淺析蚯蚓糞在現代農業中的應用與展望

陳 泉,熊澤恩,劉文旭,桑 文,3*

(1.深圳市佳兆業公益基金會,廣東 深圳 518000;2.華南農業大學,廣東 廣州 510642;3.生物防治教育部工程研究中心,廣東 廣州 510642)

隨著我國經濟與科技的飛速發展,農業生產也隨之突飛猛進。農業的高速發展造成了土壤養分的消耗、農藥與復合肥的過量施用,對耕地土壤環境產生了一系列影響,如土壤板結、生產力降低、作物農藥殘留問題等,現如今有機肥的使用越來越受到關注。有機肥的優勢有很多,包括有效期長、肥力持久,能改善土壤、疏松土壤,不會對環境造成危害,利用充分并起到保護環境的作用,減少無機復合肥的使用、節能減排,能促進土壤微生物繁殖,改善作物根際微生物群,提高植物的抗病蟲能力等[1]。因此,有機肥是符合當今綠色農業理念的最佳選擇。

有機肥又稱農家肥,是指來源于動植物、施入土壤以提供作物養分為主要功效的含碳物料[2]。有機肥種類繁多,以畜禽糞尿和作物秸稈為主,也包括綠肥、餅粕、草木灰、污泥、生活垃圾及污水、薰土、海肥等。“十三五”期間,農業農村部提出要實現“一控兩減三基本”的目標,其中“兩減”就是指化肥、農藥的減量使用。如今糧食需求日益增加,為追求產量,化肥的使用也日漸增多,對生態環境和土壤環境造成了不良影響[3]。有機肥可以一定程度上替代化肥并大幅降低其使用量,同時滿足作物的生產需求。其中,蚯蚓糞在兼具一般有機肥所擁有的優勢以外,還有減輕植物病蟲害和病原體、提供植物所需的各種激素、幫助土壤降解有毒有機化合物等優點。

1 蚯蚓糞的理化性質

蚯蚓糞一般是指蚯蚓在土壤中進行一系列代謝活動,將土壤廢棄物消解之后得到的物質。蚯蚓以食物殘渣、庭院垃圾以及動物糞便等有機物為食,并在腸道中進行消化。當蚯蚓消化有機質時,會在體外排除富含有益微生物、植物營養素和腐殖質的營養堆肥。

1.1 物理性質

蚯蚓糞呈泥土味,透氣性與排水性較好,含水量相對于普通土壤也較高。由于蚯蚓糞疏松,其表面積較大,使得蚯蚓糞的保水保肥能力更為突出,為土壤有益微生物繁殖提供了良好的生長環境;同時,蚯蚓糞含有鈉、磷、鉀、鐵、鎂、鋅等營養元素,可提升土壤肥力[4]。

1.2 化學性質

相較于蚯蚓餌料,蚯蚓糞中可溶性鹽、腐殖酸的含量也明顯提高。蚯蚓可將堿性的畜禽糞便轉化為酸性的蚯蚓糞。總體而言,蚯蚓產生糞便可以使堿性土壤轉變為中性土壤,增強了土壤的肥沃度。

2 蚯蚓糞對植物生長的影響

2.1 促進植物生長吸收

目前的研究一般認為蚯蚓糞促進植物生長的有以下幾個主要原因。一是蚯蚓糞中含有豐富的營養元素,能夠為植物生長提供很好的營養環境;二是蚯蚓糞中的微生物群落能夠與植物的根系進行互作,促進植物對營養的吸收;三是土壤中的赤霉素、生長素等植物生長激素,經過蚯蚓采食消解之后富集在蚯蚓糞中,可促進植物生長;四是蚯蚓糞本身松軟的特質增強了土壤的透氣性與透水性,使土壤更適合植物生長。有研究表明,蚯蚓糞在代替泥炭土之后顯著增加了綠蘿的莖葉干重[5];在培土基質中添加蚯蚓糞,可以更好地促進番茄的株高、莖粗和生物量,提高根系活力,促進植株生長,顯著提高番茄產量和品質[6,7]。

2.2 調節植物生長機制

施用蚯蚓糞能夠增加土壤細菌、真菌與放線菌的數量,還可顯著增加土壤硝化細菌、反硝化細菌、自生固氮菌和氨化細菌數量[8]。在連作番茄的土壤中加入蚯蚓糞,能夠顯著提高土壤細菌門級優勢菌的相對豐度,降低真菌門級優勢菌相對豐度,提高土壤養分含量,緩解連作障礙[9]。在增加土壤微生物細菌多樣性與豐富度后,土壤中的微生物對外界感染抵抗能力增強,更趨于穩定。在提高作物產量與品質的背后,這些菌群可能發揮了重要的作用。蚯蚓糞中含有的芽單胞菌屬能夠加快磷的代謝,鞘氨醇單胞菌屬能夠降解土壤中的芳香族化合物,而鐮刀菌屬能夠產生赤霉素,這些微生物都是影響植物生長的重要原因,且微生物可以改變植物的根際環境,促進植物根系對營養的吸收,分解有害物質,從而促進植物生長[10]。

