黑水虻蟲糞對水稻生長及土壤理化性質的影響

王小波，吳 翔，郭雪琦，陳移波，王金龍，徐曉燕*

（1 天津農學院農學與資源環境學院，天津 300384；2 天津農墾渤海農業集團有限公司，天津 301823）

隨著我國社會經濟發展和農業產業結構調整，規模化養殖業快速發展，畜禽糞便年產生量大量增加[1]，據統計，2016年中國畜禽糞污年產量約38億t[2]。利用黑水虻幼蟲轉化處理畜禽糞便為畜禽糞便的處理提供了一種經濟、可行的途徑，受到了國內外的廣泛關注[3-5]，轉化后產出的蟲糞為灰褐色、粒狀、無臭味的有機肥，含豐富的有機質及有益微生物種群[6-7]，具有較好的肥效。如Kawasaki等[8]研究表明，黑水虻蟲糞肥能夠提高小松菜的鮮重，且效果好于家禽糞便、牛糞。吳翔等[9]研究發現施用黑水虻蟲糞提高了番茄28.5%的產量和19.4%的VC含量，效果好于雞糞。

水稻是我國種植的主要糧食作物之一，水稻總產量達到我國糧食總產量的1/3以上[10]。在水稻種植過程中，有機肥施用可以促進水稻根系生長，提高水稻對養分的吸收，提高水稻灌漿能力，促使籽粒

飽滿，從而提高產量[11-12]。陳帥君等[13]、李先等[14]研究表明有機肥的施用，不僅可以提高水稻產量，而且還能改善稻米的外觀及口感品質。目前國內外對黑水虻蟲糞有機肥應用的研究較少，且主要應用于番茄、白菜、玉米、黑麥草[15-17]，在水稻種植中的應用還少有報道。采用盆栽試驗研究了黑水虻蟲糞肥對水稻生長及土壤理化性質的影響，旨在為黑水虻蟲糞的進一步開發利用提供理論依據。

1 材料及方法

1.1 試驗材料

供試土壤為黃棕壤，取自湖北省某水稻田，其基礎理化性質為：pH 6.24、EC值415 μS/cm、銨態氮 70.12 mg/kg、有效磷 12.2 mg/kg、速效鉀 158 mg/kg、有機質65.2 g/kg。將取回來的土壤風干、磨碎、過1 cm篩，混勻備用。

黑水虻蟲糞 (黑水虻轉化雞糞所得)，其組分含量：pH 8.3、有機質含量64.0%、全氮2.66%、全磷(P2O5) 5.03%、全鉀 (K2O) 3.80%。蟲糞風干后備用。

種植作物水稻，品種‘津原E28’。

1.2 試驗設計

試驗采用盆栽水稻的方法進行，設置不同的蟲糞肥施用量，分別為：不施蟲糞 (CK)、施用2%蟲糞肥 (T1)、4% 蟲糞肥 (T2)、6% 蟲糞肥 (T3)、8% 蟲糞肥 (T4) 5個處理，每個處理3次重復。取干凈塑料桶 (直徑 35 cm、高 27 cm) 裝入 10 kg 風干土，按照不同處理的重量百分比添加蟲糞攪拌均勻。2018年5月16日選取生長一致的水稻苗移入塑料桶中，每桶7棵苗。將塑料桶隨機排列置于遮陰網室內，整個種植期間，土面保持3～5 cm的水層，進行常規管理，2018年10月26日收獲。2019年相同的時間在原處理的土壤上進行水稻連作試驗，整個水稻種植期間不施用任何肥料，其他同2018年。

1.3 測定項目與方法

兩年中分別在水稻插秧后的60、90、120天測定株高，在水稻插秧后的分蘗期～拔節期 (45天)，取出3株水稻，采用氮藍四唑光化還原法測定葉片的超氧化物歧化酶 (SOD) 活性，愈創木酚法測定過氧化物酶 (POD) 活性，紫外吸收法測定過氧化氫酶(CAT) 活性[18]。收獲水稻后曬干，人工脫粒，測定稻米產量以及氮、磷、鉀含量[19]。

