不同氮肥水平下蚯蚓粪施用对水稻生长特性及产量的影响

赵春容 单双吕 王玉梅 罗凯 周雪峰 黄敏 张恒栋 范龙 曹放波 陈佳娜 方升亮 邹应斌

（湖南农业大学南方粮油作物协同创新中心，长沙410128；*通讯作者：ybzou123@126.com）

不同氮肥水平下蚯蚓粪施用对水稻生长特性及产量的影响

赵春容 单双吕 王玉梅 罗凯 周雪峰 黄敏 张恒栋 范龙 曹放波 陈佳娜 方升亮 邹应斌*

（湖南农业大学南方粮油作物协同创新中心，长沙410128；*通讯作者：ybzou123@126.com）

以两优培九为材料，采用大田微区试验，研究不同氮肥水平（N1，9 g/m2；N2，12 g/m2；N3，15 g/m2）下不同蚯蚓粪施用量（EC0，0；EC1，16.88 kg/m2；EC2，33.76 kg/m2）对水稻生长及产量形成的影响。结果表明，移栽40 d后EC2和EC1处理的茎蘖数均显著高于EC0（P<0.05）；幼穗分化期和乳熟期EC0处理的SPAD值均显著低于EC1和EC2处理（P<0.05）；齐穗期EC0处理的叶面积指数分别比EC1和EC2处理低32.7%和80.7%，地上部总干物质量分别比EC1和EC2处理低30.6%和59.8%；成熟期有效穗数、地上部干物质量和水稻产量均表现为EC2＞EC1＞EC0，EC2和EC1处理的有效穗数分别比EC0处理多41.5%和21.3%、地上部干物质量分别比EC0处理高47.7%和25.8%、产量分别比EC0处理高35.4%和34.3%。由此可见，施用蚯蚓粪便可促进水稻分蘖，提高水稻叶面积、SPAD值和地上部干物质量，进而提高水稻籽粒产量。

蚯蚓粪便；水稻；生长特性；产量

化肥、除草剂等科技成果的运用给农业生产带来效益的同时，也对环境产生了一系列负面影响。研究发现，蚯蚓在作物秸秆、动物畜禽粪便及工业废弃物等有机废弃物的分解、处理方面表现出很大的潜力[1-3]。蚯蚓不仅能够分解多种污染环境的废弃物，还能够在将它们堆制、发酵、食用排出体内形成蚯蚓粪。蚯蚓粪颗粒均匀，保水透气能力比一般土壤高，具有较大的表面积和胶体网状特性[4]。此外，蚯蚓粪还富含植物生长所需的营养物质，包括N、P、K、Fe、Mo、Zn、C等元素和大量有益菌[5-7]，被广泛应用于园艺作物[8-10]和农艺作物[11-12]，并发挥了积极作用。有研究发现，将蚯蚓粪便添加到水稻育苗基质中，秧苗的发根数量、根长、白根数、根鲜质量和干物质积累均得到提高[13-15]。蔡树美等[16]采用盆栽试验研究高、中、低氮水平下施用蚯蚓粪对水稻生长及根系活力的影响时发现，增施蚯蚓粪能明显改善水稻根系与地上部生长，并能提高根系活力。前人探究蚯蚓粪便对水稻生长的影响主要集中在苗期和抽穗以前，对水稻产量形成的影响研究较少。且在以上试验中，蚯蚓的粪便大都取自用牛粪、羊粪、猪粪等粪肥喂养的蚯蚓，取自于田间自然状态（如油菜田）的蚯蚓粪便作为试验材料目前还鲜有报道。本试验以油菜田中的蚯蚓粪便为材料，在中、低氮水平下探究蚯蚓粪便施用对水稻生长及产量的影响，以期为今后合理利用蚯蚓粪便改良稻田土壤和提高水稻产量提供理论参考。

表1 试验田土壤和蚯蚓粪化学特性

1 材料和方法

1.1 试验材料和地点

于2016年在湖南农业大学耘园基地进行大田微区试验。微区采用PVC板围成，面积为40 cm×40 cm。供试品种为杂交水稻两优培九。试验中的蚯蚓粪便取自于油菜田。试验田土壤和蚯蚓粪化学特性见表1。

