蚯蚓糞配施尿素對(duì)豇豆根系特征與根際土腐殖質(zhì)的影響

井大煒 王明友 張 紅 李士平

(德州學(xué)院生態(tài)與園林建筑學(xué)院， 德州 253023)

蚯蚓糞配施尿素對(duì)豇豆根系特征與根際土腐殖質(zhì)的影響

井大煒 王明友 張 紅 李士平

(德州學(xué)院生態(tài)與園林建筑學(xué)院， 德州 253023)

通過(guò)大田試驗(yàn)，研究了不施肥(CK)、單施化肥(CF)、施蚯蚓糞(VC)及蚯蚓糞和尿素各提供50%的氮(VC+CF)等處理對(duì)土壤物理性質(zhì)、豇豆根系活力、形態(tài)特征及根際中根系分泌物含量與腐殖質(zhì)組成的影響。結(jié)果表明：VC和VC+CF處理較CF處理能顯著降低土壤容重，并明顯提高土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度。各施肥處理對(duì)豇豆在幼苗期的根系特征和根際土壤腐殖質(zhì)組成的影響不明顯；而在伸蔓期和開(kāi)花結(jié)莢期，與CF處理相比，VC+CF處理顯著提高了豇豆的根系活力，并明顯增加了豇豆的總根長(zhǎng)、比根長(zhǎng)、根表面積、根體積與根尖數(shù)，而根系直徑卻顯著降低，其中開(kāi)花結(jié)莢期的根表面積分別比CK、CF和VC處理增加144.88%、80.73%和36.82%；同時(shí)，VC+CF處理也提高了豇豆根際土壤中根系分泌物和胡敏酸含量，并提升胡敏酸與富里酸比值，其中開(kāi)花結(jié)莢期的胡敏酸含量分別較CK、CF和VC處理高出45.19%、37.06%和7.69%。此外，VC+CF處理可明顯提高豇豆產(chǎn)量，顯著改善豇豆品質(zhì)，且作用效果顯著優(yōu)于其他處理。隨著豇豆生育期的推進(jìn)，蚯蚓糞配施尿素的影響作用逐漸增大。綜上，蚯蚓糞與尿素配施有利于改善豇豆的根系特性和根際土壤腐殖質(zhì)組成，增強(qiáng)土壤的供肥性能，有助于促進(jìn)豇豆生長(zhǎng)并提高產(chǎn)量和品質(zhì)。

豇豆； 蚯蚓糞； 根系形態(tài)特征； 根系分泌物； 腐殖質(zhì)組成

引言

豇豆(VignaunguiculataL.)屬豆科植物，籽粒營(yíng)養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)16.0%～30.8%[1]；并含有多種氨基酸，能彌補(bǔ)禾谷類糧食的不足，同時(shí)，豇豆還具有較強(qiáng)的耐瘠薄能力及抗旱性，且生育期短、適應(yīng)性廣，是我國(guó)重要的豆類蔬菜作物[2]。關(guān)于豇豆的施肥研究一直是廣大學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。有機(jī)肥料是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中的重要肥源，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被越來(lái)越多的人所采用[3-4]。但隨著眾多畜禽場(chǎng)的規(guī)?；d建、運(yùn)作，畜禽糞便也漸漸成為大量種植農(nóng)場(chǎng)的有機(jī)肥源，而這些畜禽場(chǎng)所產(chǎn)生的有機(jī)肥與傳統(tǒng)有機(jī)肥相比，卻發(fā)生了質(zhì)的變化[5]。有研究表明[5]，在年出欄1萬(wàn)頭的豬場(chǎng)，糞便中排出的砷元素量折合As2O3為230 kg/a左右。由此可見(jiàn)，有機(jī)肥的施用方式不容忽視，同時(shí)有機(jī)肥種類的選擇也尤為重要。

蚯蚓糞是通過(guò)蚯蚓消化有機(jī)廢棄物而產(chǎn)生的均勻顆粒，具有良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，疏松適度，通透性好，酸堿度中性，并有保肥、保水性能；同時(shí)其有機(jī)質(zhì)含量高，礦質(zhì)養(yǎng)分豐富，含有多種利于植物生長(zhǎng)的腐殖質(zhì)、酶、植物激素類物質(zhì)[6]。我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始興起蚯蚓養(yǎng)殖業(yè)，北京、天津、云南等地均建有不同規(guī)模的養(yǎng)殖場(chǎng)，蚯蚓糞年產(chǎn)量高達(dá)幾十萬(wàn)噸[7]。許多學(xué)者針對(duì)蚯蚓糞開(kāi)展了大量的研究，但主要集中在黃瓜、草莓等作物上[8-9]，而應(yīng)用于豇豆的研究報(bào)道較少，尤其關(guān)于蚯蚓糞對(duì)豇豆根系特性與土壤腐殖質(zhì)的研究更是鮮有報(bào)道。根系吸收特性決定了植株獲得水分、養(yǎng)分的能力，作物實(shí)際種植中采用的許多栽培措施本質(zhì)上是通過(guò)影響根系吸收特性來(lái)控制個(gè)體與群體的發(fā)育，進(jìn)而達(dá)到增產(chǎn)的目的[10]；而腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)的主體部分，既能作為營(yíng)養(yǎng)元素的“庫(kù)”，還可影響土壤中的礦物成分等，其組成是評(píng)價(jià)土壤肥力水平的重要指標(biāo)[11]。本文以豇豆為試材，評(píng)價(jià)施用蚯蚓糞對(duì)土壤物理性狀、豇豆根系吸收特性與根際土壤中根系分泌物含量及腐殖質(zhì)組成的作用效果，以期為蚯蚓糞推廣應(yīng)用提供理論支撐，也可為豇豆的合理種植提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試材料