水稻收獲后，倒出土壤混勻后，采用四分法取約500 g土壤樣品，風干后過1和0.25 mm篩，備用。土壤pH采用水土比2.5∶1提取，pH計測定；電導率采用5∶1水土比提取，電導法測定；有機質采用重鉻酸鉀容量法測定；銨態氮采用靛酚藍比色法測定；有效磷采用碳酸氫鈉提取鉬藍比色法測定；速效鉀采用乙酸銨提取火焰光度計法測定[19]。脲酶活性采用苯酚鈉比色法測定；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定；蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定[20]。

1.4 數據處理

試驗數據計算、作圖采用Excel 2016軟件完成，顯著性差異分析采用 SPSS 17. 0 (P< 0. 05)完成。

2 結果與分析

2.1 蟲糞肥對水稻株高的影響

從圖1可以看出，在2018年插秧后60天時，TI和T2處理的水稻株高與CK相比較無顯著差異，T3和T4處理的水稻株高較CK降低10.8%和24.2%。插秧后90天時，T1處理的株高較CK提高了5.2%，T3和T4處理的株高與CK相比較，分別降低了5.2%和17.4%。插秧后120天時，T1和T3處理的水稻株高與CK之間無顯著差異，T2處理最高，較CK提高了5.8%，T4處理水稻株高最低，比CK降低了8.0%。說明適量的施肥可促進水稻的生長，而過量施肥會抑制水稻的生長。

圖1 不同用量蟲糞肥處理的水稻株高Fig. 1 Plant height of rice of the treatments with different amounts of insect frass

2019年時，施用蟲糞肥各處理顯著提高了水稻的株高。插秧后60天時，T1、T2、T3和T4處理均提高了水稻株高，其中T3處理的株高最高，比CK提高了31.9%。插秧后90天時，與CK相比較，T1、T2、T3和T4處理水稻株高分別提高了11.0%、20.0%、27.9%和31.8%。插秧后120天時，施蟲糞處理水稻株高提高了11.5%～33.5%，各蟲糞處理間，T3和T4株高顯著高于T2，T2顯著高于T1。說明蟲糞有機肥的后續肥效較大。

2.2 蟲糞肥對稻米產量的影響

從圖2可知，在2018年時，除T4外，施蟲糞肥處理提高了水稻產量19.9%～43.7%，其中T2處理的稻米產量最高，T1、T3次之，而T4處理降低了稻米產量20.0%。2019年，各處理稻米產量隨著蟲糞肥施用量增加而提高，較CK增產了33.9%～195.5%。兩年中，2019年T3和T4處理的稻米產量較2018年分別提高了85.3%和214.7%。說明合理的施用蟲糞有機肥可以提高當季和后茬水稻的產量，但過量施用會降低當季水稻的產量。

圖2 不同用量蟲糞肥處理的稻米產量Fig. 2 Rice yield of the treatments with different amounts of insect frass

2.3 蟲糞肥對水稻葉片酶活性的影響

由表1可見，蟲糞肥的施用提高了水稻葉片酶的活性。隨著蟲糞施用量的增加水稻葉片的SOD活性提高，在2018、2019年中都是T4處理的SOD活性最高，較CK分別提高了29.2%和45.2%，同時也顯著高于其它蟲糞肥處理。POD活性，在2018年各蟲糞肥處理間沒有顯著差異，2019年T4處理顯著高于其它處理。CAT活性，在2018年T2處理最高，且顯著高于T1、T4處理，2019年T3、T4處理顯著高于其它處理。

表1 2018和2019年不同用量蟲糞肥處理水稻葉片酶活性 (U/g, FW)Table 1 Enzymes activity in rice leaves under the treatments with different amounts of insect frass in 2018 and 2019

