蚯蚓糞對(duì)鹽堿土壤修復(fù)機(jī)理研究進(jìn)展及展望

沈婧麗 楊建國(guó) 王靜 萬鵬 李鳳霞

摘要 蚯蚓糞是優(yōu)質(zhì)天然的生物有機(jī)肥，能有效改良障礙土壤。當(dāng)前對(duì)蚯蚓糞的研究主要集中在土壤肥力、作物生長(zhǎng)等方面，而關(guān)于鹽堿土壤修復(fù)的研究較少。通過歸納并總結(jié)蚯蚓糞的性質(zhì)，結(jié)合蚯蚓糞在鹽堿地的應(yīng)用情況，從鹽堿土壤理化性質(zhì)、土壤肥力、作物生長(zhǎng)3個(gè)方面闡述了蚯蚓糞修復(fù)機(jī)理的研究現(xiàn)狀，綜合分析了研究的局限性并提出了相應(yīng)的展望。

關(guān)鍵詞 蚯蚓糞；鹽堿土壤；土壤修復(fù)；土壤肥力；作物生長(zhǎng)

中圖分類號(hào)：X713 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）07–0245-03

肥料是糧食豐產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的決定性因素之一，以施肥見效快、增產(chǎn)效果好的優(yōu)點(diǎn)，為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展做出了重大的貢獻(xiàn)。近年來，我國(guó)化肥使用量大幅度增加，但是對(duì)化肥的過度依賴并沒有促進(jìn)糧食產(chǎn)量的增加，反而引發(fā)了化肥利用率低下、資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等問題。因此，“有機(jī)肥部分替代化肥”已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一大難題。蚯蚓糞具有很大的表面積，孔性、通氣性、排水性好，持水量高，不僅含有有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等作物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)成分，同時(shí)還含有大量的有益微生物。相關(guān)研究顯示，蚯蚓糞可以逐漸活化土壤、培肥地力，有效改善土壤環(huán)境，促進(jìn)作物健康生長(zhǎng)[1]。基于此，分析了我國(guó)蚯蚓糞對(duì)鹽堿土壤修復(fù)機(jī)理的研究現(xiàn)狀，闡明了蚯蚓糞的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)及其對(duì)鹽堿土壤理化性質(zhì)、土壤肥力和作物生長(zhǎng)的影響，分析了在蚯蚓糞研究中的局限性和未來發(fā)展趨勢(shì)，為科學(xué)、合理施用蚯蚓糞提供重要的參考。

1 蚯蚓糞及其性質(zhì)

蚯蚓糞是蚯蚓消化畜禽糞便、垃圾、污泥、蔬菜的廢棄物、秸稈等有機(jī)物質(zhì)，混合土壤排泄出的物質(zhì)。蚯蚓的消化道可以分泌出蛋白酶、脂肪分解酶和纖維分解酶等酶類，能將植物營(yíng)養(yǎng)素和有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機(jī)復(fù)合肥和高蛋白。蚯蚓糞能為土壤提供豐富的微生物種群且有除臭、脫色功能。蚯蚓糞呈黑色細(xì)小顆粒狀，無臭、無毒，粒徑范圍大多為0.5～3.0 mm，其酸堿度呈中性，具有顆粒小、穩(wěn)定性高、表面積大等特點(diǎn)，還有良好的持久肥力、通氣性、排水性和保水性[2-3]。

蚯蚓糞除含有有機(jī)物、腐植質(zhì)和多種有益于作物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)元素外，還含有微量元素、生長(zhǎng)素、赤霉素、細(xì)胞分裂素等激素，以及蛋白酶、脫氫酶、過氧化物酶等活性酶類[4]。蚯蚓糞的營(yíng)養(yǎng)成分主要取決于原材料的配比，與傳統(tǒng)堆肥相比，其在物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)等方面具有更大的優(yōu)

勢(shì)[5]。可見，對(duì)蚯蚓糞的正確理解和實(shí)際運(yùn)用，可有效改善當(dāng)前高度依賴化肥的農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀，較好地結(jié)合不同地區(qū)的地貌特征、環(huán)境、溫濕度、年降雨量等地區(qū)屬性，將蚯蚓糞有效與農(nóng)業(yè)用土有機(jī)結(jié)合，滿足不同糧食、蔬菜、水果等農(nóng)作物種植對(duì)肥力的要求。

