海南省是我国天然橡胶的最大生产地之一， 2020 年产量达 33.7 万 t，其在生产加工过程中产生废水约 606.6 万 t^[1]。天然橡胶的生产加工过程中稀释和凝固胶乳、洗涤凝块和制胶机械的用水，以及新鲜胶乳的大量乳清和未凝固部分，最后都变成废水。因此，橡胶废水是由生产用水、未凝固的胶乳和大量非胶组分（如蛋白质、类脂、糖类、无机盐等）所组成^[2]，如直接排放将对环境造成严重污染^[3]；长期简单的直接浇灌利用模式会导致土壤孔隙堵塞，土壤板结^[4-8]。因此，这些废弃物如何进行适当的处理，在产生社会经济效益为人类社会服务的同时不对环境造成危害是国内外学者关注的重点，也是海南省和全国其他植胶区面临的难题^[9-14]。

橡胶废水的资源化利用一直是国内外研究的重点方向，黄亚文^[13]研究表明，胶清废水经厌氧处理简单稀释和调整 pH 后，可直接灌溉促进植物生长；Hussain 等^[14]发现，直接将只经过厌氧好氧系统处理过的天然橡胶废水排入到胶园、椰林中，废水中的蛋白质成分和少量的橡胶颗粒会导致土壤孔隙堵塞；张旭等^[15]的试验结果显示，出水不稳定的酸凝槽废水易造成土壤板结，并指出若分离其中易于使土壤胶结沉淀的高分子物质可减少对土体结构的影响。橡胶废水中的橡胶分子是造成土壤孔隙堵塞的主要原因，而对橡胶废水中的橡胶分子进行分离能够减少对土壤的危害。目前，较为常用的分离方法有很多，其中利用对橡胶分子有降解能力的微生物对橡胶废水进行发酵处理是比较环保的处理方法，不仅能够达到降解橡胶类物质的目的，还可以提升植物的质量与产量^[16-18]。杨康等^[16]发现，猪场废水发酵制成微生物菌体能极好地提高小青菜的质量与产量。倪秀元等^[17]试验结果证实了天然橡胶的生物降解性，其分离出的降解菌为放线菌；龚英等^[18]研究显示，黑曲霉菌对天然橡胶中多种组分具有良好的降解作用，能破坏天然橡胶中的交联键，促进降解；马来西亚橡胶研究院研究表明，降解后的橡胶废水浓缩并平衡养分后可以加工成有机肥料，并对叶菜类蔬菜生长有利^[19]；夏福君^[20] 研究显示，使用有效微生物群（EM）菌群凝固胶乳后的废液经过稀释后进行根施可使蔬菜产量增加，提高了土壤中有机质、无机金属离子等含量，同时也避免了土壤板结问题。综上，目前天然橡胶加工废水发酵过程中筛选优良菌剂是解决橡胶废水资源化利用的关键。本研究选取芽孢杆菌、放线菌、黑曲霉菌等 3 种不同的菌剂对橡胶废水进行好氧发酵处理，从而降低直接灌溉利用对土壤造成的不良影响^[19-26]。并进一步通过盆栽试验研究发酵液灌溉对小白菜生长、品质及土壤理化性质的影响，探究发酵处理对橡胶废水资源化利用的可行性和优良性。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤取自中国热带农业科学院试验场五队胶园 0～20 cm 的表层土，其土壤为砖红壤。土样自然风干过 1 cm 筛后充分混匀装入直径 25 cm、高 20 cm 的塑料盆中，每盆装土 5 kg，不施底肥。土壤的基本理化性质见表1；供试植物为小白菜，品种为抗热 605；供试废水水样取自海南省中国热带农业科学院试验场制胶厂，其基本指标测定见表2。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 试验设计

本研究设置 4 个处理和 2 个对照，重复 3 次。F1：以废水中不添加菌剂发酵液浇灌小白菜； F2：以添加芽孢杆菌 2% 发酵液浇灌小白菜；F3：以添加放线菌 2% 发酵液浇灌小白菜；F4：以添加黑曲霉 2% 发酵液浇灌小白菜；CF：以复合肥 （N∶P∶K=15∶15∶150）水溶液（400 mg/L）浇灌小白菜作为对照；CK：以清水浇灌小白菜作为对照。试验中发酵液均经好氧发酵 10 d 后制得，见表3。

