蚯蚓养殖对幼龄胶园土壤养分及橡胶树根系生长的影响

李艺坚 谢学方 孔令泽 丰明

摘  要  本研究旨在探讨林下蚯蚓养殖对幼龄胶园土壤养分及橡胶树根系生长的影响。以牛粪作为原料，于2017年4—11月在4年生幼龄胶园铺设粪垄养殖蚯蚓，并测定土壤养分和根系生长情况。结果表明，与对照（CK）相比，铺设粪垄无蚯蚓养殖（WQ）和铺设粪垄蚯蚓养殖（Q）处理总体上可显著提高土壤硝态氮、速效磷、速效钾和土壤水分含量以及土壤pH，而对土壤铵态氮、有机质、微生物活性及微生物群系数量无显著影响（p<0.05）;和CK相比，WQ和Q处理显著促进根的生长，并提高吸收根的比例（p<0.05）。综上所述，在幼龄胶园养殖蚯蚓短期内（半年）可提高土壤速效养分含量，促进根系生长。

关键词  蚯蚓养殖;土壤养分;橡胶树;根系中图分类号  S31;S794.1      文献标识码  A

DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2018.12.001

橡胶是我国四大战略物资之一，主要产自巴西橡胶树（Hevea brasiliensis）。我国主要在海南、云南和广东三省栽培^[1]。橡胶树原产于高温潮湿的亚马孙流域，我国自20世纪50年代开始大规模植胶，经过60多年的发展，无论是天然橡胶总产量还是植胶面积都增长迅速^[2]。

施肥是保证橡胶树增产稳产的基本措施，然而经过多年的植胶生产，各植胶区已面临单产提升困难、土壤酸度下降和肥料养分损失严重等重大问题^[2]。另一方面，由于近几年植胶效益明显减少，胶农和植胶企业迫切需要提高胶园单位面积的经济效益^[3]，发展林下经济的呼声高涨。其中，橡胶林下蚯蚓养殖是新尝试的模式之一。

蚯蚓养殖可以加大农业废弃物转化，提高农业废弃物转化的生态效益、社会效益和经济效益，开创一条农业废弃物变废为宝、效益高端的农业循环经济模式^[4]。海南省是我国唯一的一个全部面积位于热带地区的省份，终年高温多雨，大部分地区的温度和湿度都符合蚯蚓的生长条件。海南省养牛规模较大，产生的牛粪总量在所有畜禽的粪便产生量中是最大的，且约为第二大产生量（猪粪）的2倍，存在牛粪严重污染环境的现象。据测定，一头牛每天产生的牛粪是其体重的5%～6%，一头450 kg的牛平均每天可排泄25 kg左右的粪便，一年可产9 000 kg牛粪。因此，利用大量产生的牛粪等材料发展蚯蚓养殖业具有一定的可行性^[5-8]。据测算，每天 450头牛所产的粪可养蚯蚓1 hm²，每公顷可年产蚯蚓45 t，蚓粪900 t，可增收入人民币 22.5万元^[9]。蚯蚓喜阴凉潮湿的环境，目前一般采用工厂化或搭建简易棚进行饲养^[10-11]。橡胶树为高大乔木，种植几年后林下郁闭度高，许多作物不能间作，大量土地因此闲置而得不到利用。利用林下闲置土地养殖蚯蚓不仅利用了林下废地，而且树木生长与蚯蚓养殖两者之间存在很强的互补作用，林下阴凉，适合蚯蚓生长繁殖，目前已有林下采用畜禽粪便成功养殖蚯蚓的报道^[12]。蚯蚓分解有机物的养分理论上可部分转移至土壤供植物吸收，促进作物生长。因此，本研究以4龄橡胶胶园为场所，以牛粪作为蚯蚓养殖原料，探讨林下养殖蚯蚓对胶园土壤养分以及橡胶树根系的影响，为发展橡胶林下蚯蚓养殖模式提供一定的数据支撑。

1  材料与方法

1.1试验点概述

本研究的试验点位于中国热带农业科学院试验场三队，该地区为典型的热带海洋季风气候，每年有旱季和雨季，雨季为5—10月，年均温为20.8～26.0 ℃，年降雨量约为1 600 mm，主要集中于7—9月（约占全年的70%）。土壤质地为粉砂黏壤土，pH为4.20，土壤有机质含量为12.0 g/kg，硝态氮为13.5 mg/kg，铵态氮为3.0 mg/kg，速效磷为29.0 mg/kg，速效钾为36.4 mg/kg。