2 蚯蚓糞對(duì)鹽堿土壤理化性質(zhì)的影響

土壤鹽堿化會(huì)影響土壤的物理性質(zhì)，降低土壤的通透性，表層土壤干燥時(shí)易收縮結(jié)塊，濕潤(rùn)時(shí)膨脹泥濘，降低土壤耕性。一旦土地已經(jīng)形成鹽堿化，一方面不利于種子著床，大大地提高了爛種的概率，且后期也無法提高土地肥沃力，最終導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)。而蚯蚓糞具有特殊的理化性質(zhì)，能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，疏松土壤，平衡土壤pH值。對(duì)于這一方面的研究，盧垟杰等[6]發(fā)現(xiàn)蚯蚓糞對(duì)鹽堿土壤有明顯的改良效果，隨著蚯蚓糞施入量的增加，鹽堿土壤的通透性提高，土壤板結(jié)現(xiàn)象減輕，土壤板結(jié)的裂痕條數(shù)減少，寬度降低。杭瓊[7]發(fā)現(xiàn)，施用適量的蚯蚓糞能夠改善土壤的理化性質(zhì)，使土壤的容重降低、孔隙度提高，持水能力與通氣性增強(qiáng)，更利于作物根系的生長(zhǎng)。李彥霈等[8]通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)研究了蚯蚓糞覆蓋對(duì)降雨后黃土區(qū)土壤水分的影響，發(fā)現(xiàn)蚯蚓糞覆蓋能夠延緩降雨入滲，影響黃土區(qū)土壤水分再分配過程，對(duì)降雨后表層以下的水分增加具有促進(jìn)作用，有利于提高降水的利用率。主要原因是蚯蚓糞具有優(yōu)良的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，其空隙結(jié)構(gòu)豐富且富含有機(jī)質(zhì)，持水性能強(qiáng)，在降雨過程中能夠蓄積水分，從而影響降雨后土壤水分分布情況。

良好的土壤結(jié)構(gòu)對(duì)作物根系的生長(zhǎng)和養(yǎng)分的有效利用具有重要作用。土壤pH值是影響植物與微生物生長(zhǎng)的重要因素，是土壤肥力特征的重要指標(biāo)。張聰俐等[9]研究了蚯蚓糞對(duì)果園土壤和菜園土壤肥力的影響，發(fā)現(xiàn)施用蚯蚓糞能夠有效調(diào)節(jié)土壤的pH值。張榮濤等[10]發(fā)現(xiàn)施用蚯蚓糞可以降低土壤的pH值，增加土壤的陽離子交換量，降低土壤的堿化度、總堿度和鈉吸附比，減少鹽堿化危害。劉偉等[11]研究發(fā)現(xiàn)施用蚯蚓糞后土壤的pH值明顯下降，土壤陽離子交換能力增強(qiáng)。蚯蚓糞的酸堿緩沖容量大，能夠使酸性土壤的pH值上升，堿性土壤的pH值下降，可以更好地調(diào)控土壤pH值和EC值，調(diào)節(jié)土壤的酸堿度使其恢復(fù)至中性范圍，改善作物根系周圍微域環(huán)境，使其達(dá)到最適合植物生長(zhǎng)的狀態(tài)。

對(duì)于上述學(xué)者的研究，蚯蚓糞在改善土壤板結(jié)，提高土層通透性和水體的利用率，增強(qiáng)果園土壤的肥沃力，平衡土壤的酸堿具有重要作用為有機(jī)蔬菜提供了很好的生長(zhǎng)環(huán)境，也能很好地改善土質(zhì)。

