蚯蚓養(yǎng)殖對(duì)幼齡膠園土壤養(yǎng)分及橡膠樹(shù)根系生長(zhǎng)的影響

李藝堅(jiān) 謝學(xué)方 孔令澤 豐明

摘 ?要??本研究旨在探討林下蚯蚓養(yǎng)殖對(duì)幼齡膠園土壤養(yǎng)分及橡膠樹(shù)根系生長(zhǎng)的影響。以牛糞作為原料，于2017年4—11月在4年生幼齡膠園鋪設(shè)糞壟養(yǎng)殖蚯蚓，并測(cè)定土壤養(yǎng)分和根系生長(zhǎng)情況。結(jié)果表明，與對(duì)照（CK）相比，鋪設(shè)糞壟無(wú)蚯蚓養(yǎng)殖（WQ）和鋪設(shè)糞壟蚯蚓養(yǎng)殖（Q）處理總體上可顯著提高土壤硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀和土壤水分含量以及土壤pH，而對(duì)土壤銨態(tài)氮、有機(jī)質(zhì)、微生物活性及微生物群系數(shù)量無(wú)顯著影響（p<0.05）;和CK相比，WQ和Q處理顯著促進(jìn)根的生長(zhǎng)，并提高吸收根的比例（p<0.05）。綜上所述，在幼齡膠園養(yǎng)殖蚯蚓短期內(nèi)（半年）可提高土壤速效養(yǎng)分含量，促進(jìn)根系生長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞 ?蚯蚓養(yǎng)殖;土壤養(yǎng)分;橡膠樹(shù);根系中圖分類號(hào)??S31;S794.1??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼??A

DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2018.12.001

橡膠是我國(guó)四大戰(zhàn)略物資之一，主要產(chǎn)自巴西橡膠樹(shù)（Hevea brasiliensis）。我國(guó)主要在海南、云南和廣東三省栽培^[1]。橡膠樹(shù)原產(chǎn)于高溫潮濕的亞馬孫流域，我國(guó)自20世紀(jì)50年代開(kāi)始大規(guī)模植膠，經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，無(wú)論是天然橡膠總產(chǎn)量還是植膠面積都增長(zhǎng)迅速^[2]。

施肥是保證橡膠樹(shù)增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基本措施，然而經(jīng)過(guò)多年的植膠生產(chǎn)，各植膠區(qū)已面臨單產(chǎn)提升困難、土壤酸度下降和肥料養(yǎng)分損失嚴(yán)重等重大問(wèn)題^[2]。另一方面，由于近幾年植膠效益明顯減少，膠農(nóng)和植膠企業(yè)迫切需要提高膠園單位面積的經(jīng)濟(jì)效益^[3]，發(fā)展林下經(jīng)濟(jì)的呼聲高漲。其中，橡膠林下蚯蚓養(yǎng)殖是新嘗試的模式之一。

蚯蚓養(yǎng)殖可以加大農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化，提高農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，開(kāi)創(chuàng)一條農(nóng)業(yè)廢棄物變廢為寶、效益高端的農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式^[4]。海南省是我國(guó)唯一的一個(gè)全部面積位于熱帶地區(qū)的省份，終年高溫多雨，大部分地區(qū)的溫度和濕度都符合蚯蚓的生長(zhǎng)條件。海南省養(yǎng)牛規(guī)模較大，產(chǎn)生的牛糞總量在所有畜禽的糞便產(chǎn)生量中是最大的，且約為第二大產(chǎn)生量（豬糞）的2倍，存在牛糞嚴(yán)重污染環(huán)境的現(xiàn)象。據(jù)測(cè)定，一頭牛每天產(chǎn)生的牛糞是其體重的5%～6%，一頭450 kg的牛平均每天可排泄25 kg左右的糞便，一年可產(chǎn)9?000 kg牛糞。因此，利用大量產(chǎn)生的牛糞等材料發(fā)展蚯蚓養(yǎng)殖業(yè)具有一定的可行性^[5-8]。據(jù)測(cè)算，每天 450頭牛所產(chǎn)的糞可養(yǎng)蚯蚓1 hm²，每公頃可年產(chǎn)蚯蚓45 t，蚓糞900 t，可增收入人民幣?22.5萬(wàn)元^[9]。蚯蚓喜陰涼潮濕的環(huán)境，目前一般采用工廠化或搭建簡(jiǎn)易棚進(jìn)行飼養(yǎng)^[10-11]。橡膠樹(shù)為高大喬木，種植幾年后林下郁閉度高，許多作物不能間作，大量土地因此閑置而得不到利用。利用林下閑置土地養(yǎng)殖蚯蚓不僅利用了林下廢地，而且樹(shù)木生長(zhǎng)與蚯蚓養(yǎng)殖兩者之間存在很強(qiáng)的互補(bǔ)作用，林下陰涼，適合蚯蚓生長(zhǎng)繁殖，目前已有林下采用畜禽糞便成功養(yǎng)殖蚯蚓的報(bào)道^[12]。蚯蚓分解有機(jī)物的養(yǎng)分理論上可部分轉(zhuǎn)移至土壤供植物吸收，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。因此，本研究以4齡橡膠膠園為場(chǎng)所，以牛糞作為蚯蚓養(yǎng)殖原料，探討林下養(yǎng)殖蚯蚓對(duì)膠園土壤養(yǎng)分以及橡膠樹(shù)根系的影響，為發(fā)展橡膠林下蚯蚓養(yǎng)殖模式提供一定的數(shù)據(jù)支撐。

