黑水虻蟲(chóng)糞對(duì)水稻生長(zhǎng)及土壤理化性質(zhì)的影響

王小波，吳 翔，郭雪琦，陳移波，王金龍，徐曉燕*

（1 天津農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300384；2 天津農(nóng)墾渤海農(nóng)業(yè)集團(tuán)有限公司，天津 301823）

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，畜禽糞便年產(chǎn)生量大量增加[1]，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年中國(guó)畜禽糞污年產(chǎn)量約38億t[2]。利用黑水虻幼蟲(chóng)轉(zhuǎn)化處理畜禽糞便為畜禽糞便的處理提供了一種經(jīng)濟(jì)、可行的途徑，受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注[3-5]，轉(zhuǎn)化后產(chǎn)出的蟲(chóng)糞為灰褐色、粒狀、無(wú)臭味的有機(jī)肥，含豐富的有機(jī)質(zhì)及有益微生物種群[6-7]，具有較好的肥效。如Kawasaki等[8]研究表明，黑水虻蟲(chóng)糞肥能夠提高小松菜的鮮重，且效果好于家禽糞便、牛糞。吳翔等[9]研究發(fā)現(xiàn)施用黑水虻蟲(chóng)糞提高了番茄28.5%的產(chǎn)量和19.4%的VC含量，效果好于雞糞。

水稻是我國(guó)種植的主要糧食作物之一，水稻總產(chǎn)量達(dá)到我國(guó)糧食總產(chǎn)量的1/3以上[10]。在水稻種植過(guò)程中，有機(jī)肥施用可以促進(jìn)水稻根系生長(zhǎng)，提高水稻對(duì)養(yǎng)分的吸收，提高水稻灌漿能力，促使籽粒

飽滿(mǎn)，從而提高產(chǎn)量[11-12]。陳帥君等[13]、李先等[14]研究表明有機(jī)肥的施用，不僅可以提高水稻產(chǎn)量，而且還能改善稻米的外觀及口感品質(zhì)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)黑水虻蟲(chóng)糞有機(jī)肥應(yīng)用的研究較少，且主要應(yīng)用于番茄、白菜、玉米、黑麥草[15-17]，在水稻種植中的應(yīng)用還少有報(bào)道。采用盆栽試驗(yàn)研究了黑水虻蟲(chóng)糞肥對(duì)水稻生長(zhǎng)及土壤理化性質(zhì)的影響，旨在為黑水虻蟲(chóng)糞的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤為黃棕壤，取自湖北省某水稻田，其基礎(chǔ)理化性質(zhì)為：pH 6.24、EC值415 μS/cm、銨態(tài)氮 70.12 mg/kg、有效磷 12.2 mg/kg、速效鉀 158 mg/kg、有機(jī)質(zhì)65.2 g/kg。將取回來(lái)的土壤風(fēng)干、磨碎、過(guò)1 cm篩，混勻備用。

黑水虻蟲(chóng)糞 (黑水虻轉(zhuǎn)化雞糞所得)，其組分含量：pH 8.3、有機(jī)質(zhì)含量64.0%、全氮2.66%、全磷(P2O5) 5.03%、全鉀 (K2O) 3.80%。蟲(chóng)糞風(fēng)干后備用。

種植作物水稻，品種‘津原E28’。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用盆栽水稻的方法進(jìn)行，設(shè)置不同的蟲(chóng)糞肥施用量，分別為：不施蟲(chóng)糞 (CK)、施用2%蟲(chóng)糞肥 (T1)、4% 蟲(chóng)糞肥 (T2)、6% 蟲(chóng)糞肥 (T3)、8% 蟲(chóng)糞肥 (T4) 5個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。取干凈塑料桶 (直徑 35 cm、高 27 cm) 裝入 10 kg 風(fēng)干土，按照不同處理的重量百分比添加蟲(chóng)糞攪拌均勻。2018年5月16日選取生長(zhǎng)一致的水稻苗移入塑料桶中，每桶7棵苗。將塑料桶隨機(jī)排列置于遮陰網(wǎng)室內(nèi)，整個(gè)種植期間，土面保持3～5 cm的水層，進(jìn)行常規(guī)管理，2018年10月26日收獲。2019年相同的時(shí)間在原處理的土壤上進(jìn)行水稻連作試驗(yàn)，整個(gè)水稻種植期間不施用任何肥料，其他同2018年。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

