不同比例蚯蚓糞替代化肥對土壤化學性狀及小白菜產量和品質的影響

趙永鑫　趙吉霞　范茂攀　王自林　徐昆龍　李永梅

摘? ? 要：為探究不同比例蚯蚓糞替代化肥對山原紅壤土壤化學性狀及小白菜產量和品質的影響，在相同施氮量的條件下，設置4個不同比例蚯蚓糞處理：70%化肥和30%蚯蚓糞（T30）、50%化肥和50%蚯蚓糞（T50）、30%化肥和70%蚯蚓糞（T70）、100%蚯蚓糞（T100），以常規施肥（CK）為對照，測定小白菜收獲后土壤肥力變化以及小白菜產量和品質指標。結果表明，相較CK，不同比例蚯蚓糞替代化肥改善了土壤化學性狀，土壤全氮、速效磷、速效鉀及有機質含量顯著增加;土壤pH除T50較CK無顯著差異外，其他處理土壤pH均較CK顯著降低;T50可在顯著提高小白菜產量的同時增加可溶性糖和維生素C含量，降低硝酸鹽含量。綜上所述，50%蚯蚓糞替代化肥可在云南地區小白菜生產中推廣應用。

關鍵詞：小白菜;土壤肥力;產量;品質

中圖分類號：S634.3 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2022）06-062-07

Different proportion of vermicompost replacing chemical fertilizer affects soil chemical properties and yield and quality of Chinese cabbage

ZHAO Yongxin ZHAO Jixia FAN Maopan WANG Zilin XU Kunlong LI Yongmei

（1. College of Resources and Environment， Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， Yunnan， China; 2. Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， Yunnan， China）

Abstract：This experiment was conducted to explore the effects of different proportion of vermicompost replacing chemical fertilizer on soil chemical character and yield and quality of Chinese cabbage in montane red soil. Under the same amount of nitrogen four different proportion of vermicompost were tested， 70% chemical fertilizer and 30% vermicompost （T30）， 50% chemical fertilizer and 50% vermicompost （T50）， 30% chemical fertilizer and 70% vermicompost （T70）， 100% vermicompost （T100）， Changes of soil fertility and yield and quality indexes of Chinese cabbage after harvest were determined. The results showed that different proportions of vermicompost replacing chemical fertilizer improved soil chemical properties， and the contents of total nitrogen， available phosphorus， available potassium and organic matter in the soil were significantly increased. Soil pH was significantly lower than CK except T50. Compared with CK the yield of Chinese cabbage in T30， T50 and T70 treatments was increased by 90.06%， 190.64%， 129.90%， respectively. 50% vermicompost treatment significantly increased the yield of Chinese cabbage， increased soluble sugar content and vitamin C content， and decreased nitrate content. Therefore， the T50 treatment （N 15 kg·hmPO 30 kg·hm， KO 45 kg·hm， vermicompost organic fertilizer 1 111.11 kg·hm） can be used to replace chemical fertilizer in Chinese cabbage production in Yunnan.

Key words： Chinese cabbage; Soil fertility; Yield; Quality

我國是世界上最大的蔬菜生產和消費國。2020年，我國蔬菜總產量超過7億t，超過全球蔬菜產量的50%[1]。目前蔬菜生產仍然多以高產為目標，而施用化肥作為提升蔬菜產量的主要途徑，在我國的農業生產中發揮著舉足輕重的作用。但過量施用化肥導致土壤次生鹽漬化嚴重，破壞耕地質量。此外，長期施用化肥會導致土壤板結，土壤結構被破壞，作物生長嚴重受阻等問題[2-4]，影響蔬菜的產量和品質，進而破壞整個農田生態系統。而有機肥作為一種廣泛應用的土壤改良劑，具有提升農作物產量、品質和改善土壤質量等方面的優勢[5]。因此，有機肥替代對維持土壤養分平衡，實現農業可持續發展具有重要意義。

