化肥減量處理下蚯蚓-牛糞協(xié)同作用對菜薹生長及土壤中重金屬鋅、砷和鉻含量的影響

摘要： 為了探究化肥減量施用處理下協(xié)同施用蚯蚓-牛糞對菜薹生長及土壤重金屬含量的影響，以菜薹和種植土壤為研究對象，采用盆栽試驗(yàn)方法，設(shè)置常規(guī)施肥（CK）、化肥減量30％+蚯蚓（CE）、腐熟牛糞+蚯蚓（FE）、化肥減量30%+腐熟牛糞（CFC）及化肥減量30%+腐熟牛糞+蚯蚓（CFE）共5個組別進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明，與CK相比，CFE處理顯著提高了菜薹的生長性狀指標(biāo)（Plt;0.05），包括株高、莖粗、總根系長度、根系總表面積、根系總體積和平均單根直徑等。同時，蚯蚓的引入優(yōu)化了土壤結(jié)構(gòu)，增加了土壤養(yǎng)分含量，與CK及CFC處理相比，CFE處理的土壤pH值顯著降低（Plt;0.05）；與CK相比，CFE處理的電導(dǎo)率（EC）、土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）含量、全氮（TN）含量、速效氮（AN）含量顯著升高（Plt;0.05）。此外，與CK相比，CFE處理顯著降低了土壤中的砷、鉻含量（Plt;0.05），顯著增加了鋅含量（Plt;0.05）。關(guān)于土壤理化性狀對菜薹生長影響的研究發(fā)現(xiàn)，全氮含量、速效氮含量和速效磷含量是能共同影響菜薹株高、莖粗的土壤理化性狀，而電導(dǎo)率、土壤有機(jī)質(zhì)含量則會顯著影響菜薹總根系長度和根系活力。綜上，化肥減量30%+腐熟牛糞+蚯蚓聯(lián)合處理在促進(jìn)菜薹生長發(fā)育、優(yōu)化土壤理化性狀及降低土壤重金屬污染方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 化肥減量；蚯蚓；重金屬；菜薹；土壤理化性狀

中圖分類號： S634.9"" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A"" 文章編號： 1000-4440（2024）06-1078-11

Synergistic effects of earthworms and cow manure on the growth of flowering Chinese cabbage and contents of heavy metals zinc， arsenic and chromium in soil under reduced chemical fertilization

GAO Fucheng， LI Haijun， MU Xiaoguo， GAO Hu， ZHANG Ying， YE Lin

（College of Enology and Horticulture， Ningxia University， Yinchuan 750021， China）

Abstract： In order to investigate the effects of synergistic application of earthworms and cow manure under reduced chemical fertilizer" application treatment on the growth of flowering Chinese cabbage and the contents of heavy metals in soil， a pot experiment was conducted using flowering Chinese cabbage and planting soil. Five groups of conventional fertilizer application （CK）， 30% reduction of chemical fertilizer + earthworms （CE）， decomposed cow manure + earthworms （FE）， 30% reduction of chemical fertilizer + decomposed cow dung （CFC） and 30% reduction of chemical fertilizer + decomposed cow manure + earthworms （CFE） were tested. The results showed that compared with CK， CFE treatment significantly improved the growth trait indexes of flowering Chinese cabbage （Plt;0.05）， including plant height， stem diameter， total root length， total root surface area， total root volume and average root diameter. Meanwhile， the introduction of earthworms optimized the soil structure and increased the soil nutrient content. Compared with CK and CFC treatments， the soil pH in CFE treatment decreased significantly （Plt;0.05）. Compared with CK， the electrical conductivity （EC）， soil organic matter （SOM） content， total nitrogen （TN） content， and available nitrogen （AN） content in CFE treatment were significantly increased （Plt;0.05）. In addition， compared with CK， CFE treatment significantly reduced the contents of arsenic and chromium in soil （Plt;0.05）， and significantly increased the content of zinc （Plt;0.05）. Studies on the effects of soil physicochemical properties on the growth of flowering Chinese cabbage found that total nitrogen content， available nitrogen content and available phosphorus content were the soil physicochemical properties that jointly affected the height and stem diameter of flowering Chinese cabbage， whereas electrical conductivity and organic matter content significantly affected flowering Chinese cabbage root length and root vigour. In conclusion， the combined treatment of 30% reduction of chemical fertilizer + decomposed cow manure + earthworms has potential application value in promoting the growth and development of flowering Chinese cabbage， optimizing soil physicochemical properties and reducing soil heavy metal pollution.

