蚯蚓粪对水稻生长及根际和非根际土壤养分的影响

摘要  ［目的］通过把灭菌蚯蚓粪和未灭菌蚯蚓粪施入水田作基肥，探究蚯蚓粪中微生物对水稻产量的影响。［方法］把灭菌蚯蚓粪和未灭菌蚯蚓粪通过氮、磷含量换算替代30%化肥作为基肥，设置4个处理（灭菌蚯蚓粪30%替代化肥+70%化肥、未灭菌蚯蚓粪30%替代化肥+70%化肥、100%化肥、不施肥），分析灭菌蚯蚓粪替代30%化肥对水稻产量及根际、非根际土壤有机质、pH、有效磷、硝态氮和铵态氮的影响。［结果］施用未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥处理的水稻秸秆产量最大为（87.99±2.21） kg/hm2；施用蚯蚓粪替代部分化肥整体上可以改良酸性土壤的pH，施用化肥会加强酸性土壤的酸性，根际土的pH略低于非根际土；施用蚯蚓粪可以提高土壤全氮、全磷、全钾含量，其中根际土养分含量高于非根际土；蚯蚓粪+70%化肥增加有机质最多，根际土有机质含量比非根际土有机质含量多。［结论］施用蚯蚓粪替代30%可以提高水稻产量，提高根际土和非根际土的全氮、全磷、全钾含量，改善土壤pH，提高土壤有机质含量，蚯蚓粪中的微生物对水稻生长和产量具有促进作用。

关键词  灭菌蚯蚓粪；蚯蚓粪；有机肥替代；水稻

中图分类号  S511  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）05-0166-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.05.040

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Earthworm Manure on Rice Growth and Rhizosphere and Non-rhizosphere Soil Nutrients

MO Tian-jin1，XU Hui-juan2

（1.College of Nature Resources and Environment，South China Agricultural University/Key Laboratory of Farmland Conservation in South China， Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Guangzhou，Guangdong 510642;2.College of Nature Resources and Environment， South China Agricultural University/Key Laboratory of Land Use and Improvement in Guangdong Province， Guangzhou， Guangdong 510642）

Abstract  ［Objective］To study the effects of microorganisms in worm droppings on rice yield by applying inactivated and inactivated worm droppings to paddy field as base fertilizer.［Method］Sterilized and unsterilized vermicast were converted by nitrogen and phosphorus contents to replace 30% fertilizer as base fertilizer.Four treatments were set up（sterilized vermicast 30% instead of fertilizer +70% fertilizer，unsterilized vermicast 30% instead of fertilizer +70% fertilizer，100% fertilizer and no fertilizer）.The effects of sterilized earthworm manure replacing 30% fertilizer on rice yield，rhizosphere non-rhizosphere soil organic matter，pH，available phosphorus，nitrate nitrogen and ammonium nitrogen were analyzed.［Result］The maximum weight of rice straw was （87.99±2.21） kg/hm2 when unsterilized earthworm manure was applied instead of 30% fertilizer.Applying vermicompost instead of fertilizer could improve the pH of acidic soil on the whole.Applying fertilizer could strengthen the acidity of acidic soil.The pH of rhizosphere soil was slightly lower than that of non-rhizosphere soil.Application of earthworm manure could increase the content of total nitrogen，total phosphorus and total potassium in soil，and the nutrient content of rhizosphere soil was higher than that of non-rhizosphere soil.Earthworm manure +70% fertilizer increased organic matter most，and the content of organic matter in rhizosphere soil was higher than that in non-rhizosphere soil.［Conclusion］Application of earthworm manure replacement by 30% could increase rice yield，increase total nitrogen，total phosphorus and total potassium content in rhizosphere soil and non-rhizosphere soil，improve soil pH and soil organic matter.Microorganisms in earthworm manure can promote rice growth and yield.

Key words  Sterilized vermicompost;Earthworm droppings;Organic fertilizer replacement;Rice

基金项目  国家自然科学基金重大集成项目（U1901601）;国家自然科学基金面上项目（41877063）。

作者简介  莫天津（1997—），男，贵州遵义人，硕士研究生，研究方向：畜禽粪便资源化利用。*通信作者，副教授，博士，从事蚯蚓对土壤和堆肥基质中污染物和养分转化的调控研究。

收稿日期  2023-03-03；修回日期  2023-03-27

常见的蚯蚓粪肥的制备方式是采用有机废弃物为原料，将堆肥处理与生物处理相结合，有机废弃物被蚯蚓吞食，在蚯蚓体内微生物的作用下进行消化降解，将有机废弃物降解为可利用的再生物，进行有机废弃物的再利用以蚯蚓粪的形式［1］。近年来，蚯蚓粪肥在我国的利用广泛，由于《国家质量兴农战略规划（2018—2022 年）》这个规划的提出，以及大家对环境保护意识的提升和对粮食安全和土壤安全的重视，提倡大幅减少化肥的施用，增加有机肥的施用量［2］。有学者通过田间试验表明，水稻使用蚯蚓粪有机肥比常规施肥处理增产明显，与对照处理增产效果差异均达极显著水平，尤其是减少5%常规施肥2 250 kg/hm2蚯蚓粪处理，可以获得最佳经济效益［3］。董林林等［4］通过生物质碳配施蚯蚓粪得出生物质碳配施蚯蚓粪促进了水稻生长，有利于提高化学元素利用率，是培肥中低产田、提高作物产量和养分利用率的有效措施。顾建芹等［5］研究表明，在基肥中施用蚯蚓粪有机肥，可减少施肥次数1～2次，降低化学纯氮用量35.5%～69.1%，水稻增产提高2.5%～7.8%。因此，笔者以灭菌蚯蚓粪、未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥进行水稻大田试验，通过对水稻产量及根际非根际土壤氮磷钾含量进行分析，研究蚯蚓粪中微生物对蚯蚓粪肥效的影响，从而为蚯蚓粪进行种养循环提供参考。

