餐厨废弃物是城市固体垃圾中有机垃圾的重要组成部分，主要包括米和面粉类食品残余、蔬菜、肉骨类、植物油、动物油等能被微生物分解的有机物。基本理化特点是高水分（80%~85%）、高盐分和高有机质含量。从营养角度来看餐厨废弃物是一种高能高蛋白优质饲料原料，而当其作为动物饲料使用时，就有可能产生同源性污染，存在潜在的、不确定性的传播疾病的风险^[1].如果能够将其转化成高效的微生物制品有机肥，便能够在避免当前焚烧/填埋等处置工艺带来的二次污染风险^{[2, 3, 4]}的同时，提供有利于农作物生长的优质肥料，提高废弃物处理过程中产生的附加价值。刘继芳等^[5]认为施用微生物制品可增加土壤细菌数量、降低土壤含盐量。蔡燕飞等^[6]发现生物有机肥能够调节土壤中微生物区系组成，使其向着健康方向发展，从而在一定程度上减少作物病害的发生。目前餐厨垃圾堆肥工艺研究以及堆肥中理化特性的研究屡见不鲜^{[4, 7]},但是餐厨垃圾有机肥对植物生长、病害发生和土壤微生物生态的影响还少有报道。

根结线虫（Meloidogyne spp.）是植物的重要病害之一，由于其寄生范围广^[8],环境适应性强，造成巨大的农作物损失。对线虫病害的生物防治因其具有无污染、不杀伤天敌、不会（或较少）产生抗药性的优点而备受人们重视^[9].在根结线虫的生物防治中，淡紫拟青霉（Paecilomyces lilacinus）是一种被公认为非常有效的用于防治土壤根结线虫的食线虫真菌。传统的生物防治方法是将淡紫拟青霉菌液或粉剂施入土壤中抑制根结线虫病害的发生，但由于定殖效果等原因导致防治效果不稳定^[10].张志红等^[11]研究发现，生物有机肥由于其含有丰富的有机质，能够促进微生物在土壤中定殖，是吸附生防菌剂的良好载体。李胜华等^[12]认为尽管前人利用有机肥来改良土壤，防治青枯病取得了一定的效果，但将生防菌与腐熟的有机肥共同发酵制成的微生物有机肥，通常具有抑制病原菌和促进植物生长双重作用^{[13, 14]}.刘会清等^[15]研究了枯草芽孢杆菌等生防菌与生物有机肥复配对黄瓜形态指标、产量和蔓枯病发病率的影响，发现各种复配组合都能够提高黄瓜产量，增强抗病性。

番茄是一种重要的经济作物，其30%产量损失是由根结线虫病害造成的^[16].目前利用餐厨废弃物制成的微生物有机肥用于防治番茄根结线虫病还未见报道。因此，本研究通过盆栽试验评估由淡紫拟青霉与餐厨废弃物有机肥混合二次发酵得到的菌肥对番茄生长及根结线虫病的防治作用，并检测施用该菌肥后土壤微生物菌群数量和酶活性的变化，旨在为推广使用餐厨垃圾生物有机肥提供理论依据，促进餐厨废弃物的资源化利用。

盆栽试验用土采自中科院城市环境研究所试验田土壤。供试土壤为赤红壤，质地为砂质壤土（砂粒72.67%,粘粒26.98%,粉粒0.35%）.土壤基本性质：pH6.6,CEC10.92 cmol·kg^-1,有机质 20.5 g·kg^-1,速效氮 116.3 mg·kg^-1,有效磷 49.1 mg·kg^-1,速效钾 99.6 mg·kg^-1,可溶性盐860 mg·kg^-1.

淡紫拟青霉菌株PL1210（GenBank ID:KF880384）由本实验室在根结线虫卵囊中分离得到。

餐厨垃圾收集于中国科学院城市环境研究所食堂，主要由青菜、辣椒、肉类、主食（米饭和面食）组成，其主要成分见表 1.