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在山東省德州市運(yùn)河經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)蘆莊村九龍灣生態(tài)園，供試土壤為輕壤土，土壤速效氮、磷和鉀含量(質(zhì)量比)分別為93.85、36.07、106.32 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為15.08 g/kg。供試蚯蚓糞為蚯蚓吞食牛糞后的產(chǎn)物，全量氮、磷、鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.68%、1.29%與0.95%；氨基酸總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.42%，其所含氨基酸種類在16～18種之間；有機(jī)酸總量和總糖含量分別為41.26 mg/g與25.39 mg/g；pH值6.9。所用化肥為尿素(含N質(zhì)量分?jǐn)?shù)46%)、過(guò)磷酸鈣(含P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%)和硫酸鉀(含K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%)。豇豆品種為“之豇28-2”。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2012—2015年連續(xù)進(jìn)行4 a，為避免豇豆連作，分別選擇土壤基礎(chǔ)肥力相近的4個(gè)地塊，每年種植在不同地塊上，且每個(gè)地塊的面積、試驗(yàn)處理均相同。統(tǒng)一采用田間小區(qū)試驗(yàn)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)4個(gè)處理：①CK，不施肥。②CF，單施化肥。③VC，施蚯蚓糞。④VC+CF，蚯蚓糞提供50%的氮，尿素提供50%的氮。每個(gè)處理5次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)面積為93.6 m2(7.8 m×12 m)，共計(jì)20個(gè)小區(qū)。除CK外，各處理均為等養(yǎng)分量，氮、磷、鉀含量相當(dāng)于310.50、238.50、175.50 kg/hm2，各處理磷、鉀不足部分分別用過(guò)磷酸鈣、硫酸鉀補(bǔ)足。

豇豆采用12 cm高M(jìn)壟栽培，栽培行寬50 cm，株距40 cm，操作行距90 cm。按試驗(yàn)設(shè)計(jì)撒施定量有機(jī)肥和化肥，深翻攪拌均勻后整地起壟，覆蓋地膜。分別在2012年4月26日、2013年4月21日、2014年4月27日和2015年4月23日使用點(diǎn)播器點(diǎn)播豇豆，植株抽蔓后支人字架，架高1.9 m。生長(zhǎng)期間每20 d進(jìn)行1次中耕除草，生長(zhǎng)后期及時(shí)摘除基部黃葉。整個(gè)生長(zhǎng)期，根據(jù)具體情況噴施藥劑防治病蟲(chóng)害。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

分別于豇豆幼苗期(2012年5月20日、2013年5月18日、2014年5月16日和2015年5月15日)、伸蔓期(2012年6月14日、2013年6月12日、2014年6月10日和2015年6月9日)和開(kāi)花結(jié)莢期(2012年8月29日、2013年8月26日、2014年8月25日和2015年8月22日)在每小區(qū)選擇有代表性的10株植株采集根系樣品與根際土。將挖出的根系用水沖洗，放在盛有少量水的長(zhǎng)方形平盤中，將根系分開(kāi)，避免根系重疊和堆積，然后采用WinRHIZ 2003b 根系分析系統(tǒng)對(duì)根系進(jìn)行掃描，分析計(jì)算出總根長(zhǎng)、比根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根尖數(shù)和平均直徑，并用TTC比色法測(cè)定根系活力。同時(shí)參照WANG等[12]的方法采集根際土，并將所取根際土壤樣品充分混勻后風(fēng)干，過(guò)1 mm篩供根系分泌物含量、腐殖質(zhì)組成的測(cè)定。此外，在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇10個(gè)點(diǎn)，采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重，并計(jì)算土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度。

根系分泌物中氨基酸總量的測(cè)定采用甲醛滴定法；總糖的測(cè)定采用蒽酮比色法；有機(jī)酸總量的測(cè)定采用液相色譜法。腐殖質(zhì)各組分的測(cè)定采用焦磷酸鈉-氫氧化鈉提取重鉻酸鉀氧化容量法：首先用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定腐殖質(zhì)全碳，并用氫氧化鈉-焦磷酸鈉混合液制備待測(cè)液，然后用重鉻酸鉀氧化法分別測(cè)定胡敏酸+富里酸的總碳量以及胡敏酸碳量，最后采用差值法即可分組[13]。