2.4 蟲糞肥對稻米中氮磷鉀含量的影響

由表2可見，稻米中氮磷鉀含量隨著蟲糞肥施用量的增加而提高。T2、T3、T4處理稻米的氮含量兩年都顯著高于T1、CK處理，T1和CK處理間沒有顯著差異。T2、T3、T4處理稻米的磷含量在2018年顯著高于T1、CK處理，在2019年T4處理稻米的磷含量顯著高于T1、T3，T1、T3顯著高于CK。2018年各處理稻米鉀含量沒有顯著差異，2019年T3、T4處理稻米鉀含量顯著高于CK、T1、T2處理。

表2 2018和2019年不同用量蟲糞肥處理稻米中氮磷鉀含量 (%)Table 2 NPK content in rice under the treatments with different amounts of insect frass in 2018 and 2019

2.5 蟲糞肥對土壤理化性質的影響

表3表明，隨著蟲糞施用量的增加，顯著提高了土壤pH、有機質含量、EC值、銨態氮、有效磷、速效鉀含量。土壤pH兩年中分別由6.46、6.51提升到7.13、7.14。有機質含量提高了7.1%～32.5%，EC值提高了13.6%～99.9%，銨態氮含量提高了25.2%～195.4%，有效磷含量提高了45.7%～312.0%，速效鉀含量提高了1.7～20.1倍。說明蟲糞肥的施用可以顯著提高土壤肥力。

表3 2018和2019年不同用量蟲糞處理的土壤理化性質Table 3 soil physical and chemical properties under the treatments with different amounts of insect frass in 2018 and 2019

2.6 蟲糞肥對土壤酶活性的影響

圖3結果顯示，蟲糞肥提高了13.1%～109.5%的脲酶活性，提高了14.5%～45.4%的磷酸酶活性，提高了25.2%～286.5%的蔗糖酶活性，對土壤過氧化氫酶活性沒有顯著影響。不同用量蟲糞肥處理，T4處理的脲酶、蔗糖酶活性都顯著高于其它處理，T1、T2、T3處理的脲酶活性兩年中都沒有顯著差異，而T1、T2、T3處理的蔗糖酶活性隨蟲糞肥施用量增加而顯著提高。T3、T4的磷酸酶活性顯著高于T1處理，而T3、T4間沒有顯著差異。

2.7 指標的相關性分析

由表4可知，除產量和葉片POD活性外各指標與有機質含量都呈極顯著的正相關，說明蟲糞肥施用在提高土壤有機質含量的同時也提高了土壤養分、土壤、植物的酶活性。而產量與土壤磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性，葉片SOD、CAT酶活性呈顯著正相關。土壤酶活性和植物葉片的酶 (除POD) 活性與土壤有機質、土壤速效養分含量呈顯著正相關。

圖3 2018和2019年不同用量蟲糞肥處理土壤酶活性Fig. 3 Soil enzyme activities under the treatments with different amounts of insect frass in 2018 and 2019

