肥料配施蚯蚓裂解液對馬鈴薯產量、品質和土壤酶活性影響

張成龍， 商美新， 馬夢雪， 曾路生， 李俊良， 房增國

(青島農業大學資源與環境學院，山東青島 266109)

馬鈴薯是喜肥作物，施肥是馬鈴薯增產的重要技術措施之一。在種植馬鈴薯的過程中農民往往過量施肥，這樣不但會造成產量降低，土壤微生物多樣性下降，土壤板結，土壤肥力退化等問題，而且會導致馬鈴薯營養不均衡，使馬鈴薯品質下降[1-4]。化肥過量盲目施用，還會造成生產成本增加、資源浪費和環境污染等問題。近年來，國家農業相關部門高度重視化肥減施增效技術的研究與推廣，肥料減施特別是氮肥減施的行動在國內已廣泛開展，譬如2015年政府制定的化肥“零增長”計劃等[5]。

蚯蚓裂解液是通過添加助溶劑使蚯蚓自溶裂解從而分離蚯蚓體內的活性物質得到的一種功能性物質。蚯蚓裂解液作為一種功能性物質不僅具有抗逆促生的效果，葉面噴施適量濃度蚯蚓水解液可以提高植物體內抗逆酶活性，且已有研究證實含有抗菌肽的蚯蚓水解液能夠作為一種安全抑菌劑和葉面肥生產原料[6-7]。蚯蚓裂解液不僅含有大量養分，也含有大量有益微生物[8-9]。施啟榮等的研究表明，施用蚯蚓有機液肥可以提高青菜的產品品質，改善土壤理化性狀，加快土壤固定氮釋放，提高肥料利用率，減少化肥使用量[10]。張見等也認為適量蚯蚓水解液可顯著促進番茄生長，提升品質，增加產量[11]。

肥料配施技術已成為實現我國化肥“零增長”的重要舉措[12]，自2015年化肥“零增長”行動正式啟動以來，我國化肥減量增效作用明顯，目前關于化肥減施的報道大多是減施化肥配施有機肥、綠肥、生物炭等有機物料[13-15]，而關于配施蚯蚓裂解液等功能物質的報道則較少。本試驗試圖通過研究化肥減量條件下配施蚯蚓裂解液對馬鈴薯產量、品質及土壤酶活性的影響，以期為蚯蚓裂解液替代部分化肥提高作物產量，改善農產品品質，實現減肥增效提供科學理論依據和數據支持。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2019年在山東省青島農業大學現代農業科技示范園溫室和大田進行。膠州市年平均氣溫為12.5 ℃，年均降水量695.6 mm，土壤類型為砂姜黑土。試驗地土壤基本理化性質見表1，pH值測定的水土比為5 ∶1。

表1 試驗地土壤理化性質

1.2 試驗材料

供試馬鈴薯品種：荷蘭15。供試肥料：復合肥(含N、P2O5、K2O均為15%)、水溶肥(含N、P2O5、K2O分別為18%、30%、7%，24%、16%、15%，14%、6%、35%)。蚯蚓裂解液(稀釋2 000倍，養分含量分別為全氮 95.5 g/L、全磷9.7 g/L、全鉀6.7 g/L、游離氨基酸64.8 g/L、水解氨基酸80.1 g/L)，蚯蚓裂解液的制備過程：將冷凍蚯蚓粉碎與尿素按5 ∶1配制，放置3～4 d后使用，用前過濾除去濾渣，防止造成堵塞。

1.3 試驗設計

試驗分別在大田和溫室進行，大田試驗底肥為有機肥1 200 kg/hm2，復合肥(含N、P2O5、K2O均為15%)900 kg/hm2；溫室試驗底肥為有機肥 1 200 kg/hm2，復合肥(含N、P2O5、K2O均為15%)750 kg/hm2，CK只施有機肥。試驗共設計10個處理，每個處理3次重復，隨機區組排列，各小區之間設置隔離行，溫室小區面積為48 m2(6.0 m×8.0 m)，大田小區面積為333 m2(33.3 m×10.0 m)。

馬鈴薯的種植方式為高壟覆膜單壟雙行栽培，株距 30 cm，行距 60 cm，壟寬 80 cm，壟間距 20 cm，種植密度為 61 800 株/hm2。馬鈴薯專用水溶肥各時期施肥方法：苗期施高磷水溶肥(含N、P2O5、K2O分別為18%、30%、7%)150 kg/hm2，發棵期施高氮水溶肥(含N、P2O5、K2O分別為24%、16%、15%)150 kg/hm2，塊莖增長期、塊莖膨大期和淀粉積累期施高鉀水溶肥(含N、P2O5、K2O分別為14%、6%、35%)每次追施135 kg/hm2。傳統水溶肥各時期施用量與專用水溶肥相同，各試驗處理及追肥處理見表2。