3 蚯蚓糞對(duì)鹽堿土壤肥力的影響

葛立傲等[12]發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施肥相比，施用蚯蚓糞后土壤中有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷、速效鉀、水溶性鹽含量均得到提高，促進(jìn)了土壤鹽分和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和吸收，提高了土壤質(zhì)量。李繼蕊等[13]采用盆栽試驗(yàn)方法比較蚯蚓堆肥和牛糞對(duì)黃瓜根際土壤的影響，發(fā)現(xiàn)添加蚯蚓堆肥和牛糞均可以明顯增加土壤氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)的含量，提高土壤酶活性，且隨著添加量的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在相同添加量的條件下，蚯蚓堆肥比牛糞的效果好。崔麗娟[14]研究了蚯蚓糞對(duì)番茄地土壤微生物學(xué)特性的影響，發(fā)現(xiàn)施用蚯蚓糞可以顯著增加土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量和微生物總數(shù)，明顯降低了細(xì)菌與真菌的比值，使微生物類群與數(shù)量趨于均衡，對(duì)土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性具有促進(jìn)作用。李少杰等[15]和楊寧

等[16]的研究也得出了相同的結(jié)論。鄧曉等[17]研究了蚯蚓糞對(duì)海南濱海鹽堿土壤的養(yǎng)分、酶活性及微生物多樣性的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，施用蚯蚓糞可以顯著調(diào)節(jié)濱海鹽堿土壤的pH值、提高土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量，顯著增強(qiáng)土壤的過氧化氫酶、酸性轉(zhuǎn)化酶、脲酶和酸性磷酸酶的活性，優(yōu)化土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，細(xì)菌豐富度和多樣性指數(shù)，尤其是與碳氮循環(huán)相關(guān)的芽單胞菌科和亞硝化單胞菌科等的豐度明顯提高。蚯蚓糞中含有豐富的放線菌、細(xì)菌和真菌等微生物，這些微生物能促進(jìn)土壤中的復(fù)雜礦物礦化成易于植物吸收與利用的有效物質(zhì)。

對(duì)土層營(yíng)養(yǎng)性的研究不只是保持土地酸堿度平衡的一個(gè)重要的衡量指標(biāo)，還需要考慮土層中含有營(yíng)養(yǎng)元素固有存在的一個(gè)有效方式，上述多位學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓糞放置于土層，不但含有極豐富的營(yíng)養(yǎng)，而且多種微生物的存在增強(qiáng)了土層的活性與養(yǎng)分。當(dāng)多重營(yíng)養(yǎng)元素與微生物共存于土壤層中，可有效改善當(dāng)前鹽堿地的理化性質(zhì)。

4 蚯蚓糞對(duì)作物生長(zhǎng)的影響

蚯蚓糞能夠促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。李繼蕊等研究表明在土壤中施加蚯蚓糞能夠提高黃瓜的產(chǎn)量，果實(shí)中游離氨基酸、可溶性蛋白、可溶性糖、維生素C含量。井大煒[18]采用盆栽試驗(yàn)的方法，研究了單施化肥、蚯蚓糞、蚯蚓糞和化肥配施對(duì)楊樹苗的影響，表明蚯蚓糞和化肥配施能夠更有效地改善楊樹苗根際區(qū)域的微生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，尤其可以明顯增加毛細(xì)根的數(shù)量。鄭金偉等[19]發(fā)現(xiàn)施用蚯蚓糞可以促進(jìn)生菜的生長(zhǎng)，提高生菜的品質(zhì)。基質(zhì)中蚯蚓糞比例為30%時(shí)，最有利于植株根生長(zhǎng)，比例為50%時(shí)，生菜地上部生物量最大，蚯蚓糞比例為30%～50%時(shí)，生菜植株莖葉中Pr、Vc、可溶性糖含量明顯增加，而NO3-含量降低。張寧[20]研究了蚯蚓堆肥對(duì)西瓜和番茄生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)蚯蚓糞明顯提高了西瓜植株和果實(shí)的全氮、全磷、全鉀的含量，西瓜的主、側(cè)蔓長(zhǎng)度及莖粗顯著增大，葉綠素含量和光合速率明顯提高，同時(shí)有效提高了果實(shí)中果糖、葡萄糖、蔗糖、Vc、番茄紅素和可溶性蛋白含量。杭瓊發(fā)現(xiàn)施用蚯蚓糞可以增加小白菜葉片的葉綠素和類胡蘿卜素含量，增強(qiáng)葉片的光合能力，促進(jìn)小白菜對(duì)氮、磷等養(yǎng)分元素的吸收，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。

