灌施木醋液对土壤性质和植物生长的影响

灌施木醋液对土壤性质和植物生长的影响李忠徽;王旭东【摘要】Woodvinegarisanorganicmixturewhichcomesfromcondensationandseparationofby-productsofwoodprocession.Woodvinegarisacidicinpropertyandcontainsover500kindsoforganiccompounds,benefitingthegrowthofplantandincreasingtheresistancetodiseases.AseriesofpotcultivationexperimentswerecarriedouttostudytheeffectsofwoodvinegaronLousoilproperties（pH,EC,organicmattercontent,andstructure）andpeppergrowth.TheresultsshowthatsoilpHisdecreasedandsoilECisincreasedwiththeincreaseofaddingamountofwoodvinegartosoil.Applyingwoodvinegarwithdilutionoflessthan5timescouldincreasesoilorganicCcontent,contributetotheformationofaggregatesof>2mmand0.25-2mmsizeclasses.However,applyingwoodvinegarwithdilutionoflessthan5timesharmsthegrowthofpepperandevenleadthedeathofpepperplants.Applyingwoodvinegarwithdilutionofmorethan50timespromotesthegrowthandincreasestheyieldofpepper.Therefore,irrigatingwoodvinegarwithdilutionof3-5timesisrecommendedduringfallowperiods,dilutionof50-250timesduringcropgrowthseason.%本研究以木醋液为研究材料，采用培养试验的方法，研究了灌施不同稀释倍数的木醋液对土性状（pH、电导率、土壤结构、有机碳）和辣椒生长的影响。结果表明，灌施木醋液后土壤pH随灌施量的增大而降低，EC值随灌施量增大而升高；灌施木醋液（稀释倍数小于5倍）能够显著提高土壤有机碳的含量，可增加>2mm、0.252mm级别土壤团聚体的数量，有利于大团聚体的形成。生物试验表明，稀释5倍以下的木醋液对辣椒产生毒害作用，稀释50倍以上的木醋液可以促进辣椒生长，并增加其产量。综合考虑，建议在农田休闲季节灌施木醋液的稀释倍数为35倍左右，在作物生长季节灌施木醋液的稀释倍数为50250倍。期刊名称】《植物营养与肥料学报》年(卷),期】2014(000)002【总页数】7页（P510-516）【关键词】木醋液;土;有机碳;土壤结构;辣椒【作者】李忠徽;王旭东【作者单位】西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌712100;西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌712100;农业部西北植物营养与农业环境重点实验室，陕西杨凌712100【正文语种】中文【中图分类】S158.3木醋液是把木材及木材加工剩余物在碳化或干馏过程中产生的烟气经冷凝回收分离后获得的有机混合物［1］。在生物质炭的制备过程中会产生大量的木醋液，其主要成分是水（含量为80%90%）,其次是有机酸、酚类、醇类和酮类等约500种有机成分［2,3］。其中，有机酸类物质往往占有机成分的50%以上，主要包括乙酸、正丙酸、丁酸和正戊酸（乙酸含量最多）［4］。西方国家及日本对木醋液的应用较早，我国对其开发和应用研究始于20世纪80年代末期。木醋液可作为植物生长促进剂、土壤改良剂、抗菌剂、杀虫剂、驱避剂、消臭剂、饲料添加剂、有机肥发酵剂来使用［5,6］，但受浓度和组成的影响，具有促进和抑制双重功效［7］。从木醋液对植物生长的作用机理上来讲，它主要通过调节植物激素比例关系发挥作用。木醋液抑制脱落酸及乙烯的合成，促进生长素、赤霉素和细胞分裂素的合成。同时木醋液含有的戊酸甲酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯等物质具有促进植物生长的作用［8］。目前，我国对木醋液的研究主要集中在对农作物和蔬菜的研究上，发现一定浓度的木醋液灌施或喷施后能增加植物营养吸收，促进植物生长，提高植物的抗病性等［9-12］，但施用木醋液对土壤性质、结构等的影响研究报道的很少。