蚯蚓糞和巨大芽孢桿菌互作對小白菜產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

余小蘭 ，李光義 ，鄒雨坤 ，劉景坤 ，楊 霞 ，王定美 ，李曉亮

（1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所，海南 ?？?571101；2.海南省熱帶生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 ?？?571101；3.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所，海南 儋州 571737）

葉菜是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡氖卟水a(chǎn)品［1］。統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)表明，2016年我國葉菜播種面積達(dá)5.49×106hm2，總產(chǎn)量超過1.96億t，約占蔬菜總產(chǎn)量的25%。葉菜的高產(chǎn)離不開化肥的施用。研究表明，葉菜對氮磷鉀養(yǎng)分需求比例為1∶0.5～ 0.53∶1.07～ 1.14［2］，而實(shí)際生產(chǎn)中，菜農(nóng)為了獲得最大蔬菜產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，常過量施用化肥，尤其是氮肥，其用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出蔬菜的正常生長需求［3-4］。然而，過量施氮不僅會造成產(chǎn)量和維生素C、可溶性糖、可溶性固形物等營養(yǎng)品質(zhì)下降［5］，同時(shí)葉菜硝酸鹽含量急劇上升［6］。硝酸鹽本身無毒，但在長時(shí)間儲存過程中，其在酶和微生物作用下，易被還原成亞硝酸鹽，而亞硝酸鹽被人體吸收后，在胃酸作用下可與蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物二級胺反應(yīng)生成致癌性物質(zhì)——亞硝胺，進(jìn)而威脅人體健康。人體攝入的硝酸鹽中有72%～94%來源于蔬菜，而葉菜占據(jù)我國蔬菜總供應(yīng)量的24.6%［7］。因此，降低葉菜中硝酸鹽含量，是保證食品安全和人體健康的重要途徑。

應(yīng)用有機(jī)態(tài)氮肥和功能微生物，同時(shí)減少化學(xué)氮肥用量，是降低葉菜硝酸鹽積累的主要途徑［8］。究其原因是由于有機(jī)肥以有機(jī)態(tài)養(yǎng)分為主，速效養(yǎng)分含量低，可以避免葉菜對氮素的快速吸收與積累［9-10］。蚯蚓糞是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，富含有機(jī)態(tài)氮、腐殖質(zhì)等物質(zhì)，養(yǎng)分豐富且全面［11］。蚯蚓糞可以提高小白菜、油菜等經(jīng)濟(jì)作物的抗逆能力，提高作物產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)和外觀品質(zhì)等［12］。與施用復(fù)合肥相比，使用蚯蚓糞可降低生菜和甘藍(lán)體內(nèi)的硝酸鹽含量，改善生菜品質(zhì)［13-14］。此外，蚯蚓糞作為一種功能性有機(jī)肥［15］，還被廣泛應(yīng)用于番茄［16］、草莓［17］、黃瓜［18］、辣椒［19］等經(jīng)濟(jì)作物的栽培，且農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)均得到了顯著提升。巨大芽孢桿菌則將硝態(tài)氮以微生物氮的形式固定起來，使氮素緩慢釋放，同時(shí)產(chǎn)生亞硝酸還原酶，減弱氮素脫氧和氧化過程，從而降低硝酸鹽含量［20］。

目前，有關(guān)蚯蚓糞和巨大芽孢桿菌的協(xié)同效應(yīng)尚不清楚，有必要開展相關(guān)研究，進(jìn)一步明確兩者在改善葉菜品質(zhì)中的潛力。因此，本研究通過設(shè)置蚯蚓糞不同尿素替代量及添加巨大芽孢桿菌，研究蚯蚓糞和巨大芽孢桿菌對土壤肥力和小白菜產(chǎn)量及其品質(zhì)的影響，以期為葉菜的合理施肥及高品質(zhì)蔬菜的打造提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在海南省?？谑旋埲A區(qū)龍泉鎮(zhèn)新發(fā)地溫室大棚進(jìn)行。供試土壤為磚紅壤，土壤理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)16.38 g/kg，pH值7.13，堿解氮（N）111.44 mg/kg，有效磷（P2O5）9.35 mg/kg，速效鉀（K2O）25.59 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試蚯蚓糞為蚯蚓吞食牛糞后的產(chǎn)物，pH值7.29，有機(jī)質(zhì)21.63%，堿解氮（N）0.21%，有效磷（P2O5）0.045%，速效鉀（K2O）0.93%。供試作物為小白菜，品種臺灣高腳甜白菜。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)置蚯蚓糞和巨大芽孢桿菌2個(gè)因素，其中蚯蚓糞6個(gè)水平，分別為替代化肥中氮肥的0%、20%、40%、60%、80%、100%，巨大芽孢桿菌設(shè)計(jì)最佳添加量（6 kg/hm2）和不添加2個(gè)水平，共計(jì)12個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，具體施肥量見表1。小區(qū)面積為4 m×2 m=8 m2，小區(qū)間距為0.3 m，保護(hù)行為0.5 m，株距為0.5 m。

