林下蚯蚓養(yǎng)殖對膠園土壤速效養(yǎng)分、酶活性和橡膠樹細(xì)根根密度的影響

李藝堅 謝學(xué)方 孔令澤

摘 要 本研究旨在探討林下蚯蚓養(yǎng)殖對膠園土壤速效養(yǎng)分、土壤酶及橡膠樹吸收根的短期影響。以牛糞作為原料，于2017年4～11月在膠園（4齡）鋪設(shè)糞壟養(yǎng)殖蚯蚓，并測定相關(guān)指標(biāo)。結(jié)果表明，與對照（CK）相比，鋪設(shè)糞壟無蚯蚓養(yǎng)殖（WQ）和鋪設(shè)糞壟蚯蚓養(yǎng)殖（Q）處理可顯著提高土壤硝態(tài)氮（除WQ外）、速效磷、速效鉀、土壤微生物量碳和橡膠樹吸收根密度，而對土壤銨態(tài)氮無顯著影響。另外，Q處理的土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性顯著低于CK處理，而Q處理的土壤過氧化氫酶則顯著高于CK處理（p<0.05）。綜上所述，在膠園養(yǎng)殖蚯蚓短期內(nèi)可增加土壤微生物量碳，提高土壤速效養(yǎng)分含量和土壤過氧化氫酶活性，以及促進(jìn)橡膠樹細(xì)根生長，但降低了土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶的活性。

關(guān)鍵詞 蚯蚓養(yǎng)殖 ；土壤速效養(yǎng)分 ；土壤酶活性 ； 吸收根

中圖分類號 S158.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2019.02.012

Abstract Earthworms were raised in a rubber plantation to investigate the short-term effect of earthworm on soil available nutrients， soil enzyme and root development in an immature rubber plantation. Cattle manure was placed along the soil ridge in a 4-year-old rubber plantation and earthworms were raised on the cattle manure from April to November in 2017. Soil chemical property and root growth were determined. Results showed that， compared to the reference treatment （CK）， treatments of cattle manure without and with earth worm （WQ and Q） significantly increased soil contents of NO3- （except Treatment WQ）， available phosphorus， available potassium， micro biomass carbon and density of fine roots of rubber trees， but had no significant effect on soil content of NH4+ （p<0.05）. Moreover， Treatment Q had significantly lower activities of soil urease， soil acid phosphatase and soil invertase， but had significantly higher activity of soil catalase than the CK （p<0.05）. In conclusion， earthworm raising in a short term in the immature rubber plantation increased micro biomass carbon， soil available nutrients and soil catalase activity and promoted the growth of fine roots， but it also decreased activities of soil urease， soil acid phosphatase and soil invertase in the rubber plantation.

Keywords earthworm raising ； soil available nutrient ； soil enzyme activity ； fine root

天然橡膠是我國四大戰(zhàn)略物資之一，主要產(chǎn)自巴西橡膠樹（Hevea brasiliensis）。我國主要在海南、云南和廣東3省栽培[1]。橡膠樹原產(chǎn)于高溫潮濕的亞馬遜流域，是最重要產(chǎn)膠作物，我國自20世紀(jì)50年代開始大規(guī)模植膠，經(jīng)過60多年的發(fā)展，無論是天然橡膠總產(chǎn)量還是植膠面積都增長迅速[2]。

施肥是保證橡膠樹增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基本措施，然而經(jīng)過多年的植膠生產(chǎn)，各植膠區(qū)已面臨單產(chǎn)提升困難、土壤酸度下降和肥料養(yǎng)分損失嚴(yán)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(nóng)和植膠企業(yè)迫切需要提高膠園單位面積的經(jīng)濟(jì)效益[3]，發(fā)展林下經(jīng)濟(jì)的呼聲高漲。其中，以牛糞為原料在橡膠林下蚯蚓養(yǎng)殖是新嘗試的模式之一[4]。蚯蚓養(yǎng)殖可以加大農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化，提高農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，開創(chuàng)一條農(nóng)業(yè)廢棄物變廢為寶，效益高端的農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式[5]。

