蚯蚓肥对陕北毛乌素沙地土壤改良效应研究

摘要  ［目的］研究蚯蚓肥对陕北毛乌素沙地土壤改良效应，为解决陕北毛乌素沙地土壤性状差的问题提供方案。［方法］以中科羊草为指示作物，分别在沙地上施用不同含量的蚯蚓肥0 t/hm2（CK）、30 t/hm2（LE-1）、45 t/hm2（LE-2）和60 t/hm2（LE-3），测定含水率、孔隙度、容重等指标，分析不同处理下毛乌素沙地物理性状；测定土壤有机质含量、速效钾含量、有效磷含量、水解氮含量、pH等指标，分析不同处理下毛乌素沙地化学性状；测定作物的株高、叶面积、生物量等指标，分析不同处理下中科羊草的农艺性状。［结果］与CK相比，LE-1、LE-2和LE-3处理土壤含水率增幅为1.01%～7.90%，孔隙度增幅4.75%～5.31%，容重降低2.13%～4.14%；相较于CK，土壤有机质含量增幅118.33%～210.83%，速效钾含量增幅17.04%～94.84%，有效磷含量提升10.81%～116.22%，水解氮提升242.01%～261.27%，pH降低 1.15%～1.39%；与CK相比，中科羊草株高增加15.95%～27.10%，叶面积提高15.00%～66.8%，生物量增加43.45%～94.87%。［结论］施用蚯蚓肥能够有效改善陕北毛乌素沙地土壤的理化性质，并显著改善中科羊草的生物学性状。通过主成分分析表明施用60 t/hm2蚯蚓肥综合改良效果最佳，得分1.77。

关键词  毛乌素沙地；蚯蚓肥；土壤性质；中科羊草

中图分类号  S156  文献标识码  A

文章编号  0517-6611（2024）18-0120-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.18.026

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research on the Improvement Effect of Earthworm Fertilizer on the Soil of Mu Us Sandy Land

YANG Hang1，2，ZHAO Yu1，2，LI Qiang1，2  et al

（1.Yulin University/Shaanxi Key Laboratory of Ecological Restoration in Shaanbei Mining Area，Yulin，Shaanxi 719000；2.Yulin Solid Waste Resource Utilization Engineering Technology Research Center，Yulin，Shaanxi 719000）

Abstract  ［Objective］To study the effect of earthworm fertilizer on soil improvement in the Mu Us sandy land of northern Shaanxi，and provide a solution to the problem of poor soil properties in the Mu Us sandy land of northern Shaanxi.［Method］Using Leymus chinensis as an indicator crop，different concentrations of earthworm fertilizer 0 t/hm2 （CK），30 t/hm2 （LE-1），45 t/hm2 （LE-2），and 60 t/hm2 （LE-3） were applied on sandy land.Indicators such as moisture content，porosity，and bulk density were measured，and the physical properties of Maowusu sandy land under different treatments were analyzed;soil organic matter content，available potassium content，available phosphorus content，hydrolyzed nitrogen content，pH and other indicators were measured，and the chemical properties of Maowusu sandy land under different treatments were measured;the plant height，leaf area，biomass and other indicators of crops were measured，and the agronomic traits of Leymus chinensis under different treatments were analyzed.［Result］Compared with CK，the soil moisture content of LE-1，LE-2，and LE-3 treatments increased by 1.01%-7.90%，porosity increased by 4.75%-5.31%，and bulk density decreased by 2.13%-4.14%;compared to CK，the increase in soil organic matter content ranged from 118.33% to 210.83%，the increase in available potassium content ranged from 17.04% to 94.84%，the increase in available phosphorus content was 10.81% to 116.22%，the increase in hydrolyzed nitrogen was 242.01% to 261.27%，and the pH decreased by 1.15% to 1.39%;compared with CK，the plant height of Leymus chinensis increased by 15.95%-27.10%，leaf area increased by 15.00%-66.8%，and biomass increased by 43.45%-94.87%.［Conclusion］The application of earthworm fertilizer can effectively improve the physical and chemical properties of the soil in the Maowusu sandy land of northern Shaanxi，and significantly improve the biological characteristics of Leymus chinensis.The principal component analysis showed that the comprehensive improvement effect of applying 60 t/hm2 earthworm fertilizer was the best，with a score of 1.77.

Key words  Mu Us sandy land;Earthworm fertilizer;Soil nature;Leymus chinensis

基金项目  陕西省教育厅服务地方专项（SXJYT-30）；陕西省科技厅产业链（2021QFY04-03）。

作者简介  杨航（1998—），男，陕西渭南人，硕士研究生，研究方向：固废生态农业利用。*通信作者，教授，博士，从事固废协同矿山生态修复研究。

收稿日期  2023-10-10

榆林市地处毛乌素沙地东南缘，属典型的农牧交错带，是半干旱沙土地的典型代表，也是国家林业和草原局划定西北地区防止二次沙化的前沿阵地之一［1］。榆林可开垦的耕地后备资源总量占陕西省可开垦耕地后备资源的40%，主要位于毛乌素沙地，是陕西省“十三五” 中提出的建设陕北第二粮仓的重要地方［2］，改良风沙地对陕西省乃至全国具有重要意义［3］。毛乌素沙地作为我国重要的沙漠化土地类型之一，其土壤贫瘠、水分蒸发强烈等特点，给当地农业生产带来了巨大的挑战。因此，寻找一种有效的土壤改良方法，对于提高该地区农作物产量、保护生态环境具有重要意义。

