蚯蚓堆肥用作蘋果育苗基質的應用研究①

常大麗，余碧霞，陳運動，張旭輝，焦加國，王東升，李輝信，高繼明，徐 莉*

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蚯蚓堆肥用作蘋果育苗基質的應用研究①

常大麗1，余碧霞2 ,3，陳運動3，張旭輝1，焦加國1，王東升4，李輝信1，高繼明3，徐 莉1*

(1 南京農業大學資源與環境科學學院，南京 210095；2 安徽農業大學園藝學院，合肥 230000；3 安徽魯班新農村開發股份有限公司，安徽蕪湖 241000；4 南京市蔬菜科學研究所，南京 210042)

本研究采用穴盤栽培的方式，以不同比例的蚯蚓堆肥替代草炭調配育苗基質配方，用于蘋果的育苗效果研究，通過比較蘋果苗生長狀況，以為蚯蚓堆肥在果樹育苗上的應用提供參考。試驗設置4個處理，包括傳統草炭基質處理(對照)、蚯蚓堆肥25%、50%、100% 替代草炭基質處理，對蘋果苗的株高、莖粗、葉片光合色素含量、壯苗指數、根系形態和根系活力指標進行測定和分析。結果發現：與對照相比，蚯蚓堆肥不同比例替代草炭(25%、50%、100%)均能夠增加蘋果苗的地上生物量，以全替代(100%)的效果最為顯著，全替代處理下蘋果苗的存活率提高了15%，根系長度、根表面積、根體積、根尖數、根干重和根系活力分別增加了23.40%、47.61%、5.88%、38.57%、20.17%、228.75%。因此，蚯蚓堆肥可以全替代草炭用作蘋果苗的育苗基質，且不僅能夠降低成本，還可以促進農業廢棄物的循環轉化，降低環境風險。

育苗基質；蚯蚓堆肥；蘋果苗；根系形態

隨著工廠化蘋果苗育苗的迫切需求，基質穴盤育苗技術的廣泛普及，對于穴盤基質的需求越來越多，同時現在多數工廠采用穴盤對蘋果進行育苗，其中所用育苗基質要求具有重量輕、根系纏繞性好、富含營養和調節植株根部的水氣比等特點[1-2]。目前，世界各地育苗所采用的育苗基質大多以草炭為主要成分。但草炭為主要基料的育苗基質養分緩沖性能差，養分含量低，在幼苗生長的中后期常常因缺肥而導致幼苗生長受到不利影響，同時草炭屬于短期內不可再生資源，價格昂貴，而且隨著對草炭需求量的日益增加，草炭消耗增加面臨資源的枯竭。因此，積極開發資源廣闊、環境友好、綠色安全的育苗基質，用以取代草炭/蛭石型育苗基質具有重要意義[3-5]。

蚯蚓堆肥是蚯蚓通過體腔消化道消解有機固體廢棄物的產物，來源廣泛，作為有機代用基質具備了產業化發展的前提條件。許多研究發現，蚯蚓堆肥具有較好的通氣性、排水性和持水能力，富含腐殖質[6-10]及一些植物激素類物質，表面積大，可為許多有益微生物提供良好的生存空間和營養物質，這些特征均有利于植物的生長發育[11-12]。因此，蚯蚓堆肥已開始被用來替代草炭用作作物的育苗基質。黃忠陽等[13]研究表明，蚯蚓堆肥基質能夠顯著促進小白菜幼苗的生長和干物質積累；張舒玄等[14]研究表明，蚯蚓堆肥基質能夠提高草莓育苗的存活率，促進草莓幼苗的發育。此外，隨著現代農業逐漸轉向科學化、集約化、規模化發展，大量農業固體廢棄物(菌渣、雞糞等)的合理處置存在很大的環境壓力，通過蚯蚓堆肥轉化農業固體廢棄物用于園藝植物栽培，其自身含有豐富營養元素，在苗期可以不施肥，是資源化利用農業固體廢棄物的一種有效途徑，不僅能將其變廢為寶，而且可有效地減輕對生態環境的污染。

因此，本研究采用穴盤栽培的方式，以不同比例的蚯蚓堆肥替代草炭調配育苗基質配方，用于蘋果的育苗效果研究，通過比較蘋果苗生長狀況，以獲得蚯蚓堆肥替代草炭的最佳施用量，為蚯蚓堆肥在工廠果園育苗應用生產方面提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于安徽省蕪湖市蕪湖東源新農村大浦試驗研究中心溫室大棚，海拔7 m，地理位置為118°42′ E，31°11′ N，屬北亞熱帶濕潤型季風氣候區，年均氣溫為15.8℃，年均降水量為1 400 ~ 1 600 mm。