試驗(yàn)所用氮肥為尿素（N 46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O512%），鉀肥為硫酸鉀（K2O 50%），巨大芽孢桿菌（粉劑）有效活菌數(shù)≥50億cfu/g。肥料施用根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，蚯蚓糞、巨大芽孢桿菌、過磷酸鈣、硫酸鉀全部作基肥使用，尿素作追肥使用。巨大芽孢桿菌與5 kg蚯蚓糞混合均勻后撒施，蚯蚓糞、過磷酸鈣、硫酸鉀直接撒施于土壤表面，肥料撒施完之后用旋耕機(jī)耙平。小白菜于2018年7月14日種植，8月18日收獲，收獲時(shí)計(jì)產(chǎn)并采集土壤及植株樣品，進(jìn)行各生理指標(biāo)的測定。

1.4 項(xiàng)目測定

1.4.1 土壤理化性質(zhì)的測定

土壤pH值測定采用土水比為1∶10（m/v）進(jìn)行測定；使用重鉻酸鉀外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量；堿解擴(kuò)散法測定土壤堿解氮；采用氟化銨-鹽酸浸提土壤，鉬藍(lán)比色法測定土壤有效磷含量；使用乙酸銨浸提土壤，用火焰光度計(jì)測定速效鉀含量。

1.4.2 葉菜品質(zhì)的測定

于收獲后采集新鮮樣品測定葉菜地上部分品質(zhì)指標(biāo)。維生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定，硝酸鹽含量采用分光光度法測定，游離氨基酸含量采用茚三酮比色法測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蚯蚓糞和巨大芽孢桿菌對小白菜土壤肥力及產(chǎn)量、品質(zhì)的影響

由表2可知，施加蚯蚓糞顯著影響土壤有機(jī)質(zhì)、pH值、堿解氮、有效磷、速效鉀、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮及小白菜產(chǎn)量、維生素C、硝酸鹽、游離氨基酸的含量，施加巨大芽孢桿菌顯著影響土壤有機(jī)質(zhì)、pH值、堿解氮、有效磷、速效鉀、銨態(tài)氮及小白菜產(chǎn)量、維生素C、硝酸鹽、游離氨基酸含量，二者的交互效應(yīng)顯著影響土壤pH值、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮及小白菜游離氨基酸含量。

表2 蚯蚓糞和巨大芽孢桿菌對小白菜和土壤相關(guān)指標(biāo)影響的二維方差分析

2.2 蚯蚓糞替代尿素對小白菜產(chǎn)量的影響

由圖1可知，隨著蚯蚓糞替代尿素比例的增加，小白菜產(chǎn)量整體呈先升高后降低的趨勢，且加菌處理明顯高于不加菌處理。對于不加菌處理來說，蚯蚓糞替代比例為0%～40%時(shí)，小白菜產(chǎn)量快速增加，至替代40%時(shí)，小白菜產(chǎn)量達(dá)到最大，為1.728 kg/區(qū)，之后隨著蚯蚓糞替代比例的增加，小白菜產(chǎn)量逐漸下降。對于加菌處理來說，小白菜產(chǎn)量均高于不加菌處理，且蚯蚓糞替代比例為0%～40%時(shí)，小白菜產(chǎn)量快速增加，至替代40%時(shí)，小白菜產(chǎn)量達(dá)到最大，為2.004 kg/區(qū)，之后隨著蚯蚓糞替代比例的增加，小白菜產(chǎn)量逐漸下降。

圖1 蚯蚓糞替代尿素對小白菜產(chǎn)量的影響

2.3 蚯蚓糞替代尿素對土壤pH值、有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量的影響

由圖2可知，隨著蚯蚓糞替代尿素比例的增加，土壤pH值呈先增加后降低的趨勢，且加菌處理下的pH值高于不加菌處理。對于加菌處理來說，蚯蚓糞替代比例為60%～80%時(shí)，土壤pH值最高，分別為7.56、7.60。而不加菌處理下，蚯蚓糞替代比例為40%時(shí)，土壤pH值最高，為7.31?？梢?，蚯蚓糞和巨大芽孢桿菌配施能夠減緩?fù)寥浪峄瑢ν寥拉h(huán)境的良性發(fā)展有積極的作用。

