蚯蚓堆肥浸提液對幼苗生長的影響

呂秀敏，劉瀟予，趙彩衣，蒲瑤瑤，焦加國，李輝信

（南京農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院/江蘇省有機固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210095）

堆肥浸提液是用水或其他浸提劑通過不同的方式來將堆肥中的可溶性物質充分浸提而得到的液體。堆肥浸提液不僅含有豐富的植物生長所需的礦質營養(yǎng)物質，而且含有許多有益微生物及其代謝產(chǎn)物，可以增加土壤肥力，抑制植株的病蟲害，促進植物產(chǎn)生利于本身生長的激素，利于植株的根系生長，改善作物的生長環(huán)境，對不同種類的作物有大致相似的促進作用［1-4］。已有研究表明，施用濃度為1%的堆肥浸提液較清水對小麥地上部生物量有促進作用，且與化肥配施效果更佳［5］。堆肥浸提液施用可促進黃瓜地上部生長［6］；施用堆肥浸提液可以改善黃瓜果實品質，對黃瓜地上部生長及葉綠素含量有顯著性促進效果，有效提高黃瓜葉片中氮磷鉀含量，有利于果實中營養(yǎng)物質的積累［7］；葉面噴施浸提液有效促進番茄養(yǎng)分積累與分配，提高作物產(chǎn)量［8］。

蚯蚓堆肥是一種黑色、有自然泥土味的細碎類物質，有良好的孔性和透氣性，還有較高腐殖酸和有機質，以及大量的微生物。噴施蚯蚓堆肥浸提液能顯著提高作物抗病能力，促進作物生長，提高作物干物質量及果實產(chǎn)量，增加果實營養(yǎng)品質［9-10］。蚯蚓堆肥浸提液有利于黑麥草和高羊茅地上部生物量的積累，但會抑制草坪植物的根系生長，利于葉綠素含量的積累，對植物的光合作用和生長有促進作用［11］。

本研究利用蚯蚓堆肥作為浸提原材料，以水為浸提劑，研究有機浸提液對番茄、小白菜、水稻3種不同作物幼苗時期壯苗形成的影響。旨在利用蚯蚓堆肥浸提液替代傳統(tǒng)的無機營養(yǎng)液，這對提高農(nóng)業(yè)廢棄物利用率、促進作物幼苗生長發(fā)育等具有重要意義，可為實現(xiàn)蔬菜優(yōu)質高效有機栽培及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 蚯蚓堆肥浸提液的制備

將風干后的蚯蚓堆肥（牛糞堆制而成）與純水按照1∶10（質量比）的比例浸泡48 h，間歇震蕩，過濾，最后定容配制成質量濃度為2.5%、5%、7.5%、10%的水浸提液，置4℃冰箱待用。

1.2 試驗設計

供試作物為番茄、小白菜和水稻，均設置5個處理：對照（CK，無機營養(yǎng)液）、2.5%V（2.5%蚯蚓堆肥浸提液+無機營養(yǎng)液）、5 % V（5%蚯蚓堆肥浸提液+無機營養(yǎng)液）、7.5%V（7.5%蚯蚓堆肥浸提液+無機營養(yǎng)液）、10%V（10%蚯蚓堆肥浸提液+無機營養(yǎng)液）。

將種子催芽至兩葉一心（3～5 cm）時，選取長勢一致的幼苗移栽于培養(yǎng)杯（可容納1.1 L液體），置于溫室內(nèi)，蚯蚓堆肥浸提液與改良霍格蘭營養(yǎng)液按照1∶1的比例進行混勻，每5 d更換一次營養(yǎng)液，每杯5株幼苗，每個處理4次重復，2018年1月8日進行移植，培育20 d后采樣。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 蚯蚓堆肥浸提液理化性質

蚯蚓堆肥浸提液的養(yǎng)分含量、EC等采用常規(guī)方法測定［12］。

1.3.2 幼苗生長指標

待培養(yǎng)周期結束后，每個培養(yǎng)杯隨機選取3株幼苗，進行生長指標測定。株高：以營養(yǎng)液液面到生長點的高度為準；莖粗（緊靠子葉節(jié)下部）：采用游標卡尺進行測定；相對葉綠素含量（SPAD值），便攜式葉綠素測定儀測定；生物量（鮮重、干重），樣品經(jīng)清水洗凈并用吸水紙吸干水分，1/10 000天平稱鮮重，再在通風干燥箱105℃下殺青30 min，然后在75℃下烘至恒質量后稱干重；幼苗的總根長、根體積、根表面積、根尖數(shù)采用WinRHIZ2003b根系掃描儀分析；壯苗指數(shù)=（莖粗/株高+地下部干重/地上部干重）×全株干重。

