蚯蚓糞對(duì)水稻生長(zhǎng)及根際和非根際土壤養(yǎng)分的影響

莫天津 徐會(huì)娟

摘要? ［目的］通過把滅菌蚯蚓糞和未滅菌蚯蚓糞施入水田作基肥，探究蚯蚓糞中微生物對(duì)水稻產(chǎn)量的影響。［方法］把滅菌蚯蚓糞和未滅菌蚯蚓糞通過氮、磷含量換算替代30%化肥作為基肥，設(shè)置4個(gè)處理（滅菌蚯蚓糞30%替代化肥+70%化肥、未滅菌蚯蚓糞30%替代化肥+70%化肥、100%化肥、不施肥），分析滅菌蚯蚓糞替代30%化肥對(duì)水稻產(chǎn)量及根際、非根際土壤有機(jī)質(zhì)、pH、有效磷、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的影響。［結(jié)果］施用未滅菌蚯蚓糞替代30%化肥處理的水稻秸稈產(chǎn)量最大為（87.99±2.21） kg/hm2；施用蚯蚓糞替代部分化肥整體上可以改良酸性土壤的pH，施用化肥會(huì)加強(qiáng)酸性土壤的酸性，根際土的pH略低于非根際土；施用蚯蚓糞可以提高土壤全氮、全磷、全鉀含量，其中根際土養(yǎng)分含量高于非根際土；蚯蚓糞+70%化肥增加有機(jī)質(zhì)最多，根際土有機(jī)質(zhì)含量比非根際土有機(jī)質(zhì)含量多。［結(jié)論］施用蚯蚓糞替代30%可以提高水稻產(chǎn)量，提高根際土和非根際土的全氮、全磷、全鉀含量，改善土壤pH，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，蚯蚓糞中的微生物對(duì)水稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量具有促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞? 滅菌蚯蚓糞；蚯蚓糞；有機(jī)肥替代；水稻

中圖分類號(hào)? S511? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? A? 文章編號(hào)? 0517-6611（2024）05-0166-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.05.040

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effects of Earthworm Manure on Rice Growth and Rhizosphere and Non-rhizosphere Soil Nutrients

MO Tian-jin1，XU Hui-juan2

（1.College of Nature Resources and Environment，South China Agricultural University/Key Laboratory of Farmland Conservation in South China， Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Guangzhou，Guangdong 510642;2.College of Nature Resources and Environment， South China Agricultural University/Key Laboratory of Land Use and Improvement in Guangdong Province， Guangzhou， Guangdong 510642）

Abstract? ［Objective］To study the effects of microorganisms in worm droppings on rice yield by applying inactivated and inactivated worm droppings to paddy field as base fertilizer.［Method］Sterilized and unsterilized vermicast were converted by nitrogen and phosphorus contents to replace 30% fertilizer as base fertilizer.Four treatments were set up（sterilized vermicast 30% instead of fertilizer +70% fertilizer，unsterilized vermicast 30% instead of fertilizer +70% fertilizer，100% fertilizer and no fertilizer）.The effects of sterilized earthworm manure replacing 30% fertilizer on rice yield，rhizosphere non-rhizosphere soil organic matter，pH，available phosphorus，nitrate nitrogen and ammonium nitrogen were analyzed.［Result］The maximum weight of rice straw was （87.99±2.21） kg/hm2 when unsterilized earthworm manure was applied instead of 30% fertilizer.Applying vermicompost instead of fertilizer could improve the pH of acidic soil on the whole.Applying fertilizer could strengthen the acidity of acidic soil.The pH of rhizosphere soil was slightly lower than that of non-rhizosphere soil.Application of earthworm manure could increase the content of total nitrogen，total phosphorus and total potassium in soil，and the nutrient content of rhizosphere soil was higher than that of non-rhizosphere soil.Earthworm manure +70% fertilizer increased organic matter most，and the content of organic matter in rhizosphere soil was higher than that in non-rhizosphere soil.［Conclusion］Application of earthworm manure replacement by 30% could increase rice yield，increase total nitrogen，total phosphorus and total potassium content in rhizosphere soil and non-rhizosphere soil，improve soil pH and soil organic matter.Microorganisms in earthworm manure can promote rice growth and yield.

