木醋液對土壤生物化學性狀的影響

賀國祥， 張 杰， 孟會生， 洪堅平

(山西農(nóng)業(yè)大學， 山西 晉中 030801)

0 引言

【研究意義】木醋液是由木材、秸稈等木質(zhì)固體纖維廢棄物采用燃燒、蒸餾、冷凝等工業(yè)技術工藝提取分離得到的一種植物提取物，顏色為紅褐色，完全除去木焦油為透明的黃褐色，具有特殊的刺鼻氣味，主要成分包括酸類、酚類、醛類、酮類、醇類和酯類等有機化合物[1]。木醋液的研究與應用最早源于17世紀中葉的歐洲木材干餾產(chǎn)業(yè)，其具有殺菌和防蟲的功效，己在發(fā)達國家(日本、美國等)有機農(nóng)業(yè)栽培中廣泛用于植物生長、土壤改良、病蟲害防治等方面[2]。近年來，我國不斷推進木醋液的生產(chǎn)開發(fā)研究[3-4]，由于對木醋液的研究應用起步較晚，木醋液在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應用中主要處于研究試驗階段，還沒有廣泛應用推廣[5]。病害防治與土壤改良是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要舉措，研究木醋液對土壤生物化學性狀的影響，對土壤改良及其病蟲害防治具有重要意義。【前人研究進展】木醋液對土傳病害微生物有很好的抑制作用[6-7]；木醋液灌施土壤后有利于大團聚體的形成，從而改善土壤的物理性質(zhì)[8]。施用木醋液能影響土壤微生物數(shù)量及微生物利用碳源的能力和代謝活性[9-10]。木醋液配施能夠減少農(nóng)田一氧化氮的排放[11]。木醋液還能增強腐植酸類修復材料固化金屬污染土壤中的Pb (Ⅱ)[12]。【研究切入點】前人研究多體現(xiàn)在木醋液功能開發(fā)上，而木醋液對土壤生物化學性狀的影響研究鮮見報道，因此在前人研究的基礎上對實際應用效果尤其在自然土體上的具體應用效果進行研究。【擬解決的關鍵問題】采用土柱模擬試驗，探明木醋液處理不同土層土壤微生物量碳、微生物數(shù)量及土壤化學性狀的變化規(guī)律，明確木醋液對土壤生物化學性狀的影響，旨在為木醋液更好地應用于植物生長、土壤改良、病蟲害防治等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 木醋液 試驗用木醋液由平遙縣晟弘生物質(zhì)能源開發(fā)有限公司提供。

1.1.2 土壤 試驗土樣采自山西農(nóng)業(yè)大學資環(huán)實驗站(東經(jīng)112.6°，北緯27.6°)的實驗田耕層土壤，土壤母質(zhì)為黃土母質(zhì)發(fā)育的石灰性褐土，質(zhì)地為輕壤土。其基本化學性質(zhì)：pH 7.6，有機質(zhì)含量4.98 g/kg，全氮含量0.63 g/kg，全磷含量0.68 g/kg，全鉀含量44.60 g/kg，速效氮含量34.80 mg/kg，有效磷含量7.60 mg/kg及速效鉀含量70.97 mg/kg。

1.1.3 土柱 為定制的不銹鋼土柱(柱內(nèi)直徑30 cm，柱高40 cm)。分別在土柱從上向下10 cm處、20 cm處、30 cm處鉆5 cm的孔(便于取樣)，開孔處用封口膜封口。試驗前將不銹鋼土柱滅菌，并用試驗地0～40 cm原狀的土壤填充土柱。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 木醋液濃度試驗設4個處理：對照(CK)，蒸餾水；T1，木醋液原液；T2，木醋液1∶20稀釋液；T3，木醋液1∶60稀釋液。每個處理3次重復，共12個處理(土柱)。從上向下向土柱澆灌(單位橫切面積約14 cm2)不同稀釋倍數(shù)木醋液至土壤含水量達田間飽和持水量的60%。