在2012—2015年4 a的豇豆種植試驗(yàn)時(shí)期內(nèi)，按照當(dāng)?shù)夭烧?xí)慣每年分別進(jìn)行采收測(cè)產(chǎn)，并隨機(jī)選取豇豆樣品測(cè)定莢果品質(zhì)，重復(fù)5次。豇豆的產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)含量均為4 a所測(cè)數(shù)據(jù)的平均值。其中莢果維生素C含量的測(cè)定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法，硝酸鹽含量的測(cè)定采用紫外分光光度法，可溶性糖含量的測(cè)定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法[13]。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

采用 Excel 2013進(jìn)行處理數(shù)據(jù)并制圖，采用 SPSS 17.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析與多重比較(LSD法，P<0.05)。圖、表中數(shù)據(jù)均為2012—2015年4 a試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤物理性質(zhì)

土壤容重和孔隙度是衡量土壤供肥、保肥能力及土壤緊實(shí)狀況的重要指標(biāo)[14]。由于豇豆在幼苗期、伸蔓期和開(kāi)花結(jié)莢期土壤物理性狀變化規(guī)律基本一致，因此只給出開(kāi)花結(jié)莢期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(表1)。可以看出，VC和VC+CF處理相比CK、CF處理能顯著降低土壤容重，并明顯提高總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度，而VC與VC+CF處理間差異均未達(dá)顯著水平。CF處理的土壤容重顯著低于CK，而總孔隙度和毛管孔隙度顯著高于CK。從表1還可知，各處理之間的非毛管孔隙度與毛管孔隙度比值無(wú)顯著性差異。由此可見(jiàn)，施用蚯蚓糞能顯著降低土壤容重，并明顯提高土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度，這有利于改善土壤結(jié)構(gòu)，為豇豆的根系生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造有利環(huán)境。

表1 不同處理對(duì)豇豆土壤物理性質(zhì)的影響
Tab.1 Effect of different treatments on soil physical properties of cowpea field

處理土壤容重/(g·cm-3)總孔隙度/%毛管孔隙度/%非毛管孔隙度/%非毛管孔隙度與毛管孔隙度比CK1.38±0.02a47.92±0.43c31.23±0.68c16.70±0.26b0.53±0.03aCF1.32±0.02b50.19±0.85b33.12±0.71b17.07±0.32b0.52±0.06aVC1.19±0.03c55.09±0.62a35.91±0.33a19.18±0.49a0.53±0.06aVC+CF1.21±0.03c54.34±0.46a36.01±0.25a18.33±0.52a0.51±0.05a

注：數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同列數(shù)值后不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

2.2 根系活力

根系活力指根系新陳代謝的活動(dòng)能力，是反映根系吸收功能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，根系特性與發(fā)育狀況直接關(guān)系到豇豆對(duì)土壤養(yǎng)分和水分的吸收[15]。因此，根系活力的高低也影響著豇豆植株的生長(zhǎng)情況。由圖1可以看出，在幼苗期，各處理的根系活力并未表現(xiàn)出明顯的差異；而進(jìn)入伸蔓期，CF、VC和VC+CF處理的根系活力較CK均顯著升高，分別高出29.73%、36.14%和38.81%，但3個(gè)施肥處理之間差異不顯著。隨著生育期的延長(zhǎng)，當(dāng)進(jìn)入開(kāi)花結(jié)莢期時(shí)，不同施肥處理對(duì)豇豆根系活力的影響呈現(xiàn)出明顯的差異。VC+CF處理的根系活力達(dá)到156.31 μg/(g·h)，分別較CK、CF和VC處理顯著高出64.05%、34.65%和12.84%；其次為VC處理，也顯著高于CK和CF處理。數(shù)據(jù)分析表明，隨著生育期的推進(jìn)，施肥措施對(duì)豇豆根系活力的作用效果越來(lái)越明顯。在開(kāi)花結(jié)莢期，施用蚯蚓糞較單施化肥能顯著提高豇豆的根系活力，其中蚯蚓糞與尿素配施的提高幅度更大，這有利于增強(qiáng)豇豆的根系活力。

圖1 不同處理對(duì)豇豆根系活力的影響Fig.1 Effect of different treatments on root activity of cowpea