Key words? Sterilized vermicompost;Earthworm droppings;Organic fertilizer replacement;Rice

基金項(xiàng)目? 國(guó)家自然科學(xué)基金重大集成項(xiàng)目（U1901601）;國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41877063）。

作者簡(jiǎn)介? 莫天津（1997—），男，貴州遵義人，碩士研究生，研究方向：畜禽糞便資源化利用。*通信作者，副教授，博士，從事蚯蚓對(duì)土壤和堆肥基質(zhì)中污染物和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的調(diào)控研究。

收稿日期? 2023-03-03；修回日期? 2023-03-27

常見的蚯蚓糞肥的制備方式是采用有機(jī)廢棄物為原料，將堆肥處理與生物處理相結(jié)合，有機(jī)廢棄物被蚯蚓吞食，在蚯蚓體內(nèi)微生物的作用下進(jìn)行消化降解，將有機(jī)廢棄物降解為可利用的再生物，進(jìn)行有機(jī)廢棄物的再利用以蚯蚓糞的形式［1］。近年來，蚯蚓糞肥在我國(guó)的利用廣泛，由于《國(guó)家質(zhì)量興農(nóng)戰(zhàn)略規(guī)劃（2018—2022 年）》這個(gè)規(guī)劃的提出，以及大家對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提升和對(duì)糧食安全和土壤安全的重視，提倡大幅減少化肥的施用，增加有機(jī)肥的施用量［2］。有學(xué)者通過田間試驗(yàn)表明，水稻使用蚯蚓糞有機(jī)肥比常規(guī)施肥處理增產(chǎn)明顯，與對(duì)照處理增產(chǎn)效果差異均達(dá)極顯著水平，尤其是減少5%常規(guī)施肥2 250 kg/hm2蚯蚓糞處理，可以獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益［3］。董林林等［4］通過生物質(zhì)碳配施蚯蚓糞得出生物質(zhì)碳配施蚯蚓糞促進(jìn)了水稻生長(zhǎng)，有利于提高化學(xué)元素利用率，是培肥中低產(chǎn)田、提高作物產(chǎn)量和養(yǎng)分利用率的有效措施。顧建芹等［5］研究表明，在基肥中施用蚯蚓糞有機(jī)肥，可減少施肥次數(shù)1～2次，降低化學(xué)純氮用量35.5%～69.1%，水稻增產(chǎn)提高2.5%～7.8%。因此，筆者以滅菌蚯蚓糞、未滅菌蚯蚓糞替代30%化肥進(jìn)行水稻大田試驗(yàn)，通過對(duì)水稻產(chǎn)量及根際非根際土壤氮磷鉀含量進(jìn)行分析，研究蚯蚓糞中微生物對(duì)蚯蚓糞肥效的影響，從而為蚯蚓糞進(jìn)行種養(yǎng)循環(huán)提供參考。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)材料

蚯蚓糞由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)中施農(nóng)泰蚯蚓養(yǎng)殖基地提供，蚯蚓糞由牛糞粗渣、加多寶藥材渣預(yù)堆肥后經(jīng)過蚯蚓生物處理而成，其全氮含量為（0.23±0.03） g/kg，總磷含量為（0.11±0.02） g/kg，總鉀含量為（0.21±0.01） g/kg；滅活蚯蚓糞經(jīng)過紫外線處理滅菌。水稻選用粵禾絲苗品種。

1.2? 試驗(yàn)地概況

大田試驗(yàn)地點(diǎn)為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)增城白水寨萬果小鎮(zhèn)試驗(yàn)田（113.784E，23.55N），試驗(yàn)田為建筑材料堆積清理后稻田，含大量沙石，土壤貧瘠。

1.3? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用滅菌蚯蚓糞、未滅菌蚯蚓糞、化肥3種肥料，于2021年4月進(jìn)行蚯蚓糞大田試驗(yàn)，并設(shè)置以下4個(gè)處理，滅菌蚯蚓糞30%替代化肥+70%化肥、未滅菌蚯蚓糞30%替代化肥+70%化肥、100%化肥、不施肥，3個(gè)重復(fù)，共計(jì)12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積12 m2。

1.4? 樣品采集與分析

（1）土壤樣品采集。非根際土采樣采用多點(diǎn)采集法（10～15個(gè)樣點(diǎn)），采集試驗(yàn)田塊0～20 cm耕層土壤的基礎(chǔ)樣品，用抖根法收集根際土，挖出帶土的水稻植株，輕輕抖落植株根系上的較大顆粒土，再用細(xì)毛刷將黏附在須根上的根際土收集至無菌自封塑料袋中，同時(shí)收取等量的非根際土。將土壤置于室外自然風(fēng)干，然后去除雜質(zhì)，研磨后分別過1.00和0.25 mm 篩，用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)。

