蚯蚓養殖對幼齡膠園土壤養分及橡膠樹根系生長的影響

李藝堅 謝學方 孔令澤 豐明

摘 ?要??本研究旨在探討林下蚯蚓養殖對幼齡膠園土壤養分及橡膠樹根系生長的影響。以牛糞作為原料，于2017年4—11月在4年生幼齡膠園鋪設糞壟養殖蚯蚓，并測定土壤養分和根系生長情況。結果表明，與對照（CK）相比，鋪設糞壟無蚯蚓養殖（WQ）和鋪設糞壟蚯蚓養殖（Q）處理總體上可顯著提高土壤硝態氮、速效磷、速效鉀和土壤水分含量以及土壤pH，而對土壤銨態氮、有機質、微生物活性及微生物群系數量無顯著影響（p<0.05）;和CK相比，WQ和Q處理顯著促進根的生長，并提高吸收根的比例（p<0.05）。綜上所述，在幼齡膠園養殖蚯蚓短期內（半年）可提高土壤速效養分含量，促進根系生長。

關鍵詞 ?蚯蚓養殖;土壤養分;橡膠樹;根系中圖分類號??S31;S794.1??????文獻標識碼??A

DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2018.12.001

橡膠是我國四大戰略物資之一，主要產自巴西橡膠樹（Hevea brasiliensis）。我國主要在海南、云南和廣東三省栽培^[1]。橡膠樹原產于高溫潮濕的亞馬孫流域，我國自20世紀50年代開始大規模植膠，經過60多年的發展，無論是天然橡膠總產量還是植膠面積都增長迅速^[2]。

施肥是保證橡膠樹增產穩產的基本措施，然而經過多年的植膠生產，各植膠區已面臨單產提升困難、土壤酸度下降和肥料養分損失嚴重等重大問題^[2]。另一方面，由于近幾年植膠效益明顯減少，膠農和植膠企業迫切需要提高膠園單位面積的經濟效益^[3]，發展林下經濟的呼聲高漲。其中，橡膠林下蚯蚓養殖是新嘗試的模式之一。

蚯蚓養殖可以加大農業廢棄物轉化，提高農業廢棄物轉化的生態效益、社會效益和經濟效益，開創一條農業廢棄物變廢為寶、效益高端的農業循環經濟模式^[4]。海南省是我國唯一的一個全部面積位于熱帶地區的省份，終年高溫多雨，大部分地區的溫度和濕度都符合蚯蚓的生長條件。海南省養牛規模較大，產生的牛糞總量在所有畜禽的糞便產生量中是最大的，且約為第二大產生量（豬糞）的2倍，存在牛糞嚴重污染環境的現象。據測定，一頭牛每天產生的牛糞是其體重的5%～6%，一頭450 kg的牛平均每天可排泄25 kg左右的糞便，一年可產9?000 kg牛糞。因此，利用大量產生的牛糞等材料發展蚯蚓養殖業具有一定的可行性^[5-8]。據測算，每天 450頭牛所產的糞可養蚯蚓1 hm²，每公頃可年產蚯蚓45 t，蚓糞900 t，可增收入人民幣?22.5萬元^[9]。蚯蚓喜陰涼潮濕的環境，目前一般采用工廠化或搭建簡易棚進行飼養^[10-11]。橡膠樹為高大喬木，種植幾年后林下郁閉度高，許多作物不能間作，大量土地因此閑置而得不到利用。利用林下閑置土地養殖蚯蚓不僅利用了林下廢地，而且樹木生長與蚯蚓養殖兩者之間存在很強的互補作用，林下陰涼，適合蚯蚓生長繁殖，目前已有林下采用畜禽糞便成功養殖蚯蚓的報道^[12]。蚯蚓分解有機物的養分理論上可部分轉移至土壤供植物吸收，促進作物生長。因此，本研究以4齡橡膠膠園為場所，以牛糞作為蚯蚓養殖原料，探討林下養殖蚯蚓對膠園土壤養分以及橡膠樹根系的影響，為發展橡膠林下蚯蚓養殖模式提供一定的數據支撐。

1??材料與方法

1.1試驗點概述

本研究的試驗點位于中國熱帶農業科學院試驗場三隊，該地區為典型的熱帶海洋季風氣候，每年有旱季和雨季，雨季為5—10月，年均溫為20.8～26.0 ℃，年降雨量約為1?600 mm，主要集中于7—9月（約占全年的70%）。土壤質地為粉砂黏壤土，pH為4.20，土壤有機質含量為12.0?g/kg，硝態氮為13.5 mg/kg，銨態氮為3.0?mg/kg，速效磷為29.0 mg/kg，速效鉀為36.4?mg/kg。

