利用蚯蚓糞改良太湖底泥的效果

叢瑋瑋++陳永林+陳小錦++王衛(wèi)娟++曹雪林++承杰++張文清++姚粉霞++盛海君++錢(qián)曉晴

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.137

摘要：底泥利用是指將疏浚底泥直接或經(jīng)過(guò)改造后用于農(nóng)田、林地、草地、濕地、市政綠化、育苗基質(zhì)及嚴(yán)重?cái)_動(dòng)的土地修復(fù)與重建等方面，使底泥重新進(jìn)入自然界的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)。蚯蚓糞作為一種特殊的有機(jī)肥，富含植物生長(zhǎng)所需的多種營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)蚯蚓糞還具有良好孔性、通氣性和保水性。理論上用蚯蚓糞可以改善底泥物理性質(zhì)、平衡底泥中的養(yǎng)分和提高有機(jī)質(zhì)含量，將底泥改造成植物生產(chǎn)性能優(yōu)良的人造土壤（也稱(chēng)技術(shù)新成土）。將蚯蚓糞與太湖底泥按一定比例混合、穩(wěn)定化，研究其物理、化學(xué)性質(zhì)及生物學(xué)性質(zhì)的變化。設(shè)置CK、T1、T2、T3、T4 5個(gè)處理，其中CK為空白，即太湖底泥（黑底泥），T1、T2、T3、T4處理的蚯蚓糞添加量分別為5%、10%、15%、20%。試驗(yàn)結(jié)果表明，添加一定量的蚯蚓糞能有效改變底泥的物理、化學(xué)性質(zhì)，使其能更好地適合植物生長(zhǎng)，其中當(dāng)蚯蚓糞添加量為10%時(shí)改良底泥效果達(dá)到最佳，最有助于白菜對(duì)氮、磷元素的吸收和莖葉的快速生長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：太湖底泥；蚯蚓糞；人造土；白菜

中圖分類(lèi)號(hào)： S156文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）10-0475-03

收稿日期：2015-08-14

基金項(xiàng)目：江蘇省產(chǎn)學(xué)研前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目（編號(hào)：BY2013063-09）；江蘇省常州市科技計(jì)劃（編號(hào)：CE20142005）

作者簡(jiǎn)介：叢瑋瑋（1990—），男，江蘇南通人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)資源利用方面的理論與技術(shù)研究。E-mail：1090702165@qq.com。

通信作者：錢(qián)曉晴，博士，教授，主要從事資源環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的教學(xué)與研究工作。E-mail：xiaoqingqian@163.com。近些年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人口的增加，大量的工業(yè)廢水、生活污水和農(nóng)業(yè)廢水排入水體，污水中攜帶的污染物（重金屬、難降解有機(jī)物等）和營(yíng)養(yǎng)物（氮、磷等）不斷積累于河流、湖泊和港灣等水體底泥中，使底泥成為潛在而又巨大的內(nèi)污染源，如果不及時(shí)治理，將嚴(yán)重影響水環(huán)境質(zhì)量甚至威脅到人們的日常生活。底泥作為水體的重要組成部分，是黏土、泥沙、有機(jī)質(zhì)及各種礦物的混合物在水體傳輸?shù)淖饔孟?，?jīng)過(guò)長(zhǎng)期的物理、化學(xué)及生物的共同作用后，沉積于水體底部而形成的。因此，底泥中富含大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但同時(shí)它又是多種污染物的蓄積庫(kù)[1]，它所積累的污染物質(zhì)可作為二次污染源直接或間接對(duì)底棲生物或上覆水生物產(chǎn)生毒害作用[2]，并通過(guò)生物富集等過(guò)程，進(jìn)入食物鏈影響人體健康。由于底泥的釋放作用而對(duì)河流水質(zhì)產(chǎn)生二次污染，會(huì)使水質(zhì)惡化。蚯蚓糞作為一種特殊的有機(jī)肥料，最大特點(diǎn)是能將有機(jī)物、微生物和一些作物生長(zhǎng)因子合理地結(jié)合起來(lái)改善土壤環(huán)境[3]，最終達(dá)到增肥、抗病、養(yǎng)土的目的[4]。蚯蚓糞保水透氣能力比一般土壤高3倍，有機(jī)質(zhì)含量達(dá)40%左右，經(jīng)過(guò)多次發(fā)酵和動(dòng)物消化，所形成的有機(jī)質(zhì)活性高。蚯蚓糞不僅易被植物利用，而且能促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，提高土壤通透性、保水性、保肥力[4-9]，蚯蚓糞在盆栽試驗(yàn)中取得了明顯的效果[10]，能提高作物生物量、果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量[11]。理論上講，蚯蚓糞可以改善底泥物理性質(zhì)，提高底泥中養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量，充分發(fā)揮底泥的作物生產(chǎn)功能。