2.3 根系形態(tài)特征

根系長(zhǎng)度能反映根系和土壤的接觸面積并體現(xiàn)根系在土壤中的伸展空間[16]，比根長(zhǎng)、根系表面積和根系體積也可以反映根系的發(fā)育狀況。從表2可以看出，豇豆幼苗期的根系形態(tài)特征在不同處理之間未表現(xiàn)出顯著的差異。在伸蔓期，施用蚯蚓糞處理的總根長(zhǎng)、比根長(zhǎng)、根表面積和根體積均顯著高于對(duì)照和單施化肥處理，但VC+CF與VC處理之間差異不顯著。當(dāng)進(jìn)入開(kāi)花結(jié)莢期時(shí)， 不同施肥處理均能明顯增加豇豆根系的總根長(zhǎng)、比根長(zhǎng)、表面積和體積，而VC+CF處理的增幅最大，且總根長(zhǎng)、根表面積和根體積均顯著高于其他處理，其中根表面積分別較CK、CF與VC處理明顯提高144.88%、80.73%和36.82%；其次為VC處理，其根體積與CF處理無(wú)顯著性差異，而總根長(zhǎng)、比根長(zhǎng)與根表面積均明顯高于CF處理。

根尖除了包括須根根尖外, 還包括根毛根尖；須根數(shù)、根毛數(shù)越多，根系和土壤接觸的面積越大，同時(shí)根系的有效吸收面積也越多[16]。VC+CF處理在伸蔓期的根尖數(shù)與VC處理差異不顯著，但顯著高于CK和CF處理；而在開(kāi)花結(jié)莢期，VC+CF處理的根尖數(shù)最多，分別較CK、CF與VC處理明顯高出40.37%、35.40%和19.22%；其次是VC處理，也顯著高于CK和CF處理，而CK與CF處理間差異未達(dá)顯著水平。

根系的強(qiáng)弱不僅與根長(zhǎng)、根表面積、根系體積有關(guān)，同時(shí)也與根系平均直徑有關(guān)。從表2可知，施蚯蚓糞處理在伸蔓期的根系平均直徑明顯低于對(duì)照和單施化肥處理，且VC+CF與VC處理間無(wú)顯著性差異。隨著生育期的推進(jìn)，當(dāng)進(jìn)入開(kāi)花結(jié)莢期時(shí)，CF處理提高了豇豆根系的平均直徑，但與CK處理無(wú)顯著性差異，而VC、VC+CF處理均顯著低于CK處理，特別是VC+CF處理。這說(shuō)明蚯蚓糞的施用可以促進(jìn)豇豆根系變細(xì)，有助于增加根系表面積，擴(kuò)大根系對(duì)養(yǎng)分、水分的吸收空間。綜合分析可知，蚯蚓糞配施尿素對(duì)豇豆在開(kāi)花結(jié)莢期根系形態(tài)特征的作用效果最顯著。

表2 不同處理對(duì)豇豆根系形態(tài)特征的影響
Tab.2 Effect of different treatments on root morphological characteristics of cowpea

生育期處理總根長(zhǎng)/cm比根長(zhǎng)/(cm·g-1)根表面積/cm2根體積/cm3根尖數(shù)平均直徑/cmCK236.76±52.63a173.85±4.92a327.89±75.82a6.53±0.80a109±18a0.72±0.03a幼苗期CF251.59±38.76a179.67±5.09a358.95±106.55a6.49±0.67a116±29a0.75±0.03aVC279.32±29.68a175.06±2.56a383.26±96.17a6.61±0.39a112±31a0.69±0.04aVC+CF263.08±32.15a173.49±4.27a396.17±126.98a6.47±0.32a107±22a0.71±0.02aCK352.26±65.09c179.65±2.18b525.02±37.14c10.16±0.89c228±20b0.76±0.01a伸蔓期CF489.55±32.57b185.27±5.22b618.73±29.05b14.53±1.36b241±15b0.75±0.01aVC676.93±102.35a214.92±2.81a936.58±69.51a18.29±0.93a297±23a0.68±0.03bVC+CF691.67±89.81a217.59±3.96a978.09±76.33a19.05±1.02a316±19a0.66±0.03bCK597.58±39.79d183.31±3.95b708.23±128.65d16.55±1.43c327±26c0.79±0.02a開(kāi)花結(jié)莢期CF722.39±85.50c187.63±1.82b959.62±102.96c22.76±1.08b339±15c0.81±0.03aVC936.06±41.64b218.71±3.16a1267.58±116.37b23.93±1.22b385±23b0.72±0.02bVC+CF1069.52±63.21a223.28±2.07a1734.29±156.05a28.05±0.87a459±18a0.63±0.03c