由圖3可知，隨著蚯蚓糞替代尿素比例的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈持續(xù)上升的趨勢，但加菌處理下的有機(jī)質(zhì)含量低于不加菌處理。土壤堿解氮含量變化規(guī)律與有機(jī)質(zhì)一致。蚯蚓糞有機(jī)質(zhì)含量高，故替代尿素比例越多，其土壤有機(jī)質(zhì)含量越高。加菌處理下的土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量低于不加菌處理，前者可能是由于加菌處理下微生物通過自身的代謝活動，將一部分有機(jī)物用于自身增殖，其余有機(jī)物則被分解成無機(jī)養(yǎng)分，被植物吸收利用的原因［21］，后者可能是由于有機(jī)質(zhì)具有膠體特性，能夠吸附較多陽離子，進(jìn)而改善土壤營養(yǎng)元素形態(tài)，促進(jìn)堿解氮形成的原因［22］。

圖2 蚯蚓糞替代尿素對土壤pH值的影響

圖3 蚯蚓糞替代尿素對土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量的影響

由圖4可知，隨著蚯蚓糞替代尿素比例的增加，土壤有效磷、速效鉀含量呈先增加后降低的趨勢，且加菌處理下的有效磷含量高于不加菌處理。對于不加菌處理來說，當(dāng)蚯蚓糞替代比例為60%時(shí)，有效磷含量最高，為154.07 mg/kg。對于加菌處理來說，當(dāng)蚯蚓糞替代比例為40%時(shí)，土壤有效磷含量最高，為170.39 mg/kg。加菌處理和不加菌處理均在蚯蚓糞替代比例為40%時(shí)，土壤速效鉀含量最高，分別為406.02、390.18 mg/kg。巨大芽孢桿菌具有解磷固鉀的作用，故加菌處理的土壤有效磷和速效鉀含量高于不加菌處理。

由圖5可知，隨著蚯蚓糞替代尿素比例的增加，土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量呈先降低后增加的趨勢，且整體上加菌處理低于不加菌處理。加菌處理下，土壤銨態(tài)氮含量在蚯蚓糞替代比例為40%時(shí)含量最低，而土壤硝態(tài)氮?jiǎng)t在蚯蚓糞替代比例為60%時(shí)含量最低；對于不加菌處理來說，土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量在蚯蚓糞替代比例為100%時(shí)含量最高。

圖4 蚯蚓糞替代尿素對土壤有效磷、速效鉀含量的影響

圖5 蚯蚓糞替代尿素對土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量的影響

2.4 蚯蚓糞替代尿素對小白菜品質(zhì)的影響

由圖6可知，隨著蚯蚓糞替代比例的增加，小白菜維生素C、游離氨基酸含量整體呈先增加后降低的趨勢，且加菌處理顯著高于不加菌處理。對維生素C含量來說，加菌處理和不加菌處理均在替代比例為40%～60%時(shí)達(dá)到最高，而游離氨基酸含量則均在替代比例為40%時(shí)達(dá)到最高。由圖7可知，隨著蚯蚓糞替代比例的增加，小白菜硝酸鹽含量整體呈先降低后增加的趨勢，且加菌處理低于不加菌處理。對于不加菌處理來說，當(dāng)蚯蚓糞替代比例為60%時(shí)，小白菜硝酸鹽含量最低，而對于加菌處理來說，蚯蚓糞替代比例為40%時(shí)最低。

圖6 蚯蚓糞替代尿素對小白菜維生素C、游離氨基酸含量的影響

圖7 蚯蚓糞替代尿素對小白菜硝酸鹽含量的影響

3 討論

蚯蚓糞是利用蚯蚓吞食禽畜糞便等生物質(zhì)廢棄物產(chǎn)生的團(tuán)粒物質(zhì)。和普通有機(jī)肥相比，蚯蚓糞干凈、衛(wèi)生、無異味，具有有機(jī)肥的優(yōu)良屬性，同時(shí)更加安全［23］。每公頃草莓施用30～45 t蚯蚓糞，可增產(chǎn)1 458.3 kg/hm2，降低26.2%～41.5%的硝酸鹽含量［24］，提高土壤肥力，增加草莓可溶性固形物和維生素C等［25］。以蚯蚓糞、秸稈等制成的蚯蚓糞有機(jī)肥，可使番茄［26］、西蘭花［27］、黃瓜［28］平均產(chǎn)量分別增加10.10%、9.57%、12.57%。此外，蚯蚓糞在甘藍(lán)［29］、康乃馨［30］、櫻桃蘿卜［31］、西瓜［32］等作物上，也表現(xiàn)出較好的促生長、增產(chǎn)、提質(zhì)等方面的作用。本研究認(rèn)為，與單純施用尿素相比，使用蚯蚓糞替代部分尿素能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分含量，增加小白菜產(chǎn)量，改善其品質(zhì)，且在替代比例為40%時(shí)效果最好，這與上述研究結(jié)果基本一致。