（2）水稻秸稈產(chǎn)量。采用人工全區(qū)收獲，現(xiàn)場(chǎng)記錄各處理收獲稻谷產(chǎn)量、水稻秸稈產(chǎn)量，并取樣測(cè)定籽粒水分含量、含雜率。

1.5? 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與作圖，采用SPSS 17.0軟件對(duì)不同處理之間的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性差異分析（P<0.05）。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 蚯蚓糞對(duì)水稻秸稈的影響

由圖1可知，施用未滅菌蚯蚓糞替代30%化肥處理的水稻秸稈產(chǎn)量最大為（87.99±2.21）kg/hm2，其次是滅菌蚯蚓糞替代30%化肥為（77.22±8.17）kg/hm2。施用未滅菌蚯蚓糞替代30%化肥處理的水稻秸稈產(chǎn)量比化肥施肥處理的水稻秸稈產(chǎn)量增重15%，施用滅菌蚯蚓糞替代30%化肥處理的水稻秸稈產(chǎn)量和化肥施肥處理的水稻秸稈產(chǎn)量無顯著差異。

2.2? 蚯蚓糞對(duì)水稻籽粒產(chǎn)量的影響

由圖2可知，施用化肥處理的籽粒產(chǎn)量最大為（26.17±2.81） kg/hm2，其次為未滅菌蚯蚓糞替代30%化肥為（25.35±2.38） kg/hm2。未滅菌蚯蚓糞替代30%化肥處理的籽粒產(chǎn)量和化肥施肥處理的籽粒產(chǎn)量無顯著差異，但它們與施用滅菌蚯蚓糞處理的籽粒產(chǎn)量差異顯著（P＜0.05），且施用未滅菌蚯蚓糞處理的籽粒產(chǎn)量比施用滅菌蚯蚓糞處理的籽粒產(chǎn)量增加18%。表明未滅菌蚯蚓糞中的有益微生物有促進(jìn)水稻籽粒增產(chǎn)的作用，其效果和全量施用化肥無差異，施用滅菌蚯蚓糞替代部分化肥處理的籽粒產(chǎn)量和不施肥處理的籽粒產(chǎn)量差異顯著，說明滅菌蚯蚓糞中的有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量促進(jìn)水稻籽粒的增產(chǎn)。在收獲時(shí)施用未滅菌蚯蚓糞替代30%化肥處理小區(qū)水稻秸稈長(zhǎng)勢(shì)明顯更好，秸稈和稻葉比其他處理綠。

2.3? 施用蚯蚓糞對(duì)根際、非根際土壤理化性質(zhì)的影響

2.3.1? 施用蚯蚓糞對(duì)水稻根際、非根際土壤pH的影響。

試驗(yàn)開始前測(cè)得土壤pH為5.35±0.12。由圖3可知，施用未滅菌蚯蚓糞替代30%化肥的小區(qū)根際土、非根際土pH上升最多，其中根際土pH為5.91±0.01、非根際土pH為6.15±0.01；施用滅菌蚯蚓糞替代30%化肥小區(qū)土壤根際土、非根際土pH分別為5.62±0.02、5.86±0.01；施用化肥小區(qū)土壤根際土、非根際土pH分別為5.32±0.01、5.36±0.02；不施肥小區(qū)土壤根際土、非根際土pH分別為5.43±0.02、5.53±0.01；施用化肥處理和未滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理pH有顯著差異，未滅菌蚯蚓糞+70%化肥和滅菌蚯蚓糞+70%化肥無顯著差異，滅菌蚯蚓糞+70%化肥和不施肥有顯著差異（P＜0.05）。表明施用蚯蚓糞替代部分化肥整體上可以改良酸性土壤的pH，施用化肥會(huì)加強(qiáng)酸性土壤的酸性，根際土的pH略低于非根際土。

