菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤酶活性的影响

王一昭，陈 花

(榆林学院 生命科学学院，陕西 榆林 719000)

土壤是人类获取生存资源的重要条件，也是农业发展的基础。过量的化肥和农药残留在土壤和水中，将直接导致土壤发生污染，削弱农作物的产量，加剧环境污染，特别是与人们生活密切相关的农产品质量严重恶化，将对人体健康造成危害。而如何使我国环境可持续发展和经济健康稳定地增长，是目前需要解决的当务之急。

菌糠营养价值高，分类广泛，是对大量常见的大型真菌的总称。它是由秸秆、木屑等原料混合而成的食用菌原料，以及收获后的剩余原料[1]。由于食用菌对纤维素、半纤维素、木质素、果胶等复杂有机物具有较强的分解转化能力，主要表现为粗纤维含量显著降低，菌糠中菌体蛋白沉积，粗蛋白含量显著增加，使得营养价值得到明显的改善。中国是食用菌的主要生产国，2010年我国食用菌总产量近2 000万t，约占世界食用菌总产量的70%以上[2]。然而，由于人们对菌糠再利用的意识不强，大多数菌糠被丢弃或燃烧，既造成了菌糠、菌根资源的浪费，又造成了严重的环境污染。合理地处理食用菌菌糠可以在解决环境破坏问题的同时促进相关产业的可持续发展[2,3]。

土壤酶是指土壤中产生专一生物化学反应的生物催化剂。土壤酶一般吸附在土壤胶体表面或呈复合体存在，部分存在于土壤溶液中，而以测定各种酶的活性来表征。土壤酶参与土壤中各种生物化学过程，如腐殖质的分解与合成；动植残体和微生物残体的分解，及其合成有机化合物的水解与转化等[2]。如：脲酶是尿素转化过程中起关键作用的酶，它是一种酰胺酶，其酶促反应产物是植物可利用的氮源，其活性可以反应土壤氮素供应的强度。土壤磷酸酶是植物根系与微生物的分泌产物，它是一类催化土壤有机磷矿化的酶，其活性的高低直接影响着土壤中有机磷的分解转化及其生物利用度，是评价土壤磷素生物转化方向与强度的指标，并且受到土壤碳、氮含量、有效磷含量和pH显著影响。过氧化氢酶是可以表示土壤腐殖化强度的指标，土壤酶的活性与土壤的一些养分指标相结合能够作为综合评价土壤肥力的指标[3]。

一般情况下，土壤酶活性的测定是在最佳温度、pH、底物浓度、土壤重量等条件下，根据反应后剩余基质或反应产物的数量来定量测定的[3]。土壤酶活性测定方法是土壤样品用防腐剂(一般用甲苯)浸泡一定时间，然后加入最适合某种酶促反应的一定值的缓冲液和一定数量的基质，将反应物放在恒温箱中培养一定的时间，然后用物理的或化学的方法[4,5]。比如比色法、滴定法、气量法、旋光法等定量地测定出剩余基质或反应产物的量[6]。

因此，实验以小白菜为实验材料，采用盆栽的方法，设置不同处理下的菌糠复合物，通过测定不同处理下过氧化氢酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶的活性，从而研究菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤酶活性的的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

小白菜种子：陕西省榆林市榆阳区蔬菜种子店；酵解鸡粪(有机肥)：昕沃生物科技有限公司；无机化肥：安徽省合肥市花卉肥料厂；平菇菌糠： 榆林市农垦农技站提供；土壤：生命科学学院东侧花园采集

1.2 试验方法

1.2.1 营养基质的准备 试验用土均选取同一区域内，质地、湿度等均一的土壤进行采集，并过0.9 mm筛子，装袋，自然摊平，备用。将土壤、无机化肥、酵解鸡粪、新鲜菌糠和发酵菌糠等，按如下比例进行充分混合，共设置5个处理组，每个处理组三次重复。混合后盛置于直径为10.6 cm，高为13.7 cm的同一规格的盆中。

处理基质与含量1(CK)土壤1.5kg(空白对照)2土壤1.5kg+无机化肥1g3土壤1.5kg+无机化肥1g+酵解鸡粪112.5g4土壤1.5kg+无机化肥1g+酵解鸡粪112.5g+鲜菌糠112.5g5土壤1.5kg+无机化肥1g+酵解鸡粪112.5g+发酵菌糠112.5g