兩年中分別在水稻插秧后的60、90、120天測(cè)定株高，在水稻插秧后的分蘗期～拔節(jié)期 (45天)，取出3株水稻，采用氮藍(lán)四唑光化還原法測(cè)定葉片的超氧化物歧化酶 (SOD) 活性，愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過(guò)氧化物酶 (POD) 活性，紫外吸收法測(cè)定過(guò)氧化氫酶(CAT) 活性[18]。收獲水稻后曬干，人工脫粒，測(cè)定稻米產(chǎn)量以及氮、磷、鉀含量[19]。

水稻收獲后，倒出土壤混勻后，采用四分法取約500 g土壤樣品，風(fēng)干后過(guò)1和0.25 mm篩，備用。土壤pH采用水土比2.5∶1提取，pH計(jì)測(cè)定；電導(dǎo)率采用5∶1水土比提取，電導(dǎo)法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；銨態(tài)氮采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定；有效磷采用碳酸氫鈉提取鉬藍(lán)比色法測(cè)定；速效鉀采用乙酸銨提取火焰光度計(jì)法測(cè)定[19]。脲酶活性采用苯酚鈉比色法測(cè)定；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定；蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定；過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定[20]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算、作圖采用Excel 2016軟件完成，顯著性差異分析采用 SPSS 17. 0 (P< 0. 05)完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 蟲(chóng)糞肥對(duì)水稻株高的影響

從圖1可以看出，在2018年插秧后60天時(shí)，TI和T2處理的水稻株高與CK相比較無(wú)顯著差異，T3和T4處理的水稻株高較CK降低10.8%和24.2%。插秧后90天時(shí)，T1處理的株高較CK提高了5.2%，T3和T4處理的株高與CK相比較，分別降低了5.2%和17.4%。插秧后120天時(shí)，T1和T3處理的水稻株高與CK之間無(wú)顯著差異，T2處理最高，較CK提高了5.8%，T4處理水稻株高最低，比CK降低了8.0%。說(shuō)明適量的施肥可促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)，而過(guò)量施肥會(huì)抑制水稻的生長(zhǎng)。

圖1 不同用量蟲(chóng)糞肥處理的水稻株高Fig. 1 Plant height of rice of the treatments with different amounts of insect frass

2019年時(shí)，施用蟲(chóng)糞肥各處理顯著提高了水稻的株高。插秧后60天時(shí)，T1、T2、T3和T4處理均提高了水稻株高，其中T3處理的株高最高，比CK提高了31.9%。插秧后90天時(shí)，與CK相比較，T1、T2、T3和T4處理水稻株高分別提高了11.0%、20.0%、27.9%和31.8%。插秧后120天時(shí)，施蟲(chóng)糞處理水稻株高提高了11.5%～33.5%，各蟲(chóng)糞處理間，T3和T4株高顯著高于T2，T2顯著高于T1。說(shuō)明蟲(chóng)糞有機(jī)肥的后續(xù)肥效較大。

2.2 蟲(chóng)糞肥對(duì)稻米產(chǎn)量的影響

從圖2可知，在2018年時(shí)，除T4外，施蟲(chóng)糞肥處理提高了水稻產(chǎn)量19.9%～43.7%，其中T2處理的稻米產(chǎn)量最高，T1、T3次之，而T4處理降低了稻米產(chǎn)量20.0%。2019年，各處理稻米產(chǎn)量隨著蟲(chóng)糞肥施用量增加而提高，較CK增產(chǎn)了33.9%～195.5%。兩年中，2019年T3和T4處理的稻米產(chǎn)量較2018年分別提高了85.3%和214.7%。說(shuō)明合理的施用蟲(chóng)糞有機(jī)肥可以提高當(dāng)季和后茬水稻的產(chǎn)量，但過(guò)量施用會(huì)降低當(dāng)季水稻的產(chǎn)量。