Key words： chemical fertilizer reduction;earthworms;heavy metals;flowering Chinese cabbage；soil physical and chemical properties

施肥是全球廣泛采用的土壤管理策略，而肥料的施用方式是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素[1]。然而，過度和不平衡施肥會導(dǎo)致土壤富集大量重金屬[2]，這已經(jīng)成為影響農(nóng)民維持土壤生產(chǎn)力的一個嚴(yán)重問題。菜薹是一種常見的帶莖、帶葉食用蔬菜，是中國內(nèi)地銷往中國香港、中國澳門的主要蔬菜之一，目前已在全國普遍種植[3]。由于常年連作，使土壤中養(yǎng)分缺失，重金屬積累，導(dǎo)致菜薹產(chǎn)量、品質(zhì)下降[4]。雖然施用有機(jī)肥是一種環(huán)保的養(yǎng)分補(bǔ)給方式，但其養(yǎng)分釋放速率較慢，無法在短時間內(nèi)滿足作物對養(yǎng)分的需求[5]。目前，通常采用非生物調(diào)控方法來改善土壤生態(tài)功能、促進(jìn)植物的生長發(fā)育[6-7]。

蚯蚓作為土壤生態(tài)系統(tǒng)中最重要的“工程師”，可以通過活動來改善土壤生態(tài)功能[8]。但是，由于常年連作，土壤含水量降低、板結(jié)嚴(yán)重、孔隙度降低，使得蚯蚓活性降低、數(shù)量減少。因此，有機(jī)肥的輸入一方面可以為蚯蚓提供食物、提高蚯蚓的活性及數(shù)量，使其充分發(fā)揮在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)服務(wù)功能[9]，并能促進(jìn)有機(jī)質(zhì)礦化、養(yǎng)分含量提升和植物生長[10]。另一方面，有機(jī)肥也可以優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力，蚯蚓的取食和排泄活動可以增加土壤孔隙度，促進(jìn)植物生長發(fā)育[11]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓的活動可以降低土壤中的重金屬含量，并通過其活動來改變重金屬的活性[12-13]。因此，本研究擬基于化肥減量施用條件下蚯蚓-牛糞的協(xié)同作用，分析其對菜薹生長發(fā)育及土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化作用，以期提高土壤肥力，減輕重金屬對菜薹生長的影響。同時，通過分析菜薹生長與土壤環(huán)境間的相關(guān)性，以期為菜薹種植業(yè)的可持續(xù)、綠色發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地區(qū)及供試材料