1.2.2 种子的处理 将准备好的15盆营养基质，每盆用约60 mL的水浇湿，然后随机选取颗粒饱满的、无病虫害、大小和长势均匀一致的小白菜种子约300粒，均匀播撒于准备好的15盆营养基质中，每盆约20粒，待播撒完成后，在每盆种子上部覆盖约4 mm厚的土层。

1.2.3 幼苗的培养 主要有:

(1)将15盆已撒播小白菜种子的花盆，置于恒温培养箱，进行小气候生长培养，设定时间(24 h)、温度(25℃)和湿度(80%RH)进行生长培养；

(2)种子发芽初期，每盆白天间隔10 h、夜间间隔12 h喷洒约20ml的水，待幼苗破土后，每天喷洒40 mL的水，当幼苗生长出两片绿色幼叶时，每天喷洒30 mL的水，并间隔松土，保证小白菜幼苗根部氧气供应；

(3)待小白菜幼苗生长至二叶一心时(约8 d)，对每盆中的土壤采用三点取样法取样，测定其过氧化氢酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶五种酶的活性。

1.2.4 指标测定及其方法 土壤过氧化氢酶活性的测定采用高锰酸钾滴定法[7]；土壤多酚氧化酶活性的测定采用可见分光光度法[8]；土壤蔗糖酶活性的测定采用硫代硫酸钠滴定法[9]；土壤脲酶活性的测定采用分光光度法[10]；土壤磷酸酶活性的测定采用可见分光光度法[11～12]。

1.2.5 数据统计与分析 利用Excel2010软件进行数据统计与绘图，各项指标使用SPSS13.0软件进行因素方差分析，并用S-N-K最小显著极差法对各个处理组平均数进行多重比较，不同字母表示在0.05水平下差异显著。

2 结果与分析

2.1 菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤中过氧化氢酶活性的影响

从图1可以看出，在土壤中依次添加化肥、酵解鸡粪和新鲜菌糠或发酵菌糠后，剩余过氧化氢的量呈递减趋势，表明在前一个处理组的基础上加入新肥料后过氧化氢酶活性逐渐增强。处理1和处理2相比，土壤中施入化肥后剩余过氧化氢的量有所增加，过氧化氢酶活性降低了1.31%，说明化肥的添加抑制了过氧化物酶的活性；处理4、处理5和处理3相比较，菌糠的加入均提高了土壤酶活性，处理4增加了0.48%，处理5增加了21.3%，差异性显著分析表明处理4过氧化氢酶并没有达到显著性提升。处理5过氧化氢酶达到显著提升，以上结果表明：土壤中加入传统的化肥和酵解鸡粪的基础上加入等量的新鲜菌糠和发酵菌糠后，都能提高小白菜幼苗期土壤过氧化氢酶活性，但发酵菌糠的效果更好。

图1 菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤中过氧化氢酶活性的影响

2.2 菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤中多酚氧化酶活性的影响

从图2处理组1～处理组5可以看出,多酚氧化酶活性逐渐增强，其中菌糠处理过的土壤多酚氧化酶活性都高于未加入菌糠处理的土壤多酚氧化酶活性。处理组5与处理组4相比，达到了显著水平(P﹤0.05)；说明发酵腐熟菌糠对小白菜幼苗期土壤多酚氧化酶活性的影响较大；处理组4与处理组3相比，较处理组3增高幅度为44.35%，差异显著，说明新鲜菌糠的加入能显著促进多酚氧化酶的活性。上述结果表明施用发酵菌糠的小白菜幼苗期土壤多酚氧化酶活性最高，施用鲜菌糠的小白菜幼苗期土壤多酚氧化酶活性次之，与处理3相比优势明显，得出菌糠作为有机肥可以提高小白菜幼苗期土壤多酚氧化酶活性,对改良土壤有积极作用。