1.2方法

1.2.1??試驗設計??試驗于2017年4月開始開展，橡膠樹林段為8-72，種植株行距為3 m×7 m，品種為熱研7-33-97，林齡為4 a。試驗開展前清除膠園雜草，平整土地并做好排水。在膠園地面鋪設防草布（2 m寬），再在防草布的一側上鋪放一壟堆漚過的純牛糞，壟面呈龜背形，壟寬80?cm，壟高40?cm。調節水分使牛糞保持適宜水分含量。于4月25日投放蚯蚓苗，每米糞壟投放0.5 kg，投放后再將另一側防草布對折蓋在糞壟上，制造陰暗環境并盡量避免牛糞水分損失過快。根據牛糞消耗情況及時補充新的牛糞。天氣較干時，對牛糞進行適宜補水。試驗共6壟，每壟長63 m。試驗設對照（CK）、鋪牛糞無蚯蚓養殖（WQ）和鋪牛糞蚯蚓養殖（Q）3個處理，每個處理3次重復。試驗期間，保持CK處理與WQ和Q處理鋪放牛糞的相同位置不長雜草。于半年后（11月2日）進行根系和土壤取樣。WQ和Q處理根系取樣時，隨機選取相鄰的3株橡膠樹，將防草布移開，在牛糞鋪設區域的正下方（離樹行2.2?m）養殖區域，在正對橡膠樹和橡膠樹之間的位置挖取30 cm×30 cm×20 cm（長×寬×深）的土壤，每小區共6個位置（圖1）。CK處理取樣位置與WQ和Q相同。將挖出土壤中的根系挑出，送回試驗室進行分揀。在根系取樣位置旁邊，用直徑5?cm的土鉆鉆取0～20 cm土壤用于土壤理化性質的分析。

1.2.2??測定指標與方法

1.2.2.1 ?土壤理化指標??土壤取樣后，分別采用烘干法、重鉻酸鉀-硫酸氧化法、分光光度法、鉬銻抗比色法、火焰分光光度法和電位法測定土壤的水分、有機質、無機氮（硝態氮和銨態氮）、速效磷、速效鉀和pH，具體方法參照《土壤農業化學分析方法》^[13]。

1.2.2.2 ?土壤微生物特性??采用誘導呼吸-堿吸收法測定土壤呼吸強度，表征土壤微生物活性，具體方法參照《土壤農業化學分析方法》^[13]。土壤細菌、真菌和放線菌采用平板培養記數法^[14]測定。

1.2.2.3 ?根重??根系分揀時，將死根剔除，挑出的活根再進一步清洗分揀，區分直徑小于和大于2 mm的根系。其中直徑小于2 mm的為吸收根^[15-16]，將挑出的根用干燥紗布吸干后稱重，測定總根重和吸收根重。

1.3數據處理

采用Excel 2010和DPS 6.5軟件進行數據處理和統計分析，采用最小顯著差異法進行方差分析（p<0.05）。

2??結果與分析

2.1土壤理化性狀

表1為不同處理土壤養分、pH和水分含量。由表1可看出，WQ和Q處理土壤養分含量總體上高于CK處理。與CK相比，WQ和Q處理可極大幅度提高土壤速效鉀含量，速效磷含量得到顯著提高，硝態氮含量亦有所提高，但僅Q處理顯著高于CK處理（p<0.05）;而不同處理之間的土壤有機質和銨態氮含量則無顯著差異（p>0.05）。WQ和Q處理使土壤pH升高了1.56～1.58，并顯著高于CK處理（p<0.05）。土壤水分含量的變化趨勢與土壤pH類似。總體而言，WQ和Q處理主要提高了土壤速效養分（除銨態氮外）含量、pH和水分含量，而WQ和Q處理之間差異不明顯。

2.2土壤微生物活性

不同處理微生物呼吸強度見圖2。由圖2可看出，與CK相比，WQ和Q處理的呼吸強度分別提高81.9、48.9 mg CO₂/g，表明土壤微生物量活性增強，但不同處理之間沒有顯著差異（p>0.05）。

2.3土壤微生物群系

圖3為不同處理細菌、真菌和放線菌數量。由圖3可知，WQ處理土壤細菌和真菌數量略高于CK，而Q處理則相反，WQ和Q處理的放線菌數量均高于CK，但不同處理之間不同微生物群系數量無顯著差異（p>0.05）。

2.4不同處理對橡膠樹根重的影響

圖4為不同處理總根重和吸收根重（p<0.05）。由圖4可知，WQ和Q處理均較CK提高了總根重和吸收根重。其中，Q處理總根重顯著高于CK，而WQ和Q處理吸收根重均顯著高于CK。CK、WQ和Q處理的吸收根重占總根重的比例分別為27%、52%和43%，WQ和Q處理不僅提高了吸收根重，還提高了其所占比例。

