蔬菜廢棄物水熱產物對小白菜生長性狀和土壤微生物的影響

許傳陽 楊英 唐建恒 許晴 高志鑫 齊明

摘? ? 要：為探討蔬菜廢棄物水熱處理產物對小白菜生長的影響，對蔬菜廢棄物進行高溫水熱處理，將得到的固態和液態產物作為土壤改良劑，進行為期35 d的小白菜幼苗生長試驗。結果表明：210 ℃水熱固態產物改良土壤中（簡稱S210B），小白菜長勢較好，與CK相比，其產量、株高、莖圍、根長分別增加了42.82%、18.18%、13.21%和82.61%。土壤中添加稀釋30倍的210 ℃水熱液態產物（簡稱Y210（30））后，小白菜的長勢更佳，且氮、磷、鉀養分含量分別高出CK 12.16%、26.42%和37.46%。2種處理的根際土壤中主要細菌群落在門水平上的變化趨勢較為相似，優勢菌群為厚壁菌門和變形桿菌門。綜上，蔬菜廢棄物水熱產物作為有機肥具有一定的應用價值。

關鍵詞：蔬菜廢棄物；水熱產物；細菌群落；有機肥；資源化利用

中圖分類號：X712? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2024.05.014

The Effect of Hydroheat Products from Vegetable Waste on the Growth Characteristics of Chinese Cabbage and Soil Microorganisms

XU Chuanyang1， YANG Ying2，TANG Jianheng2， XU Qing2，GAO Zhixin2，QI Ming2

（1.School of Business Administration， Henan University of Technology， Jiaozuo， Henan 454003， China; 2.School of Resources and Environment， Henan University of Technology， Jiaozuo， Henan 454003， China）

Abstract： To investigate the effects of hydrothermal treatment products of vegetable waste on the growth of Chinese cabbage， vegetable waste had been subjected to high-temperature hydrothermal treatment， and the solid and liquid products obtained had been used as soil amendments for a 35-days experiment with Chinese cabbage seedlings. The results showed that the Chinese cabbage grown in the soil amended with the solid hydrothermal product at 210 ℃（S210B） had better growth， with an increase of 42.82% in yield， 18.18% in plant height， 13.21% in stem diameter， and 82.61% in root length compared with the control. The Chinese cabbage grown in the soil amended with the liquid hydrothermal product at 210 ℃ diluted 30 times（Y210 （30）） had even better growth， with higher nitrogen， phosphorus， and potassium nutrient contents than the control by 12.16%， 26.42% and 37.46%， respectively. The trends in the changes of the dominant bacterial communities at the phylum level in the rhizosphere soil of the two treatments were similar， with the dominant bacterial community being the Firmicutes and the Proteobacteria. In conclusion， the hydrothermal products of vegetable waste as organic fertilizers had certain application value.

Key words： vegetable waste; hydrothermal products; bacterial communities; organic fertilizer; resource utilization

近年來，我國在農業上的化肥施用量越來越高，傳統化肥的投入使用有效地提高了作物產量[1]，但長期單一使用化肥會造成土壤板結、酸化等問題，進而導致作物產量和品質下降，還會引發氨揮發、溫室氣體的超量排放等各種污染問題[2]。目前，生態有機肥顯示出巨大潛力，在對土壤環境進行改善的同時，能夠促使農作物增產，還有利于緩解過量使用化肥所帶來的問題，減少有機廢棄物的浪費和環境污染[3-5]。因此，大力發展有機肥已成為我國農業領域的基本政策[6]。目前，對綠色廢棄物進行就地處理，通過生物降解和腐殖化，可以將蔬菜廢棄物轉化為肥料，改善土壤品質和增加作物產量。

蔬菜廢棄物的含水率普遍較高，而通過熱水處理后養分損失較小，安全利用效果更佳。與傳統的焚燒和堆肥處理相比，水熱處理更具實際應用性更強。因此，水熱處理蔬菜廢棄物是一種無害化處理新途徑，反應過程溫和，可產生無毒無害的固體和液體產物，為實現綠色廢棄物減量化資源化提供了新思路[7]。研究表明，蔬菜廢棄物在水熱處理后的產物符合有機肥使用標準要求（調節pH值），對土壤環境質量和作物生長具有明顯的提升效果[8-12]。本研究旨在通過研究水熱處理產物在還田過程中對作物生長指標和根際土壤細菌群落的影響，推動水熱技術在蔬菜廢棄物處理中的實際生產應用[13]。

1 材料與方法

1.1 試驗樣品

試驗前，將供試土壤剔除石子和植物殘留的根茬，自然風干后，研磨過10目篩，保存以備使用。供試土壤及水熱產物等物料基本性質如表1和表2所示。

1.2 試驗方法

每盆播入15粒小白菜種子，覆土約2 cm。出苗后，選留長勢接近的6棵植株，分別施加2種水熱產物。

（1）施加固態水熱產物

物料添加量占土壤干質量的1%。根據上述方法種植蔬菜，設置4個處理。處理1：施入180 ℃下的產物（S180B）；處理2：施入210 ℃下的產物（S210B）；處理3：施入240 ℃下的產物（S240B）；處理4：供試土壤作為對照組（CK）。小白菜生長35 d后進行收獲。