研究表明，蚯蚓肥富含有机质、微生物和活性酶等成分，可以改善土壤结构、调节土壤酸碱性、提高土壤肥力和水分保持能力。目前，蚯蚓肥作为一种有机肥料，被广泛应用于土壤改良领域。贾亚敏等［4］以紫花苜蓿作为指示作物，研究蚯蚓肥对铜锌污染土壤重金属积累的影响，发现蚯蚓肥可以提高土壤重金属的修复去除效率，增加耕层土壤还原态和弱酸态重金属占比，提高土壤中铜和锌的生物有效性。黄赛花等［5］发现蚯蚓肥结合草菇渣、蛭石、钼酸钠、硼酸进行合理配比制备，孔隙度、有机质、速效磷及速效钾随着土壤调理剂的增加而增大，提高土壤指标数值，使土壤质量得到有效提升。吴军虎等［6］研究发现蚯蚓粪能够大幅度降低土壤容重，显著提高了土壤团聚体的部分能力，且随着蚯蚓粪比例不断增大土壤入渗速率显著提高。徐洪岩等［7］研究发现使用蚯蚓粪能够有效增加土壤酶的活性，且对深度10 cm的土壤酶活性提高程度最强;对蔗糖酶活性影响最大，活性提高超过65%。蔺浩然等［8］研究发现田间施入蚯蚓肥均可以有效提高土壤蔗糖酶和脲酶的活性，且不同生物有机肥配施均能提高果园苹果的品质，蚯蚓粪2 kg/株+腐殖酸1 kg/株是最佳配肥方式。Laila等［9］认为蚯蚓肥可有效激发植物生长潜能，提高作物产量。研究发现，蚯蚓肥富含大量有机质、微生物菌群以及腐殖酸，可显著增强土壤保水保肥能力，有利于风沙地土壤改良，增强土壤凝聚力［10-12］。然而，针对陕北毛乌素沙地这一特殊土壤类型，关于蚯蚓肥的研究还相对较少，因此有必要进一步深入探究其在该地区的应用效果。

通过对蚯蚓肥的研究，可以丰富土壤改良技术的研究内容，为其他地区的土壤改良提供借鉴和参考。为此，笔者以中科羊草为指示植物，通过野外田间小区试验，研究施用蚯蚓肥对风沙地土壤理化性质及植物生长的影响，探究蚯蚓肥合理配比施用量，旨在为毛乌素沙地生态治理及防止二次沙化提供支撑。

1  材料与方法

1.1  试验地概况

试验地位于陕西省榆林市牛家梁（109°45′27″E，38°22′50″N），平均海拔1 100～1 200 m，年平均温度10.4 ℃，年无霜期150 d，年降雨量446.5 mm。试验地土壤有机质1.54 g/kg，速效磷27.5 mg/kg，速效钾1.57 mg/kg，pH 8.72。

1.2  试验材料

中科羊草种子来自榆林本地某公司，蚯蚓肥有机质含量88.56 g/kg，速效磷3.8 mg/kg，速效钾1.13 mg/kg，pH 7.33，物料来自榆林本地某公司。

1.3  试验方法

采用随机区组设计，根据蚯蚓肥施用量共设置4个处理，即0 t/hm2（CK）、30 t/hm2（LE-1）、45 t/hm2（LE-2）和60 t/hm2（LE-3），每个处理设3次重复，共计12个小区，每个小区规格为3 m×4 m（12 m2），小区间设置0.5 m的隔离带，防止处理之间相互影响。试验于2021年5月13日布设，中科羊草采用条播方式播种，深度为1 cm，行距20 cm。耕作前将称好的蚯蚓肥均匀撒施到对应处理小区中，并将其翻耕。试验数据的采集是在中科羊草出苗后，每月上旬采集和观测植物和土壤特性指标。

1.4  指标测试与数据分析

土壤含水率采用烘干法测定，土壤容重采用环刀法测定，土壤pH利用电位计法测定，有机质采用硫酸-重铬酸钾外加热法测定，速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法测定，有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度法测定，水解氮采用碱解扩散法测定。中科羊草株高及叶面积利用卡尺测定，将采集到的中科羊草置入80 ℃烘箱24 h烘干至恒重，获得生物量。数据采用Excel 2010和SPSS 23.0分析软件进行试验数据的分析。

2  结果与分析

2.1  施用蚯蚓肥对沙地土壤物理性质的影响

2.1.1  土壤含水率。由图1可知，7月，LE-1处理土壤含水率从13.67%上升至16.63%，提高了21.65%。LE-2和LE-3处理含水率分别提高了13.68%和19.53%。8月，LE-1、LE-2和LE-3处理含水率比CK提升了13.22%、8.93%和14.46%，其中LE-3效果最显著。9月，3个处理含水率都低于CK。LE-1、LE-2和LE-3处理含水率相较于CK下降了40.65%、25.41%和48.09%。10月，LE-1处理土壤含水率从5.51%增至7.57%，相较于CK提高了37.39%。LE-2和LE-3处理含水率分别提高了15.97%和18.15%。表明施用蚯蚓肥可提高毛乌素沙地土壤含水率。