牛糞是一種傳統(tǒng)的有機(jī)肥料，富含作物所需的養(yǎng)分。在橡膠林下養(yǎng)殖蚯蚓的過程當(dāng)中，牛糞當(dāng)中的養(yǎng)分可遷移至膠園土壤，其對膠園土壤速效養(yǎng)分含量，影響土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的酶活性，以及吸收土壤養(yǎng)分的橡膠樹細(xì)根的影響尚不明確。因此，本研究以4齡生膠園為場所，以牛糞作為原料養(yǎng)殖蚯蚓，探討林下養(yǎng)殖蚯蚓對膠園土壤速效養(yǎng)分、土壤酶和吸收根的影響，為發(fā)展橡膠林下蚯蚓養(yǎng)殖模式提供一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場三隊，該地區(qū)為典型的熱帶海洋季風(fēng)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(zhì)地為粉砂黏壤土，pH為4.20，土壤有機(jī)質(zhì)含量為12.0 g/kg，硝態(tài)氮為13.5 mg/kg，銨態(tài)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(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)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年。試驗(yàn)開展前將膠園雜草進(jìn)行清除，土地進(jìn)行平整并做好排水。在膠園地面鋪設(shè)防草布，再在防草布上鋪放一壟純牛糞（全氮：20.5 g/kg；全磷：7.6 g/kg；全鉀：4.5 g/kg），壟面呈龜背型，壟寬80 cm，壟高為40 cm。調(diào)節(jié)水分使牛糞保持適宜水分含量。于4月25日投放蚯蚓苗，每米長糞壟投放0.5 kg。根據(jù)牛糞消耗情況，及時補(bǔ)充新鮮牛糞。天氣較干時，對牛糞進(jìn)行適宜補(bǔ)水。試驗(yàn)共6壟，每壟共長63 m。試驗(yàn)設(shè)對照（CK），鋪牛糞無蚯蚓養(yǎng)殖（WQ）和鋪牛糞蚯蚓養(yǎng)殖（Q）3個處理，每處理3次重復(fù)。試驗(yàn)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(jìn)行根系和土壤進(jìn)行取樣。WQ和Q處理根系取樣時，隨機(jī)選取相鄰的3株橡膠樹，將防草布移開，在牛糞鋪設(shè)區(qū)域的正下方（離樹行2.2 m）養(yǎng)殖區(qū)域，在正對橡膠樹和橡膠樹之間的位置挖取30 cm×30 cm×20 cm的土穴，每小區(qū)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(yàn)室進(jìn)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土壤用于土壤養(yǎng)分的分析。

1.2.2 指標(biāo)測定

1.2.2.1 土壤養(yǎng)分

土壤取樣后，測定土壤無機(jī)氮（硝態(tài)氮和銨態(tài)氮）、速效磷、速效鉀，分別采用分光光度法、鉬銻抗比色法、火焰分光光度法測定，具體測定方法具體見魯如坤的編著測定[6]。

1.2.2.2 土壤微生物量碳

土壤微生物量碳采用誘導(dǎo)呼吸—堿吸收法測定，通過添加葡萄糖誘導(dǎo)土壤呼吸，并用強(qiáng)堿吸收釋放的CO2量，通過釋放的CO2量計算土壤微生物量碳，具體方法參照魯如坤的編著測定[6]。

1.2.2.3 土壤酶活性

本研究測定土壤脲酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性，分別采用靛酚藍(lán)比色法、磷酸苯二鈉比色法、高錳酸鉀滴定法和蔗糖還原酶測定法，具體方法參照周禮愷的編著測定[7]。

1.2.2.4 根密度

將根系分揀進(jìn)行，將死根剔除，挑出的活根中直徑小于2 mm的根即為吸收養(yǎng)分細(xì)根[8-9]，將挑出的根殺青后在85℃下烘干，測定其干重，除以挖取體積（30 cm×30 cm×20 cm）計算出根密度。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和DPS 6.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析，采用最小顯著差異法進(jìn)行方差分析（p<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤速效養(yǎng)分含量

表1為不同處理土壤養(yǎng)分含量。

由表1可看出，與CK相比，WQ和Q處理可極大幅度提高土壤速效鉀含量，分別提高15.7和15.6倍，速效磷含量亦顯著得到提高，硝態(tài)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銨態(tài)氮含量則無顯著差異（p>0.05）?？傮w上，WQ和Q處理可明顯提高土壤速效養(yǎng)分（除銨態(tài)氮外）含量。

