微生物-生物炭协同调控对污水灌溉土壤酶活性及植物生长的增效机制

本研究通过盆栽实验探讨了玉米秸秆生物炭(CSB)与微生物制剂(枯草芽孢杆菌BS+哈茨木霉TH)联用对污水灌溉土壤酶活性及高羊茅(Festuca arundinacea)生长的协同效应。结果表明，T6处理组(BS 0.5 g/kg + TH 1 g/kg + CSB 10 g/kg)显著提升土壤蔗糖酶(增幅42.78%)、磷酸酶(225.76%)和脲酶(62.03%)活性，并促进植物株高(34.28 cm)与生物量(23.14 g)，为污水灌区土壤修复提供了优化方案。

　　

1 引言

全球水资源短缺促使污水灌溉在农业中广泛应用，但伴随的土壤退化、病原体富集和重金属污染等问题亟待解决。生物炭(CSB)因其高阳离子交换容量、持水能力和多孔结构，与微生物制剂(如枯草芽孢杆菌BS和哈茨木霉TH)联用可协同改善土壤微环境。本研究聚焦污水灌溉土壤中关键酶活性变化，通过系统评估不同配比处理对碳氮磷循环相关酶（蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶）的影响，为土壤生物修复提供理论依据。

2 材料与方法

实验土壤采自西安污水灌区农田（0-20 cm深度），基础pH为8.45。设置8种处理组合（T1-T7及CK对照），包含不同剂量的BS（0.5-1 g/kg）、TH（0.5-1 g/kg）和CSB（10-20 g/kg）。采用盆栽培养高羊茅180天，定期测定土壤酶活性及植物生长参数。蔗糖酶活性通过3,5-二硝基水杨酸法测定，脲酶采用苯酚钠-次氯酸钠比色法，磷酸酶和过氧化氢酶分别以苯基磷酸二钠比色法和高锰酸钾滴定法分析。

3 结果

3.1 土壤pH变化

所有处理组pH（均值8.18-8.33）均低于CK（8.45），其中T4-T7组降幅最显著，可能与生物炭促进微生物代谢产生有机酸有关。

3.2 酶活性响应

• 蔗糖酶：T6处理活性峰值达1.42 mg葡萄糖·g^-1·24 h^-1，较CK提升3倍，呈现BS+TH+CSB的剂量依赖性协同效应。
• 磷酸酶：T6处理在150天时活性最高（0.87 mg酚·g^-1·24 h^-1），CSB高剂量组（T7）较单剂处理（T1）提升225.76%。
• 脲酶：T6处理在180天时活性较CK提高60.21%，TH的添加显著增强氮转化效率。
• 过氧化氢酶：呈现"低促高抑"现象，T4组（CSB 10 g/kg）活性达峰值4.7 mL KMnO₄·g^-1·h^-1，过量CSB（T7）反而降低活性48.25%。

3.3 植物生长指标

T6处理的高羊茅生物量（23.14 g）显著高于CK（12.6 g），株高动态监测显示处理组生长速率较CK提高1.8倍。热力学分析揭示脲酶活性与株高呈显著正相关（r=0.82）。

4 讨论

生物炭的多孔结构为BS和TH提供生态位，其表面官能团与微生物代谢产物（如IAA、有机酸）协同优化土壤微环境。过氧化氢酶活性的"钟型曲线"反映过量CSB可能导致孔隙堵塞或营养失衡。T6处理的优越性体现于：①CSB 10 g/kg为微生物提供理想载体；②BS与TH的1:2配比平衡了促生与抑菌功能；③酶活性网络的正反馈效应加速养分循环。

5 结论

BS（0.5 g/kg）+TH（1 g/kg）+CSB（10 g/kg）组合通过激活土壤酶系统，显著提升污水灌区土壤肥力和植物生产力。未来需开展田间试验验证该技术在大尺度应用中的稳定性。