蚯蚓发酵液对 “宁杞7号”生长发育的影响

2018-01-12吴东升俞自仁曹云娥

福建林业科技 2017年4期

吴东升，张燕，孔浩，俞自仁，曹云娥

(1.平罗县农业综合开发办公室，宁夏平罗 753400； 2.宁夏万辉生物环保科技有限公司，宁夏银川 750021；3.中宁县农业综合开发办公室，宁夏中宁755100； 4.宁夏大学农学院，宁夏银川 750021)

枸杞(LyciumbarbarumL.)为茄科枸杞属植物，是多年生落叶灌木，具有抗旱、耐盐碱、耐高温和耐瘠薄的特点[1]。枸杞果实是我国传统名贵中药材，具有增强免疫力、降血压、抗氧化等多方面的药理作用，被医药界确定为人体免疫功能的增强剂。枸杞的药理作用与其多种活性成分有关，而这些活性成分的合成与积累共同受制于多种环境因素，尤其是影响较大的土壤环境[2]。枸杞是需肥作物，实际生产中为了追求高产，获取较高经济效益，不断增加化肥的施肥量，化肥的过量施用，造成了土壤板结、环境污染等一系列问题[1]。当务之急是建立合理、经济、科学的施肥技术体系，确定合理的施肥量、肥料品种配比、施肥方法。

蚯蚓发酵液(Earthworms Liquid Fertilizer，缩写为ELF)是由蚯蚓肉体发酵形成高浓度微生物有机发酵液，含有大量的生物活性酶、有益活性菌群、多肽、SOD、生命活性物质等，以及植物生长所需的各种营养元素：氮、磷、钾、钙、镁、硫、锌、铜、硼、钼、铁、镍及氨基酸、腐植酸等有益元素，含量全且均衡，更快地促进植株根系发育，增强作物抗逆性能，提高作物品质及产量。有益微生物覆盖全，能保护植物表面，避免致病菌感染植物，减轻作物病害，对多种致病菌都有明显的抑制作用，生物修复能力强，是纯天然植物生长营养调节剂，能全面活化土壤，改良盐碱地，既可作为滴灌专用肥也可以用作叶面肥。蚯蚓发酵液是一种绿色肥料，能被作物直接吸收，施入土壤后，营养成分可直达根系，无需经过长时间的化学变化过程，并且大大降低了某些营养成分被土壤固定的数量。与固体化肥相比其利用率明显提高，施用1 t液体化肥相当于3 t固体化肥的肥效，不但降低了成本，而且也降低了化肥使用量，同时减少了对作物和环境的污染[3]。蚯蚓发酵液生物活性功能强，具有修复土壤结构、改善品质、提高产量、增加经济效益等优势，促进有机质积累以及调节土壤碳氮磷循环等生态过程中发挥着重要作用。因此大力开发液体化肥，科学合理施用液体化肥，不仅能降低农业生产成本、提高农产品的经济效益，对促进农业和化肥工业的可持续发展也起到积极的推动作用。

然而，蚯蚓发酵液对枸杞生长发育、品质及产量等的研究在国内外报道较少。因此，本试验通过研究蚯蚓发酵液的不同浓度梯度对枸杞生长发育及果实品质等的影响，以期为枸杞施肥效应评价模式及蚯蚓发酵液在枸杞上使用提供参考，从而达到减少化肥施用，改善农田养分状况，保护农业生态环境的目的。

1 试验材料与方法

1.1 试验地概括

试验区位于宁夏回族自治区中宁县红梧山现代枸杞高新技术试验示范区(105°67′E、37°48′N)。属北温带季风气候区，年均气温9.5 ℃，年均降水量202.1 mm，6—8月降水量占全年降水量的61%，年均蒸发量1947.1 mm，是年均降水量的9.6倍。

试验田在大地枸杞有限公司枸杞种植园内，种植园灌溉地下水，运用滴灌技术，实现水肥一体化。试验地土层深厚，土壤类型为沙质轻壤土，最大田间持水量为20.18%，表层(1～30 cm)土壤养分含量分别为：有机质5.25 g·kg-1、全氮3.70 g·kg-1、全磷0.59 g·kg-1、全钾52.31 g·kg-1、速效氮162.4 mg·kg-1、速效磷10.91 mg·kg-1、速效钾371.43 mg·kg-1、pH值8.33、全盐含量0.43 g·kg-1。