3 蚯蚓糞對環境的影響

3.1 土壤性質

蚯蚓的活動對土壤化學性質的改善、土壤腐殖質的富集、蚯蚓與微生物協同分解有機物、促進碳、氮、磷循環等作用,都有利于土壤資源的持續利用。蚯蚓排出蚯蚓糞后,變成土壤中營養豐富、品質優良的團粒結構,這些團粒結構具有疏松、多孔、水分穩性強、有效養分多的特點,提高了土壤的通氣透水性、蓄水保肥能力、水資源利用效率。施用蚯蚓糞顯著提高了土壤中全氮、堿解氮和有機質含量,增加了土壤養分[11]。

3.2 生物環境

土壤微生物的菌群數量及其種類分布不僅是影響植物生長發育的重要因子,而且與植物生長發育有著密切聯系。作為土壤健康狀態的重要指標,土壤微生物群落結構的多樣性在種植過程中也常常成為種植戶關注的對象。蚯蚓糞在細菌群落上增加了放線菌們、芽單胞菌門、酸桿菌門相對豐度,降低了擔子菌門、接合菌門和壺菌門的相對豐度,施用蚯蚓糞增強了土壤中微生物群落的穩定性;另外,蚯蚓糞自身含有的芽單胞菌屬、鞘氨醇單胞菌屬和鐮刀菌屬等益生菌,還具有加快磷代謝、降解芳香族化合物、產生植物激素(赤霉素)等作用[6,7];在用蚯蚓糞改良的土壤中,植物生長得更快、生產力更高,且不易受到土壤中植食性微生物與節肢動物的影響[12,13]。蚯蚓糞使植物對昆蟲具有非偏好(抗異種)和毒性(抗菌)作用,這種抗性能夠調控昆蟲的影響,有助于提高蚯蚓糞改良土壤中的植物生長發育和存活率,但微節肢動物和昆蟲病原體似乎在抗性中沒有作用[14]。

3.3 農田環境

保護耕地就是保障國家糧食安全,保護農田環境就是保護耕地。現如今,農田重金屬殘留與連作之后的土地貧瘠等問題始終困擾著國家與農民。蚯蚓糞作為一種有機肥,對農田幾乎無污染,其中的營養元素也能夠滿足作物需求。蚯蚓糞具有很好的透氣性和排水性,能夠增加土壤的孔隙度和團聚體數量,同時又具有很大的表面積,對重金屬有著較強的吸附能力,因此蚯蚓糞能夠改善土壤板結、重金屬化等問題[13];同時,蚯蚓可作為環境狀態的指示物種,能判斷土壤是否適合作為耕地。蚯蚓糞對農田土壤環境的影響,可以使整個耕地生態保持良好的平衡。

4 展望

隨著人們保護意識的提高以及國家“雙減”的號召,人們越來越渴求尋找到一個能夠同時做到保護環境和施肥效果好的有機肥,而蚯蚓糞本身作為大自然的產物,能全面滿足作物生長的各種需求[15]。蚯蚓糞被稱為“有機肥之王”,能夠解決連作障礙,增加土壤微生物豐富度,滿足農作物生長需求,是田間最為適合的有機肥料,其在防止病蟲害方面也有一定的應用潛力。

目前,從蚯蚓養殖到蚯蚓糞的采收尚未有自動化的處理方式,其養殖與糞便采收過程繁瑣,也是導致如今蚯蚓養殖無法全面推廣的重要原因;同時,因為蚯蚓養殖技術過于粗放,生長環境因素對其生長習性與繁殖影響并不明確。這些因素導致了蚯蚓與蚯蚓糞質量的參差不齊,給實現真正的產業化帶來了不小的困難。蚯蚓多為露天養殖,遇到短期強降雨天氣時,蚯蚓苗床易積水,導致其大量逃逸,造成不小的經濟損失。國內蚯蚓品種繁多,缺乏對各品種間養殖方式與養殖參數的對比,給養殖戶選擇適宜的蚯蚓品種造成了困難。

未來可以加強對各類蚯蚓的實驗與研究,探究其養殖參數,對比種間優劣,獲取數據支持后,能夠更好地完善蚯蚓糞生產的自動化體系;此外,還可以從室外粗放養殖轉變到室內高密度養殖,有效避免天氣和天敵造成的經濟損失。