蚯蚓糞對草炭型育苗基質及黃瓜幼苗的影響

摘 要：為探究蚯蚓糞在優(yōu)化傳統(tǒng)草炭型蔬菜育苗基質中的應用，分別添加0（CK）、10%、20%、30%、40%和50%的蚯蚓糞到傳統(tǒng)草炭型育苗基質中，測定改良后的草炭型育苗基質性質、黃瓜幼苗形態(tài)及生理指標。結果表明，隨著蚯蚓糞添加量的增加，育苗基質的容重、EC呈逐漸升高的趨勢，而基質中細菌和真菌數(shù)量及中性磷酸酶（S-NP）、堿性磷酸酶（S-ALP）活性均呈先升高后降低的變化趨勢。與CK相比，添加蚯蚓糞顯著提高了黃瓜育苗基質的S-NP、S-ALP活性，且均以T4處理（添加40%蚯蚓糞）表現(xiàn)最好，比CK分別顯著提高52.72%、43.16%。對于黃瓜幼苗而言，T4處理綜合表現(xiàn)最好，地上部株高、莖粗、葉面積、生物量、地下部幼苗根系活力、根長度、根表面積等均顯著高于CK。綜上，添加蚯蚓糞能通過改善育苗基質性質，進而提高幼苗地上部及地下部形態(tài)指標，達到培育健壯黃瓜幼苗的目的，推薦采用的蚯蚓糞添加量為40%（質量分數(shù)）。

關鍵詞：黃瓜；蚯蚓糞；育苗基質；幼苗生長

中圖分類號：S642.2 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2024）10-075-07

收稿日期：2024-03-16；修回日期：2024-07-03

基金項目：國家可持續(xù)示范區(qū)建設項目（202206F011）；河北省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項資金（HBCT2023100212）

作者簡介：白曉鳳，女，在讀碩士研究生，研究方向為蔬菜栽培生理與品質調控。E-mail：twilight0707@163.com

通信作者：薛占軍，男，講師，研究方向為蔬菜栽培生理與品質調控。E-mail：xzj_0117@126.com

Effects of vermicompost on peat-based seedling substrates and cucumber seedling

BAI Xiaofeng， LU Wei， ZHANG Yuchang， LI Qingyun， XUE Zhanjun

（College of Horticulture， Hebei Agricultural University， Baoding 071000， Hebei， China）

Abstract： To explore the application of vermicompost in optimizing traditional peat-based vegetable seedling substrates， this experiment added 0（CK）， 10%， 20%， 30%， 40%， and 50% vermicompost to traditional peat-based seedling substrates， measuring the properties of the improved substrates， and the morphological and physiological indices of cucumber seedling. The results showed that as the amount of vermicompost increased， the bulk density and EC of the seedling substrate gradually increased， while the number of bacteria， fungi， and the activities of neutral phosphatase （S-NP） and alkaline phosphatase （S-ALP） showed a trend of first increasing and then decreasing. When compared with CK， the addition of vermicompost significantly increased the S-NP and S-ALP activities in the cucumber seedling substrate， with the T4 treatment showing the best performance， increasing by 52.72% and 43.16%， respectively. For cucumber seedlings， T4 treatment （with 40% vermicompost added） showed the best performance， with significantly higher aboveground plant height， stem thickness， leaf area， biomass， underground seedling root system vitality， root lenght， and root surface area than CK. In summary， adding vermicompost can improve the properties of the seedling substrate， thereby enhancing the morphological indices of both the aboveground and underground parts of the seedling， and achieving the goal of cultivating robust cucumber seedling. The recommended vermicompost addition is 40%.

Key words： Cucumber; Vermicompost; Seedling substrate; Seedling growth

育苗已成為現(xiàn)代園藝作物生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)之一，是實現(xiàn)蔬菜高產(chǎn)優(yōu)質的基礎，而無土育苗基質是培育壯苗的關鍵，且在各類無土育苗基質中，草炭型基質占據(jù)主導地位[1]。草炭是一種優(yōu)良的基質改良劑，其效果已被許多試驗所證實。但是草炭是短期不可再生資源，且草炭型基質的保水保肥性并不理想，因此，低成本且環(huán)保的無土育苗代用基質成為當前的研究熱點[2]。研究表明，經(jīng)過腐熟處理后的蚯蚓糞、玉米秸稈、玉米芯、稻殼、麥糠、爐渣、菇渣等農(nóng)業(yè)廢棄物可以替代草炭與蛭石、珍珠巖復配[3-5]，并能培育出健壯的蔬菜幼苗，提高種苗質量。