試驗(yàn)地位于寧夏回族自治區(qū)銀川市寧夏大學(xué)實(shí)訓(xùn)基地2號玻璃溫室，試驗(yàn)土壤為寧夏回族自治區(qū)銀川市永寧縣李俊鎮(zhèn)供港蔬菜基地9年連作土壤，基本理化性狀如下：pH值8.21，電導(dǎo)率0.61 mS/cm，全氮含量0.22 g/kg，速效氮含量1.43 mg/kg，速效磷含量145.43 mg/kg，速效鉀含量21.36 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量6.81 g/kg，鋅含量15.31 mg/kg，砷含量2.44 mg/kg，鉻含量7.08 mg/kg。菜薹品種為尖葉70，種子由寧夏悅豐生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司提供，供試蚯蚓品種為赤子愛勝蚓（Eisenia foetida），購自華盛綠能（寧夏）農(nóng)業(yè)科技有限公司。試驗(yàn)前對蚯蚓進(jìn)行清腸處理，選取活性較高、體型較為一致的蚯蚓進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)采用長41 cm、寬27 cm、高19 cm的泡沫箱，每盆裝入8 kg土壤。試驗(yàn)分為如下5個處理：常規(guī)施肥（CK）、化肥減量30%+蚯蚓（CE）、腐熟牛糞+蚯蚓（FE）、化肥減量30%+腐熟牛糞（CFC）和化肥減量30%+腐熟牛糞+蚯蚓（CFE），每個處理設(shè)置6個重復(fù)。肥料中的氮肥為尿素（含46%N），磷肥為過磷酸鈣（含12% P2O5），鉀肥為硫酸鉀（含50% K2O），牛糞、過磷酸鈣全部作基肥施用，尿素、硫酸鉀的40%作基肥施用，60%作追肥施用。追肥在菜薹3葉1心期后的第5 d、第12 d和第19 d進(jìn)行，分別追施總肥量的15%、20%和25%。將牛糞均勻撒施在土壤表面，蚯蚓在種植前接種，接種密度為60 g/m2[14]，每條蚯蚓的平均重量為0.15 g，接種時將蚯蚓均勻撒在土壤上即可。牛糞為腐熟牛糞，全氮含量為1.12 g/kg。除CE處理外，其他處理的施氮量均相同。試驗(yàn)的設(shè)計(jì)見圖1。

1.3 測定項(xiàng)目和方法

菜薹種子于2022年7月10日播種，在菜薹生長出第1張真葉后進(jìn)行間苗，2022年8月26日收獲。采收后，對土壤進(jìn)行多點(diǎn)取樣，取樣深度為0～15 cm，去除土樣中的植物、可見蠕蟲、可見昆蟲及石塊后，用孔徑2 mm的篩子對樣本進(jìn)行過篩處理。將土壤樣本混合后分成多份（每份80～100 g），用于土壤理化性狀的測定。

菜薹生長指標(biāo)的測定。菜薹株高、莖粗用卷尺、游標(biāo)卡尺量取，用EPSON EXPRESSION 4990型掃描儀對根樣進(jìn)行掃描，用WinRHIZO對掃描的根系圖片進(jìn)行分析，得到總根系長度、根系總表面積、根系總體積、平均單根直徑、根尖數(shù)、分叉數(shù)。

菜薹養(yǎng)分含量的測定。將烘干的菜薹葉片粉碎后過0.5 mm篩，用H2SO4-H2O2消煮后用凱氏定氮儀測定植株全氮含量，用鉬銻抗比色法測定全磷含量，用原子吸收分光光度計(jì)測定全鉀含量。

土壤理化指標(biāo)的測定。土壤自然風(fēng)干并過篩后，按水∶土=2.5∶1.0（重量比）將土壤和水進(jìn)行混勻后測定pH值；用DDS-307A型電導(dǎo)率儀（上海雷磁）測定土壤電導(dǎo)率（EC）；土壤有機(jī)質(zhì)含量用高溫外加熱重鉻酸鉀氧化-容量法測定；土壤全氮含量用半微量開氏法測定；土壤速效氮含量用堿解擴(kuò)散法測定；土壤速效磷含量用鉬酸銨比色法測定；用CH3COONH4溶液浸提火焰分光光度法測定速效鉀含量[15]。

菜薹和土壤中重金屬含量的測定。用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測定土壤、菜薹中的鋅、砷、鉻等重金屬含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，基于主成分分析理論，用Z-score法對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，通過因子分析提取主成分（Yp），并計(jì)算主成分系數(shù)，得到Y(jié)p的線性組合。根據(jù)主成分方程計(jì)算得到的主成分得分、以各個主成分方差貢獻(xiàn)率占2個主成分總方差貢獻(xiàn)率的比例為權(quán)重，計(jì)算綜合得分。用Graphpad Prism 9.0作圖，用R語言Linket pacage中的Mantle-test分析菜薹生長指標(biāo)與土壤環(huán)境指標(biāo)的相關(guān)性并檢驗(yàn)其顯著性。