试验地点位于中国热带农业科学院试验场五队（19°29′8.4″N，109°29′8.4″E），小白菜播种时间为 2021 年 7 月 24 日，每个处理 3 次重复，每盆种 30 颗左右，小白菜生长过程中每日早晚浇水 （称重法）1～2 次，以保证小白菜生长对水分的需求。2021 年 7 月 26 日小白菜出苗，出苗后进行两次间苗，最后每盆留 10 株生长一致的幼苗。2021 年 8 月 5 日进行第一次施肥，所用发酵液、清水、复合肥水溶液量均为 150 mL/ 盆，每 7 d 追肥一次，共追肥 4 次。2022 年 9 月 5 日取样测量每盆小白菜生长状况，测量株高、叶宽、茎长等指标，同时将土壤风干备测。

1.2.2 测定方法

小白菜生长指标的测定：使用直尺测量植株株高、叶面积；鲜重、干重采用烘干称重法^[27]。

植株生长品质的测定^[13，23]：叶绿素含量采用丙酮-乙醇混合液比色法；可溶性糖含量采用苯酚法；有机酸含量采用酸碱滴定法；维生素 C 含量采用 2，6-二氯酚靛酚滴定法；硝酸盐含量采用硝酸盐消化法。

土壤理化性质的测定^{[15，13，28]}：pH 采用电位法进行测定；采用重铬酸钾氧化外加热法测定有机质含量；全氮采用半微量凯氏定氮法；有效磷采用钼锑抗比色法；速效钾采用火焰光度法；孔隙度采用环刀法。

1.3 统计分析

用 SPSS 26.0 对结果进行数据处理和单因素方差分析（one-way ANOVA），使用 Origin 进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 不同处理对天然橡胶加工废水的发酵效果

如表3 所示，发酵液 pH 值各处理间无显著差异，相比发酵前（6.27），F1、F2、F3、F4 处理分别提高了 0.98、1.12、1.10、1.18 个单位；总氮、全钾、氨氮含量添加菌剂处理（F2、F3、F4）高于不添加菌剂处理，添加菌剂处理中 F4 与 F2 处理含量较高，且 F4>F2；总磷添加菌剂处理小于不添加菌剂 F1 处理，其中添加菌剂处理中 F3 处理含量较高，F2 与 F3 处理无显著性差异；悬浮物各处理间存在显著性差异，且 F1<F2<F4<F3。F4 处理总氮、全钾、氨氮含量最优，且 F4 与 F2 处理总磷含量不存在显著差异。说明，F2、F4 处理发酵效果最优，其次为 F3 处理。

注：表中同列数据后的不同小写字母表示各处理在 0.05 水平上差异显著。下同。

2.2 不同处理发酵液对小白菜生长的影响

由图1a 可见，F2、F3、F4、CF 处理株高显著高于 CK，F1 处理与 CK 之间无显著性差异，其中，F2、 F3、F4 处理分别高于 CK 7.4%、19.1%、13.4%，说明 F2、F3、F4 处理对小白菜株高有较好的提升效果。由图1b、c 可见，添加菌剂的处理（F2、F3、F4）在鲜重和干重方面显著高于 CK，其中鲜重比 CK 分别高 151%、103%、123%，干重分别高于 CK 处理 179.4%、 214.7%、123.5%，但以上 3 种处理均小于 CF，鲜重和干重比 CF 分别小 47.4% 和 57.4%、53.4% 和 34.5%、 26.2% 和 47.6%；在 4 种处理中，鲜重方面 F2 处理最高，F1 处理最低，干重方面 F3 处理最高，F2 处理次之。以上结果表明，发酵液对鲜重、干重均有提升效果，且添加菌剂的处理提升效果优于不添加菌剂处理。由图1d 可见，在叶片数方面，F1、F2、 F3、F4 各发酵液处理均大于 CK，分别高于 CK 33.3%、89.0%、101.7%、55.7%，其中 F2、F3 大于 CF，F4 小于 CF。表明，在叶片数方面 F2、F3 提升效果最好。由图1e 可见，在叶面积方面，各处理均高于 CK，表明发酵液对叶面积均具有提升效果，其中 F2、F3 处理提升效果最好。综上，发酵液对小白菜的生长均有提升效果，且添加菌剂的 F3 处理优于其他处理。