图2 菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤中多酚氧化酶活性的影响

2.3 菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤中蔗糖酶活性的影响

由图3可以看出，各处理组相比，施用鲜菌糠和发酵菌糠时小白菜幼苗期土壤蔗糖酶活性最高。其中处理组5与处理组4比较表明，新鲜菌糠和发酵腐熟菌糠均施入相同的量时，蔗糖酶的活性呈上升趋势，且达到了显著水平(P﹤0.05)；处理组5、处理组4与处理组3相比，菌糠的加入均提高了小白菜幼苗期土壤酶活性，但差异性显著分析表明处理4蔗糖酶并没有达到显著性提升；处理组3与处理组2相比，酵解鸡粪的加入，虽能提高小白菜幼苗期土壤蔗糖酶的活性，提高了10.13%，但差异性显著分析表明处理3蔗糖酶并没有达到显著性提升。上述结果表明：发酵菌糠的加入能显著提高小白菜幼苗期土壤蔗糖酶的活性。

图3 菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤中蔗糖酶活性的影响

2.4 菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤中脲酶活性的影响

由图4可以看出，处理4和处理3相比，在前一个处理组的基础上加入新鲜菌糠后脲酶活性降低，下降了4.07%，说明新鲜菌糠的添加抑制了脲酶的活性；处理5和处理3相比较，施用发酵菌糠和发酵鸡粪的处理组小白菜幼苗期土壤脲酶活性都有上升，而且施用发酵菌糠的小白菜幼苗期土壤脲酶活性显著高于鸡粪对照，增高幅度为10.04%。以上结果说明施用发酵菌糠可以明显提高小白菜幼苗期土壤中脲酶活性并且促进作用显著于鸡粪，所以利用发酵菌糠作为有机肥来改造土壤是一条可行途径。

图4 菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤中脲酶活性的影响

2.5 菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤中磷酸酶活性的影响

2.5.1 碱性磷酸酶 由图5可以看出，与处理组1相比，碱性磷酸酶活性均有不同程度的增大，增长幅度为1.20%～157.37%。处理组4与处理组3相比，活性显著提高，增长了80.12%；处理组5与处理组4相比，加入等量菌糠时，施用发酵菌糠的碱性磷酸酶活性显著高于新鲜菌糠处理组，说明发酵菌糠能显著提高小白菜幼苗期土壤碱性磷酸酶的活性。结果表明，土壤中加入传统的化肥和酵解鸡粪的基础上加入等量的新鲜菌糠和发酵菌糠后，都能提高小白菜幼苗期土壤碱性磷酸酶活性，但发酵菌糠的效果更好。

图5 菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤碱性磷酸酶活性的影响

2.5.2 酸性磷酸酶 土壤酸性磷酸酶活性受菌糠的影响结果如图6所示，与处理组1相比，其他处理组中酸性磷酸酶的活性均有不同程度的提升，可见，施用菌糠肥料对小白菜幼苗期土壤酸磷酸酶活性有一定促进作用。处理组4与处理组3相比，较处理组3增高幅度为275.36%，差异显著，说明新鲜菌糠的加入能显著促进酸性磷酸酶的活性；处理组5与处理组4相比，达到了显著水平(P﹤0.05)，表明发酵腐熟菌糠较鲜菌糠对小白菜幼苗期土壤酸性磷酸酶的影响较大；上述结果表明施用发酵菌糠的小白菜幼苗期土壤酸性磷酸酶最高，施用鲜菌糠的小白菜幼苗期土壤酸性磷酸酶活性次之，说明菌糠作为有机肥可以提高小白菜幼苗期土壤酸性磷酸酶活性。

图6 菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤酸性磷酸酶活性的影响

2.5.3 中性磷酸酶 从图7可以看出，与处理组1相比，其他处理组的小白菜幼苗期土壤中性磷酸酶活性均有不同程度的提升，其中处理组4和处理组5达到了显著水平；处理组5与处理组4比较，处理组5显著高于处理组4，中性磷酸酶活性增长了125.49%。综上可知，菌糠的加入均能提高小白菜幼苗期土壤中性磷酸酶的活性，但是发酵菌糠的效果更明显。

图7 菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤中性磷酸酶活性的影响

3 讨 论

土壤酶是土壤中植物、动物和微生物活动的产物，是数量极少而作用极大的土壤组成部分，在物质转化、能量代谢和污染土壤修复等过程中发挥着重要作用。在土壤中普遍存在，以稳定蛋白质的形态存在于土壤中，具有生物催化能力。土壤微生物所引起的各种生物化学过程，全部是借助于它们所产生的酶来实现的。因此土壤酶是土壤肥力评价的重要指标之一[13]。

