蚯蚓糞對日光溫室袋培甜瓜生長及營養(yǎng)吸收的影響

王星林 劉 穎 胡雨松 孫周平 劉義玲

（沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院/設施園藝省部共建教育部重點實驗室/北方園藝設施設計與應用技術國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧 沈陽 110866）

甜瓜（CucumismeloL.）是我國設施栽培的主要作物之一，也是經(jīng)濟高附加值作物。在設施栽培中因農(nóng)藥和化肥施用過量、缺少自然雨水沖淋、重茬連作而導致設施土壤中鹽分含量高、土壤養(yǎng)分失衡及土傳病害加重等一系列土壤退化問題，影響了作物生長［1］。緩解此類問題的常用措施之一是采用基質栽培。目前，國內外常用于蔬菜無土栽培的基質大多以巖棉、草炭、蛭石、椰糠和中藥渣為主，其中巖棉為不可降解材料［2］；草炭為不可再生資源，過度開采會對生態(tài)環(huán)境造成巨大破壞［3-4］；我國是蛭石的非主要產(chǎn)地，購買成本過高［5］；椰糠區(qū)域化特征顯著，運輸成本較高［6］；中藥渣應用需考慮其中重金屬含量［7］。因此，尋找更加環(huán)保、成本低廉并有利于設施甜瓜生長及營養(yǎng)吸收的栽培基質原料對設施甜瓜生產(chǎn)尤為重要。

蚯蚓糞是蚯蚓養(yǎng)殖業(yè)的附屬產(chǎn)物，是一種具有穩(wěn)定團粒結構、持水力高、通氣性強且價格低廉的有機肥［8］。與常規(guī)有機肥相比，蚯蚓糞最大優(yōu)勢是將土壤中的有機物-微生物環(huán)境進行有機結合，形成較為穩(wěn)固的團粒結構，進而能夠有效改善土壤環(huán)境，增加土壤的透氣性、保水性，為對植物生長有促進作用的菌群提供適宜環(huán)境，將土壤轉變?yōu)榧毦鷳B(tài)系統(tǒng)，加快土壤各種物質的轉化，從而促進植物對營養(yǎng)的吸收［9-12］。并且蚯蚓糞中含有大量可以分解土壤有機質的酶類，可將有機質轉化為更易被植物吸收的形態(tài)，蚯蚓糞還可顯著提高土壤中多種參與物質循環(huán)酶的活性，加快各種營養(yǎng)物質在土壤中的循環(huán)和利用，提高肥料利用率［13-14］。前人對蚯蚓糞做了大量研究，但多集中于對三色堇［15］、番茄［16］、黃瓜［17］、西葫蘆［18］、辣椒、圣女果、豇豆［19］和西瓜［20］等園藝作物育苗基質的改良，以及作為有機肥料施用于大田或添加在盆栽中［21-22］，有關蚯蚓糞基質對甜瓜生長及營養(yǎng)吸收影響的研究鮮有報道。

因此，本試驗將蚯蚓糞按不同比例與蛭石和草炭進行復配，采用基質袋栽培方式，通過測定甜瓜植株生長指標、葉片光合指標、植株營養(yǎng)物質含量以及甜瓜產(chǎn)量品質，篩選有利于甜瓜生長及營養(yǎng)吸收的蚯蚓糞最佳施用比例，以期為蚯蚓糞應用于設施甜瓜栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2022年3—7月在沈陽農(nóng)業(yè)大學科研基地日光溫室內進行，以薄皮甜瓜玉美人（購于吉林省公主嶺恒源種業(yè)）為試驗材料。栽培基質的主要成分為蚯蚓糞（購于遼寧宏金龍生物科技有限公司，執(zhí)行標準為NY/T525-2021《有機肥料》［23］，有機質≥30%）、草炭和蛭石。供試材料理化性質見表1。

表1 供試材料的理化性質Table 1 The specific physical and chemical properties of the selected material

1.2 試驗設計

在日光溫室條件下，將蚯蚓糞按不同比例與草炭和蛭石復配成8 種栽培基質，具體處理見表2，各處理具體基質理化性質見表3。

表2 不同處理各成分體積比Table 2 Volume ratio of various components in different treatments/%