注：不同小写字母表示不同处理间存在显著差异（P<0.05）。下同。

2.3 不同处理发酵液对小白菜品质的影响

由图2a 可知，在叶绿素含量方面，F3 处理最高且显著高于 CK；F1、F2 叶绿素含量较低，小于 CK 且显著小于 CF；F4 含量处于 CK 和 CF 之间。结果说明，添加菌剂的处理（F3、F4）均优于 CK，但低于 CF。由图2b 可知，在可溶性糖方面，F1、F2 处理显著高于 CK 和 CF；F3、F4 低于 CF，且与 CK 不存在显著性差异。说明不添加菌剂处理（F1）和添加芽孢杆菌处理（F2）对小白菜可溶性糖含量有较好的提升效果，而添加放线菌处理（F3）和添加黑曲霉菌处理（F4）无明显效果。由图2c 可知，有机酸含量 F1、F2、F3、F4 显著低于 CF；F1、F2、 F4 显著低于 CK 和 F3，但 F3 与 CK 之间无显著性差异。结果说明，在有机酸含量方面不添加菌剂处理（F1）、添加芽孢杆菌处理（F2）、添加黑曲霉菌处理（F4）降低了有机酸含量，但添加放线菌处理 （F3）不会影响小白菜的有机酸含量。

由图2d 可知，在维生素 C 含量方面，F2、F3、 F4 均显著高于 CK，但 F1 与 CK 之间无显著性差异；CF 含量显著高于其余各处理。结果说明，添加芽孢杆菌处理（F2）、添加放线菌处理（F3）、添加黑曲霉菌处理（F4）对小白菜维生素 C 含量有较好的提升效果，且优于不添加菌剂处理（F1）。由图2e 可知，在硝酸盐含量方面 F2 显著高于其余各处理；F1、F3 与 CK 不存在显著性差异，且显著高于 F4 和 CF。说明，F2 提高了小白菜的硝酸盐含量，但 F4 对小白菜的硝酸盐含量有降低作用。

2.4 不同处理发酵液对土壤性质的影响

由表4 可见，pH 方面，所有处理土壤 pH 均大于土壤背景值（4.53）。其中，F4 对土壤 pH 的提升效果最好且高于 CK 和 CF，分别提升了5.3 %、19.1%。孔隙度方面，经过橡胶废水发酵液浇灌过的土壤与 CK 无显著性差异，说明橡胶废水经过发酵后会造成土壤孔隙堵塞的橡胶类物质可能已被降解，即经过发酵处理后的橡胶废水资源化利用较直接灌溉对土壤孔隙度的影响较小。

不同处理对土壤全氮的影响效果不显著，但与 CK 相比，F1、F2、F4 处理对土壤全氮含量均有一定的提升趋势，F3 处理有减少趋势。有效磷方面， CF 显著高于其余各处理，F1 处理与 CK 间无显著性差异，F2、F3、F4 处理显著低于 CK。速效钾含量方面，CK 显著低于其余各处理；F2 处理与 CF 不存在显著性差异；F1、F3、F4 处理显著低于 CF 且三者之间无显著性差异。结果表明，F1、F2、F3、 F4 处理对土壤有效磷的提升效果不显著，但在速效钾方面，添加芽孢杆菌处理（F2）对土壤速效钾的提升高于其他处理。

有机质含量方面，CK 显著低于其余处理；F1、 F2、F3、F4 处理均高于 CF；添加菌剂的 F2、F3、 F4 处理间不存在显著差异，且均低于 F1 处理，其大小顺序为 F1>F4>F3>F2>CF>CK。可见，橡胶废水发酵液灌溉后提升了土壤有机质含量。