近年來，關于蚯蚓糞改良基質的研究逐漸受到人們的關注。蚯蚓糞富含有機質、腐植酸等養(yǎng)分，能夠改善土壤結構，提高土壤的透氣和保水能力[6-7]。此外，蚯蚓糞還提供多種激素和酶類物質，為植株生長發(fā)育創(chuàng)造良好的環(huán)境條件[8]。趙永鑫等[9]研究表明，蚯蚓糞替代化肥改善了土壤化學性狀，顯著提高小白菜產(chǎn)量的同時增加可溶性糖和維生素C含量，降低硝酸鹽含量。李燕等[10]研究表明，蚯蚓糞作為甘藍育苗的一種原材料，能夠有效促進其生長發(fā)育。楊玉凱等[11]研究表明，蚯蚓糞復合基質對番茄幼苗的生長和光合作用有顯著的促進效果。曹云等[12]研究表明，蚯蚓糞的施入可促進小白菜幼苗的株高、莖粗和根系質量增加等。由此可見，利用蚯蚓糞開發(fā)蔬菜育苗基質具有可行性，但是篩選適齡壯苗的優(yōu)化配方仍需要深入研究。因此，針對育苗產(chǎn)業(yè)過度依賴不可再生的草炭型育苗基質，而國內農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用率低的現(xiàn)實問題，筆者擬在傳統(tǒng)草炭育苗基質的基礎上，分別添加不同質量分數(shù)的生活污泥制備的蚯蚓糞，研究蚯蚓糞對改良后草炭型育苗基質的物理、化學和生物學性質及黃瓜幼苗的形態(tài)、葉片生理和壯苗指數(shù)等參數(shù)的影響，篩選出適合黃瓜壯苗培育的最佳蚯蚓糞添加量，以期為黃瓜基質育苗技術優(yōu)化提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗所選用育苗基質為蚯蚓糞、進口草炭、蛭石、珍珠巖。蚯蚓糞是蚯蚓分解生活污泥得到的，收集于保定市清苑縣蚯蚓生產(chǎn)基地，全氮含量（w，后同）16.67 g·kg-1、全磷含量11.41 g·kg-1、全鉀含量10.17 g·kg-1、水解性氮含量1 513.68 mg·kg-1、有效磷含量351.71 mg·kg-1、速效鉀含量1 767.66 mg·kg-1、有機質含量262.14 mg·kg-1；重金屬砷含量12.96 mg·kg-1、鎘含量0.52 mg·kg-1、鉻含量47.65 mg·kg-1、汞含量0.83 mg·kg-1、鉛含量78.51 mg·kg-1，均符合行業(yè)標準《土壤環(huán)境質量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準（試行）》[13]。蚯蚓糞在使用前打碎過2 mm篩后備用；草炭為德國Floragard公司生產(chǎn)的進口型草炭；蛭石、珍珠巖均購于河北省保定市蓮池區(qū)基質廠；供試黃瓜品種為馳豐668，試驗用水溶肥是N、P2O5、K2O質量比為20∶20∶20的平衡肥，均購于保定市農(nóng)貿市場。

1.2 試驗設計

育苗基質以蚯蚓分解生活污泥得到的污泥蚯蚓糞、傳統(tǒng)基質（進口草炭、蛭石、珍珠巖體積比6∶2∶2）為原料，兩種原料的容重（BD）、總孔隙度（TP）、通氣孔隙度（AP）、持水孔隙度（WHP）、氣水比（AP/WHP）、pH、EC值見表1。在傳統(tǒng)草炭型育苗基質的基礎上，分別添加不同質量分數(shù)的蚯蚓糞，形成系列配方育苗基質，見表2。種植前按照郭世榮[14]和程斐等的方法[15]，測定的配方基質容重為0.16～0.29 g·cm-3，總孔隙度為67.41%～69.93%、通氣孔隙度為4.30%～6.70%、持水孔隙度為62.02%～63.74%、氣水比為0.06～0.11；基質pH為6.54～7.26，EC值為242.33～556.83 μS·cm-1，以上數(shù)據(jù)基本符合行業(yè)標準《蔬菜育苗基質：NY/T 2118—2012》[16]。

