施用高原養(yǎng)殖黃粉蟲廢棄物對西藏大棚土壤理化特性的影響

張平 李影 周隆利 索朗扎西 周毅 張曉琳 趙建榮

摘要 ［目的］完善以高原黃粉蟲養(yǎng)殖為區(qū)域特色的種養(yǎng)循環(huán)體系，提升大棚土壤質(zhì)量。［方法］在西藏洛扎縣分別選取3個施用黃粉蟲糞為主的養(yǎng)殖廢棄物的大棚土壤，并以周邊農(nóng)田土壤作為對照，測定并比較土壤的基本農(nóng)化特性、容重、孔隙度和土壤顆粒組成等理化性質(zhì)的差異。［結(jié)果］3個采樣點施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物的大棚土壤的有機(jī)質(zhì)含量、有效磷含量、毛管孔隙度、田間持水量和小粒徑土壤顆粒（<0.05 mm）占比顯著高于周圍農(nóng)田土壤；而pH、土壤容重和大粒徑土壤顆粒（>0.05 mm）占比顯著低于周圍農(nóng)田土壤。［結(jié)論］在西藏高原地區(qū)，施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物具有通過提高土壤有機(jī)質(zhì)含量提升土壤肥力，通過改變土壤顆粒組成改良土壤結(jié)構(gòu)的潛力。

關(guān)鍵詞 黃粉蟲糞;大棚;土壤理化性質(zhì)

中圖分類號 S 141? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）23-0135-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.23.032

Effect of Tenebrio Molitor Frass on Soil Physical and Chemical Properties in Greenhouse in Plateau Area

ZHANG Ping， LI Ying， ZHOU Long-li et al

（College of Resource and Environment， Anhui Science and Technology University， Fengyang， Anhui 233100）

Abstract ［Objective］To improve planting and breeding cycle system with regional characteristics based on Tenebrio molitor cultivation in plateau area， and soil quality in greenhouse.［Method］Three greenhouse soils applied with tenebrio molitor breeding wastes （including frass and insect molt） in Lhozhag County， Xizang， and the surrounding farmland soils were used as controls. Differences in physical and chemical properties， such as basic agrochemical properties， bulk density， porosity and soil particle composition of the soils were measured. ［Result］Soil organic matter content， available phosphorus content， capillary porosity， field water capacity and proportion of small particle size soil particles （<0.05 mm） in the greenhouse soils treated with tenebrio molitor breeding wastes at the three sampling points were significantly higher than those in the surrounding farmland soils;however， pH， soil bulk density and the proportion of large particle size soil particles （>0.05 mm） were significantly lower than the surrounding farmland soils. ［Conclusion］Application of tenebrio molitor breeding wastes could improve both of soil fertility by increasing soil organic matter content， and soil structure by changing the composition of soil particles in Tibetan Plateau.

Key words Tenebrio molitor frass;Greenhouse;Soil physical and chemical properties

基金項目 西藏自治區(qū)科技計劃項目（QYXTCXZX-SNS-2021-1）；安徽省教育廳重點項目（2022AH051619）。

作者簡介 張平（1985—），女，山東乳山人，實驗師，從事有機(jī)類肥料研制與應(yīng)用研究。*通信作者，教授，從事養(yǎng)分高效利用與管理研究。

