蚯蚓糞與土壤復配比例對基質微生物性狀及韭菜生長和品質的影響

徐仲楠，王 沖,2*，朱 逴，劉萌麗，劉 林，王新宇，曹 佳

（1 中國農業大學資源與環境學院/生物多樣性與有機農業北京重點實驗室，北京 100193；2 植物-土壤相互作用教育部重點實驗室，北京 100193）

蚯蚓糞是蚯蚓轉化廢棄物后的二次產物，為黑色、均一、有自然泥土味的細碎類物質，具有良好的孔性、通氣性、排水性和高的持水性，蚯蚓糞具有很大的表面積，并具有良好的吸收和保持營養物質的能力[1]，能夠顯著地降低土壤容重并增加土壤孔隙度，進而改良土壤結構[2]。蚯蚓糞還能促進種子的萌發生長[3]，并促進矮牽牛地上部和地下部的干物質積累，進而增加花朵數量[4]。蚯蚓糞內部含有大量的微生物[5]，可分泌生長素、細胞分裂素、赤霉素、吲哚酸等植物激素，促進作物生長，調控作物代謝[6-7]。蚯蚓糞中的微生物還可以顯著提高土壤中氮、磷、鉀等養分的生物有效性[8]，進而提高土壤生物肥力、促進根系生長[9]、提高產量并改善作物品質[10]。研究表明，蚯蚓糞可以顯著提高西瓜產量和品質[11]，還可以提高草莓、櫻桃蘿卜和茼蒿中的糖和維生素C含量[12-13]，進而提升果蔬的品質。蚯蚓糞還可以促進作物對微量元素的吸收[14]，其內部含有的大量的拮抗菌可通過產生揮發性有機化合物來殺滅或抑制植物病原真菌[15]、寄生線蟲和其他害蟲[16-17]，從而達到生物防治的效果。綜上所述，蚯蚓糞作為一種新型的有機基質，具有非常廣泛的應用前景，受到國內外學者的關注。本試驗在土壤中添加不同質量比的蚯蚓糞，復配出韭菜的栽培基質并研究其對韭菜生長和品質的影響，同時研究了蚯蚓糞土壤基質中的微生物群落結構，為蚯蚓糞產品的開發提供一定的理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年4—6月在中國農業大學溫室內進行。本次試驗所使用土壤取自中國農業大學校園內；韭菜根和蚯蚓糞均來自深州眾翔蚯蚓養殖合作社；韭菜栽培方式為栽培新鮮韭菜根部。

1.2 試驗設計

試驗按照蚯蚓糞、土壤質量百分比(w/w)，共設置4個處理：純土壤不添加蚯蚓糞 (CK)、20%/80%(T1)、60%/40% (T2)、100%/0 (T3)。試驗用盆為上口徑25 cm、高15 cm的塑料盆，每盆裝入混合基質3 kg。每個處理4次重復，共計16盆隨機排列，水分管理方式為見干見濕，在韭菜生長期內不施加任何肥料。

1.3 取樣方法及測定方法

韭菜生長45天后進行取樣。貼基質面用剪刀將韭菜分為地上部和地下部，分別洗凈后用吸水紙吸干水分后放于紙袋，部分留樣測定韭菜品質，部分置于烘箱中先用105℃殺青2 h，再用75℃烘干至恒重后稱重；韭菜新根比計算為韭菜新根生物量占韭菜根系總生物量的比例。各盆基質過2 mm篩后充分混勻，部分存放于-80℃，用于分子生物學的測定，剩余的基質風干備用。有機質用濃硫酸-重鉻酸鉀外加熱法[18]測定；全氮用半微量開氏法[18]測定；速效鉀用NH4OAc浸提—火焰光度法[18]測定。葉綠素含量采用丙酮比色法[19]測定；可溶性蛋白采用考馬斯亮藍G-250法[19]測定；可溶性糖采用蒽酮比色法[19]測定。

微生物群落結構采用末端限制片段長度多態性(T-RFLP) 數據分析，相對峰面積 (Ap) =ni/N× 100(式中ni為單個T-RF的峰面積，N為圖譜中所有峰的面積的總和)，計算單個T-RF的相對峰面積 (Ap)。本文Ap計算僅采用片段長度在50～500 bp區間的T-RF數值進行計算，且僅采用Ap值大于1%的T-RF進行統計分析，在統計時將差距 ± 1 bp的T-RF合并為同一片段，基質微生物多樣性指數也基于此數據計算。

1.4 數據分析

試驗數據采用Excel和SPSS 20.0軟件統計分析；相關性分析為皮爾森相關，使用SPSS 20.0軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 蚯蚓糞、土壤配合比例對基質養分含量的影響