1.2方法

1.2.1  试验设计  试验于2017年4月开始开展，橡胶树林段为8-72，种植株行距为3 m×7 m，品种为热研7-33-97，林龄为4 a。试验开展前清除胶园杂草，平整土地并做好排水。在胶园地面铺设防草布（2 m宽），再在防草布的一侧上铺放一垄堆沤过的纯牛粪，垄面呈龟背形，垄宽80 cm，垄高40 cm。调节水分使牛粪保持适宜水分含量。于4月25日投放蚯蚓苗，每米粪垄投放0.5 kg，投放后再将另一侧防草布对折盖在糞垄上，制造阴暗环境并尽量避免牛粪水分损失过快。根据牛粪消耗情况及时补充新的牛粪。天气较干时，对牛粪进行适宜补水。试验共6垄，每垄长63 m。试验设对照（CK）、铺牛粪无蚯蚓养殖（WQ）和铺牛粪蚯蚓养殖（Q）3个处理，每个处理3次重复。试验期间，保持CK处理与WQ和Q处理铺放牛粪的相同位置不长杂草。于半年后（11月2日）进行根系和土壤取样。WQ和Q处理根系取样时，随机选取相邻的3株橡胶树，将防草布移开，在牛粪铺设区域的正下方（离树行2.2 m）养殖区域，在正对橡胶树和橡胶树之间的位置挖取30 cm×30 cm×20 cm（长×宽×深）的土壤，每小区共6个位置（图1）。CK处理取样位置与WQ和Q相同。将挖出土壤中的根系挑出，送回试验室进行分拣。在根系取样位置旁边，用直径5 cm的土钻钻取0～20 cm土壤用于土壤理化性质的分析。

1.2.2  测定指标与方法

1.2.2.1  土壤理化指标  土壤取样后，分别采用烘干法、重铬酸钾-硫酸氧化法、分光光度法、钼锑抗比色法、火焰分光光度法和电位法测定土壤的水分、有机质、无机氮（硝态氮和铵态氮）、速效磷、速效钾和pH，具体方法参照《土壤农业化学分析方法》^[13]。

1.2.2.2  土壤微生物特性  采用诱导呼吸-碱吸收法测定土壤呼吸强度，表征土壤微生物活性，具体方法参照《土壤农业化学分析方法》^[13]。土壤细菌、真菌和放线菌采用平板培养记数法^[14]测定。

1.2.2.3  根重  根系分拣时，将死根剔除，挑出的活根再进一步清洗分拣，区分直径小于和大于2 mm的根系。其中直径小于2 mm的为吸收根^[15-16]，将挑出的根用干燥纱布吸干后称重，测定总根重和吸收根重。

1.3数据处理

采用Excel 2010和DPS 6.5软件进行数据处理和统计分析，采用最小显著差异法进行方差分析（p<0.05）。

2  结果与分析

2.1土壤理化性状

表1为不同处理土壤养分、pH和水分含量。由表1可看出，WQ和Q处理土壤养分含量总体上高于CK处理。与CK相比，WQ和Q处理可极大幅度提高土壤速效钾含量，速效磷含量得到显著提高，硝态氮含量亦有所提高，但仅Q处理显著高于CK处理（p<0.05）;而不同处理之间的土壤有机质和铵态氮含量则无显著差异（p>0.05）。WQ和Q处理使土壤pH升高了1.56～1.58，并显著高于CK处理（p<0.05）。土壤水分含量的变化趋势与土壤pH类似。总体而言，WQ和Q处理主要提高了土壤速效养分（除铵态氮外）含量、pH和水分含量，而WQ和Q处理之间差异不明显。

2.2土壤微生物活性

不同处理微生物呼吸强度见图2。由图2可看出，与CK相比，WQ和Q处理的呼吸强度分别提高81.9、48.9 mg CO₂/g，表明土壤微生物量活性增强，但不同处理之间没有显著差异（p>0.05）。

2.3土壤微生物群系

图3为不同处理细菌、真菌和放线菌数量。由图3可知，WQ处理土壤细菌和真菌数量略高于CK，而Q处理则相反，WQ和Q处理的放线菌数量均高于CK，但不同处理之间不同微生物群系数量无显著差异（p>0.05）。

2.4不同处理对橡胶树根重的影响

图4为不同处理总根重和吸收根重（p<0.05）。由图4可知，WQ和Q处理均较CK提高了总根重和吸收根重。其中，Q处理总根重显著高于CK，而WQ和Q处理吸收根重均显著高于CK。CK、WQ和Q处理的吸收根重占总根重的比例分别为27%、52%和43%，WQ和Q处理不仅提高了吸收根重，还提高了其所占比例。