表4 各指標間的相關性分析 (r)Table 4 Correlation analysis of each index

3 討論

黑水虻蟲糞有機肥為一種新型的有機肥，不僅含有多種營養物質，還含有多種微生物、酶和活性物質[6-7]。本研究采用的蟲糞肥為黑水虻轉化雞糞所得，其有機質含量高達64.0%，養分 (N+P2O5+K2O)含量達11.5%，有機質和養分含量都遠高于我國商品有機肥標準 (有機質 ≥ 45%，N+P2O5+K2O ≥ 5%)。黑水虻蟲糞肥中的養分含量高，而且大多是以有機結合態存在，隨礦化過程而釋放，提高土壤速效養分緩沖容量，減少損失，所以對土壤肥力影響時間更長[21]，更有利于作物對養分的充分利用。本試驗中施用蟲糞肥種植兩季水稻，水稻產量增加19.9%～195.5%，土壤有機質含量提高7.1%～32.5%，銨態氮含量提高了25.2%～195.4%，有效磷含量提高了45.7%～312.0%，速效鉀含量提高了1.7～20.1倍。其他學者對有機肥的研究也有相似的結果，如李其勝等[22]研究表明有機肥施用后連續兩年的種植中，有機肥處理提高了10.06%～19.39%作物的產量，提高了4.17%～25.73%土壤有機質、全氮、全磷和速效磷含量。曹云等[23]研究也表明，堆肥施用后兩年內都提高了土壤的有機碳和礦質養分含量，但增加的幅度都小于該蟲糞有機肥。黑水虻蟲糞磷 (5.03%)、鉀(3.08%) 含量遠高于傳統糞肥，對土壤速效磷、有效鉀的提升效果非常顯著。可能因土壤對進入的PO43?的吸附固定，使土壤速效鉀的增加效果好于磷。所以黑水虻蟲糞的施用可為喜鉀作物提供更豐富的鉀素供應，并提高作物的品質。黑水虻蟲糞中高的有機碳和礦質養分含量可為土壤中的微生物提供更多營養物質，促進其生長繁殖，從而改善土壤的生物環境。同時畜禽糞便在經過黑水虻過腹轉化的過程中，受蟲體腸道微生物影響，蟲糞中有益微生物種群更豐富[7]，更有利于加強酶促反應進行，從而提高土壤酶活性[24-26]。本研究中，施用蟲糞有機肥后，土壤中除過氧化氫酶活性在兩年內無顯著變化外，脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性均有不同程度的提高，并且隨著蟲糞肥施用量的增加而升高。前人對于不同有機肥的研究也有相似的結論，如郭鵬飛等[27]通過田間小區試驗表明，施用牛糞、豬糞、沼渣有機肥能提高土壤中的脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性；田小明等[28]研究表明，連續施用生物有機肥3年后，顯著提高了土壤中脲酶、蛋白酶、過氧化氫酶活性，但是對土壤中多酚氧化酶、蔗糖酶的活性影響不大。施用有機肥對土壤酶活性有促進作用，但不同酶活性變化趨勢卻不一定相同，這可能是受到肥料類型、土壤類型以及環境條件等綜合因素的影響。

蟲糞肥的施用提高了土壤酶活性和土壤養分含量，促進水稻器官的后期發育，提高水稻干物質的積累和結實率，尤其是可以提高抽穗期后的光合作用，提高水稻灌漿能力，促使籽粒飽滿，從而提高產量[12]。本試驗在第二年的水稻種植中，隨著蟲糞使用量的增加產量增加，8%蟲糞處理的水稻產量最高，而在第一年的種植中施用4%蟲糞的水稻產量最高，6%、8%蟲糞施用量處理產量反而降低，尤其8%處理產量顯著低于對照不施肥處理。可能在第一年施用時，8%蟲糞的施用量過大，蟲糞在土壤中厭氧發酵產生了甲烷、氨氣等有害氣體，同時消耗土壤中的氧氣，抑制了作物的生長發育，造成作物產量的降低。也可能由于有機肥施用過量造成土壤養分過量，產量反而下降。如陳琨等[29]的研究發現，有機肥施用量超過4500 kg/hm2時，水稻產量隨有機肥施用量的增加而降低。Deng等[30]的研究表明，在氮肥施用量超過N 250 kg/hm2時，水稻產量隨氮肥施用量增加而降低。到第二年隨著蟲糞的充分腐熟和養分含量的降低，6%、8%蟲糞施用量處理水稻的產量顯著高于其他處理，同時也高于第一年的產量。第二年蟲糞肥處理產量都高于不施肥處理，說明蟲糞肥具有顯著的后續肥效，在第二年中還能夠為水稻生長提供足夠的養分。

4 結論

黑水虻蟲糞肥的施用提高了土壤有機質、速效氮、速效磷、速效鉀養分含量和土壤酶活性，合理的施用量能促進當季和后茬水稻生長，提高水稻產量和稻米養分含量。黑水虻蟲糞作為一種新型有機肥料，具有廣闊的應用潛力。