表 1 餐厨垃圾的基本性质 Table 1 Representative characteristics of collected food waste mixture

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供试餐厨垃圾有机肥料（OF）由本实验室自制。餐厨垃圾收集后，先沥去水分并将骨头等难以绞碎的物质以及塑料袋、纸杯等杂物拣出，再用绞肉机绞碎，充分混匀。以质量分数为15%的麸皮为辅料，调节含水率至65%左右后进行好氧堆肥。堆肥周期20 d.OF成分状况见表 2.

表 2 供试有机肥、菌肥的基本理化性质 Table 2 Physico-chemical parameters of experimental organic fertilizer and biological organic fertilizer

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将淡紫拟青霉菌株PL1210装入PDA液体培养基中，28 ℃振荡培养48 h,含量达到1.0×109 CFU·mL^-1以上，离心去除上层发酵液，用无菌水按相同的比例将菌体悬浮后备用，再按照10%（V/m）接种量接种于上述由餐厨垃圾发酵而成的有机肥（OF）中，28 ℃下发酵7 d,得到含菌株PL1210浓度3.0×10⁹ CFU·g^-1的菌肥（BOF）.BOF成分状况见表 2.

供试番茄为粉番一号，番茄播种前先用2%次氯酸钠消毒5 min,然后用无菌水反复冲洗5次，催芽后播种在育苗盘中（基质由草炭、细沙、珍珠岩按 7∶3∶2比例混合而成）,20 d后移苗。

在厦门市根结线虫危害严重的农田采取土样，接种至番茄苗上进行人工繁殖，从感染根结线虫的番茄病根挑取新鲜卵囊，置于培养皿（d=6 cm）,皿底垫湿润滤纸1张，在（25±1）℃培养箱中，待卵孵化产生大量二龄幼虫时收集线虫备用。

采用番茄盆栽试验方法，设置4个处理：T1（CK）对照，无肥；T2（CF）化肥；T3（OF）有机肥；T4（BOF）菌肥。BOF按氮含量为1.5 g·pot^-1土施入，CF和OF用量按照与BOF中相等养分含量计算施入。BOF用量为38.46 g·pot^-1,OF用量为35.88 g·pot^-1,化肥处理肥料用量为尿素（含N 46.30%）3.24 g·pot^-1、过磷酸钙（含P₂O₅ 12.00%）4.81 g·pot^-1、硫酸钾（含K₂O 45.00%）0.94 g·pot^-1.

圆形塑料花盆作为培养容器（上口径26 cm,下口径17 cm,高度22 cm）,每盆装5 kg供试土壤。风干土壤过10目筛，并将称好的土壤与肥料混匀装盆。移栽大小长势基本一致的番茄秧苗，每盆定植1株番茄。定植后统一浇一次缓苗水，以后按常规进行浇水，浇水量控制在土壤田间持水量的60%~70%.移苗5 d后在根围随水分别接种5000条南方根结线虫二龄幼虫。每个处理8盆，每1盆为1个重复，随机排列。

在作物收获期末（移栽60 d后）,调查根结线虫病害等级。根据根结的多少，病情分级标准为：0 级，无根结；1 级，根结占根系的 25% 以下；2 级，根结占根系的 26%～50%;3 级，根结占根系的51%～75%;4 级，根结占根系的 75% 以上^[17].

收获时挖取各处理番茄植株，洗净抹干，将番茄植株平铺，分别测定株高、茎粗、鲜重和干重。株高以从根部到生长点为基准，用卷尺测量；茎粗以第1片真叶下部节间为准，用千分尺测量；收获期鲜重、干重（105 ℃杀青30 min;70 ℃，烘干至恒重）用百分之一天平称重。以对照为标准，分别计算：

地上部植株株高增长率=（处理株高-对照株高）/对照株高×100%

地上部植株鲜重增长率=（处理鲜重-对照鲜重）/对照鲜重×100%

脱氢酶采用TTC分光光度法，以每克土生成的三苯基甲月替（TPF）表示；土壤转化酶采用二硝基水杨酸（DNS）法，以每克土产生的葡萄糖的毫克数表示；脲酶活性用奈氏比色法，以 NH₄⁺-N μg·g^-1为单位；酸性磷酸酶活性测定采用氯代二溴对苯醌亚胺比色法，酶活性以每克土壤中酚的毫克数表示^{[18, 19]}.