2.2 土壤微生物量碳

土壤微生物量碳反映土壤微生物數(shù)量。不同處理微生物量碳見圖2。

由圖2可看出，CK處理的微生物量碳為0.86 mg/kg，WQ和Q處理較CK分別顯著增加2.26和2.32倍，表明土壤微生物量數(shù)量增加。

2.3 土壤不同酶活性

不同處理土壤酶活性見表2。

由表2可知，土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性大小順序?yàn)镃K>WQ>Q，而土壤過氧化氫酶活性大小順序則相反。其中，Q處理的土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性顯著低于CK處理，而Q處理的土壤過氧化氫酶則顯著高于CK處理；WQ和Q處理四種土壤酶活性則無顯著差異（p>0.05）。

2.4 橡膠樹細(xì)根根密度

圖3為不同處理細(xì)根根密度重。

由圖3可知， CK處理細(xì)根根密度干重為0.275 mg/cm3，WQ和Q處理較CK處理顯著提高了細(xì)根根密度干重（p<0.05），可達(dá)0.544 和0.572 mg/cm3，分別提高2.0和2.1倍。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

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(jìn)作物生長[10]。以牛糞為原料在林下養(yǎng)殖蚯蚓，牛糞不直接還田，但通過自然降雨或補(bǔ)水時，牛糞中的養(yǎng)分可隨下滲的水分轉(zhuǎn)移至土壤中。海南地區(qū)5～10月為降雨集中的時期，本研究主要觀測了該階段林下蚯蚓養(yǎng)殖后土壤養(yǎng)分的差異，結(jié)果表明，林下施用牛糞處理（WQ）可較對照（CK）大幅提高土壤無機(jī)氮、速效磷和速效鉀含量，而在施用牛糞的基礎(chǔ)上養(yǎng)殖蚯蚓（Q），則可進(jìn)一步提高土壤養(yǎng)分的含量，特別是速效鉀，較CK處理增幅達(dá)16.6倍（表1）。韓桂鷗等[11]在園藝苗木林下養(yǎng)殖蚯蚓了結(jié)果表明，與對照相比，土壤水解氮、有效磷分別提高了54.66%和12.02%，速效鉀含量增加了3.08倍，此結(jié)果與本研究一致。

土壤酶來自微生物、植物和動物的活體或殘體，是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動等生態(tài)過程中最活躍的生物活性物質(zhì)，在一定程度上反映了土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化動態(tài)。有研究表明，土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶及過氧化氫酶活性可作為考察土壤肥力的生物學(xué)指標(biāo)[12]。本研究中，Q處理土壤速效養(yǎng)分總體水平最高，但僅酶過氧化氫酶活性最高，而其他3種土壤酶活性則相反。

土壤中脲酶可參與含氮有機(jī)物的轉(zhuǎn)化，可使土壤中有效氮的含量增加，改善土壤中氮的供應(yīng)狀況。土壤磷酸酶是一類催化土壤有機(jī)磷化合物礦化的酶，其活性高低直接影響著土壤中有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性[13]。本研究中，不同處理土壤脲酶和磷酸酶活性大小順序?yàn)镃K>WQ>Q（表2），而土壤硝態(tài)氮和速效磷含量大小順序則相反（表1），可能是CK處理沒有來自牛糞中氮素和磷素的補(bǔ)充，需要激活自身土壤氮素和磷素的轉(zhuǎn)化供應(yīng)養(yǎng)分，從而提高其相應(yīng)土壤酶活性，而WQ和Q處理中牛糞帶入較多的氮素和磷素養(yǎng)分，靠土壤轉(zhuǎn)化供應(yīng)養(yǎng)分的需求較低，相應(yīng)土壤酶活性較弱。因此，根據(jù)以上分析，土壤養(yǎng)分豐缺狀態(tài)影響了土壤脲酶和磷酸酶的活性，即無機(jī)氮和速效磷最缺乏的CK處理需要更多誘導(dǎo)土壤相應(yīng)酶活性來分解土壤有機(jī)物獲得所需養(yǎng)分，WQ處理次之，而養(yǎng)分最豐富的Q處理則無需更強(qiáng)烈的激活相應(yīng)酶分解土壤有機(jī)物獲得所需養(yǎng)分。