笔者研究利用菌糠作为有机肥，研究菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性的影响，进而探究菌糠能否作为有机肥被开发利用。结果表明：在土壤中依次添加化肥(处理2)、酵解鸡粪(处理3)和新鲜菌糠(处理4)或发酵菌糠(处理5)后，小白菜幼苗期土壤中过氧化氢酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶的活性均呈递增趋势，其中菌糠处理过的土壤酶活性都高于未加入菌糠处理的土壤酶活性；土壤中加入等量的鲜菌糠和发酵菌糠，发酵菌糠对土壤中过氧化氢酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶作用效果优于鲜菌糠；在前一个处理组的基础上加入新鲜菌糠后，小白菜幼苗期土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、蔗糖酶和磷酸酶活性逐渐增强，但脲酶活性降低，说明新鲜菌糠的添加在某种程度上抑制了脲酶的活性，但是差异性并不显著。这与王根茂[14]的研究结果一致：他在研究菌糠作为有机肥对玉米—小麦轮作下土壤理化性质和作物生长的影响中得出菌糠对蔗糖酶、碱性磷酸酶和多酚氧化酶的活性具有较好的提高作用。这也与刘宇彤等[15]的研究结果相同：他们在研究不同处理方式对土壤酶活性的影响中得出以真菌为降解菌，土壤蔗糖酶和过氧化氢酶活性等呈激活趋势。也与徐忠山等[16]的研究一致：他们在秸秆颗粒(发酵)还田对黑土土壤酶活性及细菌群落的影响中得出秸秆颗粒(发酵)能显著提高5种土壤酶活性及微生物量碳氮含量；施用菌糠能提高土壤中微生物活性，促进土壤中细菌、放线菌数量的增加，降低土壤中真菌的数量，一定程度上减少了病原性真菌对玉米的致病作用；对蔗糖酶、碱性磷酸酶和脲酶的酶活性提高具有较好的提高作用。并且与王义坤等的研究一致：在三种菌肥对苹果连作土壤环境及平邑甜茶幼苗生长的影响中，施加三种菌肥均可提高连作平邑甜茶幼苗的生物量、根系呼吸速率以及土壤酶活性，降低土壤腐皮镰孢菌的基因拷贝数，但施加草酸青霉A1 和哈茨木霉效果更为显著，可作为减缓苹果连作障碍的良好防控措施[18]。

菌糠对土壤酶活性的影响机理目前大家一致认为，主要通过土壤微生物活动和作物根系的分泌实现，一方面菌糠促进了作物根系的发育，根系在生长过程中的分泌物提高了部分土壤中酶的活性，另一方面，菌糠中丰富的粗蛋白、粗脂肪等成分为土壤微生物的生长繁殖提供了丰富的营养，微生物的代谢产物也使土壤酶活性得到增强。多数研究表明土壤中蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性与土壤肥力有显著的正相关关系,所以说菌糠对土壤肥力的提高有较好作用。

综上所述，以食用菌种植后废弃物菌糠为原料，经发酵腐熟，作为有机肥施入土壤，可以变废为宝，节约资源，减少环境污染；能够减少化肥施用量，促进作物生长，降低生产成本；可以有效改善土壤环境，减少土壤中重金属的残留量，为重金属污染土壤的修复与利用提供一定的科学依据[18]。菌糠利用还可以培肥土壤活化土壤酶活性 ，对土壤的可持续利用起到积极作用。但是，菌糠的利用应根据菌糠本身理化性质，土壤理化性质进行比较研究，综合考虑菌糠成分，避免二次污染[19]，对长期施用菌糠后土壤的微生物群落多样性变化进行分析 ，同时对环境产生的影响进行综合评估。以达到理想的效果，实现利益最大化。

4 结 论

试验设置相同量的新鲜菌糠和发酵菌糠，配施无机化肥，通过分析对小白菜幼苗期土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶的活性的影响，得出以下结论：酵解鸡粪、无机化肥和菌糠均可促进土壤酶的活性，且在菌糠施入量相等的条件下，发酵菌糠比新鲜菌糠对土壤酶活性的促进作用更强。