根际细菌总量和淡紫拟青霉PL1210在番茄根际的定殖，在播种后第1、20、40、60 d测定。取0.5 g根际土壤样品，利用土壤DNA提取试剂盒（Mo-Bio Laboratories Inc.,California,USA）提取土壤样品总DNA,按试剂盒使用说明进行操作。PL1210、细菌以及放线菌定量 PCR 分析的分子标靶基因如表 3所示。在得到上述各微生物分子标靶基因的重组质粒后，分别以 10 倍梯度稀释各基因重组质粒获得各自的标准曲线。每个样品3次重复。PL1210的测定根据Atkins^[20]的方法采用Stratagene Brilliant QPCR Master Mix TaqMan试剂盒，细菌和放线菌总量的测定采用宝生物工程（大连）有限公司的SYBR® Premix Ex Taq^TM Perfect Real Time 试剂盒于 Roche Lightcycler® 480 扩增仪上分析。PCR反应条件为：95 ℃预变性5 min;94 ℃变性30 s,55 ℃退火45 min,72 ℃延伸1 min,40个循环；72 ℃，10 min.

表 3 实时荧光定量PCR扩增引物 Table 3 PCR primers for real-time PCR assay

表选项

所有试验数据利用Excel 2003进行均值和标准误差的计算；用SPSS16.0统计软件的方差分析（One-wayANOVA）对数据进行处理，用Duncan方法对数据进行差异显着性分析（显着水平P < 0.05）.

生防菌要发挥其作用的前提是在土壤中建立种群，必然会与根际其他菌之间产生空间、能源的竞争。因此，生防菌的定殖能力是开发应用的基础，也是菌肥防效的基础。由图 1可以看出，在番茄定植后的30 d内，随菌肥进入番茄根际土壤中的淡紫拟青霉菌量在逐渐减少，但是仍然维持在105 CFU·g^-1水平左右。Kiewnick等^[21]研究发现，当卵或者二龄幼虫的接种量在1000~16 000条·m^-3土时，淡紫拟青霉的最低施用量2×105 CFU·g^-1土已经足以使根结和卵囊分别减少45%和69%.由此可以看出，本研究制得的菌肥中生防菌的定殖能力应该足以发挥作用。

图 1 PL1210在番茄根际的定殖 Figure 1 Survival of PL1210 in the tomato rhizosphere

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从表 4可以看出，各处理的植株都出现不同程度的根结线虫病症状，对照CK土壤中根结线虫虫口密度最大，发病率最高，根结指数高达82.72.与对照相比，生物有机肥（BOF）处理显着抑制了根结线虫的繁殖（虫口密度仅为对照的33.1%）;番茄根结线虫病发病率也显着下降，防治效果达到54%,而CF和OF处理的防效只有16.95%和19.4%.这一实验结果表明，添加淡紫拟青霉菌的菌肥能够有效防治番茄根结线虫病。

表 4 不同处理对番茄生长的影响及对根结线虫的防效 Table 4 Control effects of different treatments on tomato growth and root knot disease

