蚯蚓糞肥在農(nóng)業(yè)生態(tài)應(yīng)用的研究進(jìn)展

陳慕松 范曉暉 鐘魯龍 劉文婷 謝 星 林挺興 薛立云

（1.寧德市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所 福建 福安 355017；2.寧德市蕉城區(qū)柑桔無(wú)檢疫性病蟲母本園種苗繁育場(chǎng) 福安 寧德 352100；3.福安市康厝鄉(xiāng)村振興服務(wù)中心 福建 福安 355017）

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，化肥因其肥效快、增產(chǎn)效果顯著等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用， 它在保障糧食安全方面發(fā)揮著重要作用[1-2]。 但過(guò)度依賴化肥及不合理的施用，不僅不能帶來(lái)糧食產(chǎn)量的持續(xù)增長(zhǎng)，反而會(huì)因肥料利用率的降低而導(dǎo)致資源的浪費(fèi)， 加速耕作土壤質(zhì)量的退化，加大農(nóng)業(yè)面源污染的風(fēng)險(xiǎn)[3]。 隨著人們對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的重視，利用農(nóng)業(yè)廢棄物、畜禽糞便及城市生活廢棄物生產(chǎn)有機(jī)肥得到廣泛關(guān)注[4]，通過(guò)有機(jī)肥替代（配施）化肥措施，減少化肥投入量，可促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源的循環(huán)利用，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展[5]。

蚯蚓（Pheretima）是土壤中重要的動(dòng)物類群，其生物量占據(jù)土壤動(dòng)物生物總量的60%以上， 在生態(tài)系統(tǒng)中為分解者的角色， 是土壤生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，常被作為評(píng)價(jià)土壤健康的重要指標(biāo)[6-8]。 同時(shí)，蚯蚓具有消化能力強(qiáng)、食性廣的特點(diǎn)，可用于處理農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、沼氣廢渣、城市生活垃圾和工業(yè)污泥等有機(jī)廢棄物， 并獲得其排泄產(chǎn)物蚯蚓糞[9]。 研究表明，蚯蚓糞肥富含有機(jī)質(zhì)及多種養(yǎng)分元素，是一種優(yōu)質(zhì)的生物有機(jī)肥，在改善土壤生態(tài)環(huán)境及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有極高的利用潛力[10]。

隨著蚯蚓糞肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)不斷凸顯，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者開(kāi)展了大量有關(guān)于蚯蚓糞肥的試驗(yàn)與應(yīng)用研究，并取得一系列研究成果。 本文作者圍繞國(guó)內(nèi)外關(guān)于蚯蚓糞肥相關(guān)研究報(bào)道， 從蚯蚓糞肥對(duì)土壤理化性狀、 土壤微生物和作物生長(zhǎng)影響等方面進(jìn)行梳理總結(jié)，以期加深大家對(duì)蚯蚓糞肥的了解，促進(jìn)蚯蚓糞肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用， 為推進(jìn)現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供參考。

1 蚯蚓糞肥概述

蚯蚓將可生物降解的有機(jī)廢棄物吞食， 在消化系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)各種微生物和酶的協(xié)同作用下， 通過(guò)腸道轉(zhuǎn)化后排泄而成有機(jī)肥料，被稱為蚯蚓糞，也稱蚯蚓糞肥或蚯蚓堆肥[11]。蚯蚓糞肥一般為黑色或灰褐色的細(xì)碎有機(jī)物料，呈顆粒狀，團(tuán)聚體粒徑以0.5～3.0 mm為主，其物理結(jié)構(gòu)均一，具有良好的孔隙比，具備良好的通氣性和保水性[12]。 蚯蚓糞肥呈中性或偏堿性，是一種兼具調(diào)節(jié)酸性土壤和堿性土壤的土壤調(diào)理劑[13]。同時(shí)，蚯蚓糞肥除含有豐富的有機(jī)質(zhì)外，還含有氮、磷、鉀大量元素及鈣、鎂、鋅、硼等多種中微量元素，能為植物的生長(zhǎng)提供較為全面的養(yǎng)分供應(yīng)[14]。 研究表明， 蚯蚓糞肥中的養(yǎng)分含量與堆肥原材料密切相關(guān)， 且蚯蚓糞肥中的養(yǎng)分含量一般高于相同原材料的普通堆肥產(chǎn)物， 說(shuō)明蚯蚓處理有機(jī)廢棄物可提升其養(yǎng)分含量[15]。蚯蚓堆肥化過(guò)程在蚯蚓的腸道內(nèi)進(jìn)行，溫度一般在10～32℃，在此環(huán)境中大部分細(xì)菌被殺死，有益微生物大量繁殖，使得蚯蚓糞肥不僅富含有機(jī)質(zhì)及各種養(yǎng)分， 還具有相對(duì)穩(wěn)定的有益微生物群落， 因此被認(rèn)為是一種兼具有機(jī)肥和微生物肥效應(yīng)的生物有機(jī)肥[16]。