1.2.2 指標測定

1) 土壤微生物量碳含量。在處理6 h、12 h和24 h時分別采用氯仿熏蒸和重鉻酸鉀氧化滴定法[13]測定木醋液不同濃度處理土壤的微生物量碳含量。

2) 土壤微生物群落數(shù)。分別在處理2 h、6 h、10 h和24 h后采用平板計數(shù)法測定木醋液不同濃度處理土壤的細菌、真菌及放線菌數(shù)量。

殺菌率=[CK菌落數(shù)―處理濃度菌落數(shù)/CK菌落數(shù)]×100%

3) 土壤化學性狀。對土壤化學性狀影響的測定對象為3個點的混合土樣。有效磷采用比色法[14]測定，速效鉀采用火焰光度法[14]測定，堿解氮采用堿解擴散法[15]測定，有機質(zhì)采用低溫外熱重鉻酸鉀氧化法測定，pH采用pH計測定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2010、Origin 21.0及SPASS 21.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 木醋液不同濃度處理土壤微生物量碳含量

從圖1可見，木醋液不同濃度處理各土層土壤微生物量碳含量存在差異。

注：不同小寫字母表示同一條件不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

2.1.1 10 cm處 隨木醋液處理濃度下降，各時段土壤微生物量碳的含量均呈上升趨勢；同濃度處理，土壤微生物量碳含量均隨時間延長呈先降后升趨勢。處理6 h、12 h和24 h時，T1與T2的土壤微生物量碳含量較CK顯著下降，分別降低55%和25%、71%和69%、71%和44%，T3土壤的微生物量碳含量較CK下降，但降幅相對較小，分別降低6%、10%和1%，除處理6 h時差異顯著外，其余時段差異均不顯著，可能由于濃度低所致。

2.1.2 20 cm處 隨木醋液處理濃度下降，各時段土壤微生物量碳的含量均呈先升后降趨勢，而CK呈逐漸上升趨勢；同濃度處理，土壤微生物量碳含量均隨時間延長呈先降后升趨勢。處理6 h時，與CK相比，T1土壤的微生物量碳含量顯著降低27%，但T2和T3增加，分別增加7%和1%；T1與T2和T3差異顯著。處理12 h時，T1、T2和T3土壤的微生物量碳含量分別較CK顯著降低64%、29%和66%，T1和T3與T2差異顯著。處理24 h時，T1、T2和T3土壤的微生物量碳含量分別較CK顯著降低55%、33%和32%，T1與T2和T3差異顯著。處理24 h后CK的土壤微生物量碳含量隨時間延長呈先降后升趨勢，可能與微生物的活性有關。

2.1.3 30 cm處 隨木醋液處理濃度下降，處理6 h和12 h時的土壤微生物量碳含量均呈先升后降趨勢，處理24 h時的土壤微生物量碳含量呈上升趨勢；CK隨處理時間延長呈先降后升趨勢；同濃度處理，除T2呈下降趨勢外，其余處理均呈先降后升趨勢。處理6 h時，與CK相比，T1、T2和T3的土壤微生物量碳含量分別顯著增加26%、61%和57%，T1與T2和T3差異顯著。處理12 h時，T1土壤微生物量碳含量較CK降低3%，T2和T3則分別較CK顯著增加73%和50%，3個處理間差異顯著。處理24 h時，T1、T2和T3土壤微生物量碳含量分別較CK增加6%、25%和55%，T3、T2顯著高于T1和CK。

綜上表明，木醋液對土壤微生物量碳含量的影響與其濃度有關，木醋液原液對土壤微生物量碳的轉(zhuǎn)化有抑制作用，隨著木醋液濃度降低反而對土壤微生物量碳含量的提高有促進作用。

2.2 木醋液不同濃度處理土壤微生物群落數(shù)量

2.2.1 細菌群落 從圖2看出，木醋液不同濃度處理各土層土壤細菌菌落數(shù)量存在差異。與CK相比，施加木醋液可明顯減少土壤細菌的數(shù)量(20 cm處24 h時除外)，殺菌率受木醋液濃度的影響。

圖2 木醋液不同濃度處理各土層不同時段土壤細菌的菌落數(shù)