巨大芽孢桿菌是一種好氧產(chǎn)孢的革蘭氏陽性細(xì)菌，具有較強(qiáng)的促生長、解磷解鉀［33］和降低葉菜硝酸鹽含量的功能［34］。本研究結(jié)果表明，施用巨大芽孢桿菌效果顯著，可提高小白菜產(chǎn)量59.05%，改善小白菜品質(zhì)，其中硝酸鹽含量可降低26.44%，這與上述研究結(jié)果基本一致。在不施磷肥條件下接種巨大芽孢桿菌，能夠促進(jìn)油菜生長，增加油菜產(chǎn)量39.6%～75.0%［35］；在低氮條件下增施巨大芽孢桿菌能提高油菜產(chǎn)量，降低硝酸鹽含量，其降低幅度可達(dá)40.81%［36］；用食用菌菌渣和巨大芽孢桿菌BM002制成的生物有機(jī)肥，在施用量為0.1 g/kg土?xí)r，可顯著促進(jìn)油菜根系生長，增加油菜產(chǎn)量［37］。

目前，有關(guān)蚯蚓糞和巨大芽孢桿菌互作對蔬菜增產(chǎn)、提質(zhì)的研究比較缺乏。本研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓糞配施巨大芽孢桿菌下土壤pH值，堿解氮、有效磷、速效鉀含量，小白菜產(chǎn)量、品質(zhì)均優(yōu)于不加菌處理，這與蚯蚓糞和其他益生菌互作研究結(jié)果基本一致。趙磊［38］用桔黃假單胞菌 JD37、解淀粉芽孢桿菌 S3-1、巨大芽孢桿菌 LY11、草炭、蚯蚓糞和無機(jī)養(yǎng)分制成的全元生物有機(jī)肥，可顯著增加菠菜產(chǎn)量，提高菠菜葉綠素a、Vc和可溶性固形物含量，降低硝酸鹽含量。與常規(guī)堆肥相比，蚯蚓堆肥配施解淀粉芽孢桿菌或熒光假單胞菌，可提高西瓜、茄子產(chǎn)量分別為9.9%、14.9%，同時(shí)改善兩種作物的品質(zhì)［39］。但是，本研究結(jié)果中，蚯蚓糞配施巨大芽孢桿菌下土壤有機(jī)質(zhì)低于不加菌處理，可能是由于微生物自身增殖所用及微生物將有機(jī)物質(zhì)分解成無機(jī)養(yǎng)分被植物吸收利用的原因。此外，研究結(jié)果中，加菌降低了土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量以及葉菜硝酸鹽含量，同時(shí)提高了葉菜游離氨基酸含量，表明在添加蚯蚓糞的條件下，巨大芽孢桿菌能夠促進(jìn)無機(jī)氮向游離氨基酸的轉(zhuǎn)化，而且二者提高葉菜氨基酸含量上具有較強(qiáng)的交互效應(yīng)。

4 結(jié)論

適量蚯蚓糞和巨大芽孢桿菌能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分含量，促進(jìn)小白菜的生長并提高其品質(zhì)，其中，蚯蚓糞替代40%尿素+6 kg/hm2巨大芽孢桿菌時(shí)，小白菜產(chǎn)量和品質(zhì)提高效果最好。因此，在蔬菜生產(chǎn)中，可減少化學(xué)氮肥施用，并增施適量蚯蚓糞和巨大芽孢桿菌，以提高小白菜的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本研究僅開展了蚯蚓糞和巨大芽孢桿菌在葉菜上的協(xié)同效應(yīng)研究，明確了兩者在增加葉菜產(chǎn)量，改善葉菜品質(zhì)，尤其是降低硝酸鹽含量方面的潛力，故今后可進(jìn)一步開展蚯蚓糞和巨大芽孢桿菌協(xié)同降低葉菜硝酸鹽的機(jī)制研究。