表2 各處理追肥設計

1.4 測定項目及方法

1.4.1 塊莖產量及商品薯的測定 各處理小區收獲后進行稱質量，根據小區面積產量換算各處理的馬鈴薯產量并計算商品薯率和產量構成指標，其中商品薯指單薯質量大于100 g的塊莖。

1.4.2 植株樣品測定 植株氮、磷、鉀含量測定[16]：用濃 H2SO4-H2O2消煮，氮采用凱氏定氮法、磷采用鉬銻抗比色法、鉀采用火焰光度法測定。

塊莖品質指標測定：維生素C含量測定采用 2，6-二氯靛酚滴定法[17]，硝酸鹽含量測定采用紫外分光光度法[17]，淀粉、可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[18]，可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍法[18]。

1.4.3 土壤樣品測定 分別于馬鈴薯塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期采集根際土壤，風干后過篩測定土壤酶活性[19]。土壤蔗糖酶活性、纖維素酶活性均采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，酶活性以24 h后1 g干土生成的葡萄糖量(μg)表示。脲酶活性采用靛酚藍比色法測定，酶活性以 24 h 后1 g土壤中NH3-N量(mg)表示。過氧化氫酶活性用高錳酸鉀滴定法測定，酶活性以1 h后 1 g 土壤消耗0.1 mol/L高錳酸鉀量(mL)表示。

相關參數計算：

商品薯率=商品薯質量(單薯質量100 g以上)/塊莖總質量×100%；

化肥利用率=(收獲期施肥區植株吸收的養分-收獲期未施肥區植株吸收的養分)/施肥量×100%；

化肥偏生產力(kg/kg)=施氮(磷、鉀)處理塊莖產量/施氮(磷、鉀)量；

農學效率 (kg/kg)=[施氮(磷、鉀)處理塊莖產量-不施氮(磷、鉀)處理塊莖產量]/施氮(磷、鉀)量。

1.5 數據處理

使用Excel處理數據，SPSS 23.0統計分析數據，Origin 2018進行圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 化肥減量配施蚯蚓裂解液對馬鈴薯產量及產量構成因素的影響

由圖1可見，溫室試驗中，施用專用水溶肥的處理，馬鈴薯塊莖產量均顯著高于G1處理。與G1處理相比，G2、G3、G4、G5處理的產量依次提高16.0%、27.5%、12.0%、21.2%；G3處理的產量最高，且顯著高于G2；G5顯著高于G4，但與G2、G3差異不顯著。大田試驗中，各處理馬鈴薯產量均顯著高于F1，產量表現為F3>F5>F2>F4>F1，F3處理的產量最高，但與F2、F5差異不顯著，且F2和F5二者差異不顯著。

由表3可見，溫室試驗中商品薯率最高的為G3處理，具體表現為G3>G4>G2>G5>G1，各處理均顯著高于G1，G3顯著高于其他處理，G2、G4、G5處理差異不顯著；單株結薯數與商品薯率的表現一致；單株薯質量最高和最低的分別為G3和G1處理，除了G4、G5處理差異不顯著外，其余處理間均差異顯著。大田試驗結果表明，F5處理的商品薯率最高，且顯著高于F1、F2和F4處理，F3和F5差異不明顯；單株結薯數以F3處理最高，表現為F3>F5>F2>F4>F1，且F3顯著高于其他處理，但F2、F4、F5處理之間無顯著差異；單株薯質量與單株結薯數相一致。

2.2 化肥減量配施蚯蚓裂解液對馬鈴薯品質的影響

由表4可以看出，化肥減量配施蚯蚓裂解液對馬鈴薯塊莖品質指標有較大的影響。從溫室試驗結果來看，與不配施蚯蚓裂解液的處理(G2、G4)相比，配施蚯蚓裂解液的處理(G3、G5)維生素C和可溶性蛋白的含量有顯著增加。G3淀粉含量顯著高于其他處理，G5和G2差異不顯著。G5可溶性糖含量顯著高于其他處理，其次是G3。G3和G5配施蚯蚓裂解液后與G2、G4相比，塊莖硝酸鹽含量分別顯著降低20.6%、33.3%，說明添加蚯蚓裂解液能顯著降低馬鈴薯塊莖中硝酸鹽含量。大田試驗結果表明，化肥減量配施蚯蚓裂解液可以提高馬鈴薯塊莖中維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖及淀粉含量，顯著降低馬鈴薯硝酸鹽含量。與F2相比，F5可溶性糖和可溶性蛋白含量分別顯著增加7.69%和8.33%，硝酸鹽含量顯著降低34.32%。與傳統施肥相比，施用馬鈴薯專用水溶肥配施蚯蚓裂解液可以顯著提高馬鈴薯品質(可溶性糖含量除外)。