表3 不同比例栽培基質的理化性狀Table 3 Physi-chemical properties of different substrates

自定植緩苗后，采用山崎甜瓜配方營養(yǎng)液通過水肥一體化設備（山東鴻泰公司）供應養(yǎng)分，直至采收前1 周停止供應。在定植后45 d 對甜瓜進行摘心，每株自第8節(jié)位開始留果，每株留3個甜瓜。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 試驗材料基本理化性質的測定 采用環(huán)刀法

測定基質容重和總孔隙度；利用PHS-3C 手持pH 計（上海雷磁公司）和DDS-11A電導率儀（上海雷磁公司）分別測定基質pH 值和電導率（electrical conductivity，EC）值；利用堿解擴散法測定堿解氮含量；利用鉬銻抗比色法測定速效磷含量，利用iCE 3300 原子吸收分光光度計（美國Thermo Fisher公司）測定速效鉀含量［24］。

1.3.2 生長指標的測定 各個處理選取3 株具有代表性的甜瓜植株測定株高、莖粗和葉片橫縱徑。隨機選取每個處理3 株生長情況相似的植株，將植株分成根、莖、葉3 個部分，在60 ℃烘箱烘至恒重后測定植株生物量。根系活力采用氯化三苯基四氮唑（triphenyl tetrazolium chloride，TTC）法測定［25］。

1.3.3 植株葉綠素、光合指標及養(yǎng)分含量的測定 葉綠素含量采用乙醇丙酮浸提法測定［25］。光合參數(shù)在晴天上午9∶00 至11∶00，采用Li-6800 便攜式光合儀（美國LI-COR公司）測定。將粉碎后的干樣采用H2SO4-H2O2法［25］提取，利用K-360 全自動凱氏定氮儀（瑞士BUCHI 公司）檢測植株全氮含量；用釩鉬黃比色法［25］測定植株全磷含量；利用iCE 3300 原子吸收分光光度計檢測植株全鉀含量。

1.3.4 產(chǎn)量及果實品質的測定 使用電子天平（江蘇樂祺公司）測定單果重和單株產(chǎn)量。取甜瓜中部果肉使用WBZ 手持折光儀（河北信采公司）測定可溶性固形物含量。分別用鉬藍比色法、蒽酮比色法和考馬斯亮藍法測定維生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量［26］。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

使用Excel 2019 軟件進行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)均以平均值±標準差的形式表示，使用SPSS 26.0 軟件進行顯著性分析，顯著性水平為P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 蚯蚓糞配施量對甜瓜生長指標的影響

2.1.1 蚯蚓糞配施量對甜瓜株高、莖粗及葉片橫縱徑的影響 由圖1 可知，隨著蚯蚓糞配施量的增加，甜瓜株高、莖粗和葉片橫縱徑整體均呈現(xiàn)先升高后下降的變化趨勢。定植后第14 天，各處理甜瓜株高無顯著差異；莖粗在T5處理下最高，較T1處理顯著提高22.6%；添加蚯蚓糞處理整體均顯著促進植株葉片橫縱徑生長。定植后第28 天，T5 處理株高、莖粗和葉片橫縱徑均最高，較T1 處理分別顯著提高48.0%、23.9%、41.1%和35.4%。定植后第42天，T5處理株高和葉片橫縱徑均為最高，較T1 處理分別顯著高出44.1%、29.6%和24.2%；添加蚯蚓糞處理間莖粗無顯著差異。綜上所述，適量蚯蚓糞配施量能顯著促進甜瓜生長，而超過一定比例對甜瓜生長的促進作用會降低。

圖1 蚯蚓糞配施量對甜瓜株高、莖粗及葉片橫縱徑的影響Fig.1 The effects of earthworm manure application rate on plant height，stem diameter and leaf diameter of melon

2.1.2 蚯蚓糞配施量對甜瓜植株各器官生物量的影響 由圖2 可知，隨著蚯蚓糞配施量的增加，植株各器官生物量整體呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢。定植后第14天，蚯蚓糞各處理的根、莖生物量較T1處理差異不顯著（圖2-A、B）；T5處理葉生物量較T1處理顯著提高，較T6處理顯著增加36.3%。定植后第28和第42天，T5處理根和葉的生物量均為最高，顯著高于T1和T6處理。由此可知，蚯蚓糞對甜瓜干物質的積累具有促進作用。