1.3.3 幼苗生理指標及測定方法

葉綠素含量，95%乙醇進行浸提，比色法；根系活力，氯化三苯基四氮唑（TTC）法；過氧化氫酶（CAT）活性，紫外吸收法；過氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性，比色法；丙二醛（MDA）含量，雙組分分光光度法［13］。

1.4 統(tǒng)計分析

采用SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，Excel 2007進行圖形繪制。處理間差異顯著性用單因素方差分析法（P＜0.05），平均值多重比較用最小顯著極差法（LSD）。

2 結果與分析

2.1 蚯蚓堆肥浸提液的理化性質

蚯蚓堆肥浸提液中的各營養(yǎng)成分含量對保證幼苗的健康成長有重要作用。從表1可以看出，隨著蚯蚓堆肥浸提液濃度的增加，全氮、全磷、全鉀及全碳各養(yǎng)分含量也呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。

表1 蚯蚓堆肥浸提液的理化性質

2.2 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗生長指標的影響

2.2.1 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗地上部生長的影響

表2可見，添加蚯蚓堆肥浸提液可顯著促進番茄幼苗株高和SPAD值的增加，均以7.5%V處理效果最佳；添加蚯蚓堆肥浸提液增加了番茄幼苗莖粗，但未達到顯著水平。不同濃度蚯蚓堆肥浸提液對小白菜和水稻幼苗地上部生長的影響和番茄一致，添加蚯蚓堆肥浸提液可顯著增加小白菜幼苗株高、莖粗和SPAD，均以7.5%V處理效果最佳。整體來看，添加蚯蚓堆肥浸提液可顯著促進3種幼苗地上部生長。

表2 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗地上部生長指標的影響

2.2.2 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗生物量的影響

添加蚯蚓堆肥浸提液可促進番茄幼苗地上部鮮干重和地下部鮮干重的積累，均以7.5%V處理效果最佳。不同濃度蚯蚓堆肥浸提液對小白菜幼苗的影響和番茄一致，添加蚯蚓堆肥浸提液可顯著促進小白菜幼苗地上部鮮干重和地下部鮮干重的積累，均以7.5%V處理效果最佳；而蚯蚓堆肥浸提液對水稻幼苗地上部鮮干重和地下部鮮干重基本無影響。

2.2.3 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗根系生長的影響

整體來看，添加蚯蚓堆肥浸提液可顯著促進番茄和小白菜幼苗根系生長，而對水稻幼苗根系生長影響不大。對番茄幼苗，添加蚯蚓堆肥浸提液可顯著促進其根長、根表面積和根尖數(shù)增加，番茄幼苗根體積雖有增加，但未達到顯著水平。不同濃度蚯蚓堆肥浸提液對小白菜幼苗根系生長情況影響與番茄一致，所有處理中，均以7.5%V處理效果最佳；而對水稻而言，蚯蚓堆肥浸提液對其幼苗根系生長基本無影響。

表3 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗生物量的影響 （g/株）

表 4 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗根系生長的影響

2.2.4 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗壯苗指數(shù)的影響

由圖1可知，番茄幼苗壯苗指數(shù)以7.5%V處理最高，達到44.32×10-3，最低為處理2.5%V值達26.48×10-3，兩者差異顯著，但7.5%V處理與其余處理（2.5%V除外）無顯著性差異。與對照組相比，蚯蚓堆肥浸提液更有利于小白菜幼苗壯苗的形成，且隨著添加蚯蚓堆肥浸提液濃度的升高，呈先升高后降低的趨勢，以7.5%V處理壯苗指數(shù)最高，達14.93×10-3，與對照組形成顯著性差異。水稻幼苗壯苗指數(shù)各處理間差異不顯著。

2.3 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗生理指標的影響

2.3.1 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗葉綠素含量的影響

整體來看，添加蚯蚓堆肥浸提液可以提高番茄、小白菜和水稻的葉綠素含量，尤其對葉綠素a含量的促進作用更為明顯。添加蚯蚓堆肥浸提液可以顯著增加番茄和水稻幼苗的葉綠素a含量，而對葉綠素b含量無影響。在所有處理中，以7.5%V處理的綜合效果最佳。

圖1 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗壯苗指數(shù)的影響

表5 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗葉綠素含量的影響（mg/g）

2.3.2 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗根系活力的影響

由圖2可知，與對照（純霍格蘭營養(yǎng)液）相比，蚯蚓堆肥浸提液可以不同程度提高3種幼苗的根系活力，而隨著蚯蚓堆肥浸提液濃度的不斷增加，呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。3種幼苗均以處理為7.5%蚯蚓堆肥浸提液的根系活力最大，分別為 615.23、566.24、509.07 μ g/（g·h）。番茄幼苗的根系活力各處理之間無顯著性差異；小白菜幼苗處理7.5%V與其他處理有顯著性差異；水稻幼苗處理7.5%V的根系活力與對照和處理10%V具有顯著性差異，與其余處理差異不顯著。由此可見，添加7.5%V蚯蚓堆肥浸提液更有利于植株根系的生長。