1.2 试验材料

试验材料为2年生的“宁杞7号”，株行距0.5 m×3 m，树势一致。试验用肥为蚯蚓发酵液(是用蚯蚓肉体发酵而成，由宁夏万辉生物环保科技有限公司生产)，性状为褐色清液且无明显异味，pH值4.93，有效活菌数为2亿个·g-1，腐植酸≥40%，详见表1、表2。尿素(N≥46.35%，济南鲁元化工有限公司)，磷酸二氢铵(N≥11.8%、P2O5≥61%，苏州华航化工科技有限公司)，硫酸钾(K2O≥52%，郑州裕和食品添加剂有限公司)。

表1 蚯蚓发酵液矿物元素含量 g·kg-1

1.3 试验设计

试验采用单因素完全随机设计，共设计4个处理：设蚯蚓发酵液150、300、450 kg·hm-2，分别记作ELF10、ELF20、ELF30，对照：农户常规滴管施肥(CK)。于枸杞盛果期选择密度均匀、长势一致的枸杞田作为试验田，小区面积667 m2，各小区用土垄隔开，每个处理3次重复，蚯蚓发酵液用水溶解后滴灌施用，施肥时间分别为2016年7月18日、8月20日、9月5日；对照在同样时间每次施用尿素75 kg·hm-2、磷酸二氢铵225 kg·hm-2、硫酸钾75 kg·hm-2。

表2 蚯蚓发酵液氨基酸含量 mg·g-1

1.4 测定方法

1.4.1 生长指标的测定于2016年8月31日枸杞采果盛期，每个处理选择树势相近的样株10棵，并在树冠中部按东、南、西、北、中5个方位各选留1枝多年生枝标记作为观测枝，观测植株在整个生长期内不做任何修剪。参照文献[4]的方法测定新梢生长量与叶片性状。

1.4.2 叶绿素含量测定于2016年8月31日枸杞采果盛期，采集枸杞树冠中部南方位叶片，采用丙酮提取-分光光度计法测定叶绿素含量。

1.4.3 光合作用参数于2016年8月31日枸杞采果盛期，采用LI-6400xt便携式光合仪测定(透明叶室，光强300 μmoL·m-2·s-1，CO2浓度500 μmol·mol-1，叶温25°C，相对湿度55%～75%)测定枸杞树冠中部南方位叶片光合参数，主要有净同化速率、最大真叶胞间二氧化碳浓度、蒸腾系数、气孔导度等。

采用便携式叶绿素荧光仪(OS1p)测定枸杞树冠中部南方位叶片绿素荧光参数，测定前将叶片充分暗适应20 min，初始测定光为8 μmoL·m-2·s-1，饱和脉冲光为3000 μmoL·m-2·s-1，作用时间为1.4 s，每处理测定3片叶，重复3次[5]。

1.4.4 产量和品质的测定参照文献[6]测定枸杞干果百粒重及整个生育期单株产量。采用蒽酮—硫酸法测定多糖，采用石油醚—丙酮萃取法测定类胡萝卜素，采用分光光度法测定甜菜碱，采用紫外光谱分析法测定黄酮[7]。

1.5 数据处理与分析

用Excel 2003进行数据的相关统计分析与制图，用DPS软件进行单因素方差分析，Duncan 多重比较进行显著差异性检验。

2 结果与分析

2.1 蚯蚓发酵液对枸杞叶重与叶面积的影响

作物在生长发育过程中通过光合作用合成有机物并积累干物质，而干物质积累量的大小直接反映在作物的形态学指标上，其中包括新梢长度、叶面积等。由表3可知，施用蚯蚓发酵液，枸杞的新梢生长速率、叶干重、叶面积均增大，且随着蚯蚓发酵液施用量增加先增大后变小，均以ELF20处理最大。其中蚯蚓发酵液促进新梢生长，显著提高新梢长的生长速率，ELF10、ELF20、ELF30处理比CK分别提高21.10%、34.38%、29.70%；但对新梢粗的生长速率影响差异不显著。