圖2 不同用量蟲(chóng)糞肥處理的稻米產(chǎn)量Fig. 2 Rice yield of the treatments with different amounts of insect frass

2.3 蟲(chóng)糞肥對(duì)水稻葉片酶活性的影響

由表1可見(jiàn)，蟲(chóng)糞肥的施用提高了水稻葉片酶的活性。隨著蟲(chóng)糞施用量的增加水稻葉片的SOD活性提高，在2018、2019年中都是T4處理的SOD活性最高，較CK分別提高了29.2%和45.2%，同時(shí)也顯著高于其它蟲(chóng)糞肥處理。POD活性，在2018年各蟲(chóng)糞肥處理間沒(méi)有顯著差異，2019年T4處理顯著高于其它處理。CAT活性，在2018年T2處理最高，且顯著高于T1、T4處理，2019年T3、T4處理顯著高于其它處理。

表1 2018和2019年不同用量蟲(chóng)糞肥處理水稻葉片酶活性 (U/g, FW)Table 1 Enzymes activity in rice leaves under the treatments with different amounts of insect frass in 2018 and 2019

2.4 蟲(chóng)糞肥對(duì)稻米中氮磷鉀含量的影響

由表2可見(jiàn)，稻米中氮磷鉀含量隨著蟲(chóng)糞肥施用量的增加而提高。T2、T3、T4處理稻米的氮含量?jī)赡甓硷@著高于T1、CK處理，T1和CK處理間沒(méi)有顯著差異。T2、T3、T4處理稻米的磷含量在2018年顯著高于T1、CK處理，在2019年T4處理稻米的磷含量顯著高于T1、T3，T1、T3顯著高于CK。2018年各處理稻米鉀含量沒(méi)有顯著差異，2019年T3、T4處理稻米鉀含量顯著高于CK、T1、T2處理。

表2 2018和2019年不同用量蟲(chóng)糞肥處理稻米中氮磷鉀含量 (%)Table 2 NPK content in rice under the treatments with different amounts of insect frass in 2018 and 2019

2.5 蟲(chóng)糞肥對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

表3表明，隨著蟲(chóng)糞施用量的增加，顯著提高了土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量、EC值、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量。土壤pH兩年中分別由6.46、6.51提升到7.13、7.14。有機(jī)質(zhì)含量提高了7.1%～32.5%，EC值提高了13.6%～99.9%，銨態(tài)氮含量提高了25.2%～195.4%，有效磷含量提高了45.7%～312.0%，速效鉀含量提高了1.7～20.1倍。說(shuō)明蟲(chóng)糞肥的施用可以顯著提高土壤肥力。

表3 2018和2019年不同用量蟲(chóng)糞處理的土壤理化性質(zhì)Table 3 soil physical and chemical properties under the treatments with different amounts of insect frass in 2018 and 2019

2.6 蟲(chóng)糞肥對(duì)土壤酶活性的影響

圖3結(jié)果顯示，蟲(chóng)糞肥提高了13.1%～109.5%的脲酶活性，提高了14.5%～45.4%的磷酸酶活性，提高了25.2%～286.5%的蔗糖酶活性，對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性沒(méi)有顯著影響。不同用量蟲(chóng)糞肥處理，T4處理的脲酶、蔗糖酶活性都顯著高于其它處理，T1、T2、T3處理的脲酶活性?xún)赡曛卸紱](méi)有顯著差異，而T1、T2、T3處理的蔗糖酶活性隨蟲(chóng)糞肥施用量增加而顯著提高。T3、T4的磷酸酶活性顯著高于T1處理，而T3、T4間沒(méi)有顯著差異。