收稿日期 2022-11-06

設(shè)施蔬菜種植既是西藏等高寒地區(qū)重要的土地利用方式之一，也是滿足當(dāng)?shù)鼐用裰苣晷迈r蔬菜需求的重要途徑。在西藏地區(qū)，研究發(fā)現(xiàn)，蔬菜大棚土壤的酸化、鹽漬化趨勢較農(nóng)田土壤相對更明顯，表層養(yǎng)分累積且明顯失衡［1-2］；在提高土壤全磷、速效磷和全鉀含量的同時，降低了土壤全氮含量。而大量研究證實，有機(jī)無機(jī)配施［3］、功能肥料［4］、綠肥［5］和微生物菌肥［6］等均可增加設(shè)施菜田土壤有機(jī)質(zhì)含量，減緩?fù)寥浪峄?-5］和鹽漬化［5-6］趨勢。因此，合理施用有機(jī)肥是高原設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效保障。此外，因缺乏飼草料及薪柴，在西藏地區(qū)，秸稈常被充當(dāng)牲畜飼料，而其糞便又被再次利用作為燃料，故而還存在還田的有機(jī)物相對較少的問題。而據(jù)調(diào)查，西藏大部分耕地有機(jī)質(zhì)含量處于中等及以下等級［7］，土壤普遍存在土層薄砂礫多、保水保肥性能差的特點。地處西藏南部地區(qū)的山南市洛扎縣，自2017年引入黃粉蟲項目，開始開展黃粉蟲高原養(yǎng)殖的相關(guān)研究。經(jīng)過5年的探索，不僅解決了藏雞養(yǎng)殖的蛋白源飼料問題，而且通過將黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物還田，初步建立起以藏雞養(yǎng)殖為中心，以黃粉蟲飼喂藏雞—蟲糞和雞糞還田—種植胡蘿卜喂蟲喂雞的種養(yǎng)殖循環(huán)農(nóng)業(yè)模式。在平原地區(qū)，已有研究證實，施用黃粉蟲糞可以顯著提高蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)［8］、土壤總碳、總有機(jī)碳含量和作物產(chǎn)量［9］。但截至目前，尚未見高原地區(qū)應(yīng)用黃粉蟲糞改良土壤的相關(guān)研究及其應(yīng)用總結(jié)。筆者擬以未施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物的農(nóng)田土壤為對照，比較其與施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物的大棚土壤的理化性質(zhì)差異，以期為高原地區(qū)以黃粉蟲養(yǎng)殖為特色的綠色種養(yǎng)循環(huán)模式的確立及推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤采自西藏山南市洛扎縣種植養(yǎng)殖示范基地的3個蔬菜大棚，分別位于吉堆1組（90°83′44″E，28°39′14″N）、吉堆3組（90°79′18″E，28°38′93″N）和協(xié)其村（90°81′56″E，28°39′39″N）。分別建于2010、2016和2005年，并分別自2018、2019和2017年開始施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物。種植作物為紅蘿卜。供試黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物由洛扎縣黃粉蟲繁殖基地提供，其有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量分別為924.6 g/kg、43.59 mg/g、16.70 mg/g和13.98 mg/g。

1.2 試驗設(shè)計

在每個采樣點的蔬菜大棚中，隨機(jī)選取3個點，采集耕層土壤（20 cm）。同時采集大棚外農(nóng)田土壤作為對照。

1.3 測定項目與方法

黃粉蟲廢棄物采用H2SO4-H2O2法消解，其全氮、全磷和全鉀含量分別采用流動分析儀、鉬銻抗比色和火焰光度計法測定；有機(jī)質(zhì)含量采用干灰化稱重法測定。

土壤pH測定采用電位法，有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法，堿解氮測定采用堿解擴(kuò)散法，有效磷測定采用鉬銻抗比色法，速效鉀測定采用火焰光度計法。土壤容重、總孔隙度測定采用環(huán)刀法。土壤顆粒分析采用濕篩-比重計速測法測定［10］，粒級劃分采用卡氏制。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用WPS Office 2016和SPSS 24.0統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計算和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物對大棚土壤基本農(nóng)化特性的影響

由表1可知，3個施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物采樣點的土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量均存在極顯著差異（P＜0.01）。同時，與農(nóng)田土壤相比，3個采樣點大棚土壤pH呈顯著降低的趨勢，而土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷含量和除吉堆1組外的土壤速效鉀含量呈顯著增加趨勢。對不同采樣點2種來源土壤的堿解氮含量分別進(jìn)行t檢驗，則只有吉堆3組2種來源土壤的堿解氮含量達(dá)顯著差異水平。說明在設(shè)施條件下，施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物等栽培管理措施可能已對供試土壤的農(nóng)化性狀產(chǎn)生了不同程度的影響。

進(jìn)一步比較F值大小可知，由土壤來源代表的施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物等栽培管理措施是影響供試土壤農(nóng)化性狀變化的主要誘因；而其所受的影響為土壤有效磷含量>速效鉀含量>有機(jī)質(zhì)含量>堿解氮含量>pH。

2.2 施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物對大棚土壤容重和孔隙度的影響

由表2可知，3個采樣點只有土壤田間持水量之間存在顯著差異（P＜0.05）。同時，與農(nóng)田土壤相比，3個采樣點大棚土壤總體呈容重顯著降低，而毛管孔隙度和田間持水量顯著升高的趨勢；盡管土壤總孔隙度也存在升高的趨勢，但未達(dá)顯著差異水平。說明施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物等栽培管理措施對洛扎縣供試土壤的物理性狀可能也產(chǎn)生了明顯的影響。