枸杞叶片生物量的大小可以用叶干重来体现，蚯蚓发酵液增加叶片生物量，但对叶干重影响没达到显著水平。而叶面积可以衡量叶片光合能力的大小，叶面积越大，单位时间内积累的有机物越大，即叶片的光合能力越强。蚯蚓发酵液处理的叶面积均显著高于CK，ELF20、ELF10、ELF30处理分别比CK增加了42.03%、9.69%、5.28%。比叶面积是反映叶片单位干重的叶片面积，主要受环境因素、营养水平、土壤状况及叶龄等影响，蚯蚓发酵液处理的比叶面积均大于CK，但差异性没有达到显著水平。表明适量施用蚯蚓发酵液促进枸杞的营养生长，为产量的形成奠定基础。

表3 不同处理对枸杞生长指标的影响

*：不同小写字母为 0.05水平差异显著，下同。

2.2 蚯蚓发酵液对枸杞叶绿素含量的影响

在光合作用中叶绿素作为吸收、传递和转换光能的载体物质，叶绿素含量对光合作用的影响至关重要。由表4可知，叶片叶绿素含量随蚯蚓发酵液的增加先增加后减小，且处理间差异明显。蚯蚓发酵液处理显著提高叶片叶绿素含量，ELF20、ELF30处理显著高于CK，分别增加了47.06%、36.22%，ELF10处理与CK差异不显著。蚯蚓发酵液处理对叶绿素a含量的影响与叶绿素含量基本一致，ELF20、ELF30处理叶绿素a含量分别比CK增加48.80%、38.58%。蚯蚓发酵液处理对叶绿素b 含量影响差异不显著。叶绿素a/b值反映了植物利用光能力及光合活性的大小，蚯蚓发酵液处理能提高叶绿素a/b值，但与对照差异不显著。表明适量施用蚯蚓发酵液可以提高叶片叶绿素含量及光合活性，延缓叶片衰老，利于有机物的积累，增加产量。

表4 不同处理对枸杞叶绿素指标的影响

2.3 蚯蚓发酵液对枸杞光合效率的影响

光合作用是作物生长发育和产量形成的基础，也是有机物产生的主要生化过程。枸杞果实采收盛期叶片光合作用参数的测定结果(表5)显示，蚯蚓发酵液对净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)的影响均达显著水平。Pn、Ci、Gs随着蚯蚓发酵液的增加先增大后减小，其中ELF20处理分别比CK增加21.56%、5.61%、79.57%，且均达到显著水平；ELF30处理和ELF10处理分别比CK增加了13.28%、7.31%、31.73%和10.91%、6.24%、28.57%。蚯蚓发酵液各处理Tr均显著低于CK，ELF10、ELF20、ELF30处理分别比CK降低了15.41%、10.91%、1.74%。表明适量施用蚯蚓发酵液能促进光合作用的发生，利于有机物的积累。

表5 不同处理对枸杞光合作用参数的影响

2.4 蚯蚓发酵液对叶绿素荧光参数的影响

Fo指初始荧光产量，反映了PSⅡ反应中心处于完全开放时的荧光产量；Fm指最大荧光产量，反映了PSⅡ反应中心处于完全关闭时的荧光产量；Fv/Fo=(Fm-Fo)/Fo，反映了PSⅡ的潜在活性；Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm，反映了最大PSⅡ光能转换效率；Yield(Ⅱ)指 PSⅡ的实际光化学效率，反映了PSⅡ反应中心的开放程度[8]。由表6可知，蚯蚓发酵液处理显著提高叶绿素荧光参数值，并随着蚯蚓发酵液施用量的增加先增大后略有下降，其中ELF20处理Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo、Yield(Ⅱ)值均达到最大值，分别比CK增加25.29%、31.44%、46.46%、45.17%、29.63%。表明蚯蚓发酵液促进电子的传递，提高光能转换效率，增强叶片的光合能力，利于有机物的积累。