2.4 根系分泌物

在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，根系在從土壤中吸收水分、養(yǎng)分的同時(shí)，也會(huì)向生長(zhǎng)介質(zhì)中分泌質(zhì)子、釋放無(wú)機(jī)離子以及溢泌或分泌大量有機(jī)物[4]，即根系分泌物。從表3可以看出，豇豆在幼苗期、伸蔓期和開(kāi)花結(jié)莢期的根系分泌物含量呈現(xiàn)出明顯的差異。不同處理之間的氨基酸總量、有機(jī)酸總量和總糖含量在幼苗期均無(wú)顯著性差異；在伸蔓期，VC+CF處理的氨基酸總量和有機(jī)酸總量與VC處理差異不顯著，但明顯高于CK和CF處理，而總糖含量在4個(gè)處理間的差異均未達(dá)顯著水平。隨著生育期進(jìn)入開(kāi)花結(jié)莢期時(shí)，VC+CF處理的氨基酸總量、有機(jī)酸總量與總糖含量均達(dá)最高值，且顯著高于其他處理，分別較CF處理顯著提高38.14%、52.91%和39.99%。VC處理的氨基酸總量、總糖含量與CF處理差異未達(dá)顯著水平，但有機(jī)酸總量顯著高于CF處理。與CK相比，CF處理能明顯提高總糖含量，而對(duì)氨基酸總量、有機(jī)酸總量的影響較小。由以上分析可知，隨著生育期的推進(jìn)，豇豆的根系分泌物含量呈遞增的變化趨勢(shì)，不同施肥措施對(duì)豇豆根系分泌物含量能起到至關(guān)重要的作用，蚯蚓糞配施尿素促進(jìn)了豇豆在開(kāi)花結(jié)莢期根系分泌物含量的明顯增加。

表3 不同處理對(duì)豇豆根系分泌物的影響
Tab.3 Effect of different treatments on root exudates of cowpea

生育期處理氨基酸總量/(mg·kg-1)有機(jī)酸總量/(μg·kg-1)總糖含量/(mg·kg-1)CK0.27±0.05a5.39±0.98a6.22±1.18a幼苗期CF0.25±0.06a5.46±1.05a5.85±1.36aVC0.36±0.10a5.61±1.22a6.69±0.85aVC+CF0.31±0.08a5.72±0.76a6.38±1.03aCK0.63±0.12c12.62±0.86b14.92±0.69a伸蔓期CF0.87±0.05b13.15±1.28b15.17±0.82aVC1.02±0.05a18.29±0.90a15.79±0.95aVC+CF1.13±0.07a19.86±1.16a16.08±0.63aCK1.12±0.08b18.07±1.32c12.56±0.72c開(kāi)花結(jié)CF1.18±0.05b19.79±2.10c17.98±1.06b莢期 VC1.25±0.14b25.83±0.95b19.30±1.27bVC+CF1.63±0.08a30.26±1.09a25.17±0.95a

2.5 根際土壤腐殖質(zhì)組成

土壤中的腐殖質(zhì)由胡敏酸、富里酸和殘留在土壤中的胡敏素組成。各施肥處理能不同程度地改變豇豆根際土壤胡敏素碳、腐殖酸碳，而其含量與組成變化能影響土壤團(tuán)聚體構(gòu)成與保肥供肥性能(表4)?？梢钥闯?，在幼苗期，各處理之間的土壤腐殖質(zhì)組成未見(jiàn)明顯變化；在伸蔓期，與對(duì)照相比，施肥處理顯著提高了腐殖酸碳、胡敏酸碳(HA)和富里酸碳(FA)；而在3個(gè)施肥處理中，VC+CF處理的腐殖酸碳、胡敏酸碳、富里酸碳與VC處理差異不顯著，但顯著高于CF處理。同時(shí)可見(jiàn)，3個(gè)施肥處理較對(duì)照明顯提高了HA/FA值，但CF、VC和VC+CF處理間無(wú)顯著性差異。隨著生育期的延長(zhǎng)，進(jìn)入開(kāi)花結(jié)莢期時(shí)，VC處理的胡敏素碳明顯高于其他處理，而腐殖酸碳與VC+CF處理差異不顯著，但顯著高于CK和CF處理。從表4還可知，與CK相比， VC+CF和VC處理顯著降低了胡敏素碳與腐殖酸碳的比值，其中VC+CF處理達(dá)最低值，并明顯低于VC處理；同時(shí)，VC+CF和VC處理明顯提高了胡敏酸碳、富里酸碳，其中VC+CF處理的胡敏酸碳顯著高于其他處理，分別比CK、CF與VC處理提高45.19%、37.06%和7.69%。此外，VC+CF處理的HA/FA值最大，分別比CK、CF和VC處理顯著高出24.13%、21.99%和15.77%，而其他處理間均差異不顯著。由此可見(jiàn)，蚯蚓糞與尿素配施相比單施化肥可以降低豇豆在伸蔓期和開(kāi)花結(jié)莢期的胡敏素碳與腐殖酸碳比值，并提高腐殖酸碳和胡敏酸碳，同時(shí)還能提高HA/FA值，這可能與豇豆的生長(zhǎng)周期有關(guān)，也可能與施肥措施有一定的關(guān)聯(lián)。

