任卓然，古维娜，王茹颖，杨灵婧，刘克思,2

（1. 中国农业大学草业科学与技术学院，北京 100193；2. 河北沽源草地生态系统国家野外科学观测研究站，河北 沽源 076550）

土壤是植物生长的基质，正常的土壤系统可以供应和协调植物生长发育所必需的水分、养分、空气、热量等方面的需求，但土壤系统的退化会导致土壤板结、营养下降、生产力降低[1-2]，成为制约农业发展的重要限制因子。因此，探究土壤系统的改良方法，对土壤环境的改善和土地资源的利用具有重要意义。

环保酵素是以废弃果蔬、植物、厨余垃圾等为原料，添加或不添加糖和水辅料，经微生物发酵制得的含有特定生物活性成分的产品[3]。环保酵素制备方法简单，成本低廉，原料来源丰富[4]。因其富含各种酶、有机酸、矿物质、微生物等[5]，近年来被广泛应用于食品、药品、污水处理、土壤改良、饲料加工等领域[6]。在土壤系统改良方面，环保酵素的施用可以提高土壤养分含量、改善土壤通气情况、优化微生物种群结构、改良退化土壤和提升土壤质量[7-8]。鉴于环保酵素在土壤系统改良方面的有效性，目前利用环保酵素改良土壤的研究越来越多，但是系统总结当前所取得的研究成果的文章还比较少，这在一定程度上影响了环保酵素在实际生产中的普遍应用，为此，笔者系统归纳总结了目前关于环保酵素对土壤系统中土壤理化性质、主要养分、土壤酶及微生物方面影响的研究，并对于未来有关环保酵素在土壤改良上的研究进行了展望，以期为进一步拓展环保酵素在土壤改良方面的研究及应用提供参考。

1 环保酵素对土壤理化性质的影响

施用环保酵素能显著影响土壤容重、土壤孔隙度、土壤结构等土壤的物理性质。许多研究都发现施用酵素菌肥可以显著降低土壤容重[9-10]。王斌等的试验结果表明，施用酵素菌肥之后不同组的土壤容重平均减小了0.043 g/cm3，土壤的孔隙度也在施用多种不同浓度的酵素后有所增加[11]，当环保酵素与水配比为1∶500或1 ∶750 时，施用11 周后土壤孔隙度增大0.09%[12]。施用酵素使土壤孔隙度增加的原因可能是因为酵素中含多种低分子量的有机酸，如乙酸、柠檬酸等可以中和土壤中的碱性物质[13]，从而一定程度上破除土壤盐碱化过高造成的土壤板结；另外，酵素中含有的大量新鲜或半腐解的有机质本身疏松多孔，与土粒混合均匀后可使紧实的土壤变疏松，从而降低土壤容重和增大土壤孔隙度[14]。在土壤结构方面，土壤团聚体与土壤结构的稳定性密切相关。酵素中丰富的有机质和微生物均能对土壤团聚体的形成产生影响[15]。一方面，酵素中含有的多糖、蛋白质等有机物产生的胶结作用使土粒通过胶体而结合在一起，能够促进团粒结构的形成。另一方面酵素中大量的微生物分泌的有机物和真菌菌丝也能对土壤颗粒起到吸附缠绕的作用[16]，能够促进土壤团聚体的形成，从而起到改善土壤结构的作用。

施用环保酵素对土壤的pH 值、土壤有机质、电导率（electrical conductivity，EC）、土壤阳离子交换量（cation exchange capacity，CEC）、可溶性有机碳（dissolved organic carbon，DOC）等化学性质的影响更为显著。许多研究表明，对土壤施用不同类型的酵素均能降低pH 值，改变土壤EC 值，增加土壤CEC 值和可溶性有机质含量（表1）。刘泽霞等利用环保酵素对盐碱土改良效果的研究发现，当施用1 ∶800 稀释比例的环保酵素时土壤的EC 值降幅达42.50%；在1 ∶200的稀释比例下，土壤的pH 值显著降低，土壤DOC显著增加了34.28%[17]。这些化学性质的变化可能主要由酵素中丰富的有机质和微生物引起。酵素在发酵过程中产生大量的有机酸和其他有机物，有机酸能够使土壤pH 值降低，活化钙镁盐类，提高CEC 值；有机物则可以吸附无机盐离子，减弱盐分的副作用，促进DOC 的积累；同时酵素中一些未被充分利用的无机阴离子和阳离子也能影响土壤中各种离子的含量，与有机物共同起到改变EC 值的作用；而且酵素中存在的大量微生物可以加快有机质的分解，使上述的反应可以持续进行[13,17-23]。