2 蚯蚓糞肥對(duì)土壤的影響

2.1 蚯蚓糞肥對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

良好的土壤理化性質(zhì)是保障作物生長(zhǎng)的重要基礎(chǔ)條件， 化肥的長(zhǎng)期過(guò)度施用及有機(jī)肥料的忽視將進(jìn)一步加速土壤質(zhì)量退化[17]。蚯蚓糞肥中的多糖作為一種膠結(jié)劑，有利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成；同時(shí)，蚯蚓糞肥中的腐殖質(zhì)也能與土壤中的金屬離子膠結(jié)，促進(jìn)穩(wěn)定團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成。 李彥霈等[18]通過(guò)黃綿土、黑壚土和風(fēng)沙土的土柱培養(yǎng)試驗(yàn)表明，施用3%蚯蚓糞肥可促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成， 增加土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性。 Li 等[19]室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)也證明，施用蚯蚓糞肥能顯著改善土壤微團(tuán)聚體， 增加土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性。程亞倩等[20]在連作煙田開(kāi)展蚯蚓糞肥替代部分化肥大田試驗(yàn)， 結(jié)果表明配施蚯蚓糞肥不僅能增加土壤速效養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量，還能顯著降低土壤容重。游浩宇等[21]的研究表明，在獼猴桃園的黏重土壤中施入蚯蚓糞肥后，顯著降低了土壤容重和緊實(shí)度，明顯改善了土壤的物理結(jié)構(gòu)。 大量研究表明，蚯蚓糞肥的施用可以改善土壤的肥力狀況。周東興等[22]的水稻盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 蚯蚓糞肥配施化肥可在一定范圍內(nèi)顯著提高土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量。趙永鑫等[14]在相同施氮量的條件下， 施用蚯蚓糞肥能顯著增加小白菜栽培土壤中的全氮、速效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)含量。杭瓊等[23]的研究表明，添加5%～10%蚯蚓糞肥可以改善果園30～60 cm 土壤底層的pH，提高土壤有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮、速效磷等養(yǎng)分的含量。

2.2 蚯蚓糞對(duì)土壤微生物群落的影響

土壤微生物與環(huán)境有著密切聯(lián)系， 人為頻繁活動(dòng)改變了土壤環(huán)境， 從而間接影響土壤微生物種群數(shù)量及其活性。 微生物在蚯蚓的消化過(guò)程中扮演著重要的角色， 大部分病原真菌及細(xì)菌會(huì)在通過(guò)蚯蚓消化道時(shí)被殺死[24]。 因此，蚯蚓糞肥作為含有豐富的有益微生物的生物有機(jī)肥， 施入土壤中后可有效地改善土壤中有益微生物種群結(jié)構(gòu)。 譚駿等[25]研究表明， 蚯蚓糞肥能夠增加土壤微生物特有物種數(shù)目和多樣性，提高土壤中的益生菌豐度，對(duì)農(nóng)田土壤的安全利用具有積極影響。 李騰飛等[26]的研究表明，露地辣椒土壤施用蚯蚓糞肥后辣椒根際土壤細(xì)菌數(shù)量和放線菌數(shù)量顯著提高，根際土壤真菌數(shù)量顯著降低。王明友等[27]和賈德新等[28]的研究均表明，施用蚯蚓糞肥相比單施化肥能明顯改善豇豆根際土壤的微生態(tài)環(huán)境，顯著增加根際土壤中細(xì)菌數(shù)、放線菌數(shù)、微生物總量及微生物碳含量。 其他研究者在不同作物土壤中也得出相似的研究結(jié)果，井大煒等[29]與李少杰等[30]分別對(duì)楊樹苗及設(shè)施甜瓜土壤開(kāi)展微生物特性研究，表明施用蚯蚓糞肥有利于微生物繁殖，從而提高土壤中生理菌群數(shù)量。 這主要是因?yàn)轵球炯S肥自身有大量活性微生物， 同時(shí)其富含有機(jī)質(zhì)及各種養(yǎng)分， 可為微生物提供良好的生存環(huán)境和足夠的能源供應(yīng)。