表6 不同处理对枸杞叶绿素荧光参数的影响

2.5 蚯蚓发酵液对枸杞品质的影响

枸杞的品质决定了枸杞的药用价值，药用品质是通过枸杞果实中各活性物质种类及含量来体现的，主要品质参数有多糖、甜菜碱、黄酮、类胡萝卜素等。

多糖是枸杞果实中最主要的生物活性物质及有效成分，具有调节免疫，抗脂肪肝及改善中老年人易疲劳及视力模糊等功效。由图1可知，施用蚯蚓发酵液可以有效增加枸杞果实多糖含量，表现为随着蚯蚓发酵液施用量增加先增后降，过量施用反而会抑制多糖合成。其中以ELF20处理多糖含量最高(7.54%)，比CK增加了40.24%；以ELF10处理含量最低(5.78%)，与CK差异不显著。表明蚯蚓发酵液中含有大量的有益微生物和养分及丰富的活性成分，可以提高多糖生物合成途径中相关酶的活性，从而促进多糖生物合成，增加枸杞果实内多糖含量。

甜菜碱是枸杞果实重要的生物碱之一，参与酶活性的保护、细胞渗透调节、调节脂质代谢，具有抗脂肪肝作用。由图2可知，随着蚯蚓发酵液施用量增加，甜菜碱含量先增加后减少，过量施用反而不利于甜菜碱合成。其中ELF20处理甜菜碱含量最高，与ELF10、ELF30处理差异不显著，但均显著高于CK，比CK增加39.41%～59.12%。表明当蚯蚓发酵液施用量为300 kg·hm-2时，最利于甜菜碱生成。

图1 不同处理对枸杞多糖的影响图2 不同处理对枸杞甜菜碱的影响

黄酮是花青素合成途径中一种次生代谢产物，以光合作用的产物为基础，以简单酚类为前提物质，进行生物合成；同时也是一类功能性化合物，具有多种生理功能及药理作用，广泛应用于功能性食品和天然保健食品添加剂药理作用。由图3可知，随着蚯蚓发酵液施用量增加，黄酮含量先增加后减少，以ELF20处理含量最高(16.71 mg·g-1)，比CK增加8.20%，ELF10、ELF30处理黄酮含量均高于CK，但差异不显著。表明蚯蚓发酵液增强光合作用，促进干物质的积累，提高合成黄酮前体物质的含量，促进黄酮的合成。

类胡萝卜素是由β-胡萝卜素、玉米黄素及类胡萝卜素脂肪酸酯构成。由图4可知，类胡萝卜素含量随着蚯蚓发酵液施用量增加而增加，各处理均显著高于CK，其中ELF30处理含量最高(16.11 mg·g-1)，与ELF20处理差异不显著，但显著高于ELF10处理和CK，比CK增加了50.13%。表明蚯蚓发酵液有效提高类胡萝卜素含量，在一定范围内类胡萝卜素含量随蚯蚓发酵液施用量增加而增加，蚯蚓发酵液阈值用量有待于进一步研究。

图3 不同处理对枸杞黄酮的影响图4 不同处理对枸杞类胡萝卜素的影响

2.6 蚯蚓发酵液对枸杞产量的影响

干果百粒重是评价枸杞果实品质的重要指标，由图5可知，ELF30处理百粒重最高(17.95 g)，与ELF20处理差异不显著，显著高于CK、ELF10处理(分别增加28.12%、28.91%)；ELF20处理比CK增加19.49%；ELF10处理与CK差异不显著。由图6可知，蚯蚓发酵液处理均显著提高枸杞单株产量，比CK提高9.41%～34.07%。其中ELF20处理单株产量最高，与其他处理达到显著性差异；其次是ELF30处理。表明施用蚯蚓发酵液促进果实生长，提高枸杞产量及百粒重。主要由于蚯蚓发酵液中有益微生物及活性物质，促进根际分泌物增加，提高了土壤中可利用元素含量及根系的吸收能力，光合作用增强，利于有机物的积累。