圖2 蚯蚓糞配施量對甜瓜生物量的影響Fig.2 The effect of earthworm manure application rate on biomass of melon

2.1.3 蚯蚓糞配施量對根系活力的影響 由圖3 可知，隨著蚯蚓糞施用量的增加，甜瓜根系活力先上升后下降。其中T5處理的根系活力最強，較T1處理顯著提高5.8%；T6 處理根系活力較T5 處理顯著降低5.2%。由此可見，配施適量蚯蚓糞可以顯著提高甜瓜根系活力，提高甜瓜植株對基質營養(yǎng)物質的利用。

圖3 蚯蚓糞施用量對甜瓜根系活力的影響Fig.3 The effect of earthworm manure application rate on root activity of melon

2.2 蚯蚓糞配施量對葉綠素含量的影響

由圖4 可知，定植后第28 天，T8 處理的葉綠素a、葉綠素b 和葉綠素（a+b）含量均為最高，較T1 處理分別顯著提高38.6%、32.2%和36.2%。定植后第42天，T5 處理葉綠素（a+b）含量最高；T5 處理葉綠素a和葉綠素b 含量較T1 處理均顯著提高；T6 處理葉綠素（a+b）含量較T5處理顯著降低17.8%。定植后第56天，T5 處理葉綠素（a+b）含量最高，較T1 顯著提高29.4%，T6 處理較T5 處理無顯著差異（圖4-C）。由此可知，適量蚯蚓糞可以促進甜瓜葉片葉綠素含量的增加，進而對植株光合作用及光合產(chǎn)物的積累有促進作用。

圖4 蚯蚓糞施用量對甜瓜葉綠素含量的影響Fig.4 The effect of earthworm manure application rate on chlorophyll content of melon

2.3 蚯蚓糞配施量對甜瓜植株光合參數(shù)的影響

由圖5可知，不同處理的光合指標整體均隨著植株的生長呈逐漸下降的趨勢。在定植后第28和第42天，T5處理的凈光合速率最高，顯著高于T1處理（圖5-A）。在定植后第42和第56天，T5處理的氣孔導度最高，較T1處理分別顯著高出27.5%和41.3%（圖5-B）。在定植后第28、第42和第56天，T5處理胞間CO2濃度均為最高，較T1 處理分別顯著增加23.47%、48.56%和57.49%（圖5-C）。定植后第28和第42天，T5處理蒸騰速率最高，且顯著高于T1處理；在定植后第56天，添加蚯蚓糞處理蒸騰速率均顯著高于無蚯蚓糞的T1處理（圖5-D）。由此可見，適量蚯蚓糞配施對甜瓜植株光合作用有顯著促進作用。

圖5 蚯蚓糞施用量對甜瓜光合參數(shù)的影響Fig.5 The effects of earthworm manure application rate on photosynthetic parameters of melon

2.4 蚯蚓糞配施量對植株養(yǎng)分含量的影響

2.4.1 蚯蚓糞配施量對植株全氮含量的影響 由圖6

圖6 蚯蚓糞施用量對甜瓜氮含量的影響Fig.6 The effects of earthworm manure application rate on N content of melon

可知，蚯蚓糞處理植株根、莖、葉全氮含量隨著蚯蚓糞配施量的增加整體呈先上升后下降的變化趨勢。根中全氮含量，在定植后第14 天表現(xiàn)為T8 處理最高，顯著高于T1處理56.3%；定植后第28和第42天，T5處理根中全氮含量最高，較T1處理分別顯著提高21.9%和69.3%，T6處理根中全氮含量較T5處理顯著降低（圖6-A）。莖和葉中全氮含量，在定植后第14、第28、第42和第56天，均表現(xiàn)為T5 處理最高，顯著高于T1 和T6 處理（圖6-B、C）。上述結果表明，在設施袋培甜瓜中合理配施蚯蚓糞有利于促進甜瓜植株對氮的吸收和利用。