蚯蚓糞作為蚯蚓堆肥化過程中產生的一種綠色生物有機肥，與常規有機肥在堆肥方式、場所等方面存在著諸多不同，這也導致蚯蚓糞在性質、構成及作用方面與常規有機肥存在差異。首先，蚯蚓堆肥化過程在蚯蚓的腸道內進行，不會經歷高溫，而普通有機肥則多在空曠場所經高溫過程堆制產生，這也決定了蚯蚓糞中比普通有機肥更具有相對穩定的微生物群落結構。蚯蚓糞是一種具有自然泥土清香的細碎類物質，堆肥過程不像普通有機肥會產生氣體污染、水體污染等問題[6]。蚯蚓糞具有均一、多孔結構，且比表面積大，有很好的孔性、通氣性、排水性和高持水量，富含多糖，對土壤團聚體的形成和保持具有積極作用[7]。蚯蚓糞與土壤混合后可增進土壤與空氣接觸，改善土壤板結狀況。蚯蚓糞多為中性偏堿性，研究表明，將蚯蚓糞施于酸性土壤或堿性土壤，最終土壤pH值會趨近于中性，適宜作物生長[8]。此外，蚯蚓糞中含有大量的微生物，施入土壤可以降低作物根際真菌及病原菌豐度，增加細菌種群和豐度，保障土壤微生物群落結構的穩定性[9]。

蚯蚓糞作為一種綠色生物有機肥，在提升作物產量和品質方面成效顯著。有研究表明，將不同比例的蚯蚓糞施用于果園土和菜園土，能顯著增加玉米株高、干物質量，其中以20%比例蚯蚓糞的綜合特征最優[10]。在等氮量的前提下，30%～50%蚯蚓糞氮占比可以顯著提高盆栽油麥菜產量[11]。50%蚯蚓糞與50%化肥配施可以顯著改善桑樹根際微域環境，桑葉產量得以大幅提升[12]。蚯蚓糞和無機肥以質量比1∶30復混較無機復混肥相比，能顯著提高溫室大棚黃瓜的糖酸比及維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖及可溶性固形物含量，降低黃瓜硝酸鹽含量[13]。馮騰騰等[14]在連作黃瓜大棚試驗中也得到了類似結果。與單施化肥相比，蚯蚓糞替代40%化肥顯著增加了白菜和西藍花的可溶性蛋白和維生素C含量，改善其品質[15]。總的來講，蚯蚓糞配施比例在20%～50%之間時，多數經濟作物可獲得較好的產量和品質。

葉菜作為我國廣泛種植的經濟作物，約占蔬菜需求總量的25%[16]。小白菜具有生育期短，較耐低溫和高溫等特點，適應性強，在云南一年四季均可種植。紅壤作為云南主要的耕作土壤，是我國重點改良和研究的土壤[17]。目前，關于蚯蚓糞不同比例替代化肥對云南紅壤區土壤化學性狀及葉菜產量和品質的效應尚不清楚。因此，筆者通過設置不同比例的蚯蚓糞替代化肥試驗，研究對山原紅壤土壤化學性狀及小白菜產量、品質的影響，以期為云南山原紅壤區優化田間管理、科學施用蚯蚓糞肥提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2021年4—6月在云南省昆明市盤龍區云南農業大學大棚內進行。供試土壤為山原紅壤，取自云南農業大學試驗基地0～20 cm耕作土層;供試小白菜品種為農夫皇冠（河南歐蘭德種業有限公司），類型為速生雜交小白菜，比較耐熱耐濕，供試蚯蚓糞為蚯蚓消解牛糞得到。土壤及蚯蚓糞理化性質見表1。

1.2 試驗設計

盆栽試驗采用完全隨機設計，共設置5個處理，3次重復，共15盆，大棚面積10 m，試驗選用上口徑25 cm育苗盆進行，每盆定植5株小白菜，株間距5 cm，共計75株。在優化施肥的前提下，分別設置CK：100%化肥;T30：70%化肥+30%蚯蚓糞;T50：50%化肥+50%蚯蚓糞;T70：30%化肥+70%蚯蚓糞;T100：100%蚯蚓糞。

每個處理的氮水平保持一致，化肥種類分別為尿素（N 46%）、過磷酸鈣（PO 12%）和硫酸鉀（KO 50%），施肥量分別為每kg土施純氮（N）0.2 g、純磷（PO）0.2 g、純鉀（KO）0.3 g，其中，氮肥分為基肥和追肥各50%共分2次施入，磷鉀肥以及蚯蚓糞均做基肥一次性施入。各處理具體施肥情況見表2。

1.3 栽培管理

用育苗盆每盆裝土3 kg，并與肥料混勻（蚯蚓糞和與風干后土壤均過2 mm篩孔）。常溫催芽，種子50%露白時播種，每盆播種10粒種子，待發芽后幼苗長出3～4片葉時進行間苗，每盆留苗5株。小白菜于2021年4月25日種植，6月3日收獲。