圖2 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗根系活力的影響

2.3.3 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗抗氧化酶活性及丙二醛的影響

從圖3可見，添加蚯蚓堆肥浸提液可提高番茄、小白菜和水稻幼苗的POD活性、SOD活性和CAT活性，并降低MDA含量。對番茄而言，添加蚯蚓堆肥浸提液可提高POD活性，但未達顯著水平，但顯著提高了SOD和CAT活性，均以7.5%V處理效果最佳；添加蚯蚓堆肥浸提液顯著降低了MDA含量，而當浸提液濃度達到10%V時，MDA含量增加。蚯蚓堆肥浸提液對小白菜和水稻幼苗抗氧化酶活性及丙二醛的影響趨勢與番茄一致。添加蚯蚓堆肥浸提液提高番茄、小白菜和水稻幼苗POD、SOD和CAT活性，且降低MDA含量，均以處理7.5%V效果最佳。

3 討論

本試驗研究結果表明，添加蚯蚓堆肥浸提液可促進番茄、小白菜和水稻幼苗的生長發(fā)育，隨著蚯蚓堆肥浸提液濃度的增加呈現(xiàn)先促進、后抑制的趨勢，其中以添加7.5%V處理的蚯蚓堆肥浸提液效果最佳。

良好形態(tài)的建成是保證作物高產(chǎn)的重要因素。徐大兵等研究發(fā)現(xiàn)豬糞堆肥浸提液能明顯改善棉花植株的生長發(fā)育，增加棉花產(chǎn)量［14］；戴國華研究發(fā)現(xiàn)施用新鮮蚯蚓堆肥浸提液能夠促進植物生長，改善黃瓜植株生長狀況，調節(jié)盆栽土壤微生物數(shù)量等，從而一定程度上抑制了黃瓜炭疽病的發(fā)生［15］；雷思勤等研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓提取物對草莓莖粗、近似葉片面積和產(chǎn)量的增加有顯著地促進作用，且與提取物的濃度成正相關性［16］；唐超等研究表明蚯蚓堆肥浸提液顯著增加了黑麥草生物量以及促進了根系的生長［17］；武東波等發(fā)現(xiàn)功能性堆肥及其浸提液促進根系發(fā)育，有利于甜瓜葉面積、莖粗和株高的增加及葉片葉綠素的積累等［18］；李旭試驗結果表明澆灌堆肥浸提液可以提高植株POD、CAT活性，說明堆肥與堆肥浸提液的施用會增強植株生命活動，增強植株自身的抗病性，有利于減少農(nóng)藥的施用［19］。本試驗蚯蚓堆肥浸提液可以提高POD、CAT活性，與前人研究結果一致。

圖3 蚯蚓堆肥浸提液對幼苗抗氧化酶活性及丙二醛的影響

隨著培養(yǎng)液中蚯蚓堆肥浸提液濃度的升高，有機質和氮磷鉀等元素的含量不斷增加，為幼苗的前期生長提供良好的生長環(huán)境和充足的營養(yǎng)物質，可滿足幼苗的生長需求。逆境條件通常先抑制膜保護酶系統(tǒng)的防御功能，其最終產(chǎn)物MDA會對生物膜造成嚴重的損傷［20-21］。POD、SOD、CAT是膜保護酶系統(tǒng)的重要組成部分，協(xié)同作用消除代謝過程中產(chǎn)生的活性氧，避免膜脂過氧化作用及其他傷害過程。本研究表明，隨著堆肥浸提液濃度的升高，三種幼苗的SOD、POD、CAT活性呈上升趨勢，MDA含量呈先降低后升高。當浸提液濃度不斷升高，浸提液中營養(yǎng)元素已經(jīng)較為充足，不再是主要的限制因子，可能是較高的化感物質含量降低了根系生理活性，導致水分和養(yǎng)分吸收和運輸能力降低，整體生物量降低。

4 小結

本研究結果表明，與純霍格蘭營養(yǎng)液相比，添加不同濃度蚯蚓堆肥浸提液對番茄、小白菜及水稻幼苗的地上部生長、物質積累分配、根系生長、壯苗指數(shù)、葉綠素含量、根系活力、抗氧化酶活性等指標均有不同程度提高，以添加濃度為7.5%的蚯蚓堆肥浸提液效果最好。