2.4.2 蚯蚓糞配施量對植株全磷含量的影響 由圖7可知，隨著蚯蚓糞配施量的增加，植株根、莖、葉中全磷含量整體呈先升高后下降的變化趨勢。根中磷含量，在定植后第14、第28、第42 和第56 天均表現(xiàn)為T5 處理最高，較T1處理分別顯著增加74.8%、71.6%、47.1%和77.9%，T6處理根中全磷含量較T5處理顯著降低（圖7-A）。莖中全磷含量，在定植后第14天表現(xiàn)為T6處理最高，且顯著高于其他處理；定植后第28、第42 和第56 天，T5 處理莖中全磷含量較T1 顯著提高81.8%、59.7%和75.0%（圖7-B）。葉中全磷含量，在定植后第14天，以T8處理最高，顯著高于T1 和T6 處理；定植后第28、第42 和第56天，T5處理均為最高且顯著高于T1和T6處理（圖7-C）。上述結果表明，在設施袋培甜瓜中合理配施蚯蚓糞有利于甜瓜植株對磷元素的吸收和利用。以T5 促進效果最佳，過量配施會減少甜瓜對磷元素的吸收與利用。

圖7 蚯蚓糞施用量對甜瓜磷含量的影響Fig.7 The effects of earthworm manure application rate on P content of melon

2.4.3 蚯蚓糞配施量對植株全鉀含量的影響 由圖8可知，隨著蚯蚓糞配施量的增加，植株根、莖、葉的全鉀含量整體呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢。T5處理的根、莖、葉全鉀含量在甜瓜生長各個時期均為最高，其中根中全鉀含量較T1 處理分別顯著提高71.4%、74.4%、55.8%和43.3%；莖中全鉀含量分別顯著提高44.4%、31.8%、31.1%和26.7%；葉中全鉀含量分別顯著提高26.5%、17.1%、29.1%和17.7%。T6 處理蚯蚓糞配施量較T5 處理增加10%，但植株根、莖、葉中全鉀含量顯著降低。上述結果表明，設施袋培甜瓜中合理配施蚯蚓糞后，植株對鉀元素的吸收和利用顯著增加。

圖8 蚯蚓糞施用量對甜瓜鉀含量的影響Fig.8 The effects of earthworm manure application rate on K content of melon

2.5 蚯蚓糞配施量對甜瓜產(chǎn)量和品質的影響

由表4 可知，隨著蚯蚓糞施用量的增加，單株產(chǎn)量整體呈先上升后下降的趨勢。蚯蚓糞處理甜瓜的單株產(chǎn)量較T1 處理顯著提高，T5 處理單株產(chǎn)量高于T8 處理，但差異不顯著；T5和T8處理單株產(chǎn)量分別較T1處理顯著提高62.40%和45.55%；T6、T7 處理單株產(chǎn)量較T5處理顯著下降。綜上所述，添加適量蚯蚓糞有利于甜瓜產(chǎn)量的提高，而過量配施蚯蚓糞則會導致產(chǎn)量下降。

表4 蚯蚓糞配施量對甜瓜產(chǎn)量和品質的影響Table 4 The effect of earthworm manure on yield and quality of melon

蚯蚓糞的配施對甜瓜果實可溶性糖、可溶性固形物、可溶性蛋白和維生素C含量的提升效果顯著，其中T5 處理對甜瓜果實可溶性糖、可溶性固形物及維生素C 含量提升效果最為顯著，分別較T1 處理顯著提高了3.6、4.7 個百分點和51.72%；T6 處理可溶性蛋白含量最高，顯著高于T5和T1處理。綜合考慮，T5處理對甜瓜品質提升效果較好。