育苗配方基質篩選試驗于2023年5—6月在河北農(nóng)業(yè)大學東校區(qū)溫室內進行。將黃瓜種子浸種催芽后選擇發(fā)芽一致的種子播于裝有不同配方基質的50孔穴盤內，每個處理2盤，隨機區(qū)組排列。育苗期間每天上午噴灑1次清水，每次需澆透，待幼苗第一片真葉展開后，每天上午噴灑1次1000倍水溶肥，待幼苗達壯苗標準時（即20 d左右的日歷苗齡），統(tǒng)一對各處理進行取樣測定。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 不同處理基質的理化性質測定 （1）基質物理性質的測定：按照郭世榮[14]的方法測定基質的容重、孔隙度，取已知體積V的風干基質加入環(huán)刀（記質量W1）中，稱質量W2，在浸泡水中24 h，稱質量W3；撈出倒置水分自由瀝干24 h后，稱質量W4。每處理重復3次。按以下公式計算各理化指標：

容重（BD）/（g·cm-3）=（W2-W1）/V； （1）

總孔隙度（TP）/%=（W3-W2）/V×100； （2）

通氣孔隙度（AP）/%=（W3-W4）/V×100； （3）

持水孔隙度（WHP）/%=TP-AP； （4）

氣水比=AP/WHP。 （5）

（2）基質化學性質的測定：按照程斐等[15]的方法采用飽和浸提法進行測定，風干基質和去離子水按照體積比1∶5混合，攪拌后靜置24 h，使用雷磁PHS-3C型pH計、雷磁DDS-307A型EC計分別測定上清液pH和EC值。

1.3.2 不同基質真菌、細菌、放線菌總量的測定 微生物數(shù)量采用稀釋平板法測定，其中細菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌采用孟加拉紅培養(yǎng)基，放線菌采用高氏I號培養(yǎng)基。微生物數(shù)量以每克基質中的菌落數(shù)表示，計算公式為每克基質中所含微生物數(shù)量（cfu·g-1）=菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)/[接種量（mL）×（1-樣品含水量）]。

1.3.3 不同基質酶活性的測定 將種植后的基質在室內自然風干后研磨，過40目篩，采用磷酸苯二鈉比色法測定磷酸酶活性[17]，其活性以1 g基質中1 h釋放出的1 μmol酚表示，分別測定基質中酸性、中性和堿性磷酸酶活性。

1.3.4 黃瓜幼苗地上部形態(tài)指標的測定 每個處理隨機挑選10棵幼苗做好編號測定株高、莖粗和葉面積。用直尺測定莖基部到中心點最高處的垂直高度為株高；用游標卡尺測量莖粗，以子葉脫落處的粗度為測量標準；用AM200葉面積儀掃描測量葉面積。

1.3.5 黃瓜幼苗地下部根系形態(tài)及活力的測定 用MRS-9600TFU2L根系掃描儀掃描各處理的根系圖像，并分析根長度、根表面積、根體積、根尖數(shù)等指標；將幼苗根系洗凈基質后，從根尖向上取4 cm的根段，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測定根系活力[18]。

1.3.6 黃瓜葉片色素含量的測定 采用80%丙酮提取法，分別在波長470、645、663 nm下測定葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量[19-20]。

1.3.7 黃瓜幼苗生物量的測定 每個處理隨機選擇4株幼苗，測定黃瓜幼苗全株、地上部、地下部干質量和鮮質量，計算壯苗指數(shù)和根冠比。

幼苗鮮質量測定：將幼苗從穴盤中取出，輕輕抖落根系的基質后，用清水輕輕洗去幼苗根部黏附的基質，再用餐巾紙吸干表面水分后，將植株從根部剪斷，用萬分之一分析天平分別測量地上部和地下部鮮質量。

幼苗干質量測定：鮮質量測量后，先在105 ℃鼓風干燥箱內殺青30 min，然后在80 ℃下烘干48 h至恒質量，分別測定各部分的干質量。

幼苗壯苗指數(shù)和根冠比分別按照韓素芹等[21]和司東霞等[22]的方法計算。壯苗指數(shù)=（莖粗/株高+地下部干質量/地上部干質量）×全株干質量；根冠比=地下部干質量/地上部干質量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2021和SPSS 25.0進行數(shù)據(jù)處理和分析，采用Duncan’s新復極差法進行顯著性檢驗（p<0.05）。

2 結果與分析

2.1 添加蚯蚓糞對黃瓜育苗基質的影響

2.1.1 添加蚯蚓糞對黃瓜育苗基質物理性質的影響 由表3可知，與CK相比，添加蚯蚓糞對育苗基質的物理性質有一定影響。隨著蚯蚓糞添加量的增加，基質容重呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，較CK提高了18.75%～81.25%；不同處理的持水孔隙度無顯著差異；T3、T4、T5處理的總孔隙度顯著低于CK，降低幅度分別為3.60%、3.95%和4.09%；T2、T3、T4和T5處理的通氣孔隙度和氣水比均顯著低于CK，其中T5處理均最低，比CK分別顯著降低35.82%、45.45%。