2.3 蚯蚓糞對(duì)土壤重金屬的影響

現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展及對(duì)土壤資源的過(guò)度利用，使得土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，而土壤中重金屬超標(biāo)污染物最終會(huì)通過(guò)食物鏈或直接接觸等途徑危害人們的身體健康。 因此，土壤重金屬的研究一直是土壤生態(tài)環(huán)境研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。 隨著蚯蚓糞肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用， 其施入后對(duì)土壤重金屬影響也受到廣泛的關(guān)注[31]。 一方面，蚯蚓糞肥自身的重金屬含量與蚯蚓堆肥源中重金屬含量、 種類及培養(yǎng)時(shí)間密切相關(guān)， 其自身重金屬含量直接影響施入土壤中的重金屬含量[32]。 王耀等[33]的研究表明，隨污泥蚯蚓糞肥施用量的增加，灘涂鹽堿地土壤中的鎘、銅、鉛和鋅等重金屬活性態(tài)的比例呈上升趨勢(shì)， 同時(shí)玉米植物體內(nèi)的鋅、銅含量也呈上升趨勢(shì)。 另一方面，蚯蚓糞肥施入土壤后， 因其自身特性引發(fā)的各種理化反應(yīng)和土壤中生物的活動(dòng)對(duì)土壤重金屬含量及其形態(tài)會(huì)產(chǎn)生一系列間接影響[34]。蚯蚓糞肥多孔隙結(jié)構(gòu)使得其具備較大吸附力，可以吸附一定比例的重金屬；同時(shí)蚯蚓糞肥中的腐殖質(zhì)含有豐富的酚羥基、羧基、羰基、氨基等多種官能團(tuán)，可與土壤中重金屬發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，從而降低土壤中重金屬的活性[35]。 郭茹等[36]通過(guò)盆栽試驗(yàn)表明，8%～12%蚯蚓糞肥與7.2%生物炭配施，可提高鉛污染土壤鉛的固定比例，降低生菜植物體內(nèi)的鉛含量。 但一些其他研究得出了相反的結(jié)論，認(rèn)為蚯蚓糞肥的施入會(huì)提高土壤重金屬的活性。李揚(yáng)等[37]認(rèn)為蚯蚓糞肥的施用后會(huì)促進(jìn)作物根系分泌一些具有活化重金屬的小分子有機(jī)酸物質(zhì)， 局部降低土壤pH，活化部分重金屬。劉偉等[38]將蚯蚓糞肥作為重金屬修復(fù)劑， 施入土壤后提高了土壤重金屬銅、鎘、鋅和砷的移動(dòng)性，提升了紫花苜蓿金屬富集能力， 從而改善紫花苜蓿修復(fù)重金屬污染農(nóng)田土壤的效果。

3 蚯蚓糞肥對(duì)作物的影響

3.1 蚯蚓糞肥對(duì)作物品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

諸多研究表明，蚯蚓糞肥作為優(yōu)質(zhì)生物有機(jī)肥，能為作物生長(zhǎng)提供較為全面的養(yǎng)分， 同時(shí)通過(guò)改善土壤物理結(jié)構(gòu)，增加土壤微生物的數(shù)量，提高作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，促進(jìn)作物提質(zhì)增產(chǎn)。 因此，蚯蚓糞肥作為基肥被廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物生產(chǎn)。Kumar 等[39]的研究表明， 一定比例的蚯蚓糞肥配施無(wú)機(jī)肥料能提高小麥對(duì)養(yǎng)分的吸收，增加小麥的籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量，同時(shí)提升谷物中的蛋白質(zhì)含量。 另外，生物炭配施蚯蚓糞肥能促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，增加水稻籽粒質(zhì)量，對(duì)水稻增產(chǎn)有積極作用[40]；同時(shí)蚯蚓糞肥能顯著增加水稻籽粒中苯丙氨酸、 蘇氨酸和纈氨酸等氨基酸含量[41]。Bekele 等[42]的研究表明，蚯蚓糞肥配施氮磷無(wú)機(jī)復(fù)合肥能顯著提高花生的產(chǎn)量和種子含油量。王亞利等[43]的研究表明，相較于蔬菜廢棄物的普通堆肥，施用蔬菜廢棄物蚯蚓糞肥可顯著提高雞毛菜的株高和葉面積，并能顯著增加雞毛菜中氮、磷、鉀、鈣和鎂養(yǎng)分元素含量。 此外，另一項(xiàng)研究表明，使用蚯蚓糞肥作為設(shè)施番茄栽培基質(zhì)，能顯著促進(jìn)番茄植株的生長(zhǎng)，提高番茄的株高和坐果率，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，且果實(shí)中的氨基酸、總糖、維生素C 含量和糖酸比均高于傳統(tǒng)土壤栽培模式[44]。蚯蚓糞肥作為追肥同樣可提升作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。龐月等[45]的研究表明，與未追施處理對(duì)比，在雞鴨糞底肥的基礎(chǔ)上追施蚯蚓糞肥， 不僅可增加土壤肥力及土壤中酶活性， 還能顯著提高西瓜的可溶性糖含量、甜度及單瓜產(chǎn)量。