3 讨论

3.1 添加不同菌剂对橡胶废水发酵效果的影响

夏福君^[20]研究显示，使用 EM 菌群凝固胶乳后的分离液营养物质含量提高主要来源于胶乳的非胶组分。龚英等^[18]研究显示，黑曲霉菌不仅对天然橡胶中的蛋白质、脂类物质等非胶组分具有降解作用，而且能通过分泌蛋白酶、纤维素酶等多种酶，破坏橡胶分子的交联键，以促进橡胶分子的生物降解；本试验显示，橡胶废水发酵后结果与其结论基本一致，添加黑曲霉菌、芽孢杆菌处理的发酵液大多数营养成分含量显著高于不添加菌剂处理的发酵液，这说明黑曲霉菌、芽孢杆菌可能降解了橡胶废水中的非胶组分，且用经过黑曲霉菌、芽孢杆菌处理后的发酵液浇灌土壤后，其孔隙度没有发生显著变化，说明黑曲霉菌、芽孢杆菌在发酵过程中也可能对橡胶分子产生了降解效果；倪秀元等^[17] 试验也证实了放线菌能够通过烯烃氧化的过程对硫化的天然橡胶起到降解作用。本试验结果显示，添加放线菌处理的发酵液中营养物质低于添加黑曲霉菌和放线菌处理，但土壤孔隙度有高于其他菌剂处理的趋势，这可能是因为放线菌对橡胶分子的降解效果好，但是在降解过程中消耗了更多的营养物质。

3.2 发酵液灌溉对小白菜生长及品质的影响

汪秀华等^[27]研究结果表明，潜流式人工湿地系统通过物理、化学、生物 3 种作用净化后的废水能促进湿地作物的生长与品质的改善；符瑞雷等^[28]研究表明，浓度为 10% 的胶清废水、浓度为 40% 厌氧池出水处理、好氧处理二沉池水处理对小白菜生长及品质具有一定的促进作用；黄亚文^[13] 得出，不同浓度的橡胶废水浇灌提高了芫荽叶绿素、维生素 C、总糖含量；本试验结论与其相似，不同处理的发酵液对小白菜生长有一定的促进作用，各处理对叶绿素、维生素 C 含量有很好的提升作用，且添加菌剂处理提升效果优于不添加菌剂处理，其中添加黑曲霉菌处理对小白菜叶绿素含量、维生素 C 提升效果更优，这可能是因为添加黑曲霉菌处理的发酵液中富含较多营养物质有益于植物的生长。添加芽孢杆菌的处理小白菜硝酸盐含量显著高于其余处理，这可能是因为发酵过程中产生的硝态氮含量较高，容易被小白菜吸收利用，导致了小白菜体内硝酸盐含量较高。

3.3 发酵液灌溉对土壤性质的影响

黄亚文^[13]利用胶清废水离心制备的胶清液浇灌土壤后，土壤速效养分增加，pH 变化不大；延晓惠^[21]研究发现，施加胶清液可提高土壤 pH、有机质含量。本试验结果与其基本一致，发酵液浇灌后各处理均对土壤有一定的改良作用，其中添加黑曲霉菌处理对土壤 pH、有机质提升效果最优，结果的差异可能是不同菌剂发酵的产物不同，在盆栽过程中对土壤酸性改良作用存在差异所造成的。绍立明等^[29]研究显示，餐厨垃圾废水发酵液能显著提升土壤中的氮、磷、钾等养分和有机质含量。本试验结论与其结果大致相同，发酵液灌溉对土壤全氮、速效钾提升效果较好，但是降低了土壤有效磷含量，这可能是两个方面的原因，一方面橡胶废水发酵液中的微生物可能对土壤解磷菌有一定的抑制效果；另一方面可能是橡胶废水和复合肥中的养分一定程度上刺激了小白菜对有效磷的吸收。Hussain 等^[14]发现，制胶废水灌溉胶园和椰林会导致土壤孔隙堵塞；张旭等^[15]试验结果显示，出水不稳定的酸凝槽废水易造成土壤板结。本试验结果显示，添加放线菌处理和添加黑曲霉菌处理对土壤孔隙度无显著影响，这可能是因为放线菌和黑曲霉菌对废水中的胶类物质及其他大分子物质具有一定的降解作用。土壤养分是作物生长的基础，养分含量水平是土壤肥力的重要指标。橡胶废水发酵液浇灌利用能在一定程度上改善土壤的酸碱度及养分含量且不造成土壤孔隙堵塞，对农业的可持续发展具有深远的影响。

4 结论

（1）添加黑曲霉菌处理发酵效果最优，其次为添加芽孢杆菌处理。

（2）不同处理的发酵液灌溉对小白菜的生长品质均有很好的提升作用且添加菌剂处理优于不添加菌剂处理。

（3）对小白菜维生素 C、可溶性糖含量等的提升效果，最优为添加黑曲霉菌处理，其次为添加放线菌处理。

（4）添加黑曲霉菌处理不仅提高了土壤 pH、有机质含量且对土壤孔隙度无影响，可改良酸性土壤。

参考文献