3  讨论

3.1橡胶林下蚯蚓养殖对土壤理化性质的影响

畜禽粪便是天然的肥料，作为肥料施入土壤时，可提高土壤肥力，促进作物生长^[17]。據测定，牛粪中有机质、全氮、全磷和全钾的含量分别为60.17%、1.85%、1.06%和0.30%^[18]，直接还田可补充土壤养分。而以牛粪为原料在林下养殖蚯蚓， 牛粪不直接还田，但通过自然降雨或补水，牛粪中的养分可随下渗的水分转移至土壤中。海南地

区5—10月为降雨集中的时期，本研究主要观测了该时期林下蚯蚓养殖后土壤养分的差异。结果表明，林下蚯蚓养殖提高了土壤的可溶性速效养分的含量，特别是速效钾，增幅达15.7～16.6倍。由于被防草布所隔离，养殖过程中有机肥无法转移入土壤，有机质则无明显影响。韩桂鸥等^[12]在园艺苗木林下养殖蚯蚓的结果表明，与对照相比，蚓床覆盖下0～20 cm土层的容重下降了34.60%，土壤水解氮、有效磷分别提高了54.66%和12.02%，速效钾含量则增加了3.08倍，此结果与本研究一致。

土壤酸化过程能使土壤酸度升高、营养元素淋溶流失、活化和释放有毒重金属，造成土壤肥力的下降，最终影响作物的正常生长。目前，胶园土壤酸化现象持续存在，且胶园土壤酸化速度快于裸地，钠离子、镁离子等盐基离子的淋失可能是橡胶树人工林地土壤pH下降的原因之一^[19]。本研究发现，通过短期的林下蚯蚓养殖，土壤pH可较对照提高1.56～1.58，缓解了土壤酸化现象。牛粪呈现弱碱性^[18]，以牛粪为原料在林下养殖蚯蚓可明显提高土壤电导率^[12]，电导率的提高意味着土壤的总盐量提高。林下蚯蚓养殖之所以能缓解土壤酸化，可能是转移入土壤中的盐基离子使土壤碱化而提高土壤pH。

另外，蚯蚓摄食牛粪后排出粪便的过程，可对牛粪进行进一步降解。但本研究结果表明，虽然Q处理总体上速效养分的含量高于WQ处理，但两者之间土壤速效养分含量的差异不显著，说明蚯蚓养殖对进一步释放牛粪中的速效养分有一定的促进作用，但作用不明显。因此，WQ和Q处理中土壤速效养分增加的主要原因在于牛粪中养分下渗转移至土壤中，而与是否养殖蚯蚓关系不大。类似地，WQ和Q处理的土壤pH变化亦是由于牛粪中盐基离子转移导致的。受防草布隔离，WQ和Q处理对土壤有机质亦无显著影响。

土壤呼吸是表征土壤质量和肥力的重要生物学指标^[20]。本研究中WQ和Q处理的土壤呼吸强度高于CK，尽管未达到显著差异，亦在一定程度上反映出土壤肥力有所提高。细菌、放线菌和真菌是土壤中的三大类微生物，它们对土壤有机物的分解、氮和硫及其化合物的转化具有重要促进作用^[20]。土壤微生物数量与土壤肥力显著相关^[21]，但本研究却没有发现土壤细菌、真菌和放线菌数量明显增加的趋势，应该是林下蚯蚓养殖提高土壤肥力主要表现在提高土壤速效磷和速效钾方面，而对土壤微生物主要利用的碳源和氮源贡献较小，导致以上微生物数量变化不明显。

3.2林下蚯蚓养殖对幼龄橡胶树根系的影响

橡胶树通常在定植7～8年后成龄并开始割胶，接近成龄及成龄后，其施肥方式一般为挖施肥穴（沟）集中施肥。穴（沟）施肥料能利用橡胶树根系的趋肥特性，诱导根系生长并培养出庞大的吸收根吸收土壤中的养分^[16]。在海南地区，橡胶树根系在4—10月生长较快，11月中旬至翌年3月生长缓慢^[22]。本研究试验阶段（4—11月）与橡胶树快速生长阶段相吻合，通过对根系的观测可发现，与CK相比，WQ和Q处理不但促进了幼龄橡胶树根系的生长，而且促进了吸收根生长，亦提高了吸收根重占总根重的比例。因此，林下养殖蚯蚓短期内对橡胶树是有利的，可诱导橡胶树产生更多的吸收根，以利于吸收土壤中的养分。然而，巴西橡胶树是喜酸性植物，可容忍的pH范围为3.5～7.0，適宜的pH范围在4.5～ 6.5^[23]。以牛粪为原料在林下养殖蚯蚓短期内可使土壤pH提高1.5以上，较长时间养殖可能会导致土壤pH过高而不利于橡胶树根系的生长。更长期限的林下蚯蚓养殖对橡胶树根系是否有抑制作用，则有待进一步研究。

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