木醋液本身显酸性，灌施木醋液后对土壤酸碱性、盐分的溶解性以及其中的有机化合物对土壤结构等如何影响均尚不清楚。北方石灰性土壤的pH较高，土壤有机质和有效养分较低，土壤结构差，利用木醋液可能是改良土壤的有效途径。为此，本文研究了灌施不同浓度木醋液对土壤pH、土壤结构以及土壤有机碳组成的影响，并通过生物试验研究了不同浓度木醋液对辣椒生长的影响，以期为木醋液在北方石灰性土壤中的合理使用提供理论依据。1材料与方法试验土壤供试土壤为陕西关中的土，该土壤属于石灰性土壤，质地为粘壤质，pH为8.3，呈弱碱性，土壤EC值为0.72mS/cm，有机碳含量8.35g/kg。木醋液试验所用木醋液是由苹果树和一些杂木在制备生物炭过程中冷凝产生，最高温度约为550工。木醋液的基本性质为棕黄色，在有机化合物中各成分相对含量为有机酸28.37%、乙酸21.14%、酚类及衍生物34.66%、酮类12.94%，pH3.1，EC3.37mS/cm，有机碳含量33.59g/L。试验设计土壤性质试验采用土壤培养试验，每盆装土2kg，浇灌不同稀释倍数木醋液溶液400mL，共11个处理，3次重复，试验的木醋液与水的比例见表1。每次待土壤干燥后进行下一次浇灌，连续灌施3次，分析土壤的酸度、电导率、有机碳含量、不同级别结构体及其有机碳的变化。土壤有机碳、水溶性有机碳、土壤颗粒有机碳采用重铬酸钾容量法［13］，不同级别土壤颗粒含量采用约得法［14］，土壤的pH、EC(电导率)用过1mm筛的风干土以1:1的水土比浸提后分别用DELTA320pH计和DDSJ-308A型电导仪测定。表1土壤和作物盆栽试验中采用的木醋液稀释倍数Table1DilutionfoldsofwoodvinegarusedinsoilandpotexperimentsNo.木醋液：水Woodvinegar：water(v/v)1浇水Water2木醋液原液Undilutedsolutionwoodvinegar31:141:251:361:471:581:5091:150101:250111:500辣椒盆栽试验供试作物为陕西大角椒，属长椒类，株型矮小、分枝性强、叶片中等、果实为长角形。每盆装土3kg，栽辣椒苗一株，浇水600mL。当辣椒成活并稳定生长后，开始浇灌不同稀释倍数的木醋液，试验设置同表1。第一次浇灌溶液量为150mL/pot，半个月后进行第二次浇灌，浇灌200mL/pot，两次浇灌木醋液期间视具体情况浇水，每个处理重复3次。观察辣椒长势，收获时测定辣椒株高和辣椒产量等指标。数据处理实验均用MicrosoftExcel2003软件对数据进行统计分析，采用SAS软件对数据进行LSD0.05差异显著性检验。2结果与分析灌施木醋液对土壤性质的影响稀释过程中木醋液的酸度变化木醋液由于含有多种有机酸化合物，其酸度较高(pH3.1)，当稀释倍数在1:11:5范围内，木醋液pH仅升高0.42。随着稀释倍数继续增大，酸度逐渐降低，当稀释到50倍时，pH升高已达显著水平，稀释到250倍以上时，pH接近于中性水平(pH6.5)。再加大稀释倍数，pH变化缓慢，渐趋平稳，当稀释倍数为1:1000时，木醋液的pH为7.23，与蒸馏水的pH接近(图1)。图1不同稀释倍数木醋液的pH值Fig.1pHvalueofwoodvinegarunderdifferentdilutionratios]注(Note):USWV—木醋液原液Undilutedsolutionwoodvinegar.]2.1.2对土壤酸碱度(pH)和电导率(EC)的影响木醋液本身具有较强的酸性(pH为3.1)，向土壤中浇灌不同稀释倍数的木醋液，土壤的pH发生一定的改变(图2)。与灌水相比，灌施原液后土壤pH下降了1.2个单位，降至7.23，差异达显著水平。随着木醋液稀释倍数的增加，土壤pH与对照越来越接近，差异不显著。图2灌施不同稀释倍数木醋液土壤的pHFig.2pHofsoilsirrigatedwithdifferentdilutionratiosofwoodvinegarsolution]注(Note):USWV—木醋液原液Undilutedsolutionwoodvinegar.]木醋液本身的电导率(EC)为3.37mS/cm，灌施木醋液对土壤EC值产生了明显影响(图3)。对照(浇水)土壤的EC值为0.72mS/cm，与对照相比，当稀释倍数小于1：3时，土壤的EC值显著高于对照，其值为对照的210倍不等。当稀释倍数高于1：4时，土壤的EC值与对照差异不显著，其值在0.8mS/cm左右变化。说明，当木醋液的用量大时，其酸性强会增加土壤盐分或养分离子的溶解性，从而提高其电导率。图3灌施不同稀释倍数木醋液土壤的EC值Fig.3ECofsoilsirrigatedwithdifferentdilutionratiosofwoodvinegarsolution]注(Note):USWV—木醋液原液Undilutedsolutionwoodvinegar.]