2.1.2 添加蚯蚓糞對黃瓜育苗基質化學性質的影響 由表4可知，與CK相比，添加蚯蚓糞對育苗基質的化學性質有一定影響，各處理基質pH顯著升高，增幅為7.34%～10.55%；各處理基質EC隨著蚯蚓糞添加量的增加呈逐漸升高的趨勢，增幅為7.91%～129.78%，其中T2、T3、T4和T5處理與CK均呈顯著差異。

2.1.3 添加蚯蚓糞對黃瓜育苗基質微生物多樣性的影響 由表5可知，與CK相比，添加蚯蚓糞對育苗基質的細菌、真菌、放線菌數(shù)量有一定影響。隨著蚯蚓糞添加量的增加，基質的細菌和真菌數(shù)量呈先增加后減少的變化趨勢，放線菌數(shù)量呈先增加后減少再增加的變化趨勢，其中T2處理的細菌、真菌和放線菌數(shù)量均顯著高于CK及其他處理，分別比CK顯著增加87.49%、152.56%、48.36%。

2.1.4 添加蚯蚓糞對黃瓜育苗基質酶活性的影響 由表6可知，與CK相比，添加蚯蚓糞對育苗基質的磷酸酶活性有顯著影響。添加蚯蚓糞的基質酸性磷酸酶活性均顯著低于CK，且隨著蚯蚓糞添加量的增加呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢，T3處理最低，較CK顯著降低39.12%；添加蚯蚓糞的基質中性和堿性磷酸酶活性均顯著高于CK，且隨著蚯蚓糞添加量的增加呈先升高后降低的變化趨勢，均以T4處理最高，分別較CK顯著提高52.72%、43.16%。

2.2 添加蚯蚓糞對黃瓜幼苗地上部形態(tài)指標的影響

由表7可知，與CK相比，添加蚯蚓糞對黃瓜幼苗形態(tài)指標有一定影響。添加蚯蚓糞的各處理黃瓜幼苗莖粗均有所增加，但差異不顯著；除T5處理外，其他處理株高均高于CK，各處理株高和莖粗均以T4處理最大，分別比CK提高了6.68%、7.28%。與CK相比，各處理第一片真葉面積和單株總葉面積均有所增大，增幅分別為4.82%～34.27%、7.80%～25.93%，且均以T4處理最大，分別比CK顯著增大34.27%和25.93%。

2.3 添加蚯蚓糞對黃瓜幼苗地下部根系形態(tài)指標的影響

由表8可知，與CK相比，添加蚯蚓糞對黃瓜幼苗地下部根系形態(tài)指標有一定影響。T3和T4處理的根系活力分別比CK顯著提高122.71%、81.04%；添加蚯蚓糞后，黃瓜幼苗的根長度、根表面積、根體積、根尖數(shù)均呈先增加后減少的變化趨勢，均以T4處理最大，與CK相比，分別顯著增加19.38%、34.55%、42.93%、36.29%。

2.4 添加蚯蚓糞對黃瓜幼苗色素含量的影響

由表9可知，與CK相比，添加蚯蚓糞對黃瓜葉片色素含量有一定影響。隨著蚯蚓糞添加量的增加，黃瓜葉片的總葉綠素、葉綠素a和葉綠素b含量均呈先升高后降低的變化趨勢，均以T2處理最高，較CK分別顯著提高11.32%、7.69%和28.57%；對于類胡蘿卜素而言，與CK相比，添加蚯蚓糞顯著降低了黃瓜葉片的類胡蘿卜素含量，其中T5處理葉片的類胡蘿卜素含量最低，比CK顯著降低28.57%。

2.5 添加蚯蚓糞對黃瓜幼苗干鮮質量、壯苗指數(shù)和根冠比的影響

由表10可知，與CK相比，添加蚯蚓糞對黃瓜幼苗的干鮮質量、壯苗指數(shù)和根冠比有一定影響。隨著蚯蚓糞添加量的增加，黃瓜幼苗全株鮮質量、全株干質量、地上部鮮質量、地上部干質量、地下部鮮質量、地下部干質量均呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢，較CK分別增加了7.26%～34.74%、2.94%～25.00%、5.84%～35.45%、3.33%～23.33%、-10.00%～32.22%、0～37.50%；在各處理中，均以T4處理表現(xiàn)最好。對于壯苗指數(shù)和根冠比而言，均以T4處理效果最好，比CK分別顯著提高27.27%、23.08%，其他處理與CK均無顯著差異。