1.2 供試材料

蚯蚓堆肥的制備：菌渣和雞糞由安徽蕪湖大浦試驗研究中心提供，有機質含量分別為755.87、661.69 g/kg，總氮含量分別為12.27、32.74 g/kg，有效磷含量分別為998.12、3 062.53 mg/kg，速效鉀含量分別為112.15、401.79 mg/kg，pH分別為7.1、9.0，EC(電導率)分別為0.05、9 mS/cm。菌渣和雞糞經過常規堆肥(2015年12月22日至2016年3月23日，共90 d)，根據國家有機肥的標準，達到堆肥衛生指標合格和腐熟條件，之后將其堆放于溫室大棚的蚯蚓堆肥池(2 m × 1 m × 0.5 m)，按照5‰比例添加蚯蚓(池內投放2.5 kg的蚯蚓，蚯蚓平均單重為0.49 g，每個小區約5 000條)，并鋪蓋一層2 ~ 3 cm的稻草秸稈，用于遮陰保濕。適時澆水，保證濕度60% ~ 70% 和溫度20 ~ 30℃。經過蚯蚓充分取食后(2016年3月23日至2016年7月21日，共120 d)，分離蚯蚓，獲得蚯蚓堆肥，過6 mm篩保存待用。

組織培養的蘋果幼苗和草炭由大浦試驗研究中心提供。

1.3 試驗處理

試驗以穴盤方式進行，穴盤穴數為5 × 10，盤體長54 cm、寬28 cm、穴深50 mm，口徑50 mm × 50 mm，底部22 mm × 22 mm，容量55 ml。基質材料有草炭、蚯蚓堆肥、沙子和蛭石。試驗共設4個處理，即常規育苗基質處理(CK)和蚯蚓堆肥不同比例(25%、50%、100%)替代草炭處理(T1、T2、T3)，具體為：CK，草炭∶蛭石∶沙子 =1∶1∶1；T1，草炭∶蚯蚓堆肥∶蛭石∶沙子 =0.75∶0.25∶1∶1；T2，草炭∶蚯蚓堆肥∶蛭石∶沙子 =0.5∶0.5∶1∶1；T3，蚯蚓堆肥∶蛭石∶沙子 =1∶1∶1。蚯蚓堆肥和草炭的理化性狀見表1。每個處理4次重復，每個重復10顆蘋果幼苗，隨機區組排列。按常規育苗方式管理，在蘋果苗都長出新芽生長穩定后，進行取樣測定，前后時間大約30 d。

1.4 測定指標和方法

莖粗(緊靠子葉節下部)和株高(以植株基部到生長點之間的高度為準)用游標卡尺測量；光合色素含量(SPAD值)采用便捷式葉綠素測定儀測定；植株干重測定需將樣品先在通風干燥箱105℃下殺青30 min，然后在70℃下烘至恒質量后稱重；根系形態指標(總根長、根體積、根表面積、根尖數)用根系掃描儀(型號為LA1600＋，Canada；分析軟件為Winrhizo2003b)測定；根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測定。壯苗指數=(莖粗/株高+根干重/地上部干重)×全株干重。

蚯蚓堆肥和育苗基質風干，研磨過20目和100目篩。其養分含量、容重、pH、EC、孔隙狀況等采用常規方法測定；稱取5 g鮮樣，按鮮樣∶去離子水=1∶10混勻，振蕩浸提2 h后靜置30 min，用pH計測定pH，用電導率儀測定EC；有機質用重鉻酸鉀-硫酸稀釋加熱氧化法測定；全氮采用硫酸-過氧化氫消煮蒸餾法測定；全磷采用硫酸-過氧化氫消煮釩鉬黃比色法測定；全鉀采用硫酸-過氧化氫消煮火焰光度計測定；速效氮用1 mol/L氯化鈉提取，Zn-FeSO4還原蒸餾法測定；速效磷用2% 檸檬酸浸提，釩鉬黃比色法測定；速效鉀用1 mol/L硝酸浸提，用火焰光度計測定[15]。

1.5 數據分析

試驗數據采用Excel 2003、SPSS 11.5和Origin8.5軟件進行統計分析和制圖，處理間的顯著差異采用單因素方差分析，平均值多重比較采用最小顯著極差法(LSD)。