对土壤总有机碳的影响灌施从原液到1:5倍的木醋液稀释液，土壤有机碳含量显著提高，并且与木醋液稀释浓度呈正相关。但稀释倍数达到50500时，对土壤有机碳增加不明显(图4)。图4不同稀释倍数木醋液对土壤有机碳的影响Fig.4SoilorganicCcontentsirrigatedwithdifferentdilutionratiosofwoodvinegarsolution］注(Note):USWV—木醋液原液Undilutedsolutionwoodvinegar.］2.1.4对土壤水溶性有机碳的影响水溶性有机碳(WSOC)通常是指可通过0.45pm微孔滤膜的水溶性有机物质。灌施木醋液直接增加了土壤水溶性有机碳含量(图5)从原液到稀释倍数为1：3,其水溶性有机碳含量显著高于对照。稀释倍数进一步提高后，灌施处理与对照差异不显著。2.1.5对土壤结构的影响用湿筛法［14］把土壤分为＞2mm，0.252mm，0.050.25mm,＜0.05mm四个级别。用不同稀释倍数的木醋液处理后的各级别土壤含量见图6。灌施低稀释倍数的木醋液(1:5以下时)明显增加了＞2mm、0.252mm级别土壤颗粒的含量，降低了0.050.25mm、＜0.05mm级别的土壤颗粒含量。说明灌施高浓度木醋液有利于形成土壤大团聚体(＞0.25mm)，相应减少微团聚体(＜0.25mm)的数量。在稀释倍数为1:501:250时仍然能够显著促进0.252mm、＞2mm这两个级别土壤颗粒的形成，当稀释倍数进一步增大，与对照相比对以上两个级别的土壤颗粒含量影响不大。而在整个高稀释倍数(1:501:500)范围内0.050.25mm级别的土壤颗粒含量变化不明显，＜0.05mm的土壤颗粒含量显著降低，但是明显高于低稀释倍数木醋液的处理。图5灌施不同稀释倍数木醋液土壤的水溶性有机碳含量Fig.5WatersolubleorganicCcontentsirrigatedwithdifferentdilutionratiosofwoodvinegarsolution］注(Note):USWV—木醋液原液Undilutedsolutionwoodvinegar.］图6不同稀释倍数木醋液处理下土壤团聚体的分布Fig.6Distributionofsoilaggregatesizestreatedwithdifferentdilutionratiosofwoodvinegarsolution]注（Note）:USWV—木醋液原液Undilutedsolutionwoodvinegar.]2.1.6对土壤颗粒各粒级有机碳的影响灌施不同稀释倍数的木醋液，各粒级颗粒有机碳含量不同（表2）。灌施低稀释倍数（小于1:5）的木醋液，能够显著地增加＞2mm粒级颗粒的有机碳含量，其中施用原液的约为对照的2倍，但是稀释倍数为1:4时有突然降低的现象，其原因有待进一步研究。当稀释倍数大于50倍时，该粒级颗粒有机碳含量较对照没有明显变化。木醋液对0.252mm粒级土壤有机碳含量没有影响，虽然使0.050.25mm粒级土壤有机碳含量略有增加，但除原液和1:1两个处理外，增加不显著。木醋液对＜0.05mm粒级颗粒有机碳含量的影响与＞2mm的相似，但增幅较小。总之，各粒级颗粒中的有机碳含量随着木醋液稀释倍数的减少而增加，并且浇灌的木醋液稀释倍数越少，增加越显著。结合木醋液对团聚体分布影响的结果可以看出0.050.25mm粒级颗粒占比最高，虽然大团聚体比微团聚体的有机碳浓度高，但是大团聚体比微团聚体占的比例小，所以最终以0.050.25mm粒级土壤有机碳储量（有机碳贮量二有机碳含量x结构体重量）最多。总体看来，灌施木醋液促进微团聚体胶结成大团聚体，而且对大团聚体中有机碳含量的影响最为突出。表2灌施不同稀释倍数木醋液后的各粒级土壤有机碳含量（g/kg）Table2SoilorganicCcontentsindifferentsizesofparticlesafterirrigationwithwoodvinegar处理Treatment＞2mm0.252mm0.050.25mm＜0.05mm水Water6.96±0.18d16.65±0.11a8.24±0.6c7.82±1.16d木醋液原液USWN14.90±0.31a17.02±0.10a14.08±0.14a14.75±0.01a1:112.23±0.45b14.74±0.33a11.69±0.38b11.16±0.05b1:211.12±0.21b13.69±0.04a10.33±0.06bc9.55±0.01bc1:310.99±0.26b13.90±0.95a8.47±0.42c9.57±0.15bc1:49.63±0.52c13.21±0.43a9.28±0.12c9.99±0.21bc1:511.07±0.15b15.04±0.13a10.11±0.08bc9.50±0.10bcd1:508.12±0.93d15.53±3.41a9.40±1.25c9.32±1.23cd1:1507.95±0.89d16.32±3.77a9.80±1.36bc9.12±1.18cd1:2507.84±0.87d16.85±4.02a10.12±1.45bc8.89±1.12cd1:5007.61±0.82d17.19±4.18a9.98±1.41bc8.75±1.08cd注(Note):USWN—Undilutedsolutionwoodvinegar.