1.2 试验设计

采用裂区设计，氮肥处理为主处理，蚯蚓粪便处理为副处理，设9个重复；氮肥采用15N尿素（丰度：5.18%），设3个水平：N1，9 g/m2；N2，12 g/m2；N3，15 g/m2，用量分别相当于90、120、150 kg/hm2，按基肥占50%、蘖肥占30%、穗肥占20%的配比施用；蚯蚓粪便设3个水平：EC0，0；EC1，16.88 kg/m2；EC2，33.76 kg/m2，一次性基施。湿润育秧，秧龄25 d，每个微区种植4丛，每丛1苗；磷肥用钙镁磷肥（P2O54.8 g/m2），一次性基施；钾肥用氯化钾（K2O 8.4 g/m2），按基肥50%、穗肥50%施用。其他管理按照当地高产栽培田。

图1 不同处理对水稻分蘖发生的影响

图2 蚯蚓粪施用对水稻剑叶SPAD值的影响

1.3 测定项目与方法

1.3.1 分蘖动态

从秧苗返青开始，每3 d计数1次分蘖。

1.3.2 叶片SPAD值

采用SPAD-502叶绿素仪，分别在分蘖中期、幼穗分化期、齐穗期、灌浆期、乳熟期测定样品最上一片全展叶，每个微区选取4片，每片叶测3个点（上、中、下），取平均值作为该区域内的SPAD测定值。

1.3.3 叶面积指数

于齐穗期，从不同处理的微区中选取具有代表性的水稻植株1丛，摘下绿色叶片，用LI-3000叶面积仪测定叶面积，并计算叶面积指数（LAI=叶片总面积/土地面积）。

1.3.4 干物质量

于齐穗期和成熟期，从不同处理的微区中取水稻植株4丛，齐穗期将植株分成穗、叶、茎3部分，成熟期将植株分成实粒、秕粒、剩余地上部分，于105℃烘箱内杀青30 min，再于70℃烘至恒质量后称干物质量。

1.3.5 产量及产量构成

于成熟期，从不同处理的微区中取水稻植株4丛，计数有效穗数，人工脱粒；用水选法分选出实粒和秕粒，分别称重，称出总质量，秕粒全部计数，从实粒中称取3份30 g样品分别计数。计算每穗粒数、结实率、粒重。

1.4 数据统计方法

采用Microsoft Excel 2003整理数据，Statistix 8.0统计软件进行数据分析，多重比较采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 对水稻分蘖发生的影响

由图1可知，N1水平下，移栽后15～40 d，EC1处理的分蘖数最高，移栽40 d以后，EC2处理的分蘖数最高，在整个观测时期EC0处理均为最低；N2水平下，移栽后15～28 d，EC0处理的分蘖数为最高，EC1处理分蘖数最低，移栽36 d以后EC2处理最高，EC0处理最低；N3水平下，移栽后15～36 d分蘖数均表现为EC0＞EC1＞EC2，移栽36 d以后分蘖数表现为EC2＞EC1＞EC0。总的来说，3种施氮水平下，移栽40 d后，茎蘖数表现为EC2＞EC1＞EC0。

2.2 对水稻叶片SPAD值的影响

从图2可知，分蘖中期，EC1处理的SPAD值最高，为41.3，EC2处理的SPAD值最低，为39.9；幼穗分化期，EC0处理的SPAD值最低，比EC1处理低2.2，比EC2处理低3.2；齐穗期和灌浆期，EC0、EC1和EC2处理之间的SPAD值无显著差异（P＞0.05）；乳熟期，EC2的SPAD值最高，比EC0处理高5.8，比EC1处理高1.8。

2.3 对水稻叶面积和地上部干物质量的影响

由表2可知，齐穗期叶面积指数、地上部总干物质量、叶干质量、穗干质量以及茎秆干质量都表现为EC2＞EC1＞EC0。EC0处理的叶面积指数分别比EC1和EC2处理低32.7%和80.7%；地上部总干物质量分别比EC1和EC2处理低30.6%和59.8%；叶干质量分别比EC1和EC2处理低32.7%和71.0%；穗干质量分别比EC1和EC2处理低17.6%和33.2%；茎秆干质量分别比EC1和EC2处理低30.4%和56.5%。方差分析表明，中、低氮水平下施用蚯蚓粪便在齐穗期极显著增大了水稻叶面积指数、提高了地上部干物质量（p＜0.01），且增幅随着蚯蚓粪便用量的增加而增加。