2 結果與分析

2.1 不同配比蚯蚓堆肥育苗基質的基本理化性質

蘋果苗適宜生存在有光，微酸性到微堿性的環境，最適于在富含有機質、通氣排水良好的基質中生長[16]。由表1可知，菌渣和雞糞經過蚯蚓堆制獲得的蚯蚓堆肥，相比草炭，EC、容重、有機質和全量養分含量均有所上升。不同配比的蚯蚓堆肥育苗基質與CK處理相比，其大量元素氮、磷含量變高，容重和有機質也高于CK，各處理的EC值在0.17 ~ 0.31 mS/cm，符合EC值的安全要求(＜2.6 mS/cm＝[17]。加入蚯蚓堆肥的各處理pH趨于中性，與CK的酸性條件相比，有蚯蚓堆肥的處理能為蘋果苗的生長提供最適的pH。因此蚯蚓堆肥相比草炭，它可為蘋果苗的生長提供充足的養分和適宜的生長環境，就資源的可利用方面，蚯蚓堆肥的可再生和廉價易得為育苗的擴大化生產提供很大便利。

2.2 不同配比蚯蚓堆肥基質對蘋果幼苗生長的影響

2.2.1 存活率 由表2可知，不同育苗基質中，T3處理下蘋果苗存活數較多，存活率為95%，CK的存活率為80%。這可能與T3處理的基質pH偏弱堿性，有機質含量較高，全磷含量較高，適于蘋果苗生長，可為其提供較高的養分有關[18]。

表1 蚯蚓糞、草炭以及不同配方育苗基質的基本理化性質

注：同列數據后不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(0.05)，下同。

表2 不同配比基質下蘋果苗存活率的變化

2.2.2 莖葉生長 以基質表面到生長點的高度為準，分別在培養周期的前期和后期用刻度尺測定各處理蘋果苗的株高。由表3可見，施用蚯蚓堆肥的蘋果苗株高增加量高于對照CK，其中T1處理效果相對較好。與CK相比，T1、T2、T3處理的株高比對照分別增加53.6%、37.3%、32.3%。整個生長周期，T1、T3處理與CK相比能顯著提高蘋果苗的莖粗，分別增加了40.68%、29.76%，統計分析表明CK和T2處理下蘋果苗的莖粗顯著小于T1和T3處理。測定蘋果苗葉片的SPAD值，其中T2和T3處理與CK相比有一定的增加，分別為4.55% 和1.95%，SPAD值的增加，可以提高光合作用強度，從而促進蘋果苗的生長。因此，具有良好物理化學性質的蚯蚓堆肥加入基質中，可以相對改善基質特性，為蘋果苗提供更適的生長環境，有效提高基質中微生物的活性，提高養分的轉化速率，利于葉片中葉綠素的合成，提高蘋果苗葉片的SPAD值，促進蘋果苗莖葉的生長。

2.2.3 地上部和地下部生物量 植株的生長是干物質積累的過程，隨著基質中蚯蚓堆肥含量的提高，蘋果苗地上部和地下部干重基本呈現上升的趨勢。其中T3處理的蘋果苗地上部和地下部干重增加最大，每株的增加量分別為17.9 mg和2.4 mg，與CK相比分別增加了54.6% 和20.2%，其余地上部干重增加量依次是T2＞T1＞CK，地下部干重增加量是CK＞T1＞T2(圖1)。但是T3處理地上部和地下部的干重與CK、T1、T2處理的差異并沒有達到統計學上的顯著程度，這可能與本次試驗育苗時間較短，單株植物干重增長總量較小有關。后期培養可以考慮進一步延長育苗時間來比較生物量變化。

2.2.4 根系生長和根系活力 根系連接了植株與土壤或基質，是物質與信息交換的重要場所，在植物生長發育和產量形成過程中起著非常重要的作用。由表4可以看出，T3處理的蘋果苗總根長、根表面積、根體積和根尖數均高于CK，且差異顯著。隨著蚯蚓堆肥施用量的增加，蘋果苗的根系生長受到促進，其中以T3處理蚯蚓堆肥的施用量為最優，其原因可能是由于蚯蚓堆肥具有良好的團粒結構，有利于根系的生長，同時含有的調節植物生長的激素也能促進根系的生長。

(圖中的不同小寫字母表示同一指標不同處理間差異在P＜0.05水平顯著，下同。)