2.7 指標(biāo)的相關(guān)性分析

由表4可知，除產(chǎn)量和葉片POD活性外各指標(biāo)與有機(jī)質(zhì)含量都呈極顯著的正相關(guān)，說(shuō)明蟲(chóng)糞肥施用在提高土壤有機(jī)質(zhì)含量的同時(shí)也提高了土壤養(yǎng)分、土壤、植物的酶活性。而產(chǎn)量與土壤磷酸酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶活性，葉片SOD、CAT酶活性呈顯著正相關(guān)。土壤酶活性和植物葉片的酶 (除POD) 活性與土壤有機(jī)質(zhì)、土壤速效養(yǎng)分含量呈顯著正相關(guān)。

圖3 2018和2019年不同用量蟲(chóng)糞肥處理土壤酶活性Fig. 3 Soil enzyme activities under the treatments with different amounts of insect frass in 2018 and 2019

表4 各指標(biāo)間的相關(guān)性分析 (r)Table 4 Correlation analysis of each index

3 討論

黑水虻蟲(chóng)糞有機(jī)肥為一種新型的有機(jī)肥，不僅含有多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還含有多種微生物、酶和活性物質(zhì)[6-7]。本研究采用的蟲(chóng)糞肥為黑水虻轉(zhuǎn)化雞糞所得，其有機(jī)質(zhì)含量高達(dá)64.0%，養(yǎng)分 (N+P2O5+K2O)含量達(dá)11.5%，有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量都遠(yuǎn)高于我國(guó)商品有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn) (有機(jī)質(zhì) ≥ 45%，N+P2O5+K2O ≥ 5%)。黑水虻蟲(chóng)糞肥中的養(yǎng)分含量高，而且大多是以有機(jī)結(jié)合態(tài)存在，隨礦化過(guò)程而釋放，提高土壤速效養(yǎng)分緩沖容量，減少損失，所以對(duì)土壤肥力影響時(shí)間更長(zhǎng)[21]，更有利于作物對(duì)養(yǎng)分的充分利用。本試驗(yàn)中施用蟲(chóng)糞肥種植兩季水稻，水稻產(chǎn)量增加19.9%～195.5%，土壤有機(jī)質(zhì)含量提高7.1%～32.5%，銨態(tài)氮含量提高了25.2%～195.4%，有效磷含量提高了45.7%～312.0%，速效鉀含量提高了1.7～20.1倍。其他學(xué)者對(duì)有機(jī)肥的研究也有相似的結(jié)果，如李其勝等[22]研究表明有機(jī)肥施用后連續(xù)兩年的種植中，有機(jī)肥處理提高了10.06%～19.39%作物的產(chǎn)量，提高了4.17%～25.73%土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和速效磷含量。曹云等[23]研究也表明，堆肥施用后兩年內(nèi)都提高了土壤的有機(jī)碳和礦質(zhì)養(yǎng)分含量，但增加的幅度都小于該蟲(chóng)糞有機(jī)肥。黑水虻蟲(chóng)糞磷 (5.03%)、鉀(3.08%) 含量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)糞肥，對(duì)土壤速效磷、有效鉀的提升效果非常顯著。可能因土壤對(duì)進(jìn)入的PO43?的吸附固定，使土壤速效鉀的增加效果好于磷。所以黑水虻蟲(chóng)糞的施用可為喜鉀作物提供更豐富的鉀素供應(yīng)，并提高作物的品質(zhì)。黑水虻蟲(chóng)糞中高的有機(jī)碳和礦質(zhì)養(yǎng)分含量可為土壤中的微生物提供更多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)其生長(zhǎng)繁殖，從而改善土壤的生物環(huán)境。同時(shí)畜禽糞便在經(jīng)過(guò)黑水虻過(guò)腹轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，受蟲(chóng)體腸道微生物影響，蟲(chóng)糞中有益微生物種群更豐富[7]，更有利于加強(qiáng)酶促反應(yīng)進(jìn)行，從而提高土壤酶活性[24-26]。本研究中，施用蟲(chóng)糞有機(jī)肥后，土壤中除過(guò)氧化氫酶活性在兩年內(nèi)無(wú)顯著變化外，脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性均有不同程度的提高，并且隨著蟲(chóng)糞肥施用量的增加而升高。前人對(duì)于不同有機(jī)肥的研究也有相似的結(jié)論，如郭鵬飛等[27]通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn)表明，施用牛糞、豬糞、沼渣有機(jī)肥能提高土壤中的脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶活性；田小明等[28]研究表明，連續(xù)施用生物有機(jī)肥3年后，顯著提高了土壤中脲酶、蛋白酶、過(guò)氧化氫酶活性，但是對(duì)土壤中多酚氧化酶、蔗糖酶的活性影響不大。施用有機(jī)肥對(duì)土壤酶活性有促進(jìn)作用，但不同酶活性變化趨勢(shì)卻不一定相同，這可能是受到肥料類(lèi)型、土壤類(lèi)型以及環(huán)境條件等綜合因素的影響。