本試驗(yàn)將蚯蚓糞與太湖底泥按一定比例混合、培養(yǎng)、熟化穩(wěn)定，改良底泥物理、化學(xué)性質(zhì)，平衡其養(yǎng)分含量，以充分發(fā)揮底泥中的營(yíng)養(yǎng)成分和蚯蚓糞促進(jìn)土壤團(tuán)粒形成的特殊功能，不同比例混合培養(yǎng)、穩(wěn)定后形成新的人造土壤，其養(yǎng)分濃度普遍得到提高與優(yōu)化，結(jié)構(gòu)、容重等得到改善。人造土壤既可以就地使用，也可以作為一種特殊商品進(jìn)入市場(chǎng)流通領(lǐng)域，作為市政綠化、污染土壤客土改良，或應(yīng)用于林業(yè)、草業(yè)等實(shí)際生產(chǎn)中。

1材料與方法

本試驗(yàn)于2014年6—12月年在揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院盆栽實(shí)驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。

1.1試驗(yàn)材料

供試底泥為取自太湖水體黑色浮泥層的底泥，簡(jiǎn)稱(chēng)黑底泥。黑底泥有機(jī)質(zhì)含量168.96 g/kg，硝態(tài)氮含量 4.18 mg/kg，銨態(tài)氮含量9.88 mg/kg，速效磷含量6.56 mg/kg，速效鉀 含量183.24 mg/kg，pH值6.9，電導(dǎo)率152.3 μS/cm。

供試蚯蚓糞取自揚(yáng)州大學(xué)奶牛場(chǎng)蚯蚓養(yǎng)殖基地，為牛糞蚓糞，其有機(jī)質(zhì)含量418.55 g/kg，全氮含量39.55 g/kg，全磷含量14.86 g/kg，硝態(tài)氮含量2 364.1 mg/kg，銨態(tài)氮含量144.1 mg/kg，速效磷含量1 541.2 mg/kg，速效鉀含量 1 646.8 mg/kg，pH值6.6，電導(dǎo)率124.5 μS/cm。

供試作物白菜（Brassica chinensis），品種為四月慢。

培養(yǎng)盆缽為上口長(zhǎng)17 cm、寬10 cm、高7 cm的塑料花盆。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，蚯蚓糞的添加量（按質(zhì)量計(jì)算）分別為混合物（底泥+蚯蚓糞）的5%、10%、15%、20%，以不加蚓糞的自然底泥為對(duì)照（CK），各處理重復(fù)3次。每盆裝混合物 1 kg，備用。

白菜于10月30日播種，每盆播種50粒，薄層覆蓋后定量澆水，保持土壤濕潤(rùn)，置于日光下培養(yǎng)，試驗(yàn)期間根據(jù)實(shí)際情況適量補(bǔ)水，維持水分條件一致。11月7日采樣，進(jìn)行生物量測(cè)定與根系掃描分析，11月30日采收，對(duì)植株葉片進(jìn)行葉綠素含量與養(yǎng)分含量測(cè)定。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1土壤理化性質(zhì) pH值：水土質(zhì)量比5 ∶1，pH計(jì)測(cè)定；電導(dǎo)率：水土質(zhì)量比5 ∶1，電導(dǎo)計(jì)測(cè)定；銨態(tài)氮含量：KCl浸提，靛酚藍(lán)比色法測(cè)定；硝態(tài)氮含量：KCl浸提，紫外分光光度法測(cè)定；速效磷含量：0.5 mol/L NaHCO3浸提，鉬藍(lán)比色法測(cè)定；速效鉀含量：1.0 moL/L NH4OAc浸提，火焰光度法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)含量：重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定。