X =X11 X12 ... X1pX21 X22 ... X2pXn1 Xn2 ... Xnp

Y1=λ11X1+λ21X2+…+λp1Xp

Y2=λ12X1+λ22X2+…+λp2Xp

……

Yp=λ1pX1+λ2pX2+…+λppXp

= λ1λ1+λ2+…+λpY1 + λ2λ1+λ2+…+λpY2 +…+"""" λpλ1+λ2+…+λpYP

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥減量施用條件下蚯蚓-牛糞的協(xié)同作用對菜薹生長的影響

由圖2可知，與CK相比，在化肥減量施用條件下，蚯蚓、牛糞的協(xié)同作用明顯促進(jìn)了菜薹的生長。與CK相比，CFE處理菜薹的株高、莖粗分別增加了11.73%、26.86%，與CK間的差異均達(dá)到顯著水平（Plt;0.05）。與CK相比，F(xiàn)E、CFC處理對菜薹株高、莖粗未產(chǎn)生顯著影響。CFE處理與FE處理間的株高、莖粗存在顯著差異（Plt;0.05）。與CFC處理相比，CFE處理使菜薹株高增加了11.51%，莖粗增加了15.56%。

由表1可以看出，與CK相比，CFC、CFE處理均顯著增加了菜薹的總根系長度、根系總體積和平均單根直徑，而在根尖數(shù)、分叉數(shù)上，CK與CE、FE、CFC、CFE處理之間沒有顯著差異。與CK相比，CFE處理顯著提高了菜薹的總根系長度、根系總表面積、根系總體積和平均單根直徑，分別提高了31.03%、37.81%、98.51%和36.23%。此外，CFE處理的總根系長度、根系總體積、平均單根直徑分別比FE處理增加了12.91%、21.15%、17.50%。由上述結(jié)果看出，在相同氮肥用量下，與CK相比，接種蚯蚓能夠促進(jìn)菜薹根系的生長發(fā)育。此外，與100%化肥處理（CK）相比，在相同氮肥用量下，化肥配施有機(jī)肥處理更利于菜薹根系的生長。

由圖3可知，與CK相比，F(xiàn)E、CFC、CFE處理的菜薹根系活力均有顯著差異（Plt;0.05），分別提高了5.67%、5.03%、9.42%。此外，與FE、CFC處理相比，CFE處理的根系活力分別提高了3.56%、4.18%。

2.2 化肥減量施用條件下蚯蚓-牛糞的協(xié)同作用對菜薹養(yǎng)分含量的影響

由圖4可知，與CK相比，不同處理對菜薹的全氮、全鉀含量均產(chǎn)生了顯著影響（Plt;0.05）。與CK相比，F(xiàn)E、CFC、CFE處理顯著增加了菜薹的全氮含量（Plt;0.05），增幅分別達(dá)33.13%、28.68%、32.56%，表明蚯蚓和牛糞聯(lián)合使用能夠有效提高菜薹的全氮含量。然而，與CK相比，CE、FE、CFE處理均會導(dǎo)致菜薹全磷、全鉀含量降低，其中CFE處理的全磷、全鉀含量分別降低了39.19%、51.14%。

2.3 化肥減量施用條件下蚯蚓-牛糞的協(xié)同作用對土壤理化性狀的影響

由圖5A可知，與CK相比，F(xiàn)E、CFC、CFE處理的土壤電導(dǎo)率（EC）分別提高了25.91%、12.11%、42.69%。此外，F(xiàn)E處理的土壤EC比CFC處理提高了12.31%，而CFE處理的土壤EC比FE處理提高了13.33%，同時比CFC處理提高了27.28%。在化肥減量施用條件下，蚯蚓和牛糞協(xié)同作用的CFE處理的土壤EC高于CK、CFC處理。