表3 化肥減量配施蚯蚓裂解液對馬鈴薯產量構成因素的影響

表4 化肥減量配施蚯蚓裂解液對馬鈴薯品質指標的影響

2.3 化肥減量配施蚯蚓裂解液對馬鈴薯養分利用的影響

由表5可以看出，在溫室試驗中，化肥減量配施蚯蚓裂解液可顯著提高馬鈴薯肥料利用率。G3肥料利用率最高，并且除氮肥利用率和G5無差異外，磷肥和鉀肥利用率顯著高于其他處理；G5肥料利用率僅次于G3處理，說明配施蚯蚓裂解液可提高肥料利用率。肥料的農學效率均表現為G5最高，其中磷肥農學效率顯著高于其他處理；氮肥和鉀肥農學效率均表現為配施蚯蚓裂解液的處理(G3、G5)顯著高于未配施處理，G3和G5間無顯著差異。G5的氮磷鉀肥料偏生產力均最高，且顯著高于其他處理。

表5 化肥減量配施蚯蚓裂解液對溫室馬鈴薯養分利用的影響

從表6可以看出，大田試驗中，F5氮、磷、鉀肥偏生產力顯著高于F4，F3高于F2，但處理間差異不顯著；溫室試驗中，G5氮、磷、鉀肥偏生產力顯著高于G4，G3顯著高于G2，說明噴施蚯蚓裂解液可以提高氮、磷、鉀肥偏生產力。

表6 化肥減量配施蚯蚓裂解液對馬鈴薯化肥偏生產力的影響

2.4 化肥減量配施蚯蚓裂解液對溫室土壤酶活性的影響

從圖2可以看出，土壤酶的活性隨著馬鈴薯生長呈現明顯不同的變化趨勢。蔗糖酶和纖維素酶活性高峰期出現在塊莖形成期，且處理間差異顯著。隨著馬鈴薯生長期的變化，蔗糖酶和纖維素酶活性變化不大，各生長期中G3和G5處理的蔗糖酶和纖維素酶活性顯著高于其他處理。在整個馬鈴薯生育期， 脲酶活性隨著馬鈴薯生長表現出先升高后降低的趨勢，G3處理的脲酶活性最高，G5次之，G1最低；脲酶活性最高峰出現在馬鈴薯生長的塊莖膨大期，G3和G5處理顯著高于其他處理。而過氧化氫酶活性則隨著馬鈴薯的生長呈現降低趨勢，在塊莖形成期，各處理過氧化氫酶的活性最高；各時期中G3處理的酶活性均最高，且顯著高于其他處理，G4處理最低。

3 討論與結論

3.1 化肥不同用量配施蚯蚓裂解液對馬鈴薯產量和品質的影響

蚯蚓裂解液是由蚯蚓裂解發酵而成，含有植物生長所需各種營養元素及氨基酸、腐植酸等，能夠促進植株根系發育，提高作物品質及產量[20]。本試驗結果表明，在施肥量和施肥種類相同情況下，與全量施肥和減量20%施肥相比，添加蚯蚓裂解液顯著增加了馬鈴薯塊莖產量，溫室試驗中分別增產10.98% 和21.27%，大田試驗中分別增產3.63%和12.16%，這可能是蚯蚓裂解液可以促進土壤酶活性提高，使參與新陳代謝的碳水化合物增加，從而促進植物營養吸收，使馬鈴薯對養分吸收均衡[21]。李歡等認為，蚯蚓可以調控土壤脲酶和堿性磷酸酶活性通過提高土壤中氮磷有效性進而促進甘薯地上部生長[22]。范媛媛等通過對小麥施用蚯蚓發酵液體肥，發現其可以促進小麥干物質積累，增加小麥產量[20]；高春雷等認為追施蚯蚓有機液可顯著提高草莓單果質量進而提高草莓產量[23]，本研究中施用蚯蚓裂解液處理產量顯著高于未施用處理的結論與之基本一致。試驗結果還表明，大田試驗中配施蚯蚓裂解液處理的馬鈴薯商品薯率顯著高于其他處理；溫室試驗中全量施肥配施蚯蚓裂解液處理商品薯率顯著高于其他處理，但減量20%配施蚯蚓裂解液處理與未配施處理之間商品薯率無差異，這可能是溫室與大田相比土壤中養分含量較低，肥料減施20%情況下養分供應不足，限制了馬鈴薯生長發育，造成溫室試驗中馬鈴薯小薯比例高，商品薯率降低。