蟲(chóng)糞肥的施用提高了土壤酶活性和土壤養(yǎng)分含量，促進(jìn)水稻器官的后期發(fā)育，提高水稻干物質(zhì)的積累和結(jié)實(shí)率，尤其是可以提高抽穗期后的光合作用，提高水稻灌漿能力，促使籽粒飽滿(mǎn)，從而提高產(chǎn)量[12]。本試驗(yàn)在第二年的水稻種植中，隨著蟲(chóng)糞使用量的增加產(chǎn)量增加，8%蟲(chóng)糞處理的水稻產(chǎn)量最高，而在第一年的種植中施用4%蟲(chóng)糞的水稻產(chǎn)量最高，6%、8%蟲(chóng)糞施用量處理產(chǎn)量反而降低，尤其8%處理產(chǎn)量顯著低于對(duì)照不施肥處理?？赡茉诘谝荒晔┯脮r(shí)，8%蟲(chóng)糞的施用量過(guò)大，蟲(chóng)糞在土壤中厭氧發(fā)酵產(chǎn)生了甲烷、氨氣等有害氣體，同時(shí)消耗土壤中的氧氣，抑制了作物的生長(zhǎng)發(fā)育，造成作物產(chǎn)量的降低。也可能由于有機(jī)肥施用過(guò)量造成土壤養(yǎng)分過(guò)量，產(chǎn)量反而下降。如陳琨等[29]的研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥施用量超過(guò)4500 kg/hm2時(shí)，水稻產(chǎn)量隨有機(jī)肥施用量的增加而降低。Deng等[30]的研究表明，在氮肥施用量超過(guò)N 250 kg/hm2時(shí)，水稻產(chǎn)量隨氮肥施用量增加而降低。到第二年隨著蟲(chóng)糞的充分腐熟和養(yǎng)分含量的降低，6%、8%蟲(chóng)糞施用量處理水稻的產(chǎn)量顯著高于其他處理，同時(shí)也高于第一年的產(chǎn)量。第二年蟲(chóng)糞肥處理產(chǎn)量都高于不施肥處理，說(shuō)明蟲(chóng)糞肥具有顯著的后續(xù)肥效，在第二年中還能夠?yàn)樗旧L(zhǎng)提供足夠的養(yǎng)分。

4 結(jié)論

黑水虻蟲(chóng)糞肥的施用提高了土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀養(yǎng)分含量和土壤酶活性，合理的施用量能促進(jìn)當(dāng)季和后茬水稻生長(zhǎng)，提高水稻產(chǎn)量和稻米養(yǎng)分含量。黑水虻蟲(chóng)糞作為一種新型有機(jī)肥料，具有廣闊的應(yīng)用潛力。