由圖5B可知，僅FE、CFE 2個處理的pH值顯著低于CK（Plt;0.05），降幅分別為2.48%、3.43%。FE處理的pH值比CFC處理低2.89%，而CFE處理的pH值比CFC處理低3.86%。上述研究結(jié)果表明，在相同氮肥用量下，接種蚯蚓可以降低土壤pH值。

由圖5C可知，與CK相比，除CE處理外，其他處理均對土壤有機(jī)質(zhì)含量有提升效果。FE、CFC、CFE處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別比CK提高了29.24%、19.06%、31.08%。此外，與CFC處理相比，F(xiàn)E、CFE處理的有機(jī)質(zhì)含量分別增加了8.55%、10.10%。

與CK相比，除CE處理外，F(xiàn)E、CFC、CFE處理都能顯著提升土壤全氮含量，提升幅度分別為23.84%、13.72%、42.97%；CFE處理的全氮含量分別比FE、CFC處理增加了15.45%、25.72%（圖6A）。與CK相比，F(xiàn)E、CFE處理能夠顯著提高土壤的速效氮含量（Plt;0.05），且CFE處理的土壤速效氮含量比CFC處理提高了17.75%（圖6B）。與CK相比，CE處理的土壤速效磷含量顯著降低（Plt;0.05），CFE處理的速效磷含量顯著提升（Plt;0.05），增幅為8.61%（圖6C）。與CK相比，各處理均能顯著提高土壤的速效鉀含量，其中CFE處理的土壤速效鉀含量比CFC處理增加了21.02%（圖6D）。

2.4 化肥減量施用條件下蚯蚓-牛糞的協(xié)同作用對菜薹及土壤重金屬含量的影響

由圖7可知，不同處理對菜薹重金屬含量的影響不同。與CK相比，各處理均顯著降低了菜薹中的砷、鉻含量（Plt;0.05）。與CFC處理相比，CFE處理的砷含量降幅為10.89%，鉻含量降幅為5.40%。與CFC處理相比，F(xiàn)E處理的鉻含量降幅為3.26%。與CK相比，F(xiàn)E、CFC、CFE處理均顯著提高了菜薹中的鋅含量（Plt;0.05）。由上述研究結(jié)果可以看出，各處理菜薹的重金屬含量均符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)。

由圖8可以看出，與CK相比，各處理均顯著降低了土壤中的砷、鉻含量（Plt;0.05）。與CFC處理相比，F(xiàn)E、CFE處理下砷含量的降幅分別達(dá)到了14.78%、7.22%，砷含量顯著降低（Plt;0.05）。與CK相比，F(xiàn)E、CFE處理的鉻含量分別顯著降低了7.25%、6.87%（Plt;0.05）。與CK相比，F(xiàn)E、CFC、CFE處理顯著增加了土壤中的鋅含量（Plt;0.05），其中FE、CFC處理間的差異顯著。上述結(jié)果表明，接種蚯蚓可以顯著降低土壤中的重金屬砷、鉻含量。

2.5 菜薹土壤理化性狀指標(biāo)的主坐標(biāo)分析

運(yùn)用Bray_curtis距離來構(gòu)建主坐標(biāo)，以菜薹土壤理化性狀指標(biāo)作為分析對象，展示各處理之間的差異。由圖9可知，第1主成分、第2主成分的解釋度分別為82%、15%，累計(jì)可解釋97%的菜薹土壤理化性狀指標(biāo)的變化情況；CK與其余處理分開，表明存在差異；CFC和FE處理間的距離較近，表明這2個處理在菜薹生長指標(biāo)及土壤理化性狀指標(biāo)方面無太大差異。CFE處理與CK間的距離最遠(yuǎn)，表明二者在菜薹生長指標(biāo)與土壤理化性狀指標(biāo)的變化上有差異。