2.3.2? 施用蚯蚓糞對(duì)水稻根際、非根際土壤全氮、全磷和有效鉀的影響。

由圖4可知，根際土中全氮含量最高的是未滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理，為（1.78±0.04） g/kg，其次是化肥處理1.65 g/kg，但無顯著差異；非根際土中全氮含量最高的是未滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理為（1.62±0.03） g/kg，其次是化肥處理（1.58±0.05）g/kg，它們之間無顯著差異。根際土中全磷含量最高的是未滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理為（0.92±0.04） g/kg，其次是滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理為（0.85±0.02） g/kg，它們之間無顯著差異；非根際土中全磷含量最高的是未滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理為（0.84±0.03） g/kg，其次是化肥處理為（0.81±0.04） g/kg，它們之間無顯著差異。根際土中全鉀含量最高的是未滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理為（1.38±0.08） g/kg，其次是化肥處理為（1.28±0.08） g/kg，它們之間無顯著差異；非根際土中全鉀含量最高的是未滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理為（1.23±0.09） g/kg，其次是化肥處理為（1.12±0.08） g/kg。表明施用蚯蚓糞可以提高土壤全氮、全磷、全鉀含量，其中根際土養(yǎng)分含量高于非根際土，未滅菌蚯蚓糞+70%化肥比滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理對(duì)土壤中全氮、全磷、全鉀含量提高更多，根際土全氮、全磷、全鉀含量比非根際土全氮、全磷、全鉀含量高。

2.3.3? 施用蚯蚓糞對(duì)水稻根際、非根際土壤有機(jī)質(zhì)的影響。

由圖5可知，根際土中有機(jī)質(zhì)含量最高的是未滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理為（18.22±1.72） g/kg，其次是施用化肥處理為（17.89±1.11） g/kg；非根際土中有機(jī)質(zhì)含量最高的是未滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理為（16.69±1.55） g/kg，其次是化學(xué)施肥處理為（16.26±1.87） g/kg，且兩者間無顯著差異。表明施用蚯蚓糞可以增加土壤中的有機(jī)質(zhì)，未滅菌蚯蚓糞+70%化肥比滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理使土壤有機(jī)質(zhì)含量提高更多，根際土有機(jī)質(zhì)含量比非根際土有機(jī)質(zhì)含量高。

3? 討論

將蚯蚓糞施入水田土壤會(huì)使土壤有機(jī)質(zhì)含量提高，對(duì)種植作物有明顯的增產(chǎn)效果［6］。施用生物有機(jī)肥比施用化肥處理能夠增加種植作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，有機(jī)肥中的微生物促進(jìn)水稻無機(jī)溶解菌和有機(jī)磷分解數(shù)量以及磷酸酶和脲酶的活性，同時(shí)對(duì)水稻根際土壤磷轉(zhuǎn)化速率有明顯的提高，從而加速了土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化［7］。該研究通過施用滅菌蚯蚓糞和蚯蚓糞有機(jī)肥，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在蚯蚓糞替代30%化肥早稻秸稈產(chǎn)量（87.99±5.43）kg/hm2，滅菌蚯蚓糞替代30%化肥為（77.22±8.17）kg/hm2，施用化肥（74.87±6.78）kg/hm2。施用未滅菌蚯蚓糞替代30%化肥處理的水稻秸稈產(chǎn)量比化肥施肥處理的水稻秸稈產(chǎn)量增加15%。該研究結(jié)果與前人研究結(jié)果一致，劉洋［3］研究表明水稻施用未滅菌蚯蚓糞有機(jī)肥比常規(guī)施用化肥處理增產(chǎn)明顯，比對(duì)照處理增產(chǎn)效果差異均達(dá)極顯著水平。譚駿等［8］研究表明未滅菌蚯蚓糞有機(jī)肥能夠增加土壤微生物持有物種數(shù)目，并提高益生菌豐度，對(duì)農(nóng)田土壤的安全利用產(chǎn)生了積極影響。李楊等［9］通過蚯蚓糞生物有機(jī)肥在水稻上的應(yīng)用效果試驗(yàn)表明，水稻常規(guī)基肥用量減少15%，用15%的蚯蚓糞代替，不影響水稻的返青分蘗，產(chǎn)量與常規(guī)施肥相當(dāng)或略有增產(chǎn)，可節(jié)約化肥用量37.5 kg/hm2，改善土壤質(zhì)量。