3 討論與結論

3.1 添加蚯蚓糞對育苗基質的影響

基質是蔬菜育苗的重要組成部分，蚯蚓糞為可再生的綠色環(huán)保資源，生產(chǎn)加工技術已非常成熟，目前市場應用較為廣泛，可用于替代短期不可再生的草炭[23]。筆者在傳統(tǒng)基質（草炭、蛭石、珍珠巖體積比6∶2∶2）的基礎上，添加蚯蚓糞組成的復配基質，其容重為0.16～0.29 g·cm-3，總孔隙度為67.41%～69.93%，pH為6.54～7.26，EC值為242.33～556.83 μS·cm-1，數(shù)據(jù)基本符合蔬菜育苗基質的物理特性要求[16]。

土壤酶活性是土壤中生物化學過程的總體現(xiàn)，可以反映土壤生物活性和土壤生化反應強度、土壤性質和肥力水平[24-25]。本研究結果表明，隨著蚯蚓糞添加量的增加，基質中性及堿性磷酸酶活性呈先升高后降低的變化趨勢，蚯蚓糞添加量在10%～40%時，施用量越大，土壤中性及堿性磷酸酶活性越高，其原因是施用有機肥促進作物根系的生長，從而提高了土壤磷酸酶活性。磷酸酶與土壤中磷的轉化密切相關，提高了作物可利用磷的含量，有利于黃瓜幼苗生長。但是，施用量增加至50%時，基質中性及堿性磷酸酶活性反而下降，這可能是磷酸酶具有反饋抑制作用[26]。

此外，外源施入一定數(shù)量的蚯蚓糞增加了黃瓜基質微生物數(shù)量，這與徐憲斌[27]的研究相似，且添加20%蚯蚓糞時，基質中細菌、真菌和放線菌數(shù)量均顯著高于其他處理。這與曹旭等[28]關于番茄根際土壤微生物的研究結果不完全一致，造成這一差異可能與作物種類、土壤性狀和試驗周期等因素有關。

3.2 添加蚯蚓糞對黃瓜幼苗生長的影響

蚯蚓糞能改善基質理化性質，增加基質酶活性和微生物數(shù)量并提高基質質量，從而促進植物生長與養(yǎng)分吸收。在本研究中，添加蚯蚓糞的處理能夠改善植株的生長特性，促進植株根莖的生長。前人研究表明，蚯蚓糞可以促進人參生長[29]；提高小型西瓜幼苗的株高、莖粗、生物量、根長、根表面積等指標[30]；促進番茄幼苗的生長，提升番茄幼苗質量，表現(xiàn)為番茄幼苗生長迅速、干物質積累快、壯苗指數(shù)大[31]。本研究表明，與CK相比，添加蚯蚓糞的育苗基質提高了黃瓜幼苗的株高、莖粗、第一片真葉葉面積、單株總葉面積和干鮮質量，但是蚯蚓糞添加量在50%時，對黃瓜幼苗形態(tài)指標的促進效果相對減弱，說明添加適量的蚯蚓糞對黃瓜幼苗的生長有促進作用，但蚯蚓糞含量過高時，基質容重高、孔隙度低、通氣性差，反而可能會抑制黃瓜幼苗的生長[32]。

此外，植物根系是活躍的吸收器官和合成器官，會直接或間接地影響植物地上部的生長和營養(yǎng)狀況以及產(chǎn)量。本試驗結果表明，添加蚯蚓糞可不同程度地提高黃瓜幼苗的根系活力，促進根系生長，其中添加30%及40%蚯蚓糞的處理效果最好，但是蚯蚓糞添加量在50%時，黃瓜幼苗根系活力及根系生長量與對照差異不顯著甚至低于對照。這可能是因為基質中蚯蚓糞含量過高，導致基質EC值偏高，提高了含鹽量，反而不利于根系生長。添加適量蚯蚓糞，能提高植物根系活力，有利于根系對養(yǎng)分的吸收，促進植物生長，這與前人的研究結果相似[33-35]。

綜上所述，蚯蚓糞不同施用量對黃瓜育苗基質及植株的生長有著不同程度的促進作用。以T4處理（添加40%的蚯蚓糞）對黃瓜育苗基質及植株的生長綜合提升效果最好，超過適宜的蚯蚓糞添加量對黃瓜植株生長的促進作用減弱。

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