由F值可以看出，由土壤來源代表的施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物等栽培管理措施也是影響洛扎縣供試農(nóng)田土壤物理性狀變化的主要誘因；且各物理性狀受到的影響為土壤田間持水量>毛管孔隙度>容重>總孔隙度。

2.3 施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物對大棚土壤顆粒組成的影響

由表3可知，3個施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物采樣點的土壤顆粒組成間存在明顯差異。以大棚土壤中大于1.000 mm的礫石占總體土壤的百分比，以及在小于1.000 mm的土壤顆粒組成中，0.050～1.000 mm的砂粒所占的百分比均極顯著低于農(nóng)田土壤；而其小于0.050 mm的粗粉粒、中細(xì)粉粒和黏粒占小于1.000 mm的土壤顆粒組成的百分比總體高于農(nóng)田土壤。說明設(shè)施條件下施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物等栽培管理措施可能通過改變洛扎縣供試農(nóng)田土壤的顆粒組成而對其理化性狀產(chǎn)生明顯影響。

進(jìn)一步比較F可知，由土壤來源代表的施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物等栽培管理措施也是影響洛扎縣供試農(nóng)田土壤顆粒組成的主要誘因。其中，在小于1.000 mm的土壤顆粒組成中，各粒級土壤顆粒占比受到的影響為砂粒>黏粒>粗粉粒>中細(xì)粉粒。

3 結(jié)論與討論

施用有機(jī)肥是提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、培肥地力的重要途徑。蟲糞是一種新型有機(jī)肥。該研究結(jié)果表明，在3個采樣點，施用以蟲糞和蟲蛻為主的黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物的大棚土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于周圍農(nóng)田（分別相對增加了44.94%、94.04%和83.00%），這與蔡瑞婕等［9］施用蟲糞有機(jī)肥顯著提高土壤有機(jī)碳含量的研究結(jié)果近似。但對西藏蔬菜大棚土壤的分析結(jié)果也表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量本身就存在隨大棚種植年限延長而增加的趨勢，其中，5、10和15年棚齡的蔬菜大棚土壤有機(jī)質(zhì)含量分別增加9.62%、2.96％和18.03%［11］。即使在增幅較高的研究中，使用2、7和15年的蔬菜大棚土壤有機(jī)質(zhì)含量分別較農(nóng)田土壤增加36.66％、49.54％和59.52％［1］，但總體仍相對低于該研究。由此推測，施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物確實存在顯著提高大棚土壤有機(jī)質(zhì)含量的效應(yīng)。

發(fā)生次生鹽漬化、酸化、養(yǎng)分失調(diào)、微生物區(qū)系破壞、土傳病害加重等一系列質(zhì)量退化及連作障礙問題是設(shè)施土壤質(zhì)量退化的共性特征，已成為制約現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸［12］。潘劍玲等［13］研究表明，在連續(xù)種植5年后，西藏地區(qū)的設(shè)施菜地土壤即出現(xiàn)嚴(yán)重酸化和養(yǎng)分不平衡的現(xiàn)象。在該研究中，盡管施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物的大棚土壤的pH均極顯著低于農(nóng)田土壤，但其中棚齡最長的協(xié)其村的大棚土壤pH的年平均降低幅度（0.98%）相對低于劉翠花等［11］（1.70%）和潘劍玲等［13］（2.27%）的結(jié)果，說明施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物可能存在延緩大棚土壤酸化趨勢的效應(yīng)。該研究的采樣點自施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物以后，還同時停止化肥的施用。因此，尚不清楚其土壤未加劇酸化是否也與此有關(guān)，尚有待進(jìn)一步研究。