施用未滅菌蚯蚓糞替代30%化肥的小區(qū)根際土pH為5.91±0.01，非根際土pH為6.15±0.01；施用滅菌蚯蚓糞替代30%化肥小區(qū)土壤根際土pH為5.62±0.02，非根際土pH為5.86±0.01；施用化肥小區(qū)土壤根際土、非根際土pH分別為5.32±0.01、5.36±0.02。該研究中化肥處理降低了根際土和非根際土的pH，這是因?yàn)榛蕰?huì)大量提高土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，植株吸收銨態(tài)氮的過程會(huì)釋放H+，導(dǎo)致土壤發(fā)生酸化［10］。而施用蚯蚓糞替代30%化肥和滅菌蚯蚓糞替代30%化肥能夠提高根際土和非根際土的pH。這與趙牧秋等［11］研究結(jié)果一致。

根際土中全氮含量最高的是蚯蚓糞+70%化肥處理為（1.78±0.04） g/kg，其次是化肥處理1.65 g/kg；非根際土中全氮含量最高的是蚯蚓糞+70%化肥處理，為（1.62±0.03） g/kg，其次是化肥處理（1.58±0.05）g/kg。根際土中全磷含量最高的是蚯蚓糞+70%化肥處理，為（0.92±0.04） g/kg，其次是滅菌蚯蚓糞+70%化肥，為（0.85±0.02） g/kg。非根際土中全磷含量最高的是蚯蚓糞+70%化肥處理為（0.84±0.03） g/kg，其次是化肥處理為（0.81±0.04） g/kg。根際土中全鉀含量最高的是未滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理，為（1.38±0.08） g/kg，其次是化肥處理，為（1.28±0.08） g/kg。非根際土全鉀含量最高的是未滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理，為（1.23±0.09） g/kg，其次是化肥處理，為（1.12±0.08） g/kg。表明施用蚯蚓糞可以提高土壤全氮、全磷、全鉀含量，其中根際土養(yǎng)分含量高于非根際土，蚯蚓糞+70%化肥比滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理增加全氮、全磷、全鉀含量多，根際土全氮、全磷、全鉀含量比非根際土全氮、全磷、全鉀含量多。該研究與前人研究結(jié)果一致，張建軍等［12］通過將不同的化肥品種與不同量的有機(jī)肥配施，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥與化肥配施對(duì)土壤的養(yǎng)分含量起到一個(gè)調(diào)控作用，土壤中的堿解氮、速效磷含量等一些土壤養(yǎng)分指標(biāo)都可以得到相應(yīng)的提高。研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥與化肥配施會(huì)使土壤中的一些養(yǎng)分指標(biāo)如有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)等含量提高，且隨著施肥量的增加呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)［13］。盧光明等［14］研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥與化肥配施可以提高土壤中的全氮含量，這與該研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓糞的施用可以提高根際土、非根際土壤全氮含量一致。土壤中各類養(yǎng)分含量的提高如有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀等，會(huì)造成作物當(dāng)季吸收利用的增強(qiáng)，作物吸收養(yǎng)分提高必然會(huì)對(duì)產(chǎn)量提高產(chǎn)生積極影響，施用未滅菌有機(jī)肥可不同程度增加細(xì)菌數(shù)量和種類多樣性，進(jìn)而使土壤系統(tǒng)向穩(wěn)定健康的方向發(fā)展［15］。

根際土中有機(jī)質(zhì)含量最高的是未滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理，為（18.22±1.72） g/kg，其次是施用化肥處理，為（17.89±1.11） g/kg；非根際土中有機(jī)質(zhì)含量最高的是未滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理，為（16.69±1.55） g/kg，其次是化學(xué)施肥處理，為（16.26±1.87） g/kg，表明施用蚯蚓糞可以增加土壤中的有機(jī)質(zhì)，未滅菌蚯蚓糞+70%化肥比滅菌蚯蚓糞+70%化肥處理增加有機(jī)質(zhì)多，根際土有機(jī)質(zhì)含量比非根際土有機(jī)質(zhì)含量多。研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭配施蚯蚓糞能有效增加土壤有機(jī)碳，是培肥中低產(chǎn)田土壤、提高養(yǎng)分吸收利用和促進(jìn)水稻增產(chǎn)的有效措施［16-23］。

4? 結(jié)論

施用蚯蚓糞替代30%可以提高水稻產(chǎn)量，提高根際土和非根際土的全氮、全磷、全鉀含量，改善土壤pH，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，蚯蚓糞中的微生物對(duì)水稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量具有促進(jìn)作用。

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