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在所有处理中，BOF、OF和CF的有效养分虽然相同，但是BOF处理的番茄株高、茎粗和地上部鲜重比CF处理分别增加了14.7%、12.7%和7.6%,并显着高于其他处理组，说明生物有机肥中添加的功能微生物对促进番茄生长起到了较重要的作用。这可能与菌肥能减少根结线虫对番茄根部的侵染，对根结线虫具有较高的防效有关。同时，前人研究与我们的实验室均证实淡紫拟青霉能够合成类似吲哚乙酸的植物生长促进物质^[22].因此，在植物根系施菌不仅能明显抑制线虫侵染，而且能促进植株营养器官的生长。普通有机肥OF处理后的番茄各项生长指标稍高于CF处理组植株，对照组最低。葛均青等^[23]认为微生物菌肥含有有益微生物菌群、活性物质、有机质及多种微量元素，可制造和协助作物吸收营养，提高植物抗性，增加产量，提高质量。杨丽娟等^[24]比较了施用餐厨废弃物的堆肥产品与施用猪粪、牛粪、马粪、鸡粪、化肥等，发现在几种添加物中餐厨垃圾有机肥促进番茄植株生长发育和提高产量改善品质的效果最优。

图 2表明，各处理组根际土壤中的细菌含量均随着番茄的生长呈先升高再降低的趋势。定殖后的前30 d土壤中的细菌数量逐渐增加，而后则逐渐降低。有机肥的施用（BOF和OF）能够有效提高土壤细菌数量，三次采样时间检测的BOF与OF 中细菌数量均显着高于对照和CF处理组。定殖30 d后，OF和BOF中细菌数量比 CK分别提高了196%和164%;收获期，OF和BOF中细菌数量分别比CK提高了314%和228%,比CF提高了221%和154%.可以看出，有机肥施用能够更加有效地调控土壤微生物群落结构。土壤中细菌数量的增加有利于土壤养分的转化，为植物的生长和有机无机物的转化提供了良好的环境。

图 2 不同肥料处理对土壤中细菌含量的影响 Figure 2 Effect of the different fertilizer treatments on the amount of bacteria in the soil

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放线菌是土壤微生物中的一大类，在数量方面仅次于细菌，它们对土壤中有机化合物的分解及土壤腐殖质合成起着重要作用。图 3显示土壤中放线菌数量的变化情况，其变化趋势与细菌相似；定殖30 d后，OF和BOF中放线菌数量比 CK分别提高了142%和110%;定殖后 60 d,OF和BOF中放线菌数量分别比CK提高了257%和235%,比CF提高了131%和117%.放线菌不仅能转化土壤有机质，而且能产生抗生素，对其他有害微生物能起到拮抗作用。放线菌的增加在一定程度上提高了菌肥的防病效果^[25].

图 3 不同肥料处理对土壤中放线菌含量的影响 Figure 3Effect of the different fertilizer treatments on the amount of actinomyces in the soil

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BOF和OF处理组细菌、放线菌含量较高的原因和生物有机肥本身含有有益菌群，对土壤土着微生物有一定活化作用有关，而且餐厨垃圾多为有机物，用其生产的有机肥可丰富土壤中微生物可利用营养，增加菌群数。Alarez等^[26]研究表明施用有机肥能够提高番茄根际细菌数量；Pascual 等^[27]报道餐厨废弃物含有大量氮和碳水化合物，可以作为土壤微生物的氮源和能源从而增加土壤微生物菌群，提高土壤生物量，为作物高产优质提供良好的土壤环境。此外，土壤微生物活动与植物的生长发育状况有关，根系功能强，分泌物增多，根部土壤微生物活动也往往较高^[27].但是BOF处理与CK相比，细菌和放线菌数量的增加幅度低于OF处理组。这可能由于BOF是在OF的基础上经过二次发酵，使pH降低，含盐量增加，有机质减少（表 2）,而这些变化都不利于微生物的繁殖。另外，BOF中含有大量的淡紫拟青霉，而拟青霉属真菌常常能合成一些生物活性物质，包括能抑制乙酰胆碱脂酶的吡啶酮^[28]和有细胞毒性的环己缩酚肽^[29].因此，BOF中可能含有由PL1210产生的生物毒素，进而抑制了一些细菌和放线菌的生长。