1.4 樣品采集及測定

各處理于2021年6月3日采集小白菜成熟期植株樣品和土壤樣品。每盆采集小白菜5株進行鮮樣測產，用試驗室千分之一天平稱質量后計算平均小白菜單株質量，然后按每667 m 8889株折算每667 m產量。測產后立即進行植株可溶性糖、維生素C和硝酸鹽含量測定。土壤樣品從小白菜植株根系位置自上而下采300 g土壤樣品，帶回實驗室自然風干，備用。土壤化學性狀測定參考《土壤農化分析》[18]，采用雷磁PHS-3C型酸度計測定土壤pH（V∶m=2.5∶1）;采用油浴加熱重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質含量;采用海能K9860全自動凱氏定氮儀測定土壤全氮含量;采用堿解擴散法測定堿解氮含量;采用NaHCO浸提-鉬銻抗比色法測定速效磷含量;采用NHAc浸提-火焰光度法測定速效鉀含量;采用蒽酮比色法[19]測定可溶性糖含量;采用2，6-二氯靛酚法[20]測定維生素C含量;采用水楊酸比色法[21]測定硝酸鹽含量。

1.5 統計分析

試驗數據采用Excel 2007進行統計和作圖。采用SPSS 20.0軟件進行統計分析，利用單因素方差分析（ANOVA）進行差異顯著性分析，采用Canoco 5.0軟件進行冗余分析，并用R 4.0.2進行置換多元方差分析（PERMANOVA）。

2 結果與分析

2.1 不同比例蚯蚓糞替代化肥對土壤化學性狀的影響

2.1.1? ? 不同比例蚯蚓糞替代化肥對土壤氮、磷、鉀養分含量的影響? ? 由表3可以看出，隨著蚯蚓糞替代比例的增加，土壤全氮和堿解氮含量均呈逐漸上升趨勢。T50、T70、T100處理全氮含量分別較CK增加了11.73%、12.35%、14.81%，且差異顯著。除T100外，所有蚯蚓糞替代化肥處理的堿解氮含量均較CK處理無顯著差異。土壤速效磷含量隨著蚯蚓糞替代比例的增加呈先升高后降低趨勢，速效鉀含量隨蚯蚓糞替代比例的增加呈先升高后降低隨后升高趨勢。土壤速效磷含量在T50處理時達到最大，為26.86 mg·kg。與CK處理相比，T50、T70處理速效磷含量顯著增加，而T30、T100處理則與CK無顯著差異。所有蚯蚓糞處理土壤速效鉀含量均較CK處理顯著增加，其含量在T30時達到最大，為452.47 mg·kg。

2.1.2? ? 不同比例蚯蚓糞替代化肥對土壤有機質含量的影響? ? 由圖1可以看出，在小白菜成熟后土壤有機質含量呈現出隨蚯蚓糞替代比例的增加而增加的趨勢，T30、T50、T70、T100處理土壤有機質含量均顯著高于CK處理，分別較CK處理增加14.92%、18.10%、18.54%、61.17%，而T30、T50、T70各處理間無顯著差異。土壤有機質含量以T100處理達到最大，為52.17 g·kg。

2.1.3 不同比例蚯蚓糞替代化肥對土壤pH的影響 由圖2可以看出，各處理間土壤pH表現為T50=CK>T100>T70>T30。土壤的pH以CK、T50為最高，T30、T70、T100處理pH均較CK處理顯著降低，且T30與T70、T70與T100處理之間無顯著差異。在所有蚯蚓糞替代化肥處理中，蚯蚓糞替代比例為50%時，土壤pH值最高，為6.82。

2.2 不同比例蚯蚓糞替代化肥對小白菜產量的影響

由圖3可以看出，各處理間小白菜產量表現為T50>T70>T30>T100>CK，小白菜產量呈現出隨著蚯蚓糞替代比例的增加先升高后降低趨勢。蚯蚓糞替代比例為0%～50%時，小白菜產量迅速增加，在施用50%蚯蚓糞時，小白菜產量達到最大，667 m2產量為850.23 kg。自此隨著蚯蚓糞替代比例增加，小白菜產量開始下降。T30、T50、T70、T100處理小白菜產量均顯著高于CK處理。其中T30、T50、T70處理小白菜產量分別較CK處理顯著增加了90.08%、190.65%、129.91%。綜上所述，一定比例的蚯蚓糞替代化肥可以顯著提高小白菜產量，其中以T50處理效果為最佳。