2.6 菜薹生長指標(biāo)與土壤理化性狀、土壤重金屬含量間的相關(guān)性分析

通過Mantle-test分析菜薹生長指標(biāo)與土壤理化性狀指標(biāo)、土壤重金屬含量間的相關(guān)性，由圖10可知，土壤速效鉀含量與土壤砷、鉻含量之間存在顯著負(fù)相關(guān)，pH值與土壤砷、鉻含量之間存在顯著正相關(guān)。菜薹株高與土壤速效磷含量（r=0.51，P=0.001）、全氮含量（r=0.45，P=0.001）和速效氮含量（r=0.43，P=0.003）間的相關(guān)性較大，與土壤有機(jī)質(zhì)含量（r=0.39，P=0.001）、EC（r=0.38，P=0.001）間的相關(guān)性相對較小。菜薹莖粗與土壤速效氮含量（r=0.51，P=0.001）、速效磷含量（r=0.50，P=0.001）、全氮含量（r=0.47，P=0.001）、有機(jī)質(zhì)含量（r=0.46，P=0.001）和EC（r=0.45，P=0.001）間的相關(guān)性較大，與土壤速效鉀含量（r=0.25，P=0.01）和pH值（r=0.23，P=0.014）間的相關(guān)性相對較小。菜薹總根系長度與土壤有機(jī)質(zhì)含量（r=0.84，P=0.001）、速效磷含量（r=0.75，P=0.001）、EC（r=0.73，P=0.001）、全氮含量（r=0.73，P=0.001）、速效氮含量（r=0.47，P=0.002）和鋅含量（r=0.41，P=0.001）間的相關(guān)性較大，與土壤速效鉀含量（r=0.31，P=0.009）間的相關(guān)性相對較小。菜薹根系活力與土壤EC（r=0.82，P=0.001）、土壤有機(jī)質(zhì)含量（r=0.79，P=0.001）、全氮含量（r=0.76，P=0.001）、速效磷含量（r=0.64，P=0.001）、速效氮含量（r=0.60，P=0.001）和速效鉀含量（r=0.41，P=0.001）間的相關(guān)性較大，與土壤鋅含量（r=0.40，P=0.001）、pH值（r=0.32，P=0.012）間的相關(guān)性相對較小。

2.7 不同處理的綜合評價(jià)

用主成分分析法計(jì)算菜薹生長指標(biāo)（株高、莖粗、總根系長度、根系活力）及土壤理化性狀指標(biāo)、土壤重金屬含量的主成分得分，并對其進(jìn)行綜合分析，由線性方程及各主成分的貢獻(xiàn)率計(jì)算出各處理的綜合得分，最后進(jìn)行排名。各處理的綜合得分排名如下：CFE處理gt;FE處理gt;CFC處理gt;CKgt;CE處理（圖11）。由此可見，在同等氮素水平下，蚯蚓與牛糞的協(xié)同處理對菜薹生長及土壤質(zhì)量的影響均大于常規(guī)施肥處理。單接種蚯蚓的處理對菜薹生長及土壤質(zhì)量方面的影響沒有常規(guī)施肥處理效果明顯。

3 討論

3.1 化肥減量施用條件下蚯蚓-牛糞的協(xié)同作用對菜薹生長的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，在化肥減量的基礎(chǔ)上，蚯蚓與牛糞的協(xié)同作用顯著增加了菜薹的株高、莖粗，并促進(jìn)了根系發(fā)育。在牛糞上接種蚯蚓可使番茄產(chǎn)量提高20.4%～25.1%[16]。蚯蚓對土壤的作用主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面通過其取食活動改變土壤孔隙度、團(tuán)聚體穩(wěn)定性；另一方面，形成的蚯蚓糞改變了土壤理化性狀，間接影響了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[17-18]，從而促進(jìn)了植物生長。菜薹具有較短的成熟期，而單獨(dú)添加蚯蚓、牛糞的處理不能滿足其生長所需的最適養(yǎng)分含量，這一問題在有機(jī)肥中氮素釋放速率較高的情況下得到了解決[19]。蚯蚓通過分解有機(jī)物料增加土壤速效養(yǎng)分含量，更利于植物對養(yǎng)分的吸收[20]。蚯蚓的作用不僅在于增加土壤速效養(yǎng)分含量，而且在于其活動有助于促進(jìn)植物對養(yǎng)分的吸收。因此，在化肥減量施用的基礎(chǔ)上，添加蚯蚓和牛糞不僅能夠滿足菜薹生長過程中對養(yǎng)分的需求，而且在改善土壤理化性狀的同時，能夠提高肥料的利用率[21]。