土壤酶主要来自于土壤微生物代谢过程，其活性是土壤生物活性和土壤肥力的重要指标^[30].土壤脱氢酶是胞内酶，只存在于活的微生物细胞内，能够促进有机物脱氢，起到传递氢的作用^[31].如表 5所示，BOF和OF有机肥处理的土壤中脱氢酶活性差异不显着，但都明显高于CF和CK处理。这一实验结果表明，餐厨垃圾制成的有机肥可为微生物生长提供易利用的碳源、氮源等营养成分，有效促进土壤中微生物的生长与活动，从而提高了土壤脱氢酶的活性。

表 5 淡紫拟青霉PL1210对土壤酶活性的影响 Table 5 Effect of P. lilacinus PL1210 on soil enzyme activities

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脲酶是土壤中分解酰胺态氮的酶，对土壤中氮的转化，特别是对尿素的利用率等有重要影响作用，其活性强度与土壤氮素供应水平密切相关^[32].与CK和CF相比，土壤在BOF和OF处理下脲酶活性均显着增加（P < 0.05）.

转化酶能够释放土壤中作为植物和微生物重要能量来源的小分子糖，其活性大小可以间接地表征土壤中有机碳的转化情况^[33].与CK相比，土壤在BOF、OF与CF三种肥料处理下转化酶活性均显着增加（P < 0.05）,且增加的幅度为BOF > OF > CF.

土壤磷酸酶为磷的矿化和植物吸收提供了一条重要途径，是评价土壤磷素生物转化方向与强度的重要指标^[34].土壤中的磷酸酶有酸性、中性和碱性之分，在不同酸碱性的土壤中3种磷酸酶比例是不同的。本试验用土为酸性，因此测定酸性磷酸酶活性。由表 5可以看出，不同处理土壤酸性磷酸酶活性表现为BOF > OF > CF > CK,且BOF和OF处理磷酸酶活性显着高于其他处理，表明生物有机肥可以提高土壤酸性磷酸酶的活性。

吴凤芝等^[35]发现绝大多数土壤酶的活性与土壤有机质含量呈显着正相关，测定相应土壤酶活性可以间接地了解或预测某些营养物质的转化情况以及土壤肥力的演变趋势。申进文等^[36]的试验结果表明，施用餐厨垃圾平菇栽培废料不仅可以增加土壤中活性有机质的含量，而且可以增加土壤中脲酶、转化酶和脱氢酶的活性，其效果还要优于干腐熟牛粪和烘干鸡粪。在本研究中，餐厨垃圾制成的有机肥处理的番茄根际土壤中酶活性均高于其他处理组，究其原因可能是施用有机肥使土壤中的活性有机质以及微生物数量增加，而活性有机质不仅为酶提供了载体或底物，也促进了土壤微生物的活性大幅度提高，从而使土壤中酶的含量与活性得到提高。此外，生物有机肥中存在大量有益微生物，其施用丰富了土壤中的微生物，土壤微生物的活动和代谢更加旺盛，从而提高了土壤酶的活性^[37].BOF中土壤磷酸酶、脲酶和转化酶的活性最好，可能是由于其所含的功能菌淡紫拟青霉可以分泌这三种酶或者对于这三种酶活性具有有益的作用。此外，刘登义等^[38]的研究结果表明，根际土壤各种酶活性显着大于非根际土壤。土壤微生物活动和土壤酶的活性与植物的生长发育状况有关，根系功能强，分泌物增多，根部土壤微生物活动旺盛，脲酶、转化酶和脱氢酶的活性也往往较高^[39].由于处理组番茄生长状况比对照组更为良好，其较丰富的根系分泌物伴随着更为旺盛的微生物活动可能也是土壤酶活性更高的重要原因。

施用餐厨垃圾制成的菌肥可以促进番茄的生长，抑制根结线虫在土壤中的繁殖，显着降低番茄根结线虫病的发病率，提高植株的防病效果；从土壤微生物角度来说可提高土壤微生物活性，改善微生物结构和功能，从而实现土壤微生物生态平衡；从固体废弃物处理方面来说可以变废为宝，减少环境污染，是一条有效的资源化利用途径。