表2 齐穗期地上各部分干物质量及叶面积指数

表3 中低氮水平下施用蚯蚓粪便对水稻产量和产量构成的影响

2.4 蚯蚓粪施用对水稻产量和产量构成的影响

由表3可知，成熟期水稻产量、有效穗数、千粒重和地上部干物质量均表现为EC2＞EC1＞EC0。EC2和EC1处理的产量分别比EC0处理高35.4%和34.3%；EC2和EC1处理的有效穗数分别比 EC0处理多 41.5%和21.3%；EC2和EC1处理的地上部干物质量分别比EC0处理高47.7%和25.8%；EC2和EC1处理的千粒重平均比EC0处理高1.8%。但EC2处理的每穗粒数和结实率最低，分别为174粒和64.8%。方差分析表明，中、低氮水平下施用蚯蚓粪便极显著提高了有效穗数、地上部干物质量和产量（p＜0.01），且增幅随着蚯蚓粪便用量的增加而增加。

3 结论与讨论

本试验结果表明，在中、低氮水平下施用蚯蚓粪便显著增加了水稻产量。从产量构成上来看，有效穗数显著提高是增产的主要原因。由表3可知，随着蚯蚓粪便用量的增加，有效穗数增加。EC2和EC1处理的有效穗数均极显著高于EC0处理（p＜0.01），分别高出41.5%和21.3%。但是，从图1可知，在水稻移栽后40 d以内，水稻植株分蘖速率不与蚯蚓粪便的添加量呈正相关，在N1水平下，移栽后40 d内分蘖数最多的是EC1处理，而在N2和N3水平下，移栽后28 d内分蘖数最多的是EC0处理。这与蔡树美[16]的试验结果不一致，可能是由于在本试验中，试验田基础地力较好，加上油菜田中的蚯蚓粪便含氮量高导致微区富营养化，限制了水稻植株的分蘖，随着水稻植株不断生长对营养物质的需求增多，蚯蚓粪便里面的营养物质在水稻生长后期才被植株根系吸收从而发挥作用。

作物产量形成的实质是源库互作的过程[17]。由表2可知，蚯蚓粪便的施用增加了齐穗期水稻叶面积指数和地上各部分干物质量，相当于同时增加了源、库从而促使产量提高。同时，由图2可知，在幼穗分化期和乳熟期，蚯蚓粪便的施用显著提高了水稻剑叶SPAD值。SPAD值的大小反映了叶片含氮量和叶绿素含量[18－19]，同时也反映了该时期水稻叶片的光合能力。说明添加蚯蚓粪便能够增强幼穗分化期和乳熟期的光合作用，从而促进水稻产量提高。由于本试验是在大田微区条件下进行，不能完全等同于大田试验，同时，供试品种只有1个，存在一定的局限性，因此有必要在大田试验中采用不同品种作进一步研究。

[1]陈巧燕，杨健，王志强，等.蚯蚓堆肥处理有机废弃物的国外研究进展[J].中国资源综合利用，2006，24（12）：8－10.

[2]马莉，贾辉，殷秀琴，等.蚯蚓在处理活性污泥过程中的生长繁殖[J].应用与环境生物学报，2013（1）：147－151.

[3]张志剑，刘萌，朱军.蚯蚓堆肥及蝇蛆生物转化技术在有机废弃物处理应用中的研究进展 [J].环境科学，2013，34（5）：1 679－1 686.

[4]汪志铮.绿色环保肥料—蚯蚓粪[J].科学种养，2014（10）：55－55.

[5] Parle J N.A microbiological study of earthworm casts[J].J Gener Microbiol,1963,31（1）:13－22.

[6] Khan A,Ishaq F.Chemical nutrient analysis of different composts（Vermicompost and Pitcompost）and their effect on the growth of a vegetative crop Pisum sativum[J].Asian J Plant Sci Res,2011,1（1）: 116－130.

[7] Mistry J,Mukhopadhyay A P,Baur G N.Status of N P K in vermicompost prepared from two common weed and two medicinal plants [J].Int J Appl Sci Biotechnol,2015,3（2）:193－196.

[8] Arancon N Q,Edwards C A,Bierman P,et al.Influences of vermicomposts on field strawberries:1.effects on growth and yields[J].Bio-resource Technol,2004,93（2）:145－153.