3.2 化肥減量施用條件下蚯蚓-牛糞的協(xié)同作用對土壤理化性狀的影響

接種蚯蚓后，土壤的pH值降低，并且在蚯蚓與牛糞聯(lián)合作用下，土壤pH值的下降效果顯著。這與Wang等[22]、王斌等[23]的研究結(jié)果相似。土壤速效養(yǎng)分含量是評估土壤肥力的重要指標(biāo)之一[24]，對植物的生長發(fā)育具有重要影響。在本試驗(yàn)中，蚯蚓+牛糞處理提高了土壤全氮含量、速效氮含量和速效鉀含量。值得注意的是，蚯蚓黏液、糞便中含有大量NO-3-N并且會釋放大量可利用的氮源、碳源，有利于土壤硝化反應(yīng)的進(jìn)行[25]。蚯蚓與牛糞的協(xié)同作用不僅能夠提高土壤肥力，而且能夠優(yōu)化土壤的理化性狀，可能因?yàn)榕＜S作為有機(jī)肥料，富含有機(jī)碳，施用后有助于提高土壤有機(jī)質(zhì)含量并降低土壤孔隙度[26-27]。同時，蚯蚓活動（如挖穴和取食）能降低土壤孔隙度，改變土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，這與Gilot[28]的研究結(jié)果一致。

3.3 化肥減量施用條件下蚯蚓-牛糞的協(xié)同作用對土壤重金屬含量的影響

研究發(fā)現(xiàn)，添加蚯蚓會對土壤中的鋅含量產(chǎn)生積極影響，并且添加蚯蚓可以降低土壤中鋅的流動性[29]，這與本研究結(jié)果一致。此外，蚯蚓和牛糞的聯(lián)合作用可以降低土壤中的砷、鉻含量，其原因可能是蚯蚓通過表皮接觸土壤中的金屬，從中攝取大量或特定土壤成分，進(jìn)而富集重金屬[30-31]。蚯蚓在取食牛糞后排出蚓糞，可以增加土壤孔隙度，提高微生物生長活性，并增加土壤腐殖質(zhì)含量，由于蚯蚓糞具有較強(qiáng)的吸附能力，可以增加土壤的透氣性并增強(qiáng)土壤的保水能力，從而吸附土壤中的重金屬[32]。在常年連作和不平衡施肥導(dǎo)致的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)失衡的情況下，接種蚯蚓后，土壤中的細(xì)菌、真菌數(shù)量顯著增加，有助于調(diào)節(jié)微生物群落結(jié)構(gòu)。此外，接種蚯蚓可以降低土壤pH值，提高有機(jī)碳含量，為微生物提供更適宜的生存環(huán)境[33]。重金屬在微生物群落的作用下被土壤中的有機(jī)、無機(jī)膠體富集和沉淀，從而降低土壤的重金屬含量[34]。接種蚯蚓后，土壤中的重金屬含量降低還可能與植物根際分泌物有關(guān)，因?yàn)辄S酮類化合物可以充當(dāng)金屬螯合物，而蚯蚓可以進(jìn)一步提高植物中的黃酮含量，從而減少土壤中的重金屬含量，緩解重金屬脅迫的影響[35]。