1) 10 cm處。各時段土壤細菌菌落數(shù)量均隨木醋液濃度降低呈顯著上升趨勢，即殺菌率呈下降趨勢。其中，2 h時，T1土壤細菌菌落數(shù)量最低，為200個/g，殺菌率為97.9%；T2其次，為540個/g，殺菌率為94.2%；T3為3 640個/g，殺菌率為61.0%。隨時間延長，T1和T2土壤細菌菌落數(shù)量呈上升趨勢，T3呈先升后降趨勢，6 h時達最高，為9 820個/g。

2) 20 cm處。各時段土壤細菌菌落數(shù)量均隨木醋液濃度降低呈顯著上升趨勢，T1、T2與T3、CK差異顯著。其中，2 h時，T1土壤細菌菌落數(shù)量最低，為1 130個/g，殺菌率為87.7%；T2其次，為1 250個/g，殺菌率為86.4%；T3為3 640個/g，殺菌率為60.3%；CK顯著高于T1、T2和T3。隨時間延長，各處理土壤細菌菌落數(shù)量均呈上升趨勢，24 h時達最高。

3) 30 cm處。各時段土壤細菌菌落數(shù)量均隨木醋液濃度降低呈不同程度上升趨勢。其中，2 h時，各處理間差異顯著；隨時間延長，各處理土壤細菌菌落數(shù)量均呈上升趨勢，T1、T2和T3間差異不顯著，均顯著低于CK，原因可能是土壤的吸附性質(zhì)，木醋液在下滲過程中被稀釋導致殺菌率下降。

總之，隨著處理時間延長，同一土層深度土壤細菌菌落數(shù)有所增加，可能是殺菌不徹底導致。

2.2.2 真菌群落 從圖3看出，木醋液不同濃度處理各土層土壤真菌菌落數(shù)量存在差異。

1) 10 cm處。各時段土壤真菌菌落數(shù)量均隨木醋液濃度降低呈顯著上升趨勢，即殺菌率呈顯著下降趨勢。其中，處理2 h時，T1土壤真菌菌落數(shù)量最低，為30個/g，殺菌率約97.7%；T2其次，為300個/g，殺菌率76.6%；T3為940個/g，殺菌率為26.6%。隨時間延長，T1和T2土壤真菌菌落數(shù)量呈上升趨勢，T3呈先降后升再降趨勢，10 h時達最高，為1 700個/g

2) 20 cm處。各時段土壤真菌菌落數(shù)量均隨木醋液濃度降低呈顯著上升趨勢，T1顯著低于T2、T3，三者均顯著低于CK。其中，2 h時，T1土壤真菌菌落數(shù)量最低，為100個/g，殺菌率93.4%；T2和T3其次，分別為700個/g和730個/g，分別較CK殺菌率53.9%和52%。隨時間延長，各處理土壤真菌菌落數(shù)量均呈上升趨勢，除T3在10 h時達最高外，T1和T2均在24 h時達最高。

3) 30 cm處。各時段除T1土壤真菌菌落數(shù)量較CK減少外，T2和T3均較CK增加，即呈促進作用。其中，2 h時，T1殺菌率75%，T2和T3分別較CK顯著增加40.2%和26.8%。隨處理時間延長，T1和T2真菌菌落數(shù)呈先減后增趨勢，T3呈逐漸增加趨勢。

圖3 木醋液不同濃度處理各土層不同時段土壤真菌的菌落數(shù)

2.2.3 放線菌群落 從圖4看出，不同木醋液處理各土層土壤放線菌菌落數(shù)量存在差異。

1) 10 cm處。各時段土壤放線菌菌落數(shù)量均隨木醋液濃度降低呈顯著上升趨勢。其中，2 h時，T1土壤放線菌菌落數(shù)量最低，為110個/g，殺菌率97.8%；T2其次，為2 110個/g，殺菌率為57.8%；T3為3 480個/g，殺菌率為30.4%。隨時間延長，T1和T2土壤放線菌菌落數(shù)量呈上升趨勢，T3呈先降后升趨勢。