同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著Valuesfollowedbydifferentsmalllettersmeansignificantlydifferentamongtreatments.2.2灌施木醋液对辣椒生长的影响生物试验中移栽的辣椒苗在近50天的生长过程中分两次浇灌了不同稀释倍数的木醋液。结果浇灌木醋液原液和1:1木醋液的两组辣椒全部死亡。在灌施稀释倍数在1:5以下的木醋液后，辣椒总体叶片发黄，严重者出现下部叶片脱落现象。稀释倍数较大(1:501:150)的木醋液溶液对辣椒的生长有促进作用，但是当稀释倍数过高(1:250以上)时对辣椒生长的促进作用有所降低。对照辣椒株高为23.40cm，当稀释倍数上升至1:50时，辣椒平均株高比对照高出12%，该稀释倍数对产量的促进作用也达到最大，辣椒产量高达36.32g，为对照的1.8倍。随着木醋液稀释倍数的进一步增加，促进作用也在不断减弱(表3)。表3灌施不同稀释倍数木醋液对辣椒生长的影响Table3Effectofwoodvinegaronpeppergrowth处理Treatment株高(cm)Height辣椒重(g)Weight生长状况说明Growthstatus水Water23.40±15.6bc20.24±1.14d正常生长Normol木醋液原液USWN死亡Death—极重度伤害,枯萎、死亡Extremelyseveredamage,withered,death1:1死亡Death—极重度伤害,枯萎、死亡Extremelyseveredamage,withered,death1:217.60±1.49de14.58±1.03e重度伤害,叶子萎蔫、发黄Severedamage,leaveswiltingandyellowing1：316.03±0.91e18.82±1.33d重度伤害，叶子萎蔫、发黄Severedamage,leaveswiltingandyellowing1：419.27±1.36de20.49±1.74d中度度伤害，叶子发黄Moderatelyinjury,leavesyellowing1：520.00±1.13cd35.27±2.00a中度伤害，叶子发黄Moderatelyinjury,leavesyellowing1：5027.75±1.96a36.32±2.57a灌后生长茂盛，促进生长作用大Lushgrowth,greatlypromotethegrowth1：15026.98±1.53ab34.28±1.94ab灌后生长茂盛,促进生长作用大Lushgrowth,greatlypromotethegrowth1：25025.35±1.79ab30.16±2.13be灌后生长好，有一定促进作用Well-grown,promotegrowthinacertainexlent1：50024.98±1.77ab27.65±2.35c灌后生长好，有微弱促进作用Well-grown,slightlypromotedgrowth注(Note):USWN—Undilutedsolutionwoodvinegar.同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著Valuesfollowedbydifferentsmalllettersmeansignificantlydifferentamongtreatments.总体看来，稀释倍数小于1：5的木醋液溶液对辣椒生长产生抑制和毒害作用，稀释5倍以上的木醋液溶液对辣椒生长具有促进作用，并且当稀释倍数为1：50时促进作用达到最明显。随着稀释倍数进一步增加，虽然木醋液对辣椒生长产生促进作用，但其效果逐渐减弱。3讨论木醋液本身显酸性，在石灰性土壤上灌施木醋液，除了会影响到土壤酸碱性外，还因为诱导碳酸盐等溶解而影响到土壤的电导率。作用的大小取决于灌施量的多少，即在一定的灌施体积下，随着木醋液稀释倍数的变化而变化。低稀释倍数的木醋液降低了土壤pH，与王海英等［15］的研究结果一致。这对于pH较高的石灰性土壤来说，可能对植物有益，但随之而来的土壤的EC值大幅度升高，过高的EC值会对植物产生危害，因此从EC值变化看，灌施的木醋液稀释倍数应在4倍以上。木醋液含有机酸、酚类、醇类和酮类等有机化合物，灌施土壤后对土壤结构和土壤碳的影响目前研究得较少。灌施木醋液溶液后促进了土壤大团聚体的形成，相应的降低了土壤微团聚体的数量。说明木醋液中的有机分子对土壤结构具有的胶结作用，抵偿了由于酸溶解钙而引起的土壤结构的破坏，作用程度的大小也取决于量的多少。