1??材料與方法

1.1試驗(yàn)點(diǎn)概述

本研究的試驗(yàn)點(diǎn)位于中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場(chǎng)三隊(duì)，該地區(qū)為典型的熱帶海洋季風(fēng)氣候，每年有旱季和雨季，雨季為5—10月，年均溫為20.8～26.0 ℃，年降雨量約為1?600 mm，主要集中于7—9月（約占全年的70%）。土壤質(zhì)地為粉砂黏壤土，pH為4.20，土壤有機(jī)質(zhì)含量為12.0?g/kg，硝態(tài)氮為13.5 mg/kg，銨態(tài)氮為3.0?mg/kg，速效磷為29.0 mg/kg，速效鉀為36.4?mg/kg。

1.2方法

1.2.1??試驗(yàn)設(shè)計(jì)??試驗(yàn)于2017年4月開(kāi)始開(kāi)展，橡膠樹(shù)林段為8-72，種植株行距為3 m×7 m，品種為熱研7-33-97，林齡為4 a。試驗(yàn)開(kāi)展前清除膠園雜草，平整土地并做好排水。在膠園地面鋪設(shè)防草布（2 m寬），再在防草布的一側(cè)上鋪放一壟堆漚過(guò)的純牛糞，壟面呈龜背形，壟寬80?cm，壟高40?cm。調(diào)節(jié)水分使牛糞保持適宜水分含量。于4月25日投放蚯蚓苗，每米糞壟投放0.5 kg，投放后再將另一側(cè)防草布對(duì)折蓋在糞壟上，制造陰暗環(huán)境并盡量避免牛糞水分損失過(guò)快。根據(jù)牛糞消耗情況及時(shí)補(bǔ)充新的牛糞。天氣較干時(shí)，對(duì)牛糞進(jìn)行適宜補(bǔ)水。試驗(yàn)共6壟，每壟長(zhǎng)63 m。試驗(yàn)設(shè)對(duì)照（CK）、鋪牛糞無(wú)蚯蚓養(yǎng)殖（WQ）和鋪牛糞蚯蚓養(yǎng)殖（Q）3個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。試驗(yàn)期間，保持CK處理與WQ和Q處理鋪放牛糞的相同位置不長(zhǎng)雜草。于半年后（11月2日）進(jìn)行根系和土壤取樣。WQ和Q處理根系取樣時(shí)，隨機(jī)選取相鄰的3株橡膠樹(shù)，將防草布移開(kāi)，在牛糞鋪設(shè)區(qū)域的正下方（離樹(shù)行2.2?m）養(yǎng)殖區(qū)域，在正對(duì)橡膠樹(shù)和橡膠樹(shù)之間的位置挖取30 cm×30 cm×20 cm（長(zhǎng)×寬×深）的土壤，每小區(qū)共6個(gè)位置（圖1）。CK處理取樣位置與WQ和Q相同。將挖出土壤中的根系挑出，送回試驗(yàn)室進(jìn)行分揀。在根系取樣位置旁邊，用直徑5?cm的土鉆鉆取0～20 cm土壤用于土壤理化性質(zhì)的分析。

1.2.2??測(cè)定指標(biāo)與方法

1.2.2.1 ?土壤理化指標(biāo)??土壤取樣后，分別采用烘干法、重鉻酸鉀-硫酸氧化法、分光光度法、鉬銻抗比色法、火焰分光光度法和電位法測(cè)定土壤的水分、有機(jī)質(zhì)、無(wú)機(jī)氮（硝態(tài)氮和銨態(tài)氮）、速效磷、速效鉀和pH，具體方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》^[13]。

1.2.2.2 ?土壤微生物特性??采用誘導(dǎo)呼吸-堿吸收法測(cè)定土壤呼吸強(qiáng)度，表征土壤微生物活性，具體方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》^[13]。土壤細(xì)菌、真菌和放線菌采用平板培養(yǎng)記數(shù)法^[14]測(cè)定。

