蚯蚓粪抑制植物土传病害研究尝试



蚯蚓粪抑制植物土传病害研究尝试

1　引言

随着世界人口的不断增长和集约畜牧业的兴起，大量有机废弃物也随之产生。在中国，每年产生的工农业废弃物大约有1.8×1010m3。这些废弃物占用大量土地并释放出难闻的气味。由于土地减少和资金短缺，80%以上的废弃物被倾入河湖及其他水体中，造成水体污染等环境问题，致使废弃物中的营养物质大量流失。在美国等发达国家，废弃物的处理同样是一个棘手的问题。

很早人们就知道蚯蚓在有机质分解和土壤营养物质释放中发挥着极重要的作用。经过发酵的有机废弃物，通过蚯蚓的消化系统，在蛋白酶、脂肪酶、纤维酶、淀粉酶的作用下迅速分解、转化为其自身或其他生物易于利用的营养物质，即利用蚯蚓处理有机废弃物，既可生产优良的动物蛋白，又可生产肥沃的生物有机肥。因此，用蚯蚓对有机废弃物进行处理被认为是行之有效的一种方法。日本冈县1977年就成立了蚯蚓繁殖事业协会，1978年建成了占地1.65×104m2的养殖场，每月可处理有机废物3 000 t，此后蚯蚓养殖业迅速发展。日本学者前田古颜在1973年育成繁殖倍数极高、适于人工养殖的蚯蚓品种 “大平2号”（一种用于处理有机废弃物的赤子爱胜蚓），使这项生物技术得到了革命性的发展。0.373 kg蚯蚓只要48小时就能把0.373 kg易腐有机垃圾变成富有养分的粪便，而且用蚯蚓粪为肥料生产出来的食品无化学残留污染。

北美蚯蚓养殖极为盛行，美国有9万个蚯蚓养殖场在养殖和出售蚯蚓。据美国农业部估计，有25%的美国人至少每周购买1次用有机肥生产的食品。因此，施用有机肥的农民对蚯蚓粪的需求量大增，以致供不应求。在我国，虽然从上世纪80年代就开始了利用蚯蚓处理有机垃圾及农业废弃物的实验工作，但目前尚未形成有机废弃物生物处理资源化的有效途径，也没有见到有关蚯蚓处理垃圾等有机废弃物而收到明显效益的规模化基地。因此，展开这方面的研究，不仅发展潜力大，意义也很深远。

在蚯蚓综合利用方面，由于传统观念束缚，仅仅停留在直接应用的初级阶段。就蚯蚓粪而言，由于其特殊的成分及功能，可作为高效生物有机肥和某些鱼类等动物饲料添加剂，且蚯蚓粪对一些土传病害能起到一定的防治作用。通过与蚯蚓养殖相联系，在蚯蚓饵料中添加一些特殊物质（如营养元素和生物制剂），既能提高蚯蚓的处理效率，又能使蚯蚓粪对植物病害产生持续的抑制作用。

2　蚯蚓粪的性质

2.1物理性质蚯蚓粪是一种黑色、均一、有自然泥土味的细碎物质。其物理性质由原材料的性质及蚯蚓消化的程度决定，具有很好的孔性、通气性、排水性和高的持水量。蚯蚓粪因有很大的表面积，使得许多有益微生物得以生存，并具有良好的吸收和保持营养物质的能力，同时经过蚯蚓消化，有益于蚯蚓粪中水稳性团聚体的形成。

2.2化学性质和原材料相比，蚯蚓粪中可溶性盐的含量、阳离子交换性能和腐殖酸含量有明显增加，也就是有机质转化成了稳定的腐殖质类复合物质。许多有机废弃物，尤其是畜禽粪便一般呈碱性，而大多植物喜好的生长介质偏酸（pH 6～6.5）。在蚯蚓消化过程中，由于微生物新陈代谢过程中产生有机酸，使废弃物的pH值降低，趋于中性。蚯蚓粪中营养物质的含量随原材料不同而有差异，但一般来说，植物生长所必需的营养元素（包括微量元素）蚯蚓粪中不仅都存在，且含量较高，是植物易于吸收的形式。2.3生物学性质蚯蚓粪中富含细菌、放线菌和真菌。这些微生物不仅使复杂物质矿化为植物易于吸收的有效物质，而且还合成一系列有生物活性的物质，如糖、氨基酸、维生素等。这些物质的产生使蚯蚓粪具有许多特殊性质。