要想改善鹽堿地，還需要考慮各種微生物與土壤共存的一種狀態(tài)。通過蚯蚓糞的運(yùn)用，使得糧食、蔬菜、水果等農(nóng)作物與土壤共存，依靠這些農(nóng)作物激發(fā)土壤的活性，又能夠在蚯蚓糞的作用下為各種農(nóng)作物的生長(zhǎng)提供充分的營(yíng)養(yǎng)活性。上述學(xué)者在研究中論證了蚯蚓糞對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但在有效改善土壤鹽堿方面的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要保證上述各項(xiàng)研究措施的交錯(cuò)并進(jìn)，在增加農(nóng)作物產(chǎn)量的同時(shí)，測(cè)量農(nóng)產(chǎn)品中含有的微量元素、新鮮程度、口感等，基于這些數(shù)據(jù)再改良農(nóng)作物的種植，并與蚯蚓糞共同使用，逐步改善土壤環(huán)境。

5 結(jié)論與展望

蚯蚓糞能夠有效改善土壤理化性質(zhì)、微生物環(huán)境，快速提高土壤肥力、促進(jìn)作物生長(zhǎng)等[21-23]。究其原因，主要是蚯蚓糞的酸堿緩沖容量大，能夠?qū)ν寥赖膒H值變化起到一定的緩沖作用，在一定程度上促進(jìn)土壤向中性環(huán)境發(fā)展，且因其理化性質(zhì)，能夠有效促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，提高土壤孔隙度，加速土壤中鹽分的流失，同時(shí)在提高土壤肥力方面，蚯蚓糞含有大量的有益菌，能夠較好地改善土壤環(huán)境，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。

當(dāng)前，關(guān)于蚯蚓糞修復(fù)鹽堿地的研究還存在以下不足：（1）蚯蚓糞對(duì)濱海鹽堿土壤的修復(fù)作用的研究較多，針對(duì)其他類型鹽堿土壤的改良效果尚不明確；（2）關(guān)于鹽堿地蚯蚓糞的施用方式和用量研究較少，還需要進(jìn)行進(jìn)一步研究；（3）以短期研究為主，缺乏長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究，了解蚯蚓糞對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期影響；（4）在已經(jīng)論述蚯蚓糞對(duì)土壤鹽堿板結(jié)有一定作用的同時(shí)，還需要進(jìn)一步研究如何從長(zhǎng)期的角度改善土壤板結(jié)的狀況；（5）需要研究農(nóng)作物自身生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)與土壤營(yíng)養(yǎng)之間的共性，并在蚯蚓糞作用下，進(jìn)一步證實(shí)研究農(nóng)作物與土壤之間產(chǎn)生交互促進(jìn)作用的因子，這是亟待解決的問題。

6 結(jié)束語

鹽堿地修復(fù)一直是我國(guó)研究的重要領(lǐng)域，大量研究證明，蚯蚓糞的施用對(duì)土壤環(huán)境改善具有顯著的作用，隨著研究的不斷深入，蚯蚓糞將會(huì)成為鹽堿地的常用肥料，具有廣闊的發(fā)展空間。

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Research Progress and Prospect on Remediation Mechanism of Earthworm Castto Saline Soil

Shen Jing-li et al（Institute of Agricultural Resources and Environment， Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences， Yinchuan， Ningxia 750000）

Abstract Earthworm dung was a natural biological organic fertilizer that plays an important role in improving barrier soils. Currently， research on earthworm dung mainly focuses on soil fertility， crop growth， and other aspects， while research on saline and alkaline soil remediation was less. By summarizing the properties of earthworm dung and combining its application in saline and alkaline soil， expounded the current research situation of earthworm dung remediation mechanism from three aspects： physical and chemical properties of saline and alkaline soil， soil fertility， and crop growth， comprehensively analyzed the limitations of the research， and put forward corresponding prospects.

Key words Earthworm cast; Saline soil; Soil remediation; Soil fertility; Crop growth