（2）施加液態水熱產物

待蔬菜長至3片真葉且苗高5～8 cm時，供試土壤施加物料Y180、Y210、Y240（分別稀釋15倍、30倍、45倍），每5 d施加1次；每次用量為100 mL，共施6次。施用時，先噴施葉面，以葉面剛好濕潤為宜，同時進行灌根，直到小白菜周邊土壤充分濕潤。首次噴施35 d后，收獲小白菜。

1.3 樣品采集與測定

采樣時間為試驗開始后的第35天。采集小白菜時，注意保護根部。土樣采集時，使用土鉆在隨機選取5個點進行取樣，采樣深度為5～10 cm，每盆取土量為40 g。隨后，將取樣置于-80 ℃的環境下保存，以備測定土壤微生物。

使用土壤DNA提取試劑盒（MO-BIO Laboratories，Carlsbad，CA USA）測定土壤微生物。每次提取時重復3個平行試驗，每個試驗取0.25 ｇ樣品。隨后，使用基因組DNA純化試劑盒（Thermo Scientific，Hudson，USA）對DNA提取物進行純化處理。之后，用瓊脂糖凝膠電泳檢測提取DNA的完整性，用Nanodrop 2000檢測DNA的純度和濃度。

將試驗獲得的DNA混合，以獲得最終的代表性樣品。使用分光光度計測量DNA濃度，并將其存放在-80 ℃的條件下，一同送至美格基因科技有限公司進行檢測。

1.4 數據分析

本研究使用Microsoft Excel軟件和Origin軟件對數據進行處理，使用SPSS 26.0軟件進行數據統計分析，采用鄧肯氏新復極差測驗（Duncan's new multiple range test）對各處理的平均數進行多重比較，以檢驗差異的顯著性（P=0.05），采用R語言中的ggplot2包作圖，以探索微生物群落與理化變量之間的相關性。

2 結果與分析

2.1 不同處理對小白菜植株生長的影響

在不同供試條件下，小白菜生長幼苗表現如圖1所示，各項指標均有提升。如圖2所示，對于生長性狀而言，施加固態產物時，S210B效果最好，在根長、產量、株高和莖圍表征上，比CK分別提升了45.24%、29.98%、15.38%和11.67%；施加液態產物時，相較CK，稀釋30倍的Y210（30）效果最佳，其根長、產量、莖圍和株高分別提升了52.78%、45.35%、39.56%和23.07%。如圖3所示，對于氮、磷、鉀養分而言，施加固態產物時，S180B效果最好，其含量分別高于CK11.38%、15.87%和13.69%；施加液態產物時，稀釋15倍的Y210（15）效果最佳，其含量分別高于CK18.23%、31.79%、32.09%。由表3和圖2可知，對于小白菜生長，液態產物施用效果普遍優于固態產物，尤其是根長、產量和磷、鉀含量遠高于CK。

2.2 水熱產物還田土壤中細菌群落分布

土壤中的微生物會對農作物的生長產生積極影響，包括土壤改良、拮抗作用和防治肥料流失等方面。土壤細菌與蔬菜性狀以及氮磷鉀的相關性見圖4。土壤中含有大量的有機質，這些有機質不能被植物直接利用，必須經過土壤中微生物的分解轉化后，才能夠被植物吸收利用。此外，植物也可以吸收土壤微生物分泌的代謝物和有機養分。

選擇蔬菜廢棄物水熱固態產物和供試原狀土壤進行小白菜盆栽還田試驗。蔬菜廢棄物水熱處理后，對土壤細菌群落分布具有明顯的影響，結果如圖5所示。各處理的土壤細菌群落主要表現26個門類，其中放線菌門（Actinobacteriota）、酸桿菌門（Acidobacteriota）、變形桿菌門（Proteobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、疣微菌門（Verrucomicrobia）和綠彎菌門（Chloroflexi）的相對豐度較大。

2.3 蔬菜廢棄物水熱產物對土壤細菌alpha多樣性的影響

由圖6可知，使用不同的水熱產物S210B和Y210（30）作為底肥后，小白菜根際土壤中的細菌Alpha多樣性存在明顯差異。考慮到樣本的分類總數和每個分類的比例，群落多樣性越高，物種分布越均勻，Shannon指數就越大[14]。Simpson指數通過計算隨機取樣的2個個體屬于不同種類的概率來表征群落內物種分布的多樣性和均勻度。

度多樣的微生物群落。通常情況下，Alpha多樣性越高，土壤中微生物的環境越健康。當微生物群落的多樣性得到提高時，土壤生態系統的生產力、穩定性、可持續性也會隨之提高。S210B根際土壤細菌群落的Shannon和Simpson等指數均高于Y210（30）和CK，即水熱固態產物作為底肥的土壤微生物多樣性和均勻性顯著較高，此時土壤的微生物環境更有利于小白菜的根系生長。相比CK，施用Y210（30）根際細菌的豐富度（richness）、豐富度估計值（chao1）和Simpson指數等多樣性指標相對較弱，且豐度并不高，表現出一定程度的降低[24]。這可能與水熱產物復雜成分或稀釋倍數過大有關。總之，施用S210B的土壤中，微生物的Shannon指數和Simpson指數均高于供試土壤。這表明S210B可以作為有機肥料底肥使用，能顯著提高土壤微生物的覆蓋度和優勢度，并在一定程度上促進作物的生長。

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