添加蚯蚓糞顯著增加了基質中全氮、速效鉀及有機質含量 (P＜ 0.05)，其中T3處理中的全氮、速效鉀和有機質含量相較于CK分別顯著增加了741.4%、1223.2% 和 994.6% (P＜ 0.05，表 1)。

2.2 蚯蚓糞、土壤配合比例對韭菜產量和品質的影響

蚯蚓糞能夠提高韭菜地上部和地下部的生物量(P＜ 0.05，表2)。與CK處理相比，蚯蚓糞顯著增加韭菜的新根比 (P＜ 0.05) (圖1)，并且T2和T3處理顯著增加了韭菜的可溶性蛋白 (P＜ 0.05) 和可溶性糖含量 (P＜ 0.05，表 2)。

2.3 蚯蚓糞、土壤配合比例對微生物群落的影響

蚯蚓糞會顯著調控基質中的微生物群落多樣性和結構。隨著蚯蚓糞施用量的增加，細菌、真菌辛普森指數均呈現上升趨勢。T2、T3處理顯著提升了細菌辛普森多樣性指數 (P＜ 0.05) (圖2)。并且隨著蚯蚓糞的添加量增加，細菌片段116、118、130、226、297 顯著增加 (P＜ 0.05)，而 88、95、156、163、344片段顯著降低 (P＜ 0.05)。真菌中，71、91、153、351片段顯著降低 (P＜ 0.05)，而336片段則顯著增加(P＜ 0.05) (圖3)。通過查閱文獻[20-21]，筆者對部分細菌片段所代表的細菌門類進行了大致的推測 (表3)，發現蚯蚓糞增加了酸桿菌門、厚壁菌門及部分不可培養的細菌數量。

3 討論

3.1 蚯蚓糞對基質肥力的影響

氮和鉀是植物生長主要的營養元素，能夠通過參與光合作用和蛋白質形成等生理過程調控植物生長[22]。蚯蚓糞中富含大量植物生長所需的營養物質，例如硝酸鹽、磷酸鹽、可溶性鉀、鈣、鎂，釋放后極易被作物利用[23]，因此蚯蚓糞添加到土壤中可以提高養分含量。此外蚯蚓糞還含有大量的有益微生物，能夠促進有機質的分解和養分的礦化，是植物營養元素的活性庫[24]。本研究的相關性結果表明，基質中真菌和細菌的多樣性與基質中全氮、速效鉀和有機質的含量具有顯著的正相關關系 (表4)。表明蚯蚓糞可能通過提升栽培基質的微生物多樣性進而提升基質的養分含量。研究表明，酸桿菌在土壤氮素循環中起著重要作用[25]，可以產生聚酮合成酶和非核糖體肽合成酶，這些酶催化鐵載體合成，通過改善鐵營養來刺激植物生長[26]；厚壁菌則被認為是一個主要的共營養微生物群，在肥料降解中起著重要的作用[27]。由此可見，蚯蚓糞能夠調節與土壤養分循環相關的微生物，進而提高了基質養分有效性，促進了韭菜的生長。

表 2 不同處理對韭菜產量和品質的影響Table 2 Effects of different treatments on the yield and quality of leek

圖 1 不同處理韭菜根系Fig. 1 The root growth of leek under different treatments

圖 2 不同蚯蚓糞基質微生物辛普森多樣性指數Fig. 2 Microbial Simpson diversity index in substrate containing different proportion of vermicompost

圖 3 不同蚯蚓糞含量基質中細菌、真菌的群落組成Fig. 3 Community composition of bacteria and fungi in substrate with different proportion of vermicompost

表 3 T-RFP細菌所屬門類片段Table 3 Segments of T-RFP bacterial

表 4 基質細菌、真菌多樣性指數與基質肥力的相關性Table 4 Correlation between microbial diversity indices and fertility of substrates

3.2 蚯蚓糞基質對韭菜產量的影響

蚯蚓糞中含有的腐殖酸對植物的生長和產量具有明顯的刺激作用[28]，能夠顯著地增加作物株高、葉表面積及地下部干重[29]。此外，蚯蚓糞中還含有多種有機酸，當其隨著蚯蚓糞進入土壤后，能夠促進某些不溶礦物的溶解，進而增加土壤中有效養分的含量，促進作物的生長[30]。且蚯蚓糞中的大量細菌、真菌等微生物能夠產生赤霉素、細胞分裂素等植物生長調節物質[31]，因此本研究中純蚯蚓糞基質的韭菜產量最高。

4 結論

蚯蚓糞加入土壤后，增加了微生物多樣性，顯著增加了基質養分含量，提升了養分的有效性，進而促進作物的生長，有利于韭菜生物量的積累，并改善韭菜品質。蚯蚓糞既可直接用作基質，也可以按照一定比例與土壤配合開發基質，提升韭菜的產量和品質。