表4 不同處理對(duì)豇豆根際土壤腐殖質(zhì)組分的影響
Tab.4 Effect of different treatments on humus composition in rhizosphere soil of cowpea

生育期處理胡敏素碳含量/(g·kg-1)腐殖酸碳含量/(g·kg-1)胡敏素碳與腐殖酸碳含量比胡敏酸碳含量/(g·kg-1)富里酸碳含量/(g·kg-1)胡敏酸碳與富里酸碳含量比CK2.95±0.08a1.65±0.06a1.79±0.06a0.69±0.08a0.96±0.10a0.72±0.07a幼苗期CF2.87±0.26a1.63±0.09a1.76±0.10a0.70±0.03a0.93±0.02a0.75±0.05aVC3.02±0.15a1.71±0.12a1.77±0.09a0.75±0.03a0.96±0.09a0.78±0.05aVC+CF2.93±0.20a1.76±0.05a1.66±0.05a0.77±0.06a0.99±0.05a0.78±0.04aCK5.08±0.39b2.12±0.08c2.40±0.07a0.93±0.05c1.19±0.03c0.78±0.02b伸蔓期CF5.42±0.31b2.40±0.13b2.26±0.04b1.09±0.06b1.31±0.03b0.83±0.02aVC6.85±0.17a2.69±0.05a2.55±0.11a1.24±0.03a1.45±0.04a0.86±0.04aVC+CF5.29±0.52b2.62±0.07a2.02±0.05c1.22±0.07a1.40±0.05a0.87±0.03aCK9.16±0.09b3.06±0.05b2.99±0.08a1.35±0.11c1.71±0.06b0.79±0.02b開(kāi)花結(jié)莢期CF9.27±0.35b3.21±0.18b2.89±0.07a1.43±0.07c1.78±0.05b0.80±0.03bVC10.39±0.28a3.97±0.06a2.62±0.12b1.82±0.03b2.15±0.12a0.85±0.05bVC+CF9.23±0.20b3.95±0.10a2.34±0.08c1.96±0.05a1.99±0.08a0.98±0.03a

2.6 豇豆產(chǎn)量與品質(zhì)

由表5可見(jiàn)，與對(duì)照CK相比，各施肥處理均明顯提高了豇豆產(chǎn)量，其中VC+CF處理的產(chǎn)量最高，并顯著高于其他處理，分別比CK、CF和VC處理顯著提高36.14%、23.71%和9.46%；其次為VC處理，也顯著高于CF處理。CF處理相比CK使莢果的維生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量呈下降趨勢(shì)，其中維生素C、可溶性糖含量達(dá)差異顯著水平；而施用蚯蚓糞的2個(gè)處理均明顯提高了莢果的上述指標(biāo)含量，其中VC+CF處理的維生素C、可溶性糖與可溶性蛋白含量均顯著高于其他處理，分別比CF處理高出43.03%、42.10%和21.93%。此外，各處理莢果的硝酸鹽含量由大到小排序?yàn)椋篊F、CK、VC和VC+CF，且處理間差異均達(dá)顯著水平，其中VC+CF處理分別比CK、CF和VC處理降低23.61%、35.25%和11.04%。由以上分析可知，蚯蚓糞配施尿素可明顯提高豇豆產(chǎn)量，并顯著改善莢果品質(zhì)。

表5 不同處理對(duì)豇豆產(chǎn)量與品質(zhì)的影響
Tab.5 Effect of different treatments on yield and quality of cowpea

處理產(chǎn)量/(kg·hm-2)維生素C含量/(mg·kg-1)硝酸鹽含量/(mg·kg-1)可溶性糖含量/(mg·g-1)可溶性蛋白含量/(mg·g-1)CK16950.57±286.39d179.28±9.05c352.71±18.09b12.95±0.48c5.89±0.29cCF18653.26±190.25c158.93±6.90d416.08±12.63a11.45±0.30d5.79±0.21cVC21081.95±239.51b201.65±6.32b302.85±9.76c15.02±0.61b6.54±0.09bVC+CF23276.18±168.27a227.32±8.18a269.43±10.28d16.27±0.35a7.06±0.13a