3.4 菜薹生長與土壤理化性狀、重金屬含量的相關(guān)性

氮、磷是葉菜生長發(fā)育過程中必不可少的大量元素，對葉菜表型生長的影響毋庸置疑[36]。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤全氮含量、土壤速效氮含量及土壤速效磷含量是共同影響菜薹株高、莖粗、總根系長度及根系活力的主要土壤性狀。這些養(yǎng)分通過對株高、莖粗的影響來調(diào)控菜薹生長，其中氮在植物生長發(fā)育過程中參與并加速植物生長激素（如吲哚乙酸、赤霉素和細(xì)胞分裂素等）的釋放，從而提高作物產(chǎn)量，進(jìn)一步證明氮素與菜薹株高、莖粗間的密切相關(guān)性[37]。磷是能量代謝的重要成分，直接參與植物光合代謝并生成腺嘌呤核苷三磷酸（ATP），促進(jìn)植物呼吸代謝，從而促進(jìn)根系的生長和發(fā)育[38]。根系的總長度和總表面積與根系交換吸附能量緊密相連，反映了根系的生理活力和被動吸收能力[39]。土壤有機(jī)質(zhì)含量和電導(dǎo)率同樣會對菜薹的總根系長度、根系活力產(chǎn)生重要影響。研究發(fā)現(xiàn)，果樹幼樹根系活力會隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加總體表現(xiàn)出上升趨勢[40]。其原因可能由于施用有機(jī)肥改善了土壤理化性狀和肥力，提高了土壤的保水保肥能力，從而為根系生長提供適宜的生長環(huán)境[41]。此外，根系生理活性與土壤中鹽分遷移密切相關(guān)[42]。在根系吸收水分、養(yǎng)分的過程中，會將土壤中的鹽分吸附、富集到根系周圍[43]。上述研究結(jié)果表明，菜薹的總根系長度、根系活力受到土壤電導(dǎo)率顯著影響，這與本研究結(jié)果一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，鋅含量對菜薹總根系長度有顯著影響。鋅有利于次生根的生長發(fā)育[44]，還參與色氨酸合成，而色氨酸是合成吲哚乙酸的前體物質(zhì)，色氨酸通過合成生長素來調(diào)控根系的構(gòu)型變化。此外，鋅還可以優(yōu)化地上部和根系之間的物質(zhì)循環(huán)[45]。在植物組織器官中，核糖核酸酶（RNase）活性水平會影響核糖核酸（RNA）、可溶性蛋白質(zhì)含量，從而影響植物體的新陳代謝[46]。鋅的缺乏會導(dǎo)致植物體內(nèi)RNase活性上升，降低核糖核酸、蛋白質(zhì)含量[47]，因此較低的RNase活性有助于促進(jìn)根系的新陳代謝，從而有利于植物的良好生長。

4 結(jié)論

在化肥減量施用條件下，蚯蚓與牛糞的協(xié)同作用不僅顯著降低了土壤pH值、增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量和EC，而且促進(jìn)了菜薹生長指標(biāo)的提升。接種蚯蚓后，土壤中重金屬砷、鉻含量顯著下降，有效控制了土壤中重金屬的有效性，同時減少了土壤的重金屬污染。接種蚯蚓后，菜薹的根系生長發(fā)育進(jìn)程得到顯著提升。氮素通過影響植物激素的合成而顯著影響菜薹株高、莖粗，磷素通過能量代謝途徑促進(jìn)植物根系形態(tài)發(fā)育。綜上，EC、有機(jī)質(zhì)含量及鋅含量都是影響菜薹根長、根系活力的土壤性狀。

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（責(zé)任編輯：徐 艷）

收稿日期：2023-06-01

基金項(xiàng)目：寧夏回族自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021BBF02006）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFD1600300）；寧夏回族自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021BBF02019）；寧夏高等學(xué)校一流學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（NXYLXK2017B03）

作者簡介：高富成（1999-），男，陜西榆林人，碩士，主要從事設(shè)施蔬菜生理栽培的研究。（E-mail）gfc3207@163.com

通訊作者：葉 林，（E-mail）yelin.3993@163.com