表1 不同类型酵素对不同土壤主要化学性质的影响

2 环保酵素对土壤主要养分的影响

环保酵素含有大量的糖分以及小分子的植物组分[9]，并具有较高浓度的有机质、氮素、磷素、钾素等养分成分[28]，施用后影响着土壤中主要养分的动态（表2）。许多研究表明施用酵素使土壤中的全氮含量增加，而速效氮在不同研究中产生相异的变化。这种变化可能是因为酵素中本身含有的氮素能够使土壤中的全氮含量增加[29]。但酵素的施用改变了土壤的结构，提高了土壤微生物对含氮有机化合物的转化[17]，促进了氮素的有效化[30]，叠加制作酵素的原材料、施用浓度及土壤等因素之间的差异性，从而导致有效氮在不同研究中表现不同。

酵素的施用同样增加土壤中全磷含量，而速效磷的含量在不同研究中变化则不一致（表2）。土壤中速效磷含量受很多因素影响，如pH 值、无机盐离子和有机质的含量等。pH 值的变化会引起磷在土壤中存在的形式改变，进而影响磷的有效性[36]；无机盐离子如Pb、Cd、Zn 等能与可溶性磷发生反应沉淀，降低有效磷的含量[24]；有机物的影响则更为复杂，一方面有机质会提供阴离子，与磷竞争阴离子吸附位点，使磷离子的吸附量下降，另一方面它又能够释放出氢离子，使矿物质表面基团质子化，促进磷的吸附，因此，有机物可能使有效磷增加或减少[37]。在不同研究中，制作酵素的原材料、酵素施用浓度等条件的差异性可能会出现不同的土壤pH 值、无机盐离子浓度及有机质的含量，从而产生不同的有效磷动态。对于土壤中的钾，目前相关酵素施用对其影响的研究相对较少。从已有的研究来看，施用酵素增加土壤中速效钾的含量，但对于全钾含量在不同研究中则表现不同。

表2 不同类型酵素对不同土壤主要养分的影响

3 环保酵素对土壤酶及微生物的影响

施用酵素可影响土壤中的酶和微生物，能够增加土壤中的有益菌，优化微生物的种群结构[38]。酵素的浓度影响着土壤中微生物群落和土壤酶活性，酵素浓度越高土壤微生物数量和酶活性越高[39]。翟敬华等发现添加酵素可以提高过氧化氢酶的活性，并使蔗糖酶活性保持较高水平[40]。文廷刚等研究发现微生物总量在2%浓度的酵素菌施用下较对照增加1.6%，土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性较对照分别提高74.0%、76.2%、49.6%和32.1%。这可能是因为酵素中含有大量有益微生物和有机质[41]，这些物质一定程度上激活了土壤中酶和微生物的活性。酵素对土壤酶及微生物的影响对于土壤肥力的增加和有毒有害物质的降解都发挥着积极的作用[42-43]。

4 总结与展望

环保酵素富含养分、酶及微生物，在土壤系统改良应用中可显著提高土壤透气性、降低土壤盐碱度、提高土壤养分和改善土壤微生物菌群。当前，国家提出绿色生态农业的发展理念，环保酵素这种无污染、无公害且能够实现农业废弃物资源化的新型生物肥料，在未来的土壤系统改良应用中具有广阔的市场前景。目前我国对于环保酵素在土壤改良方面的研究、应用与推广尚处于探索实践阶段，未来还需要继续深入关注以下方面。

4.1 环保酵素的类型和施用方法方面

环保酵素是利用废弃果蔬、植物、厨余垃圾等发酵而成，它的施用效果受原材料及其比例、施用方法等因素的影响，目前这方面的研究还不够全面和深入，加强这方面的研究验证，形成规范统一的研究方法和手段，建立不同酵素产品质量标准与功效评价体系。另外，目前的酵素研究周期多为8 周至1 a，缺乏对施用效果的长期评价。未来应加强环保酵素的施用对土壤改良效果的长期评估研究。通过长期的评价验证，有利于提高环保酵素在土壤系统改良应用中的科学性。

4.2 环保酵素的影响机制方面

国内外研究人员在环保酵素对土壤系统中土壤理化性质、土壤养分、土壤微生物的影响提出了一些看法，但这些结果大部分都停留在表面现象上，对造成这种结果的内在机理还挖掘不够，未来的研究需要在这面加强。

4.3 环保酵素对生态因子网络影响方面

土壤系统中各个生态因子都不是孤立的，他们相互影响，构成一个交叉的网状脉络维持系统的动态平衡，外来物质的加入肯定会对存在的因子网络系统产生联动的影响，但如何影响，目前还未见相关报道，未来需要加强这方面的研究，进一步揭示环保酵素的效用机制，可以更好地发挥环保酵素这种新兴的生物肥料在土壤系统改良中的作用。