3 討論

作物處于一定生境下，與養(yǎng)分吸收有關(guān)的形態(tài)學(xué)性狀從作用于個(gè)體水平到作用于細(xì)胞水平及個(gè)體結(jié)構(gòu)功能均會(huì)發(fā)生適應(yīng)性改變，比如形態(tài)可塑性、作物根系形態(tài)特征(總根長(zhǎng)、根表面積、根體積)與植物的養(yǎng)分、水分利用效率存在顯著或極顯著的相關(guān)性[16-18]。許多學(xué)者關(guān)于春玉米[19]、蔬菜[20]、廣藿香[21]的研究表明，施用有機(jī)肥可以促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，并能顯著提高作物的根系總干質(zhì)量。本試驗(yàn)得出，在開(kāi)花結(jié)莢期，蚯蚓糞配施尿素較單施化肥能明顯提高豇豆的根系活力，且顯著改善了豇豆的根系形態(tài)特征，總根長(zhǎng)、比根長(zhǎng)、根表面積和根體積均明顯升高，這說(shuō)明蚯蚓糞與尿素配施刺激了豇豆根系的生長(zhǎng)。究其原因在于：①蚯蚓糞的施用顯著降低了土壤容重，并能明顯提高土壤的總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度，增強(qiáng)了通氣透水性，使土壤結(jié)構(gòu)得到改善，從而為豇豆根系的生長(zhǎng)創(chuàng)造了優(yōu)越的土壤生境。②可能是由于蚯蚓糞提供了豐富的有機(jī)碳，可調(diào)節(jié)土壤的C/N比，進(jìn)而對(duì)土壤腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)與有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合狀況有較好的影響效果[22]。同時(shí)，本研究還得出，配施蚯蚓糞能明顯降低豇豆根系的平均直徑，可能與蚯蚓糞能誘導(dǎo)土壤中毛細(xì)根生長(zhǎng)的效應(yīng)有關(guān)，這對(duì)于增強(qiáng)豇豆對(duì)養(yǎng)分、水分的吸收利用具有積極意義。

相關(guān)研究認(rèn)為[23]，植物根系具有較強(qiáng)的合成功能，可以合成氨基酸、植物堿與維生素等，能在植物整個(gè)生長(zhǎng)期間進(jìn)行很活躍的代謝作用，并不斷向根外分泌無(wú)機(jī)、有機(jī)物質(zhì)，即根系分泌物。本研究表明，在豇豆進(jìn)入開(kāi)花結(jié)莢期時(shí)，配施蚯蚓糞較單施化肥可顯著提高豇豆根系分泌物中氨基酸總量、有機(jī)酸總量與總糖含量，這與王明友等[16]對(duì)西瓜的研究結(jié)論相似。主要是由于施用蚯蚓糞能明顯提高豇豆的根系活力，并能顯著改善根系的形態(tài)特征，從而顯著增強(qiáng)了豇豆根系的活力和代謝作用。根系分泌物中有機(jī)酸總量的升高能降低根際土壤pH值，這有利于增強(qiáng)磷、鉀和部分鹽類離子的溶解性，進(jìn)而可提高根際土壤中養(yǎng)分離子的有效性[24-25]，促進(jìn)豇豆對(duì)磷、鉀的吸收，對(duì)于豇豆品質(zhì)的提高具有重要意義。這樣便形成了“根系活力提高與根系形態(tài)特征的改善—根系分泌物增多—根際土壤中養(yǎng)分離子有效性提高—根系的吸收能力增強(qiáng)，促進(jìn)根系生長(zhǎng)”的良性循環(huán)。

腐殖質(zhì)是評(píng)價(jià)土壤肥力水平的關(guān)鍵指標(biāo)之一，而腐殖酸、HA/FA值是其核心部分[11]。有研究得出[16]，有機(jī)-無(wú)機(jī)配施可以增加胡敏酸、富里酸含量，且能引起HA/FA值的升高。本研究認(rèn)為，配施蚯蚓糞較單施化肥明顯提高了豇豆在開(kāi)花結(jié)莢期根際土壤中腐殖酸、胡敏酸含量和HA/FA值。這與劉方春等[4]對(duì)冬棗的研究結(jié)論基本一致。分析認(rèn)為，這主要與蚯蚓糞的施用顯著改善了土壤物理性狀和豇豆根系的形態(tài)特征，增強(qiáng)了根系活力，進(jìn)而促使根系分泌物增多緊密相關(guān)；而關(guān)于豇豆根系形態(tài)特征、根系分泌物含量以及腐殖質(zhì)組成之間的關(guān)聯(lián)分析有待進(jìn)一步探討。同時(shí)，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)[22]，微生物自身活動(dòng)的加劇可引起細(xì)胞死亡并使殘?bào)w的分解加速，也或許是導(dǎo)致胡敏酸增加的原因之一。本研究還得出，蚯蚓糞配施尿素能使豇豆的產(chǎn)量、品質(zhì)明顯優(yōu)于其他處理。這表明根系特征和根際土壤腐殖質(zhì)組成的改善，能增強(qiáng)豇豆的根系活性，并提升根際土壤的供肥性能，有助于促進(jìn)豇豆的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生長(zhǎng)?？梢酝茰y(cè)，豇豆根系特性與根際土壤腐殖質(zhì)組成的改善是其達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生長(zhǎng)的內(nèi)在因素。此外，不同施肥措施對(duì)豇豆在不同生育期根系特征和土壤理化性狀的影響存在一定差異，且隨著生育期的延長(zhǎng)，施用蚯蚓糞的作用效果越來(lái)越明顯。這一方面與豇豆的生長(zhǎng)特性、需肥規(guī)律密切相關(guān)；另一方面可能是由于蚯蚓糞中養(yǎng)分以有機(jī)形態(tài)為主，具有一定的緩釋特征[26-27]，進(jìn)而在豇豆生長(zhǎng)中后期有持續(xù)的養(yǎng)分供給。這也驗(yàn)證了蚯蚓糞與尿素配施既能滿足豇豆在幼苗期和伸蔓期對(duì)養(yǎng)分的需求，并且進(jìn)入開(kāi)花結(jié)莢期時(shí)也能確保有充足的養(yǎng)分供應(yīng)。