3　蚯蚓粪抑制土传病害机理探讨

将蚯蚓粪用于对土传病害的抑制是一种新的尝试。国外一些专业人士的研究结果表明，蚯蚓粪在一定程度上起到了生物控制病害的作用，但机制尚未完全明确。有研究表明，蚯蚓粪灭菌后失去了控制病害的活性。将灭菌后的蚯蚓粪水浸液在PDA培养基上反而刺激了镰刀菌的生长，表明蚯蚓粪中的化学因素对病害没有直接的抑制作用，而是生物因素在起作用，也就是强调了微生物及其代谢活性物质的作用。

蚯蚓粪中富含微生物等活性物质，蚯蚓消化道是某些细菌和放线菌等微生物的小型 “活的培养室”。有人测试表明，从蚯蚓消化道前端到后端，微生物数量往往以指数级速度在增加，因而在排出来的蚯蚓粪中含有大量微生物。而且，由于蚯蚓粪营养丰富，蚯蚓粪排出后第1周内细菌数量还会成倍增加，直到数周后仍不下降。真菌菌丝通过蚯蚓消化道后会被破坏，Tiwari等调查了30种不同地点的土壤及蚯蚓排泄物的真菌后发现，蚯蚓排泄物中真菌数量和种类都高于相应的土壤。由此可以推测，微生物种群可能是影响蚯蚓粪抑制病害作用的主要因素。一方面，施用蚯蚓粪后，提高了植物根系微生物的活性，很快控制了根系土壤中的有机营养物质。另一方面，据Szczech研究表明，把蚯蚓粪加到琼脂培养基上，其拮抗真菌病菌的抑菌圈很明显。高温灭菌后，抑菌圈消失，表明微生物的拮抗作用和其代谢产物直接影响了病原菌的生长。

目前，从蚯蚓粪中分离出拮抗微生物，成功用于某些病原菌的生物防治的实例还未见报道，但从一般性的堆肥中分离出的许多拮抗菌，已成功用于立枯丝核菌的生物防治。

一般的生物防治剂对病害抑制缺少一致性是其最大缺点，使用生物防治剂的组合能部分解决这一问题。其原因是许多生物防治剂同时相互作用，能保证至少一种在环境条件变化时仍能起作用。因此，对于含有多种拮抗微生物的一般堆肥和蚯蚓粪来说，具有很好的生物防治性是合理的。

虽然蚯蚓粪控制病害的确切机制还不十分清楚，也没有分离出有效的真菌和细菌生物防治剂，但许多研究都证实，蚯蚓粪中有大量拮抗微生物的存在。从一般性的堆肥中已分离出一些有效的拮抗真菌和细菌品种。能产生抗生素的微生物（比如荧光假单孢菌）可以替代土壤中的病原菌，并能分解植物残余物质。因此，拮抗微生物通过一种或几种生物学性质或生物化学性质 （其中包括营养竞争、抗生、寄生和捕食、诱导抗性等）控制病原菌的生长繁殖，使富含微生物的堆肥和蚯蚓粪具备了控制植物病害的能力。

4　结语

蚯蚓粪作为蚯蚓养殖中的副产品，能显著促进植物生长，是一种优良的有机肥料。把这种优质肥料应用于植物病害防治是蚯蚓粪应用的一个重要开拓。目前，蚯蚓粪对土传病害抑制研究还只是一个开端，需要解决的问题很多，但蚯蚓粪在病害抑制中的潜力已明显表现出来。所以，典型的利用特定拮抗微生物控制病害的概念正被以土壤调节（如在堆肥或蚯蚓粪中引入拮抗微生物功能群体）这种形式所代替。虽然用自然的生物防治物质完全代替化学制品是不可能的，但使用蚯蚓粪等不仅可以抑制病害，更为重要的是会减弱由于杀菌剂等化学药品的使用而使病原菌产生抗药性的可能，从而允许少量使用一些化学防治剂。为此，开展蚯蚓粪对土传病害的研究是植物病害综合防治中的重要部分。

生物防治的主要特征是有益微生物群体能强烈侵染到根系中，如对蚯蚓粪中拮抗微生物功能群体各自的作用及相互关系有进一步认识，就会引导产生更为有效的防治病菌的综合措施。总之，只有对蚯蚓粪中微生物的作用机制做深入研究，才能使蚯蚓粪在病害综合防治中发挥其最大作用。

参考文献（略）

（本文原载 《应用生态学报》2003年第2期，署名作者为北京市农林科学院综合研究所胡艳霞和中国农业大学生态与环境科学系孙振钧、程文玲，编者对文题和内容进行了删改）