同样，灌施木醋液能提高土壤有机碳的含量。木醋液中的有机化合物以有机酸为主，虽然其中多数酸本身的稳定性不高，易矿化，但在高浓度灌施下土壤有机碳增加显著，这可能与木醋液具有一定杀菌作用有关（暂时降低了了微生物对有机碳的消耗）。木醋液对辣椒生长因其用量不同有促进和抑制双重作用，这与杨华[12]、张琳等[16]的研究结果一致。在本次试验中，当灌施的木醋液的稀释倍数小于5倍时会对辣椒产生毒害，严重时致其死亡，因有机酸量大时会对辣椒造成毒害。稀释倍数达50250倍左右时可以促进辣椒生长，达到增产效果。当木醋液稀释倍数大于500倍时，因为有效成分太低而对辣椒的影响较小。本研究各处理是在一定的灌施体积下，通过木醋液的浓度变化（不同的稀释倍数）来研究其效果，不同浓度对土壤的影响大小也反映了木醋液用量不同的作用差异。4结论1）灌施一定量的木醋液，对土壤的性质、结构产生一定的影响。降低土壤pH值，提高土壤EC值。增加有机碳和水溶性有机碳含量，有利于土壤大团聚体形成，同时减少土壤微团聚体的数量。2） 在每公斤土总灌施体积为117mL（分两次）下，当灌施的木醋液的稀释倍数小于5倍时会对辣椒产生毒害，严重时致其死亡，稀释倍数达50250倍左右时可以促进辣椒生长，达到增产效果；但稀释倍数过大时对辣椒的影响较小。3） 综合考虑，建议在农田休闲季节灌施木醋液的稀释倍数为35倍，在作物生长季节灌施木醋液的稀释倍数为50250倍。参考文献:WeiQ,MaXH,DongJ.Preparation,chemicalconstituentsandantimicrobialactivityofpyroligneousacidsfromwalnuttreebranches[J].J.Anal.Appl.Pyrol.,2012,87:24-28.徐社阳，陈就记，曹德榕•木醋液的成分分析J].广州化学，2006,⑶：28-31．XuSY,ChenJJ,CaoDR.Componentanalysisofwoodvinegar[J].GuangzhouChem.,2006,(3):28-31.王海英•木醋液对植物生长调节机理研究[D].哈尔滨：东北林业大学博士论文，2005•WangHY.Researchofwoodvinegaronplantgrowthregulatingmechanism[D].Harbin:PhDdissertationofNortheastForestryUniversity,2005.YatagaiM,NisimotoMN,HoriKetal.Termiticidalactivityofwoodvinegar,itscomponentsandtheirhomologues[J].J.WoodSci.,2002,48:338-342.平安，杨国亭，于学军•木醋液在农业上的应用研究进展[J].中国农学通报，2009,(19):244-247•PingA,YangGT,YuXJ.Theresearchprogressofthepyroligneousacidappliedinagriculture[J].Chin.Agric.Sci.Bull.,2009,(19):244-247.KangMY,HeoKH,KimJHetal.Effectsofcarbonizedricehullandwoodcharcoalmixedwithpyroligneousacidontheyield,andantioxidantandnutritionalqualityofrice[J].Turk.J.Agric.,2012,36:45-53.吴昊，韩晓颖•木醋液的性质及应用研究进展[A]•中国环境科学学会2010年学术年会论文集[C].北京：中国环境科学出版社，2010•WuH,HanXY.Thenatureandresearchprogressofwoodvinegar[A].AnnualConferenceProceedingsoftheChineseSocietyforEnvironmentalSciences[C].Beijing:ChinaEnvironmentalSciencePress,2010.平安•木醋液在农业上的应用及作用机理研究[D].哈尔滨：东北林业大学博士学位论文，2010.PingA.Researchontheagricultureapplicationofpyroligneousacidandmechanism[D].Harbin:PhDdissertationNortheastForestryUniversity,2010.WeiQ,MaXH,ZhaoZ.etal.Antioxidantactivitiesandchemicalprofilesofpyroligneousacidsfromwalnutsheel[J].J.Anal.Appl.Pyrolysis,2010,88:149-154.SonTK,LeeJE,KimSKetal.Effectofmixture