1  材料与方法

1.1  试验材料

蚯蚓粪由华南农业大学中施农泰蚯蚓养殖基地提供，蚯蚓粪由牛粪粗渣、加多宝药材渣预堆肥后经过蚯蚓生物处理而成，其全氮含量为（0.23±0.03） g/kg，总磷含量为（0.11±0.02） g/kg，总钾含量为（0.21±0.01） g/kg；灭活蚯蚓粪经过紫外线处理灭菌。水稻选用粤禾丝苗品种。

1.2  试验地概况

大田试验地点为华南农业大学增城白水寨万果小镇试验田（113.784E，23.55N），试验田为建筑材料堆积清理后稻田，含大量沙石，土壤贫瘠。

1.3  试验设计

选用灭菌蚯蚓粪、未灭菌蚯蚓粪、化肥3种肥料，于2021年4月进行蚯蚓粪大田试验，并设置以下4个处理，灭菌蚯蚓粪30%替代化肥+70%化肥、未灭菌蚯蚓粪30%替代化肥+70%化肥、100%化肥、不施肥，3个重复，共计12个小区，小区面积12 m2。

1.4  样品采集与分析

（1）土壤样品采集。非根际土采样采用多点采集法（10～15个样点），采集试验田块0～20 cm耕层土壤的基础样品，用抖根法收集根际土，挖出带土的水稻植株，轻轻抖落植株根系上的较大颗粒土，再用细毛刷将黏附在须根上的根际土收集至无菌自封塑料袋中，同时收取等量的非根际土。将土壤置于室外自然风干，然后去除杂质，研磨后分别过1.00和0.25 mm 筛，用于测定土壤理化性质。

（2）水稻秸秆产量。采用人工全区收获，现场记录各处理收获稻谷产量、水稻秸秆产量，并取样测定籽粒水分含量、含杂率。

1.5  数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2003进行数据处理与作图，采用SPSS 17.0软件对不同处理之间的相关数据进行显著性差异分析（P<0.05）。

2  结果与分析

2.1  蚯蚓粪对水稻秸秆的影响

由图1可知，施用未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥处理的水稻秸秆产量最大为（87.99±2.21）kg/hm2，其次是灭菌蚯蚓粪替代30%化肥为（77.22±8.17）kg/hm2。施用未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥处理的水稻秸秆产量比化肥施肥处理的水稻秸秆产量增重15%，施用灭菌蚯蚓粪替代30%化肥处理的水稻秸秆产量和化肥施肥处理的水稻秸秆产量无显著差异。

2.2  蚯蚓粪对水稻籽粒产量的影响

由图2可知，施用化肥处理的籽粒产量最大为（26.17±2.81） kg/hm2，其次为未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥为（25.35±2.38） kg/hm2。未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥处理的籽粒产量和化肥施肥处理的籽粒产量无显著差异，但它们与施用灭菌蚯蚓粪处理的籽粒产量差异显著（P＜0.05），且施用未灭菌蚯蚓粪处理的籽粒产量比施用灭菌蚯蚓粪处理的籽粒产量增加18%。表明未灭菌蚯蚓粪中的有益微生物有促进水稻籽粒增产的作用，其效果和全量施用化肥无差异，施用灭菌蚯蚓粪替代部分化肥处理的籽粒产量和不施肥处理的籽粒产量差异显著，说明灭菌蚯蚓粪中的有机质等养分含量促进水稻籽粒的增产。在收获时施用未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥处理小区水稻秸秆长势明显更好，秸秆和稻叶比其他处理绿。

2.3  施用蚯蚓粪对根际、非根际土壤理化性质的影响

2.3.1  施用蚯蚓粪对水稻根际、非根际土壤pH的影响。

试验开始前测得土壤pH为5.35±0.12。由图3可知，施用未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥的小区根际土、非根际土pH上升最多，其中根际土pH为5.91±0.01、非根际土pH为6.15±0.01；施用灭菌蚯蚓粪替代30%化肥小区土壤根际土、非根际土pH分别为5.62±0.02、5.86±0.01；施用化肥小区土壤根际土、非根际土pH分别为5.32±0.01、5.36±0.02；不施肥小区土壤根际土、非根际土pH分别为5.43±0.02、5.53±0.01；施用化肥处理和未灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理pH有显著差异，未灭菌蚯蚓粪+70%化肥和灭菌蚯蚓粪+70%化肥无显著差异，灭菌蚯蚓粪+70%化肥和不施肥有显著差异（P＜0.05）。表明施用蚯蚓粪替代部分化肥整体上可以改良酸性土壤的pH，施用化肥会加强酸性土壤的酸性，根际土的pH略低于非根际土。