1.3.2作物生物量白菜生長(zhǎng)1周后，各處理采樣（3株）后用稱(chēng)質(zhì)量法測(cè)定鮮質(zhì)量（包括新長(zhǎng)成的幼枝和根系），進(jìn)行差異性分析。

1.3.3根系參數(shù)白菜生長(zhǎng)1周后，各處理采樣后用流水沖洗白菜根系，采用數(shù)字化掃描儀（STD1600 Epson USA）進(jìn)行掃描，借助配套的WinRHIZO（Version 5.0a）根系分析系統(tǒng)（WinRhizo Regent Instruments，Canada）分析根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根尖數(shù)等根系參數(shù)。單株測(cè)量，并進(jìn)行差異性分析。

1.3.4莖葉營(yíng)養(yǎng)生理指標(biāo)葉片葉綠素含量：白菜生長(zhǎng)30 d后，取一定量的葉片，用95%乙醇溶液于40 ℃浸提，分別測(cè)定665、649、470 nm處吸光度，計(jì)算葉綠素a、葉綠素b、胡蘿卜素含量。

葉片全氮、全磷、全鉀含量測(cè)定：白菜生長(zhǎng)30 d后，稱(chēng)取一定量的葉片鮮樣，硫酸-雙氧水消煮后，分別采用靛酚藍(lán)比色法、鉬銻抗比色法、火焰光度計(jì)法測(cè)定全氮、全磷、全鉀含量。

1.4數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)方法

對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)采用Excel 2003、SPSS等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1添加蚯蚓糞對(duì)土壤部分化學(xué)性質(zhì)的影響

添加不同比例蚯蚓糞后各處理土壤部分化學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1，可以看出，與自然底泥（對(duì)照）相比，添加蚯蚓糞后人造土pH值沒(méi)有明顯變化，保持在中性左右，能為植物生長(zhǎng)提供有利的環(huán)境條件。電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮、速效磷含量隨著蚯蚓糞添加量的增加，與對(duì)照相比出現(xiàn)顯著（P<0.05）的增加。在一定范圍內(nèi)，蚯蚓糞的添加會(huì)給白菜的生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境條件。本試驗(yàn)中銨態(tài)氮和速效鉀含量隨著蚯蚓糞添加量的增加并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的變化。

2.2添加蚯蚓糞對(duì)白菜部分根系形態(tài)特征參數(shù)的影響

表2為生長(zhǎng)1周后白菜根系的一些特征參數(shù)，可以看出，隨著蚯蚓糞添加比例的提高，根長(zhǎng)、根尖數(shù)、根系面積、根體積、平均根直徑均呈現(xiàn)出一定的增長(zhǎng)趨勢(shì)。根尖數(shù)、根長(zhǎng)、根體積、根表面積都是添加10%蚯蚓糞的處理最大，進(jìn)一步提高蚯蚓糞添加量使這些特征參數(shù)呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。平均根直徑隨著蚓糞添加量的增加在不同處理間差異不明顯，但都顯著高于對(duì)照。

2.3添加蚯蚓糞對(duì)白菜地上部株高及硝酸鹽含量的影響

不同蚯蚓糞添加比例對(duì)白菜地上部株高及硝酸鹽含量的影響見(jiàn)圖1、圖2。圖1為各處理生長(zhǎng)1周后白菜的株高，可見(jiàn)5%、10%2個(gè)蚯蚓糞添加處理顯著高于對(duì)照，并在蚯蚓糞添加量達(dá)到10%時(shí)株高達(dá)到最大；然而隨著蚯蚓糞添加比例的不斷提高，白菜株高的增加幅度回落，T4處理的株高甚至出現(xiàn)顯著低于對(duì)照的現(xiàn)象（P<0.05）。從白菜株高的測(cè)量結(jié)果同樣可以看出，過(guò)多地添加蚯蚓糞反而會(huì)抑制作物的生長(zhǎng)。圖2比較各處理白菜葉片里硝酸鹽的含量，可以看出，除了5%蚯蚓糞添加量處理下的白菜硝態(tài)氮含量比對(duì)照低以外，白菜的硝態(tài)氮含量隨著蚓糞含量的增加不斷提高，說(shuō)明蚯蚓糞的過(guò)度添加會(huì)導(dǎo)致白菜體內(nèi)硝態(tài)氮積累，從而影響白菜食用品質(zhì)。添加5%、10%蚓糞時(shí)硝酸鹽含量不超標(biāo)，但蚯蚓糞添加量達(dá)到15%、20%時(shí)則導(dǎo)致白菜硝態(tài)氮含量超標(biāo)。