3 討論

3.1 蚯蚓糞配施對甜瓜生長、產(chǎn)量及品質的影響

前人研究表明，蚯蚓糞的施用能夠改善基質理化性質，提高基質養(yǎng)分含量，改善作物根際環(huán)境，在番茄和黃瓜栽培試驗中，能顯著增加番茄根冠比，促進番茄和黃瓜植株株高、莖粗和葉面積等各項農(nóng)藝性狀的提高［27-30］。本研究結果表明，在配施蚯蚓糞后，甜瓜的株高、莖粗、生物量及根系活力等生長指標均有所提高，其中T5（蚯蚓糞∶草炭∶蛭石=4∶1∶5）處理提升效果最為顯著，蚯蚓糞配施量達到50%體積比的T6處理對甜瓜植株生長及營養(yǎng)吸收產(chǎn)生的促進作用降低。植物生長與土壤養(yǎng)分和土壤微生物結構密切相關［31］，有研究表明，蚯蚓糞配施可促進微生物的大量繁殖，改善土壤微生物結構，提高有益菌群數(shù)量，其中部分有益菌群可以產(chǎn)生植物激素和腐殖酸等物質［32］，這些物質可以有效促進植株根系生長及側根數(shù)目增加［33］，進而影響植株地上部生長。蚯蚓糞不僅在植物生長上具有促進作用，對光合作用、產(chǎn)量及果實品質也具有促進作用。蚯蚓糞應用于黃瓜［34］、葡萄［35］、番茄［36］等園藝作物時，能顯著增強植株光合作用，提高果實產(chǎn)量和果實中的可溶性糖、維生素C 及可溶性蛋白含量。本研究同樣發(fā)現(xiàn)，配施蚯蚓糞處理的甜瓜植株光合作用、果實產(chǎn)量及品質指標較無蚯蚓糞處理均有所提升，以T5（蚯蚓糞∶草炭∶蛭石=4∶1∶5）處理的提升效果最為顯著。究其原因，作物產(chǎn)量及品質的形成與光合能力強弱和土壤肥力等因素有關，有研究表明蚯蚓糞中的生物活性物質可參與植株中多種生理反應，顯著提高作物葉綠素含量，延緩葉片衰老，增強葉片光合能力［37-38］，且蚯蚓糞還可通過調控微生物對有機質的礦化分解及固氮作用，間接提高土壤中養(yǎng)分的含量和有效性，有助于增加植株中的營養(yǎng)元素含量，進而提高產(chǎn)量和果實品質［39-40］。

3.2 蚯蚓糞配施對甜瓜營養(yǎng)吸收的影響

在甜瓜的整個生長期內，對于氮、磷、鉀的需求量較大，植株氮、磷、鉀含量是作物產(chǎn)量品質形成的基礎［41］。孫志祥等［42］研究表明，施用有機肥能顯著提高土壤中氮、磷和鉀的含量，改善土壤理化性質，有利于水稻根系對養(yǎng)分的吸收。在本研究中，施用蚯蚓糞增加了甜瓜植株根、莖、葉中氮、磷、鉀的含量，以T5處理對植株氮、磷、鉀含量綜合提升效果最佳。蚯蚓糞提高植株營養(yǎng)吸收能力由多方面因素決定，有研究表明，蚯蚓糞具有特殊的團粒結構，施用后可以改善土壤結構，提高土壤的通氣性［43］，而甜瓜作為典型的根際氣體敏感性作物，基質通氣性的提高更加有利于甜瓜根系生長和養(yǎng)分吸收。通氣性的增強可提高植物根系細胞質膜上的H+-ATPase 活性［44］，促進植物根系細胞從細胞膜外向細胞膜內運輸養(yǎng)分離子，從而提高植株對養(yǎng)分的吸收能力。除此之外，蚯蚓糞中的纖維素酶、幾丁質酶和淀粉酶等酶類能夠加速將有機質分解為易于被植物吸收的養(yǎng)分，提高肥料利用率，增強土壤的供肥能力［45-47］。同時，蚯蚓糞含有的次生代謝物也可參與調節(jié)植物生長發(fā)育過程，如大量元素和微量元素的代謝，進而促進植株對養(yǎng)分的吸收利用［48-50］。

4 結論

蚯蚓糞不同施用量對甜瓜植株的生長及營養(yǎng)吸收能力有著不同程度的促進作用。以T5（蚯蚓糞∶草炭∶蛭石=4∶1∶5）處理對甜瓜的生長及養(yǎng)分吸收綜合提升效果最為顯著，超過適宜的蚯蚓糞配施量對甜瓜植株生長的促進作用降低。綜合考慮，蚯蚓糞在日光溫室袋培甜瓜生產(chǎn)中的適宜比例為蚯蚓糞∶草炭∶蛭石=4∶1∶5。