3??討論

3.1橡膠林下蚯蚓養殖對土壤理化性質的影響

畜禽糞便是天然的肥料，作為肥料施入土壤時，可提高土壤肥力，促進作物生長^[17]。據測定，牛糞中有機質、全氮、全磷和全鉀的含量分別為60.17%、1.85%、1.06%和0.30%^[18]，直接還田可補充土壤養分。而以牛糞為原料在林下養殖蚯蚓，?牛糞不直接還田，但通過自然降雨或補水，牛糞中的養分可隨下滲的水分轉移至土壤中。海南地

區5—10月為降雨集中的時期，本研究主要觀測了該時期林下蚯蚓養殖后土壤養分的差異。結果表明，林下蚯蚓養殖提高了土壤的可溶性速效養分的含量，特別是速效鉀，增幅達15.7～16.6倍。由于被防草布所隔離，養殖過程中有機肥無法轉移入土壤，有機質則無明顯影響。韓桂鷗等^[12]在園藝苗木林下養殖蚯蚓的結果表明，與對照相比，蚓床覆蓋下0～20 cm土層的容重下降了34.60%，土壤水解氮、有效磷分別提高了54.66%和12.02%，速效鉀含量則增加了3.08倍，此結果與本研究一致。

土壤酸化過程能使土壤酸度升高、營養元素淋溶流失、活化和釋放有毒重金屬，造成土壤肥力的下降，最終影響作物的正常生長。目前，膠園土壤酸化現象持續存在，且膠園土壤酸化速度快于裸地，鈉離子、鎂離子等鹽基離子的淋失可能是橡膠樹人工林地土壤pH下降的原因之一^[19]。本研究發現，通過短期的林下蚯蚓養殖，土壤pH可較對照提高1.56～1.58，緩解了土壤酸化現象。牛糞呈現弱堿性^[18]，以牛糞為原料在林下養殖蚯蚓可明顯提高土壤電導率^[12]，電導率的提高意味著土壤的總鹽量提高。林下蚯蚓養殖之所以能緩解土壤酸化，可能是轉移入土壤中的鹽基離子使土壤堿化而提高土壤pH。

另外，蚯蚓攝食牛糞后排出糞便的過程，可對牛糞進行進一步降解。但本研究結果表明，雖然Q處理總體上速效養分的含量高于WQ處理，但兩者之間土壤速效養分含量的差異不顯著，說明蚯蚓養殖對進一步釋放牛糞中的速效養分有一定的促進作用，但作用不明顯。因此，WQ和Q處理中土壤速效養分增加的主要原因在于牛糞中養分下滲轉移至土壤中，而與是否養殖蚯蚓關系不大。類似地，WQ和Q處理的土壤pH變化亦是由于牛糞中鹽基離子轉移導致的。受防草布隔離，WQ和Q處理對土壤有機質亦無顯著影響。

土壤呼吸是表征土壤質量和肥力的重要生物學指標^[20]。本研究中WQ和Q處理的土壤呼吸強度高于CK，盡管未達到顯著差異，亦在一定程度上反映出土壤肥力有所提高。細菌、放線菌和真菌是土壤中的三大類微生物，它們對土壤有機物的分解、氮和硫及其化合物的轉化具有重要促進作用^[20]。土壤微生物數量與土壤肥力顯著相關^[21]，但本研究卻沒有發現土壤細菌、真菌和放線菌數量明顯增加的趨勢，應該是林下蚯蚓養殖提高土壤肥力主要表現在提高土壤速效磷和速效鉀方面，而對土壤微生物主要利用的碳源和氮源貢獻較小，導致以上微生物數量變化不明顯。

3.2林下蚯蚓養殖對幼齡橡膠樹根系的影響

橡膠樹通常在定植7～8年后成齡并開始割膠，接近成齡及成齡后，其施肥方式一般為挖施肥穴（溝）集中施肥。穴（溝）施肥料能利用橡膠樹根系的趨肥特性，誘導根系生長并培養出龐大的吸收根吸收土壤中的養分^[16]。在海南地區，橡膠樹根系在4—10月生長較快，11月中旬至翌年3月生長緩慢^[22]。本研究試驗階段（4—11月）與橡膠樹快速生長階段相吻合，通過對根系的觀測可發現，與CK相比，WQ和Q處理不但促進了幼齡橡膠樹根系的生長，而且促進了吸收根生長，亦提高了吸收根重占總根重的比例。因此，林下養殖蚯蚓短期內對橡膠樹是有利的，可誘導橡膠樹產生更多的吸收根，以利于吸收土壤中的養分。然而，巴西橡膠樹是喜酸性植物，可容忍的pH范圍為3.5～7.0，適宜的pH范圍在4.5～?6.5^[23]。以牛糞為原料在林下養殖蚯蚓短期內可使土壤pH提高1.5以上，較長時間養殖可能會導致土壤pH過高而不利于橡膠樹根系的生長。更長期限的林下蚯蚓養殖對橡膠樹根系是否有抑制作用，則有待進一步研究。

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