2.4添加蚯蚓糞對(duì)白菜種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)量的影響

蚯蚓糞添加比例在一定范圍內(nèi)對(duì)白菜的發(fā)芽率并沒(méi)有顯

著的影響（表3），然而當(dāng)蚯蚓糞添加比例達(dá)到一定水平后白菜的發(fā)芽率降低，可能是由于蚯蚓糞含有較高濃度的鹽，對(duì)白菜種子發(fā)芽產(chǎn)生一定的滲透脅迫。從表3還可以看出，各處理白菜在根質(zhì)量和莖葉質(zhì)量方面都隨著蚯蚓糞添加比例的提高呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，而且部分處理間存在顯著性差異。綜合來(lái)看，處理T2的根質(zhì)量、莖葉質(zhì)量及總生物量最大且明顯高于其他各處理。

2.5添加蚯蚓糞對(duì)白菜葉片葉綠素含量及氮、磷、鉀養(yǎng)分含量的影響

由表4可見(jiàn)，白菜的葉片葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素含量均隨蚯蚓糞添加比例的增加大體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，不過(guò)不是蚓糞添加量越高增加的趨勢(shì)越明顯，而是在T1、T2處理時(shí)達(dá)到相對(duì)最大值且與對(duì)照差異明顯，T3、T4處理反而出現(xiàn)了葉綠素的小幅度減少，但相對(duì)對(duì)照都有增加且差異顯著，說(shuō)明蚯蚓糞添加比例為T(mén)1、T2的處理最有利于葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素的合成，有利于白菜生長(zhǎng)，過(guò)多的蚓糞可能會(huì)產(chǎn)生一定的鹽害脅迫，不利于白菜幼苗生長(zhǎng)和葉綠素含量的提高。葉片中全氮含量與葉綠素含量表現(xiàn)相同的趨勢(shì)。隨著蚯蚓糞添加比例的提高，葉片全磷的含量表現(xiàn)出明顯的先增加后減的的趨勢(shì)，且各個(gè)處理間差異顯著。隨著蚓糞添加量的增加，各處理白菜葉片中全鉀含量有所增加，但增加的幅度不明顯，其中T1、T2處理與對(duì)照不存在顯著性差異，T3、T4處理與對(duì)照差異顯著。

3結(jié)論

蚯蚓糞含有豐富的高品質(zhì)有機(jī)質(zhì)和大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，添加適量的蚯蚓糞可以改善底泥的有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮和速效磷含量等化學(xué)性質(zhì)，提高土壤綜合肥力，為作物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境。

添加適量的蚯蚓糞會(huì)促進(jìn)白菜幼苗的根系生長(zhǎng)，有助于白菜對(duì)所需要的營(yíng)養(yǎng)成分的吸收，但超過(guò)一定范圍，添加蚓糞對(duì)白菜幼苗根系生長(zhǎng)的促進(jìn)作用會(huì)降低，這可能由于蚓糞含量過(guò)高對(duì)白菜幼苗所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)過(guò)剩，減緩了幼苗根系的生長(zhǎng)。綜合來(lái)看，在蚯蚓糞添加量為10%時(shí)，白菜幼苗根系生長(zhǎng)狀況最佳。

添加適量蚯蚓糞有利于提高白菜地上部分株高，并減少白菜硝酸鹽含量。然而并不是蚯蚓糞的添加量越多越好，過(guò)量的蚓糞添加量會(huì)抑制白菜的生長(zhǎng)，影響株高并使得葉菜中硝酸鹽含量增加，從而降低白菜的品質(zhì)，綜合來(lái)看，在蚓糞添加量為10%時(shí)，白菜的地上部分品質(zhì)最好。

蚯蚓糞的添加有利于白菜葉片的葉綠素含量和類(lèi)胡蘿卜素含量的提高，增強(qiáng)葉片光合能力，提高白菜對(duì)氮、磷等養(yǎng)分元素的吸收，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。綜合來(lái)看，蚯蚓糞添加量在 5%～10%時(shí)更有利于白菜葉綠素的合成，有利于白菜對(duì)土壤氮、磷的吸收，適合作物生長(zhǎng)。

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