4 結(jié)論

(1)施用蚯蚓糞較單施化肥能顯著降低土壤容重，并明顯提高土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度。

(2)在幼苗期，不同施肥措施對(duì)豇豆根系特征和根際土壤腐殖質(zhì)組成的影響不明顯；而在伸蔓期和開(kāi)花結(jié)莢期，蚯蚓糞與尿素配施相比單施化肥可顯著提高豇豆的根系活力，并明顯增加豇豆的總根長(zhǎng)、比根長(zhǎng)、根表面積、根體積和根尖數(shù)，而根系直徑卻顯著降低。

(3)蚯蚓糞配施尿素明顯提高了豇豆根際土壤中根系分泌物和胡敏酸含量，并提升HA/FA值，其中胡敏酸含量分別較對(duì)照、單施化肥和施蚯蚓糞處理明顯高出45.19%、37.06%和7.69%；同時(shí)，該處理可明顯提高豇豆產(chǎn)量，顯著改善品質(zhì)，且作用效果顯著優(yōu)于其他處理。

(4)隨著豇豆生育期的推進(jìn)，蚯蚓糞配施尿素的影響作用逐漸增大。該措施有利于改善豇豆的根系特性和根際土壤腐殖質(zhì)組成，增強(qiáng)土壤的供肥性能，有助于促進(jìn)豇豆生長(zhǎng)并提高產(chǎn)量和品質(zhì)。

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Effects of Vermicompost Co-applied with Urea on Root Characteristics and Humus in Rhizosphere Soil of Cowpea

JING Dawei WANG Mingyou ZHANG Hong LI Shiping

(CollegeofEcologyandGardenArchitecture,DezhouUniversity,Dezhou253023,China)

A field experiment was conducted to explore the effect of vermicompost on the root absorption characteristics and humus composition of cowpea rhizosphere soil. The effects of different treatments, i.e., CK (neither urea nor vermicompost was applied), CF (100% of nitrogen was provided by urea), VC(100% of nitrogen was provided by vermicompost), and VC+CF (vermicompost and urea each provided 50% of nitrogen) on soil physical property, root activity, root morphological characteristics and root exudates, as well as humus composition in the rhizosphere soil of cowpea were studied. The results indicated that in comparison with CF treatment, the VC and VC+CF treatments evidently decreased soil bulk density, and significantly increased soil total porosity, capillary porosity and non-capillary porosity. Different fertilization treatments had no significant effect on root characteristics and humus composition in the rhizosphere soil at the seedling stage of cowpea. While at the stretch tendril period and flowering and pods formation stage, VC+CF treatment significantly increased root activity and obviously increased the total root length, specific root length, root surface area, root volume and root tip number, while the root average diameter was apparently decreased compared with CF treatment. The root surface area in the VC+CF treatment was increased by 144.88%, 80.73% and 36.82% at the flowering and pods formation stage compared with the treatments of CK, CF and VC, respectively. Meanwhile, VC+CF treatment also significantly increased the contents of root exudates and humic acid, and increased the ratio of humic acid to fulvic acid, showing 45.19%, 37.06% and 7.69% increases in humic acid content over the treatments of CK, CF and VC at the flowering and pods formation stage, respectively. Additionally, the VC+CF treatment could significantly increase yield and improve quality of cowpea, which had statistically significant differences with other treatments. Along with the extension of cowpea growth period, the impact of vermicompost co-applied with urea on root growth and soil physic-chemical properties of cowpea presented a gradually increasing trend. As a result, the application of vermicompost co-applied with urea was beneficial to root absorption characteristics and humus composition in the rhizosphere soil and soil nutrient-supply capacity improvement as well as growth with high-yield and high-quality of cowpea.

cowpea; vermicompost; root morphological characteristics; root exudates; humus composition

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.01.028

2016-09-01

2016-10-21

山東省農(nóng)業(yè)良種工程項(xiàng)目(魯科字(2013)207號(hào))

井大煒(1982—)，男，講師，博士，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)機(jī)理研究，E-mail： jingdawei009@163.com

王明友(1964—),男，教授，主要從事蔬菜高產(chǎn)生理生態(tài)研究，E-mail: nwmy_sddz@163.com

S153.6+22； S143.6

A

1000-1298(2017)01-0212-08