2.3 不同比例蚯蚓糞替代化肥對小白菜品質的影響

2.3.1 不同比例蚯蚓糞替代化肥對小白菜可溶性糖含量的影響 由圖4可以看出，隨著蚯蚓糞替代比例的增加，小白菜可溶性糖含量呈先升高后降低趨勢。各處理間的小白菜可溶性糖含量表現為：T50>T30>CK>T100>T70，其中T30、T50處理小白菜可溶性糖含量分別較CK處理顯著增加33.71%和62.29%。T50處理小白菜可溶性糖含量達到最大，為2.84%。當蚯蚓糞替代比例超過50%時，可溶性糖含量開始顯著降低。相較于CK處理，30%和50%蚯蚓糞替代量可顯著提高小白菜可溶性糖含量。而當蚯蚓糞替代量達到70%和100%時，小白菜可溶性糖含量則較CK處理顯著降低。綜上所述，30%和50%比例蚯蚓糞替代化肥可以顯著提高小白菜可溶性糖含量，但當蚯蚓糞比例過高時則可能降低其含量。

2.3.2 不同比例蚯蚓糞替代化肥對小白菜維生素C含量的影響 由圖5可以看出，各處理間小白菜維生素C含量為T50>T70>T100>T30>CK，且呈現出隨著蚯蚓糞替代比例的增加先升高后降低趨勢。T30、T50、T70、T100處理小白菜維生素C含量較CK處理均有所增加，其中T50、T70處理較CK處理顯著增加67.40%、29.28%，T30、T100處理則與CK處理之間無顯著差異。小白菜維生素C含量以T50處理為最高，為24.24 mg·100 g。總體來講，施用50%、70%比例蚯蚓糞替代化肥，可以顯著提高小白菜中維生素C含量，使其營養價值得到改善，其中，以施用50%蚯蚓糞效果最佳。

2.3.3 不同比例蚯蚓糞替代化肥對小白菜硝酸鹽含量的影響 由圖6可以看出，各處理間小白菜硝酸鹽含量表現為CK>T30>T70>T100>T50，且小白菜硝酸鹽含量隨著蚯蚓糞替代比例的增加呈現出先降低后升高再降低的趨勢，在蚯蚓糞替代比例為50%時達到最低值。與CK處理相比，T30、T50、T70、T100處理硝酸鹽含量均有所降低，且差異顯著。CK處理小白菜硝酸鹽含量最高，達到454 mg·kg，含量高于國際糧農組織關于蔬菜中硝酸鹽一級限量標準的432 mg·kg，隨著蚯蚓糞施入，小白菜硝酸鹽含量下降，T30、T50、T70、T100處理小白菜硝酸鹽含量分別為354.33、258、349.33、322 mg·kg，均低于國際限量標準。由此可見，一定比例蚯蚓糞替代化肥可以顯著降低小白菜硝酸鹽含量，進而改善其品質。

2.4 土壤環境因子與小白菜產量和品質的關系

由圖7冗余分析表明，土壤環境因子解釋了兩軸總變異的96.4%。通過蒙特卡羅置換檢驗來評估環境因子對小白菜產量和品質變化的貢獻度，結果表明，土壤有機質（82.5%）、速效磷（10.4%）和速效鉀（2.4%）含量是影響小白菜產量和品質的主要環境因子（P<0.05）。多元置換方差分析的結果表明，不同施肥處理下的土壤性狀和小白菜產量和品質存在極顯著的差異。