1.2.2.3 ?根重??根系分揀時(shí)，將死根剔除，挑出的活根再進(jìn)一步清洗分揀，區(qū)分直徑小于和大于2 mm的根系。其中直徑小于2 mm的為吸收根^[15-16]，將挑出的根用干燥紗布吸干后稱重，測(cè)定總根重和吸收根重。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和DPS 6.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著差異法進(jìn)行方差分析（p<0.05）。

2??結(jié)果與分析

2.1土壤理化性狀

表1為不同處理土壤養(yǎng)分、pH和水分含量。由表1可看出，WQ和Q處理土壤養(yǎng)分含量總體上高于CK處理。與CK相比，WQ和Q處理可極大幅度提高土壤速效鉀含量，速效磷含量得到顯著提高，硝態(tài)氮含量亦有所提高，但僅Q處理顯著高于CK處理（p<0.05）;而不同處理之間的土壤有機(jī)質(zhì)和銨態(tài)氮含量則無(wú)顯著差異（p>0.05）。WQ和Q處理使土壤pH升高了1.56～1.58，并顯著高于CK處理（p<0.05）。土壤水分含量的變化趨勢(shì)與土壤pH類似?？傮w而言，WQ和Q處理主要提高了土壤速效養(yǎng)分（除銨態(tài)氮外）含量、pH和水分含量，而WQ和Q處理之間差異不明顯。

2.2土壤微生物活性

不同處理微生物呼吸強(qiáng)度見(jiàn)圖2。由圖2可看出，與CK相比，WQ和Q處理的呼吸強(qiáng)度分別提高81.9、48.9 mg CO₂/g，表明土壤微生物量活性增強(qiáng)，但不同處理之間沒(méi)有顯著差異（p>0.05）。

2.3土壤微生物群系

圖3為不同處理細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量。由圖3可知，WQ處理土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量略高于CK，而Q處理則相反，WQ和Q處理的放線菌數(shù)量均高于CK，但不同處理之間不同微生物群系數(shù)量無(wú)顯著差異（p>0.05）。

2.4不同處理對(duì)橡膠樹(shù)根重的影響

圖4為不同處理總根重和吸收根重（p<0.05）。由圖4可知，WQ和Q處理均較CK提高了總根重和吸收根重。其中，Q處理總根重顯著高于CK，而WQ和Q處理吸收根重均顯著高于CK。CK、WQ和Q處理的吸收根重占總根重的比例分別為27%、52%和43%，WQ和Q處理不僅提高了吸收根重，還提高了其所占比例。

3??討論

3.1橡膠林下蚯蚓養(yǎng)殖對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

畜禽糞便是天然的肥料，作為肥料施入土壤時(shí)，可提高土壤肥力，促進(jìn)作物生長(zhǎng)^[17]。據(jù)測(cè)定，牛糞中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀的含量分別為60.17%、1.85%、1.06%和0.30%^[18]，直接還田可補(bǔ)充土壤養(yǎng)分。而以牛糞為原料在林下養(yǎng)殖蚯蚓，?牛糞不直接還田，但通過(guò)自然降雨或補(bǔ)水，牛糞中的養(yǎng)分可隨下滲的水分轉(zhuǎn)移至土壤中。海南地

區(qū)5—10月為降雨集中的時(shí)期，本研究主要觀測(cè)了該時(shí)期林下蚯蚓養(yǎng)殖后土壤養(yǎng)分的差異。結(jié)果表明，林下蚯蚓養(yǎng)殖提高了土壤的可溶性速效養(yǎng)分的含量，特別是速效鉀，增幅達(dá)15.7～16.6倍。由于被防草布所隔離，養(yǎng)殖過(guò)程中有機(jī)肥無(wú)法轉(zhuǎn)移入土壤，有機(jī)質(zhì)則無(wú)明顯影響。韓桂鷗等^[12]在園藝苗木林下養(yǎng)殖蚯蚓的結(jié)果表明，與對(duì)照相比，蚓床覆蓋下0～20 cm土層的容重下降了34.60%，土壤水解氮、有效磷分別提高了54.66%和12.02%，速效鉀含量則增加了3.08倍，此結(jié)果與本研究一致。

