原有方式(施用有機肥、河水澆灌)復(fù)壯北京地區(qū)的竹子不僅可以降低經(jīng)濟成本，而且可以使種植地區(qū)土壤pH 值顯著降低，土壤養(yǎng)分含量增加，竹葉綠期延長，促進植株生長效果顯著。竹葉酵素為竹林廢棄物再利用的一種方式，全流程綠色環(huán)保，開發(fā)潛力巨大。

試驗中發(fā)現(xiàn)，竹葉酵素發(fā)酵包括2 個階段：第1階段微生物活動劇烈，有機物快速分解，產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致罐體內(nèi)氣壓升高，氣球不斷膨脹；第2 階段分解過程變慢，可能進行了物質(zhì)的進一步轉(zhuǎn)化，發(fā)酵液不斷酸化，罐內(nèi)氧氣耗盡，氣壓下降，氣球回縮，直至內(nèi)吸到罐體中，推測部分氮氣也被微生物反應(yīng)所消耗，具體原因需要進一步深入研究。

發(fā)酵罐體可采用玻璃、塑料質(zhì)容器。小型試驗裝置可以用罐頭瓶、可樂瓶、礦泉水瓶等，大型生產(chǎn)裝置可以采用噸桶或其他相同材質(zhì)的容器。發(fā)酵過程需要注意：發(fā)酵前竹葉與竹子廢棄物應(yīng)進行清洗但不應(yīng)過度，以保持攜帶一定的菌群；保持適當?shù)臏囟?，適宜溫度應(yīng)為28 ～32 ℃；容器密閉，以保持厭氧環(huán)境；避免光照，應(yīng)在避光條件下進行發(fā)酵。

在本試驗的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一套基于酵素的土壤綜合調(diào)酸改良措施，具體為：3月份，在盆栽竹出筍前根施升華硫1 次，磷酸1 次；在4—6月份竹子速生期，每月施磷酸1 次；11月份入冬前根施升華硫1 次，磷酸1 次；在此基礎(chǔ)上，每季度施用竹葉酵素1 次。其中，升華硫施用方法為均勻撒在土壤表面后翻土，用量為100 ～200 g/m2；磷酸澆灌的施用方法為將磷酸兌入水中，將水溶液的 pH 值調(diào)節(jié)為 4.5 ～6.0即可。