3 討論與結論

有研究表明，大量長期單施化肥甚至會帶來土壤有機質含量降低的負面影響[22]。本試驗結果表明，與CK相比，蚯蚓糞替代化肥均可以顯著提升土壤有機質含量，且隨著蚯蚓糞替代化肥比例的增加，土壤有機質含量隨之增加。葛立傲等[23]研究表明，與常規施肥相比，蚯蚓糞與化肥減量配施顯著提高了設施青菜土壤中的有機質含量，這與本研究結果一致。蚯蚓糞能提高土壤中有機質含量，究其原因一方面是因為蚯蚓糞本身有機質含量豐富，另一方面可能是蚯蚓糞分解產生有機酸，進一步通過酸溶作用促進礦物分解以及養分釋放，并通過螯合作用使礦質養分有效性得到提高[24]。除T50處理土壤pH較CK處理無顯著差異外，T30、T70、T100處理pH值均顯著降低，土壤的pH值有所下降但總體趨于中性。有研究表明，蚯蚓糞有較大的酸堿緩沖容量[25]，使堿性土壤pH值下降，使酸性土壤pH值上升，最終使土壤pH值趨于中性，為作物生長提供更好的微域環境。本試驗中，堿性蚯蚓糞施入中性偏堿性土壤后土壤pH有所降低，導致這種現象的原因可能是有機改良劑分解過程中產生的有機酸的酸溶作用或者是加劇了鹽分的滲透和淋失[26]。然而，土壤pH在6～7之間似乎促進了養分對植物的有效性，因此蚯蚓糞是一種合適的土壤改良劑。此外，本試驗中土壤全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀養分含量提升可能也得益于蚯蚓糞在土壤中的分解過程。蚯蚓糞施入土壤在增加土壤養分含量的同時也可以增加土壤中微生物及活性進而提高養分分解釋放[27]。但蚯蚓糞替代比例偏高則不能滿足小白菜前期對養分的需求，這也是為何隨著蚯蚓糞替代比例的增加土壤的速效磷、鉀含量并不隨之提高的原因，這是由肥料特性所決定的，化肥可以快速增加作物生長所需的各種速效養分含量，而蚯蚓糞有機肥中養分釋放過程則比較緩慢[28]。綜上所述，30%～50%蚯蚓糞替代化肥能有效平衡化肥和蚯蚓糞的優缺點，化肥能保證作物前期的速效養分供應、減少淋溶，蚯蚓糞又能緩慢釋放養分，保障小白菜后期的養分供應。

蚯蚓糞富含大量的有益微生物和植物生長調節物質，可以改善作物的農藝性狀[29]。王恩煜等[30]研究表明，每667 m西瓜配施蚯蚓糞500 kg，可以保證在不降低產量的基礎上顯著提升西瓜維生素C含量、可溶性蛋白含量、還原糖含量等品質屬性，進而改善西瓜品質。與單施化肥或單施蚯蚓糞相比，蚯蚓糞和化肥按體積比1∶1混施后洋蔥的鱗莖大小、鱗莖總數及所有鱗莖鮮質量均有增加，同時混合處理洋蔥葉片中總葉綠素、類胡蘿卜素等含量也顯著增加，并且蚯蚓糞和化肥混施處理也使土壤有更好的土壤肥力以及生物活性，在降低洋蔥栽培成本的同時維持了土壤健康[31]。本研究表明，蚯蚓糞替代化肥能在增加小白菜產量的同時在一定程度上提高小白菜維生素C和可溶性糖含量，并降低硝酸鹽含量。在各處理中，T50處理小白菜產量品質最優。有研究表明，50%有機肥替代化肥在辣椒產量品質方面要優于單施有機肥[32]，這與本試驗結果相似。造成這種結果的原因可能是作物生長前期對氮肥的需求較旺盛，而蚯蚓糞養分釋放具有緩釋性。T70和T100處理前期養分無法得到有效供應，而T50處理既能保證小白菜前期的養分供應，蚯蚓糞的緩釋性又能為小白菜生長后期提供保障，故而產量更高、品質更優。有研究表明，蚯蚓糞中富含各類氨基酸，氨基酸態氮的投入可通過對硝酸還原酶的抑制作用使作物中硝酸鹽含量明顯下降，配施化肥后使氮素的供應形態發生變化，這可能是導致小白菜硝酸鹽含量下降的原因[11]。此外，蚯蚓糞中富含谷氨酸、甘氨酸等必需氨基酸，可通過作物根部參與到可溶性糖代謝過程，促進作物莖、葉可溶性糖含量提升[33]。此外，可能是蚯蚓糞的施入提高了土壤氮循環酶的活性，提高了作物對氮素的利用率，從而促進了作物的產量、品質的提高[15]。

綜上所述，不同比例蚯蚓糞替代化肥對云南山原紅壤區土壤化學性狀及小白菜產量和品質的影響存在劑量效應，其中，50%蚯蚓糞替代化肥可有效改善土壤化學性狀，而不會對土壤pH產生顯著影響，同時可以在提高小白菜產量的情況下增加其植株可溶性糖含量及維生素C含量，降低硝酸鹽含量，改善小白菜的品質。土壤有機質、速效磷及速效鉀是小白菜產量和品質綜合影響因子。本試驗為盆栽試驗，試驗結果具有一定的局限性，還需開展田間試驗進一步探究蚯蚓糞替代在小白菜種植中的最適比例，并對影響小白菜產量、品質的關鍵因子及其機制開展深入研究。

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