2) 20 cm處。各時段土壤放線菌菌落數(shù)量均隨木醋液濃度降低呈顯著上升趨勢，T1顯著低于T2、T3，2～10 h時三者均顯著低于CK，24 h時T2、T3與CK差異不顯著。其中，2 h時，T1土壤放線菌菌落數(shù)量最低，為190個/g，殺菌率95.4%；T2和T3其次，分別為2 490個/g和2 880個/g，分別較CK殺菌率低40.1%和30.8%。隨時間延長，各處理土壤放線菌菌落數(shù)量均呈上升趨勢，除T3在10 h時達最高外，T1和T2均在24 h時達最高。

3) 30 cm處。各時段T1土壤放線菌菌落數(shù)量均較CK顯著減少，T2和T3均較CK減少但不顯著(24 h時T2除外)。2 h時，T1、T2和T3的殺菌率分別為93.8%、10.8%和16.9%。隨時間延長，各處理放線菌菌落數(shù)量有增加，均在處理24 h時達最高，可能是殺菌不徹底導致。其中，T1呈逐漸上升趨勢；T2和T3均呈先升后降再升趨勢。T2在24 h時較CK顯著增加。

圖4 木醋液不同濃度處理各土層不同時段土壤放線菌的菌落數(shù)

2.3 木醋液不同濃度處理土壤的化學性質(zhì)

2.3.1 pH T1土壤pH為5.08，與CK(pH 7.12)相比，原液的使用對土壤pH有較大影響。T2土壤pH為6.48，T3土壤pH升至6.69。說明，施用木醋液能顯著改變土壤pH，且隨著稀釋比例增加pH升高幅度減小。表明，pH對土壤微生物的影響也隨著稀釋濃度的增加而明顯降低。

2.3.2 土壤養(yǎng)分 從圖5看出，各處理對土壤各養(yǎng)分含量的影響較大，且隨著稀釋比例增大，各養(yǎng)分含量呈遞減趨勢，直至與CK接近。其中，T1、T2與T3有機質(zhì)較CK分別增加37.5%、30.0%和8.3%，各處理與CK差異不顯著；堿解氮較CK分別增加49.8%、26.4%和7.6%，T1顯著高于其余處理，T2與T3、CK差異顯著；有效磷較CK分別增加70.2%、28.1%和3.8%，T1顯著高于其余處理，T2與T3、CK差異顯著；速效鉀較CK分別增加13.6%、3.1%和0.7%，T1顯著高于其余處理。

注：有機質(zhì)含量單位為g/kg，其余養(yǎng)分含量單位為mg/kg。

3 討論

土壤微生物量碳是土壤中體積小于5 000 μm3活體和死亡微生物內(nèi)碳的綜合，又是土壤有機質(zhì)的活性部分，對綜合評價土壤質(zhì)量和土壤肥力具有重要參考價值[16]。研究表明，木醋液原液對土壤微生物量碳含量的抑制效果較對照高50%以上，且隨處理時間延長，24 h內(nèi)木醋液原液的抑制效果無明顯降低。隨著處理土層深度增加，濃度1∶20和1∶60木醋液處理土壤微生物量碳含量明顯增加，與杜薇等[17]研究結(jié)果相似，且隨處理時間延長，呈先降后升趨勢。微生物量碳出現(xiàn)“高濃度抑制，低濃度促進”及“隨處理深度增加，抑制效果減弱，甚至促進”現(xiàn)象的原因可能是由于木醋液殺菌效果導致土壤微生物量碳的轉(zhuǎn)化受到抑制所致。木醋液作為酸性物質(zhì)具有殺菌和抑菌的作用，且木醋液的廣譜抑菌效果與其酚、酸類復合物成分密切相關[18]。土壤微生物量碳是土壤有機庫中的活性部分，易受土壤中易降解的有機物(微生物生物體和殘余物分解)、土壤濕度和溫度季節(jié)變化以及土壤管理措施的影響，與土壤總有機質(zhì)相比，變化響應快[16]。低濃度的木醋液能夠促進土壤微生物的繁殖從而促進微生物量碳轉(zhuǎn)化，與張傳進等[19-20]的研究結(jié)論相似。隨著處理土層加深，木醋液因土壤的吸附、螯合等作用被稀釋，對微生物抑制效果降低，對0～20 cm表層土影響明顯，對農(nóng)田耕層土壤的改良具有重要意義。由于木醋液原液處理試驗結(jié)果趨勢隨時間變化差異不大，因而對于高濃度木醋液抑制效果的持續(xù)時間研究還有待探索。