[9]张仁贵.蚯蚓粪对栽培生菜的影响 [J].农产品加工：学刊，2005（1）：75－76.

[10]Gupta R,Yadav A,Garg V K.Influence of vermicompost application in potting media on growth and flowering of marigold crop [J].Int J Recycl Org Waste Agric,2014,3（1）:1－7.

[11]Joshi R,Vig A P,Singh J.Vermicompost as soil supplement to enhance growth,yield and quality of Triticum aestivum L.:a field study [J].Int J Recycl Org Waste Agric,2013,2（1）:1－7.

[12]李欢，向丹，李晓林，等.蚯蚓粪和生物有机肥对土壤养分及夏玉米产量的调控作用[J].土壤通报，2011（5）：1 179－1 183.

[13]李国生，华鹤良，陈后庆，等.蚯蚓粪基质对机插秧秧苗素质的影响[J].安徽农业科学，2013，41（10）：4 287－4 288.

[14]祁化成，张慎，等.蚯蚓粪基质对水稻育秧的效果[J].江苏农业科学，2015（9）：96－98.

[15]熊扣华，姜红平，吴克军，等.蚯蚓粪基质与营养土不同配比对水稻秧苗素质的影响[J].大麦与谷类科学，2015（3）：28－29.

[16]蔡树美，钱晓晴，柏彦超，等.不同供氮条件下施用蚯蚓粪对水稻生长及根系活性的影响[J].扬州大学学报：农业与生命科学版，2009，30（4）：135－137.

[17]缪子梅，俞双恩，卢斌，等.基于结构方程模型的控水稻“需水量－光合量－产量”关系研究[J].农业工程学报，2013，29（6）：91－98.

[18]Neilsen D,Hogue E J,Neilsen G H,et al.Using SPAD－502 values to assess the nitrogen status of apple trees[J].Hort Sci,1995,30（3）: 508－512.

[19]Li Y C,Alva A K,Calvert D V,et al.A rapid nondestructive technique to predict leaf nitrogen status of grapefruit tree with various nitrogen fertilization practices[J].Hort Technol,1998,8（1）:81－86.

Effects of Earthworm Casts Application on Growth and Yield of Rice under Different Nitrogen Rate

ZHAO Chunrong,SHAN Shuanglü,WANG Yumei,LUO Kai,ZHOU Xuefeng,HUANG Min,ZHANG Hengdong,FAN Long,CAO Fangbo,CHEN Jiana,FANG Shengliang,ZOU Yingbin*
（Hunan Agricultural University/Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops,Changsha 410128,China;*Corresponding author:ybzou123＠126.com）

In order to explore the effects of earthworm casts on growth and yield of rice under different nitrogen application rate,a micro－plot field experiment was conducted under three levels of nitrogen fertilizer（N1,9 g/m2;N2，12 g/m2;N3，15 g/m2）and three levels of earthworm casts（EC0,0;EC1,16.88 kg/m2;EC2,33.76 kg/m2）.The results showed that the grain yield,effective panicle numbers and shoot dry weight under different nitrogen levels all ranked as EC2＞EC1＞EC0.The grain yield of EC2and EC1were higher than EC0by 35.4%and 34.3%,respectively.Compared with EC0,EC2and EC1had more effective panicle numbers by 41.5%and 21.3%, respectively.Above ground biomass of EC2and EC1were higher than EC0by 47.7%and 25.8%,respectively.The leaf area of EC0was lower than EC1and EC2by 7.1%and 21.4%,and shoot dry weight was lower than EC1and EC2by 30.6%and 59.8%,respectively at heading stage.The tiller numbers of EC2and EC1were significantly higher than EC0after transplanting for 40 days（P＜0.05）.As well as SPAD values in EC0was significantly lower than those in EC2and EC1at panicle initiation stage and milk－rape stage（P＜0.05）.However,there were no significant effect on nitrogen absorption from chemical fertilizer in rice growth period（P＞0.05）.The study indicated that applying appropriate amount of earthworm casts could increase the panicle rate,leaf area,SPAD value and shoot dry weight of rice which finally enhance the grain yield.

earthworm casts;rice;growth;yield

S511.062

A

1006-8082（2017）04-0067-04

2017－05－30