研究表明，設(shè)施大棚還存在土壤容重增加及土壤總孔隙度和通氣孔隙度降低［13］的問題。但在該研究中，與農(nóng)田土壤相比，施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物的大棚土壤出現(xiàn)容重及大粒徑土壤顆粒（0.050～1.000 mm）占比明顯降低，而小粒徑土壤顆粒（<0.050 mm）占比和總孔隙度總體升高的趨勢，說明施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物可能具有改良設(shè)施土壤結(jié)構(gòu)、逆轉(zhuǎn)其質(zhì)量退化的潛力。這與合理施用有機(jī)物料改善土壤物理結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究［14］結(jié)果一致，同時，由該研究中3個采樣點大棚土壤的田間持水量也隨之升高的結(jié)果得到證實。此外，在該研究中，采樣大棚土壤也出現(xiàn)明顯的磷素富集和速效鉀含量增加的現(xiàn)象，但上升幅度也遠(yuǎn)高于劉翠花等［11］和潘劍玲等［13］的報道，表明其中可能也包含施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物的效應(yīng)。與對照農(nóng)田土壤相比，施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物可降低大棚土壤的pH、容重和大粒徑土壤顆粒（0.050～1.000 mm）占比，而提高大棚土壤的有效磷含量、毛管孔隙度、田間持水量和小粒徑土壤顆粒（<0.050 mm）占比。但該研究僅為調(diào)查研究，故而，供試的3個不同采樣點的農(nóng)田土壤性質(zhì)存在較大差異，由于無法獲得施用黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物之前的各個點的實際土壤理化性質(zhì)狀況，因此，更確切的結(jié)論尚需進(jìn)行土壤模擬培養(yǎng)試驗予以支撐。目前，受黃粉蟲養(yǎng)殖分布、規(guī)模和蟲糞產(chǎn)量的限制，也尚缺乏與長期施用該類物料及其積制肥料肥效評價的相關(guān)研究予以佐證。以該研究中大棚土壤的理化性質(zhì)、施肥種類、施肥量和土壤養(yǎng)分狀況看，在該模式下，還存在土壤磷素過度富集、土壤養(yǎng)分不平衡的問題，今后還需要注重黃粉蟲養(yǎng)殖廢棄物的積制方式、長期施用效果及與其他養(yǎng)分肥料的合理配施，才能促進(jìn)大棚土壤質(zhì)量良性發(fā)展，進(jìn)而完善基于黃粉蟲養(yǎng)殖為特色的區(qū)域綠色種養(yǎng)循環(huán)技術(shù)體系。

參考文獻(xiàn)

［1］ 曹艦艇，楊紅，彭艷，等.藏東南不同種植年限蔬菜大棚土壤pH及養(yǎng)分的變化特征［J］.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，47（8）：117-126.

［2］ 朱榮杰，趙貫飛，楊斌，等.種植年限對拉薩國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)溫室土壤理化性質(zhì)的影響［J］.北方園藝，2016（21）：183-187.

［3］ 姜玲玲，劉靜，趙同科，等.有機(jī)無機(jī)配施對番茄產(chǎn)量和品質(zhì)影響的Meta分析［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2019，25（4）：601-610.

［4］ 楊頌東.泥炭功能肥料對設(shè)施番茄增產(chǎn)和退化土壤改良的效果［J］.農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2018，38（34）：21-24.

［5］ 程文龍，李敏，韓上，等.不同種類夏綠肥對設(shè)施土壤的改良效應(yīng)［J］.中國土壤與肥料，2021（4）：83-87.

［6］ 張蕾，吳文強(qiáng)，王維瑞，等.土壤調(diào)理劑及其配施微生物菌肥對設(shè)施菜田次生鹽漬化土壤改良效果研究［J］.中國土壤與肥料，2021（3）：264-271.

［7］ 劉國一.西藏商品有機(jī)肥的應(yīng)用前景［J］.西藏農(nóng)業(yè)科技，2018，40（1）：43-46.

［8］ 李艷芳，徐匆，羅華建，等.黃粉蟲蟲沙與微生物功能菌復(fù)合添加對羅馬生菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（35）：67-69.

［9］ 蔡瑞婕，肖揚，吳翔，等.蟲糞有機(jī)肥對設(shè)施土壤理化性質(zhì)及番茄產(chǎn)量的影響［J］.河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，48（11）：70-74.

［10］ 徐樹建，任麗英，董玉良，等.土壤地理學(xué)實驗實習(xí)教程［M］.濟(jì)南：山東人民出版社，2015：18-23.

［11］ 劉翠花，張澈.西藏高原設(shè)施蔬菜土壤特性調(diào)查研究［J］.土壤通報，2006，37（4）：827-829.

［12］ 馬艷春，姚玉新，杜遠(yuǎn)鵬，等.葡萄設(shè)施栽培不同種植年限土壤理化性質(zhì)的變化［J］.果樹學(xué)報，2015，32（2）：225-231.

［13］ 潘劍玲，代萬安，王喜明，等.西藏高寒地區(qū)不同年限設(shè)施蔬菜土壤理化性質(zhì)變化及與農(nóng)田、草地土壤的對比分析［J］.土壤通報，2013，44（4）：912-917.

［14］ 李娜，龍靜泓，韓曉增，等.短期翻耕和有機(jī)物還田對東北暗棕壤物理性質(zhì)和玉米產(chǎn)量的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2021，37（12）：99-107.