3.2 蚯蚓糞肥對(duì)作物根系的影響

根系不僅為植株地上部提供固定作用， 還是作物從土壤中吸收水分和養(yǎng)分的主要器官， 也是多種激素和有機(jī)酸合成的重要場(chǎng)所，其與作物的產(chǎn)量、品質(zhì)和適應(yīng)性均有密切的關(guān)系[46]。蚯蚓糞肥中含有蚯蚓分泌的生長(zhǎng)素、 細(xì)胞分裂素和赤霉素等植物激素可以促進(jìn)種子萌發(fā)[47]。 因此，蚯蚓糞肥作為基質(zhì)原料被廣泛用于育苗基質(zhì)中。 李博等[48]的研究表明，在葡萄扦插苗基質(zhì)中增加蚯蚓糞肥可促進(jìn)一年生 ‘摩爾多瓦’葡萄扦插苗的根長(zhǎng)、根表面積、根陰影面、根體積及根尖數(shù)等。 黃建全等[49]的研究表明，添加蚯蚓糞肥處理的一年生‘紅寶石無(wú)核’葡萄的根長(zhǎng)、根表面積和根尖數(shù)等指標(biāo)均高于不添加蚯蚓糞肥處理。 田給林等[50]的研究表明，與施加牛糞相比，在滅菌土壤上施用蚯蚓糞肥有利于土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)的恢復(fù)，可緩解草莓的因化感而產(chǎn)生的自毒作用，增加草莓植株根系總長(zhǎng)、根系表面積及根叉數(shù)。 常大麗等[54]的研究表明， 適當(dāng)比例的蚯蚓糞肥替代草炭能夠增加蘋果樹苗地上生物量， 同時(shí)樹苗的根長(zhǎng)、 根表面積、根體積、根尖數(shù)、根干重和根系活力均有增加。Zaller 等[55]的研究表明，適當(dāng)比例的蚯蚓糞肥代替泥炭作為番茄的栽培基質(zhì)可促進(jìn)番茄根系的生長(zhǎng)。 但不意味著蚯蚓糞肥施用得越多越好， 另一項(xiàng)研究表明，添加適量蚯蚓糞肥能顯著促進(jìn)白菜幼苗生物量的增加， 但施用蚯蚓糞肥比例過(guò)高會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)中硝酸鹽含量和電導(dǎo)率的增加，從而抑制幼苗根系生長(zhǎng)[56]。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)， 土地集約化程度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的投入不斷增加，造成土壤酸化、土壤板結(jié)、土壤污染、生物多樣性下降、土傳病害頻發(fā)等土壤健康問(wèn)題不斷突出。 大量研究表明，蚯蚓可生物降解有機(jī)廢料制成堆肥，制備成本低且周期較傳統(tǒng)堆肥短，施入土壤后可為植物提供生長(zhǎng)所需的各種養(yǎng)分，并改良土壤結(jié)構(gòu)， 調(diào)節(jié)土壤微生物菌群并抑制作物土傳病害，不僅能促進(jìn)作物的增產(chǎn)提質(zhì)，還能大幅減少化學(xué)農(nóng)業(yè)投入品的使用，減輕對(duì)環(huán)境的破壞，符合當(dāng)下對(duì)可持續(xù)農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)的要求。 雖然蚯蚓糞肥在諸多試驗(yàn)及應(yīng)用中表現(xiàn)良好， 但依然存在一些問(wèn)題需要進(jìn)一步研究解決， 為此本文作者從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了展望。

（1）不同堆肥原料養(yǎng)殖蚯蚓后獲得的蚯蚓糞肥中的養(yǎng)分含量存在差異，這與蚯蚓品種、飼養(yǎng)環(huán)境等影響因素有關(guān)。 因此，在未來(lái)需要進(jìn)一步確定不同影響因子在蚯蚓糞堆肥過(guò)程中發(fā)揮的作用， 篩選出最佳蚯蚓糞肥生產(chǎn)技術(shù)方案， 促進(jìn)蚯蚓糞肥生產(chǎn)向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；l(fā)展。

（2）蚯蚓糞肥有諸多優(yōu)點(diǎn)，但施用方式、施用量、與其他物料配施比例的不同， 都可能影響蚯蚓糞肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的施用效果。 因此，未來(lái)的蚯蚓糞肥的施用需要根據(jù)不同作物及耕作土壤類型， 有針對(duì)性地制訂最適施用量及最優(yōu)施肥方式， 使蚯蚓糞肥的施用達(dá)到最佳效果。

（3）蚯蚓糞肥在改良重金屬污染土壤方面仍存在部分爭(zhēng)議，主要是因?yàn)轵球炯S肥施入土壤中，部分重金屬元素參與地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程的機(jī)制不夠清晰。因此，未來(lái)需要進(jìn)一步探明重金屬元素的運(yùn)移機(jī)制，趨利避害，保障蚯蚓糞肥的安全施用，使其在改良土壤中發(fā)揮更大作用。