表4 不同配比蚯蚓堆肥基質對蘋果幼苗根系生長的影響(平均值±標準誤，n=4)

根系活力既可作為植物根系活力及其生命活動的重要指標，還可作為診斷植物生育和吸收養分障礙因素的指標[19]。從圖2可以看出，T3處理與CK相比，能夠顯著提高根系活力，根系活力增加了228.75%。而T1、T2處理與CK處理下根系活力的差異并不顯著，但T1、T2處理下的根系活力仍有增加趨勢。隨著施用蚯蚓堆肥含量的增加，根系活力值也隨之增加，以T3處理效果最好。因此，蚯蚓堆肥作為蘋果苗的育苗基質會顯著增加蘋果幼苗的根系活力。

圖2 不同配比蚯蚓堆肥基質對蘋果幼苗根系活力的影響

2.2.5 壯苗指數 壯苗指數是評價幼苗質量的重要指標之一，通常以植物的株高、莖粗、地上地下部干重、全株干重的關系來表示。圖3列出的各處理育苗基質對蘋果幼苗壯苗指數的影響。由圖3可知，T3處理的壯苗指數最大，雖然與CK、T1、T2差異不顯著，但有增加趨勢，與CK相比增加了21.41%，育苗質量最好。蚯蚓堆肥促進其壯苗的形成是綜合因素作用下的結果，包括孔性、結構性、緩沖性的增加，較高的植物營養物質含量和較高的養分緩釋性能，豐富的有益微生物，大量的活性氨基酸、有益酶、植物激素等，這些有機活性物質的存在是促進蘋果苗壯苗形成的重要原因。

圖3 不同配比蚯蚓堆肥基質對蘋果幼苗壯苗指數的影響

3 討論

本研究中獲得的蚯蚓堆肥相比于草炭具有較高的pH、有機質和氮磷養分含量，同時具有原料來源廣泛，價廉易得的優勢。此外，蚯蚓堆肥具有特殊的團粒結構，表面積大、吸附能力強，且保水保肥，同時富含大量的腐殖質、有益微生物、氨基酸以及微量元素，這些性質可以促進植物生長，為果樹育苗提供了良好的物理基礎[20-21]。

本研究蘋果苗的生長結果表明，相比傳統草炭基質(CK)，不同配比蚯蚓堆肥的添加可以提高蘋果苗的存活率。蘋果苗存活率的提高是地上部和地下部雙重作用的結果。本試驗中，在添加蚯蚓堆肥的基質中生長的蘋果苗地上部指標，如株高、莖粗和干物質量均顯著增加，這與葉片SPAD值有關，葉片中葉綠素是影響光能吸收和轉化的關鍵色素，它能影響光合作用，最終影響光合產物的積累[22-23]。本試驗中育苗基質蚯蚓堆肥用量的添加可以提高葉片SPAD值，為蘋果苗最大限度利用陽光進行光合作用提供便利，促進其對干物質的積累，進而促進蘋果苗的生長，提高存活率[24]。Sangwan等[25]、馬莉和殷秀琴[26]的研究表明，蚯蚓堆肥的添加明顯促進了園藝植物萬壽菊株高、莖粗、花量和生物量的提高。趙洪濤等[27]也認為蚯蚓堆肥改良基質能提高高羊茅種子的發芽率，促進幼苗的初期生長，促進高羊茅植株地上部分生物量的積累和根系的生長，促進葉片葉綠素a的合成，提高葉片中可溶性蛋白質的含量。

此外，本試驗中在添加蚯蚓堆肥的基質中生長的蘋果苗地下部指標，如地下部的生物量、根系的生長狀況和活力，均高于傳統草炭基質(CK)培育的蘋果苗，且隨著蚯蚓堆肥含量的增加，這些指標相應增加。這可能與蚯蚓堆肥中含有促進植物合成的一系列有生物活性的物質比如激素類物質等有關[28]。Atiyeh等[29]在法國萬壽菊的育苗研究中發也現添加蚯蚓糞后，萬壽菊的根系都多于對照。Canellas等[30]研究也發現蚯蚓堆肥對擬南芥和玉米幼苗的根系發育都有促進作用。李繼蕊等[31]研究表明，雞糞和牛糞的蚯蚓堆肥明顯提高黃瓜幼苗的根系活力。發育良好的根系以及高的根系活力，可以有效促進蘋果苗對營養的吸收，刺激蘋果苗的生長，從而提高蘋果苗的存活率[32]。