細菌、真菌和放線菌是土壤微生物的重要組成部分，能夠加快物質(zhì)循環(huán)，提高土壤有效態(tài)養(yǎng)分含量，抑制土傳病害等的發(fā)生，維護土壤安全與健康，是評價土壤安全與肥力的重要指標[21-23]。該研究表明，木醋液原液對土壤中細菌、真菌及放線菌的殺菌效果較對照分別提高97.9%、97.7%和97.8%，均在95%以上。隨處理土層加深，殺菌效果減弱，30 cm土層處理2 h時原液殺菌效果分別為細菌68.4%、真菌75%及放線菌93.8%。稀釋后效果更差，甚至30 cm土層2 h時濃度1∶20和1∶60木醋液處理的真菌數(shù)量較對照分別增加40.2%和26.8%。可見，高濃度木醋液對土壤中細菌、真菌及放線菌都有顯著殺菌效果，且低濃度反而促進真菌的生長繁殖，與程虎等[24]木醋液能增加土壤中細菌的數(shù)量，史詠竹等[25]木醋液能減少土壤中真菌的數(shù)量，杜相革等[26]木醋液能有效抑制放線菌的結(jié)論相似。不同濃度木醋液處理下，土壤微生物數(shù)量隨著土層深度增加木醋液的殺菌效果降低。可能是因為木醋液中含有大量酚類和有機酸類化合物，抑制微生物繁殖與活性[27]，添加高濃度木醋液時，酚類和有機酸類化合物數(shù)量多，對微生物的毒害抑制強，抑制微生物的繁殖和生物活性，培養(yǎng)一段時間后，部分有機物被分解、揮發(fā)或下滲，導致木醋液被稀釋，毒害抑制作用減弱，且經(jīng)分解進一步提供營養(yǎng)物質(zhì)，促進微生物繁殖，提高微生物活性；而添加少量木醋液，毒害抑制作用相對較小，因而繁殖速度與微生物活性變化也相對較小。

木醋液呈酸性，可以促進土壤膠體之間離子的遷移，使土壤養(yǎng)分得到釋放，增加養(yǎng)分活性[28]。潘潔等[29]研究表明，土壤灌溉木醋液可提高土壤堿解氮、速效鉀、有效磷含量，且使用量越大，效果越明顯，其中有效磷含量增加最為顯著。潘玉蕊等[30]研究表明，施用木醋液提高土壤有機質(zhì)和有效磷含量。本研究結(jié)果與之相近。由此可知，合理使用木醋液有助于土壤改良。

4 結(jié)論

木醋液原液對土壤中微生物數(shù)量產(chǎn)生抑制作用從而影響微生物量碳的轉(zhuǎn)化，而稀釋后木醋液也可促進土壤微生物量碳增加。在10 cm與20 cm土層，微生物量碳含量顯著減少，抑制效果在50%以上；30 cm土層木醋液濃度降低，6 h時濃度1∶20和1∶60木醋液處理土壤微生物量碳含量分別較對照增加61%與57%，隨著時間延長以及深度加深呈先降后升趨勢。木醋液原液殺菌效果顯著，稀釋后也可促進微生物的生長繁殖。不同濃度木醋液處理下，隨著土層深度增加木醋液的殺菌效果降低。10 cm土層2 h時，細菌、真菌和放線菌落數(shù)量以原液處理殺菌率最大，均在95%以上；30 cm土層殺菌率降低，且出現(xiàn)處理菌落數(shù)大于對照的現(xiàn)象，濃度1∶20和1∶60木醋液處理真菌數(shù)量較對照分別增加40.2%和26.8%。

木醋液的施用可增加土壤中有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，原液處理的養(yǎng)分含量增加最大，分別較對照增加37.5%、49.8%、70.2%和13.6%。