蚯蚓裂解液中含有大量礦質元素、激素和生長素類物質等[24]，這些物質有利于促進馬鈴薯養分吸收與轉運，提高塊莖中維生素 C、可溶性糖、可溶性蛋白和淀粉的含量，降低硝酸鹽含量。已有研究表明，在一定濃度范圍內施用蚯蚓水解液可以顯著提高番茄果實中維生素C和可溶性糖含量[11，25]。顧衛華等研究認為，蚯蚓提取液能促進柑橘果實膨大從而提高產量，并改善果實品質[26]，這與本試驗中肥料減量20%配施蚯蚓裂解液處理馬鈴薯塊莖中可溶性糖含量顯著高于全量施肥處理的結果相符。與未配施蚯蚓裂解液處理相比，肥料減量20%配施蚯蚓裂解液處理可以顯著提高馬鈴薯塊莖的淀粉含量，且降低硝酸鹽含量，這與 Illanjiam 等施用含蚯蚓的氨基酸肥料可以顯著降低蘿卜硝酸鹽含量試驗結果[27]相一致。本試驗結果表明，肥料減施20%配施蚯蚓裂解液可以顯著提高馬鈴薯塊莖中可溶性糖、可溶性蛋白含量，顯著降低硝酸鹽含量。

3.2 化肥不同用量配施蚯蚓裂解液對馬鈴薯肥料利用的影響

蚯蚓裂解液是一種高效有機發酵液，其中含有的有機質、多種氨基酸和活性物質等能夠活化土壤養分，擴大土壤的養分庫，促進土壤中養分的釋放和轉化，利于作物養分吸收利用[24]。本研究表明，與未配施蚯蚓裂解液的處理相比，配施后可以顯著提高肥料利用率、農學效率和偏生產力。在大田和溫室試驗中，肥料減量20%化肥偏生產力高于全量施肥，說明適當降低肥料施用量可以提高馬鈴薯肥料偏生產力，這與李珺等的研究結論[28]相一致。與溫室試驗比，大田試驗中化肥偏生產力較低，原因可能與大田土壤的基礎肥力較高、施肥量大有關，也有可能由于施肥量不是影響化肥偏生產力的唯一因素，還和作物產量及影響產量的因素有關[29-30]；韋劍鋒等研究發現，提高施氮量會使氮肥利用率有降低的趨勢[31-32]，王秀斌等對水稻的研究表明，氮肥農學效率、氮肥偏生產力和氮肥回收率隨氮肥用量的增加而降低[33]，本試驗中肥料減量20%處理肥料偏生產力顯著高于全量施肥的結論與之一致，但肥料利用率和農學效率顯著低于全量施肥處理，可能是因為養分供應不足影響馬鈴薯正常生長，導致馬鈴薯生物量和產量下降，使肥料利用率和農學效率降低，具體原因還需要進一步研究。

3.3 化肥不同用量配施蚯蚓裂解液對土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤中活躍的有機成分之一，在促進土壤養分循環和供給植物生長所需養分的過程中起到重要作用[34]。許多學者認為土壤酶活性可以作為衡量土壤生物學活性和土壤生產力的指標[35-37]。整體來看，配施蚯蚓裂解液后，土壤蔗糖酶、纖維素酶和脲酶活性均顯著高于未配施處理，這可能是因為添加蚯蚓裂解液不僅提高了土壤養分，而且其中的活性物質還可以促進土壤中微生物數量，提高土壤代謝能力，進而提高土壤酶活性。周東興和商立榮等發現蚯蚓糞配施化肥可以提高土壤養分和酶活性[38-39]。本試驗結果表明，配施蚯蚓裂解液可顯著提高馬鈴薯各生育期土壤蔗糖酶、纖維素酶和脲酶等的活性，且與全量施肥相比，肥料減量20%配施蚯蚓裂解液可以顯著提高土壤脲酶、纖維素酶和蔗糖酶活性。

在本試驗條件下，大田試驗中，與化肥減量相比，配施蚯蚓裂解液增產12.16%，可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C和淀粉含量分別增加14.29%、3.85%、4.11%、2.00%，硝酸鹽含量降低12.49%。溫室試驗中，與化肥減量相比，配施蚯蚓裂解液增產21.27%，可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C和淀粉含量分別增加20.00%、4.55%、18.87%、10.98%，硝酸鹽含量降低33.31%，可顯著提高肥料利用率、農學利用率、偏生產力及各時期土壤蔗糖酶、纖維素酶、脲酶和過氧化氫酶活性。綜上所述，化肥減量配施蚯蚓裂解液可使馬鈴薯產量提高12.16%～21.27%，可顯著提高可溶性糖含量，降低硝酸鹽含量，顯著提高肥料利用率、農學效率和化肥偏生產力，顯著提高各時期土壤蔗糖酶、纖維素酶、脲酶和過氧化氫酶活性。