過氧化氫酶能促進(jìn)過氧化氫分解為氧氣和水，從而解除了過氧化氫對作物的毒害作用，在一定程度上表征了土壤生物氧化過程的強(qiáng)弱和土壤微生物活動的強(qiáng)度[13]。本研究結(jié)果表明WQ和Q處理的微生物數(shù)量碳要顯著高于CK處理（p<0.05），與過氧化氫酶的變化趨勢一致，表明WQ和Q處理能提高過氧化氫酶活性，減輕土壤微生物受過氧化氫毒害，以利于土壤微生物的活動。

土壤蔗糖酶參與碳水化合物的轉(zhuǎn)化，是一種能使高分子量的蔗糖分解成葡萄糖和果糖的水解酶，可為植物和微生物提供充分的能源[14]。本研究中，其酶活性大小順序與土壤脲酶和磷酸酶一致，可能是牛糞在自然堆漚過程中已將部分不溶性碳水化合物水解為可溶性的葡萄糖和果糖，并隨著水分下滲至土壤以供土壤微生物利用，無需過多從土壤中分解碳水化合物。

3.2 結(jié)論

在膠園養(yǎng)殖蚯蚓短期內(nèi)可增加土壤微生物量碳，提高土壤速效氮、速效磷和速效鉀的含量，以及提高土壤過氧化氫酶活性，促進(jìn)橡膠樹細(xì)根生長，但降低了土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶的活性。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃堅雄，潘 劍，周立軍，等. 全周期間作模式膠園內(nèi)間作豆薯的產(chǎn)量及其抗逆生理的特征[J]. 熱帶作物學(xué)報，2015，36（4）：639-644.

[2] 王大鵬，王秀全，成 鏡，等. 海南植膠區(qū)養(yǎng)分管理現(xiàn)狀與改進(jìn)策略[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，33（9）： 22-27.

[3] 林位夫，周 珺，王 軍. 中國植膠業(yè)發(fā)展趨勢與策略研究[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，36（6）：81-84.

[4] 鄧衛(wèi)哲，蘇劍程. 林下蚯蚓養(yǎng)出生態(tài)效應(yīng)[N]. 農(nóng)民日報，2016-9-30（003）.

[5] 韋曙東，汪德尚，姚自鳴. 蚯蚓養(yǎng)殖研究的效益分析[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報，2010，16（17）：177-179.

[6] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社， 2000.

[7] 周禮愷. 土壤酶學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社，1987.

[8] Pransiska Y， Triadiati T， Tjitrosoedirjo S， et al. Forest conversion impacts on the fine and coarse root system， and soil organic matter in tropical lowlands of Sumatera （Indonesia）[J]. Forest Ecology and Management， 2016， 379： 288-298.

[9] 劉俊良，劉建云，羅 微，等. 橡膠園施肥穴膠樹營養(yǎng)根分布規(guī)律研究初報[J]. 熱帶作物學(xué)報，2006，27（3）：5-10.

[10] Cai Z C， Qin S W. Dynamics of crop yields and soil organic carbon in a long-term fertilization experiment in the Huang-Huai-Hai Plain of China[J]. Geoderma， 2006， 136（3-4）： 708-715.

[11] 韓桂鷗，李霞，劉洪慶，等. 林下養(yǎng)殖蚯蚓對鹽堿地土壤和苗木生長的影響[J]. 天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，22（4）：79-82

[12] 李 娟，林位夫，周立軍. 成齡膠園間作不同禾本科作物對土壤養(yǎng)分與土壤酶的影響[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014， 34（10）：1-6.

[13] 范 富，張慶國，邰繼承，等. 玉米秸稈夾層改善鹽堿地土壤生物性狀[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015，31（8）： 133-139.

[14] 劉 麗，馬鳴超，姜 昕，等. 根瘤菌與促生菌雙接種對大豆生長和土壤酶活的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2015，21（3）：644-654.