土壤酸化過(guò)程能使土壤酸度升高、營(yíng)養(yǎng)元素淋溶流失、活化和釋放有毒重金屬，造成土壤肥力的下降，最終影響作物的正常生長(zhǎng)。目前，膠園土壤酸化現(xiàn)象持續(xù)存在，且膠園土壤酸化速度快于裸地，鈉離子、鎂離子等鹽基離子的淋失可能是橡膠樹(shù)人工林地土壤pH下降的原因之一^[19]。本研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)短期的林下蚯蚓養(yǎng)殖，土壤pH可較對(duì)照提高1.56～1.58，緩解了土壤酸化現(xiàn)象。牛糞呈現(xiàn)弱堿性^[18]，以牛糞為原料在林下養(yǎng)殖蚯蚓可明顯提高土壤電導(dǎo)率^[12]，電導(dǎo)率的提高意味著土壤的總鹽量提高。林下蚯蚓養(yǎng)殖之所以能緩解土壤酸化，可能是轉(zhuǎn)移入土壤中的鹽基離子使土壤堿化而提高土壤pH。

另外，蚯蚓攝食牛糞后排出糞便的過(guò)程，可對(duì)牛糞進(jìn)行進(jìn)一步降解。但本研究結(jié)果表明，雖然Q處理總體上速效養(yǎng)分的含量高于WQ處理，但兩者之間土壤速效養(yǎng)分含量的差異不顯著，說(shuō)明蚯蚓養(yǎng)殖對(duì)進(jìn)一步釋放牛糞中的速效養(yǎng)分有一定的促進(jìn)作用，但作用不明顯。因此，WQ和Q處理中土壤速效養(yǎng)分增加的主要原因在于牛糞中養(yǎng)分下滲轉(zhuǎn)移至土壤中，而與是否養(yǎng)殖蚯蚓關(guān)系不大。類似地，WQ和Q處理的土壤pH變化亦是由于牛糞中鹽基離子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的。受防草布隔離，WQ和Q處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)亦無(wú)顯著影響。

土壤呼吸是表征土壤質(zhì)量和肥力的重要生物學(xué)指標(biāo)^[20]。本研究中WQ和Q處理的土壤呼吸強(qiáng)度高于CK，盡管未達(dá)到顯著差異，亦在一定程度上反映出土壤肥力有所提高。細(xì)菌、放線菌和真菌是土壤中的三大類微生物，它們對(duì)土壤有機(jī)物的分解、氮和硫及其化合物的轉(zhuǎn)化具有重要促進(jìn)作用^[20]。土壤微生物數(shù)量與土壤肥力顯著相關(guān)^[21]，但本研究卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量明顯增加的趨勢(shì)，應(yīng)該是林下蚯蚓養(yǎng)殖提高土壤肥力主要表現(xiàn)在提高土壤速效磷和速效鉀方面，而對(duì)土壤微生物主要利用的碳源和氮源貢獻(xiàn)較小，導(dǎo)致以上微生物數(shù)量變化不明顯。

3.2林下蚯蚓養(yǎng)殖對(duì)幼齡橡膠樹(shù)根系的影響

橡膠樹(shù)通常在定植7～8年后成齡并開(kāi)始割膠，接近成齡及成齡后，其施肥方式一般為挖施肥穴（溝）集中施肥。穴（溝）施肥料能利用橡膠樹(shù)根系的趨肥特性，誘導(dǎo)根系生長(zhǎng)并培養(yǎng)出龐大的吸收根吸收土壤中的養(yǎng)分^[16]。在海南地區(qū)，橡膠樹(shù)根系在4—10月生長(zhǎng)較快，11月中旬至翌年3月生長(zhǎng)緩慢^[22]。本研究試驗(yàn)階段（4—11月）與橡膠樹(shù)快速生長(zhǎng)階段相吻合，通過(guò)對(duì)根系的觀測(cè)可發(fā)現(xiàn)，與CK相比，WQ和Q處理不但促進(jìn)了幼齡橡膠樹(shù)根系的生長(zhǎng)，而且促進(jìn)了吸收根生長(zhǎng)，亦提高了吸收根重占總根重的比例。因此，林下養(yǎng)殖蚯蚓短期內(nèi)對(duì)橡膠樹(shù)是有利的，可誘導(dǎo)橡膠樹(shù)產(chǎn)生更多的吸收根，以利于吸收土壤中的養(yǎng)分。然而，巴西橡膠樹(shù)是喜酸性植物，可容忍的pH范圍為3.5～7.0，適宜的pH范圍在4.5～?6.5^[23]。以牛糞為原料在林下養(yǎng)殖蚯蚓短期內(nèi)可使土壤pH提高1.5以上，較長(zhǎng)時(shí)間養(yǎng)殖可能會(huì)導(dǎo)致土壤pH過(guò)高而不利于橡膠樹(shù)根系的生長(zhǎng)。更長(zhǎng)期限的林下蚯蚓養(yǎng)殖對(duì)橡膠樹(shù)根系是否有抑制作用，則有待進(jìn)一步研究。

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