图5 不同处理对枸杞百粒重的影响图6 不同处理对枸杞单株产量的影响

3 讨论

蚯蚓发酵液是蚯蚓肉体经过微生物菌剂发酵获得的高效有机发酵液料，不仅含有大量的有益微生物，也含有大量的养分。宋春阳等[9]对复合蚯蚓液营养成分的分析可知，含有亮氨酸、酪氨酸等15种氨基酸，钾、铁、钙、锌等10种矿物质元素，5种维生素，并含有具有抗病和促进动物生长多肽和可溶性的小分子蛋白。本研究所用蚯蚓发酵液含有氨基酸16种(表2)，总量为62.02 mg·g-1，全氮、全磷、全钾总量为77.7 g·kg-1，有机质12.45 g·kg-1，无重金属。顾卫华等[10]研究表明，蚯蚓有机液肥能促进柑橘生长，促进柑橘果实膨大增质量，促进果实转色，增加果品质量，与黄晓彤[11]在番茄上应用结果一致。本试验结果表明，施用蚯蚓发酵液可促进枸杞营养生长、增加叶绿素含量、提高光合效率，从而增加枸杞产量、改善药用品质，这与顾卫华研究结论一致。随着蚯蚓发酵液施用量的增加，新梢生长、叶面积、叶干重呈先增加后降低趋势，其中ELF20处理对枸杞生长的促进作用最明显，低浓度和高浓度蚯蚓发酵液反而会抑制作物的生长。蚯蚓发酵液含有丰富的大量矿物质元素、有机质和激素以及生长素类物质，有利于植物养分吸收与运转，平衡养分供应，促进枸杞主要器官新梢、叶片的发育，进而促进干物质的积累。

光合作用的主要器官是叶片，间接反应了光合能力的强弱。而叶绿素是光合作用重要指标，作为光能的受体，直接反应光合强度，其中叶绿素a利于长波光吸收，叶绿素b利于短波光吸收，叶绿素a/b值反映了叶片光合活性的强弱[12]。作物生长环境的改变可以影响叶绿素含量，在其它同等环境条件下，与对照相比，蚯蚓液营养供应均衡，不存在营养亏盈；另外蚯蚓发酵液还含有大量活性物质，可以促进叶绿素合成底物的积累以及增加光合酶活性，增加了叶片中叶绿素含量，同时也提高了Pn、Ci、Gs，降低Tr。其中ELF20处理枸杞叶片叶绿素含量、Pn、Ci、Gs均始终维持在较高水平，增强光合效应，制造更多光合产物。增强叶绿素荧光效应，促进电子的传递，提高光能转换效率，Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo、Yield(Ⅱ)值均在ELF20处理达到最大值。

药用品质是衡量枸杞经济价值的首要因素，其中多糖是枸杞中最重要的药用成分[13]。许兴等[14]研究表明，枸杞多糖与肥力因子间无显著相关性，而总糖含量与肥力因子间呈负相关。张自萍等[2]研究认为枸杞多糖形成与果实成熟时土壤中磷素的关系密切，甜菜碱与速效氮呈显著正相关。牛艳等[15]研究表明，甜菜碱与土壤速效磷、速效钾显著正相关，与速效氮相关性不显著，与张自萍研究不符。本研究表明，蚯蚓发酵液提高多糖含量7.51%～40.25%、甜菜碱含量39.42%～59.12%、黄酮含量3.04%～8.20%，且均随蚯蚓发酵液施用量的增加呈现先增加后减少的趋势，其中ELF20处理达到阈值。武蕾[16]研究表明，胡萝卜素在枸杞果实中的积累受土壤肥力水平的影响较大，本研究蚯蚓发酵液提高类胡萝卜素含量18.99%～54.02%，随蚯蚓发酵液施用量的增加而增加，而其阈值还需进一步验证。蚯蚓发酵液含有丰富的N、P、K养分以及大量微生物，有利于枸杞叶片中光合有机产物的转化、运输和分配，促进枸杞果实内有机产物的积累，显著提高枸杞的药用品质，然而施用量过高会对枸杞药用品质产生一定的抑制作用。果实产量是枸杞生产力的最终体现。本研究中，与对照相比，施用蚯蚓发酵液均不同程度地增加了枸杞产量，说明蚯蚓发酵液能促进作物生长、增强光合速率或品质的改善。