比較不同比例蚯蚓堆肥的添加處理，發現T3處理即蚯蚓堆肥全替代草炭的基質處理下，蘋果苗的生長總體高于T1和T2處理，這可能與T3處理含有更高的磷養分元素有關。育苗過程中植株對磷的需要要遠遠高于氮和鉀，磷元素多分布于作物的生長點部位，具有促進細胞分裂、繁殖的作用，進而促進作物的快速生長，是培育優質壯苗的重要營養元素，也會顯著影響植物的光合作用，以及碳水化合物在地上部與根系之間分配，并具有促進根系發育和植株壯苗以及提高光合速率的作用[33-36]。蘇曉紅等[37]也發現施用蚯蚓堆肥，可以增加土壤中各形態磷含量及有機質含量，增加土壤磷酸酶活性。

工廠化基質育苗過程中，蘋果苗的生長更依賴于根系的生長狀態。調節基質配比，影響根系的生長發育，會直接影響蘋果苗的存活和地上部的生長。蚯蚓堆肥的添加明顯促進蘋果苗的生長存活，這與蚯蚓堆肥中含有大量能夠維持良好微結構的膠狀物質，能夠保證育苗過程中基質的結構性穩定，以及含有的較高pH、有機質、更易被植物利用的氮、磷、鉀、鈣和腐殖酸等營養元素，可以為蘋果苗生長提供更適宜的環境有關[38-43]。

4 結論

菌渣和雞糞的蚯蚓堆肥復配基質完全可以替代價格較高的市場傳統草炭基質用于蘋果苗的工廠化育苗。蚯蚓堆肥復配基質所育幼苗生物量、地上部分和地下部分的生長以及壯苗指數優于常規基質。其中，以蚯蚓堆肥全替代的基質效果最好，全替代的磷元素含量高，能為植物提供更多數量的磷養分，更有利于促進植物地上部的生長發育。蚯蚓堆肥替代草炭不僅能夠對菌渣和雞糞這類農業固體廢棄物進行資源化利用，減少對環境的危害，而且降低了蘋果穴盤育苗的成本，提高了育苗的產量和質量，為工廠的擴大化生產提供了基礎。

致謝：感謝南京農業大學和安徽蕪湖大浦試驗所提供室外工作條件和數據支持。

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Vermicompost Compost Replacing Peat in Apple Seedlings

CHANG Dali1, YU Bixia2,3, CHEN Yundong3, ZHANG Xuhui1, JIAO Jiaguo1, WANG Dongsheng4, LI Huixin1, GAO Jiming3, XU Li1*

(1 College of Resources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 2 College of Horticulture, Anhui Agriculture University, Hefei 230000, China; 3 Anhui Luban New Rural Development Co., LTD., Wuhu, Anhui 241000, China; 3 Nanjing Institute of Vegetable Science, Nanjing 210042, China)

In this study, a plug experiment was carried out to study the effects of different portions of vermicompost to substitute peat on apple seedling growth in order to provide a theoretical reference for the application of vermicompost in plug seedling production, especially in horticultural. The designed treatments include: traditional cultural substrate composed with peat (CK), a quarter of peat replaced by vermicompost (T1), a half of peat replaced by vermicompost (T2), and peat totally replaced by vermicompost (T3). Plant height, stem diameter, leaf photosynthetic pigment content, strong seedling index, root morphology and activity of apple seedlings were measured and compared. The results showed that compared with CK, different ratios of vermicompost could significantly promote above-ground biomass of apple seedlings; survival rate of apple seedlings was increased by 15% under T3, reached the maximum; root length, surface area, volume, number, dry weight and activity were increased by 23.40%, 47.61%, 5.88%, 38.57%, 20.17% and 228.75%, respectively. Thereby, vermicompost could fully replace peat and be used as nursery substrates of apple seedlings. The application of vermicompost can not only reduce the cost, but also promote the cycle and transformation of agricultural wastes and reduce the environmental risks.

Nursery substrate; Vermicompost; Apple seedlings; Root morphology

公益性行業(農業)科研專項經費項目(201503121)，安徽省博士后研究人員科研活動經費項目(2015B057)，安徽省科技攻關項目(1604a0702006)，江蘇省有機固體廢棄物資源化協同創新中心和江蘇省優勢學科平臺項目資助。

(xuli602@ njau.edu.cn)

常大麗(1991—)，女，河南信陽人，碩士研究生，主要從事蚯蚓堆肥的應用研究。E-mail: changdali111@163.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.05.009

S317；S604+.3

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