蚯蚓堆肥浸提液对幼苗生长的影响

吕秀敏，刘潇予，赵彩衣，蒲瑶瑶，焦加国，李辉信

（南京农业大学资源与环境科学学院/江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心，江苏 南京 210095）

堆肥浸提液是用水或其他浸提剂通过不同的方式来将堆肥中的可溶性物质充分浸提而得到的液体。堆肥浸提液不仅含有丰富的植物生长所需的矿质营养物质，而且含有许多有益微生物及其代谢产物，可以增加土壤肥力，抑制植株的病虫害，促进植物产生利于本身生长的激素，利于植株的根系生长，改善作物的生长环境，对不同种类的作物有大致相似的促进作用［1-4］。已有研究表明，施用浓度为1%的堆肥浸提液较清水对小麦地上部生物量有促进作用，且与化肥配施效果更佳［5］。堆肥浸提液施用可促进黄瓜地上部生长［6］；施用堆肥浸提液可以改善黄瓜果实品质，对黄瓜地上部生长及叶绿素含量有显著性促进效果，有效提高黄瓜叶片中氮磷钾含量，有利于果实中营养物质的积累［7］；叶面喷施浸提液有效促进番茄养分积累与分配，提高作物产量［8］。

蚯蚓堆肥是一种黑色、有自然泥土味的细碎类物质，有良好的孔性和透气性，还有较高腐殖酸和有机质，以及大量的微生物。喷施蚯蚓堆肥浸提液能显著提高作物抗病能力，促进作物生长，提高作物干物质量及果实产量，增加果实营养品质［9-10］。蚯蚓堆肥浸提液有利于黑麦草和高羊茅地上部生物量的积累，但会抑制草坪植物的根系生长，利于叶绿素含量的积累，对植物的光合作用和生长有促进作用［11］。

本研究利用蚯蚓堆肥作为浸提原材料，以水为浸提剂，研究有机浸提液对番茄、小白菜、水稻3种不同作物幼苗时期壮苗形成的影响。旨在利用蚯蚓堆肥浸提液替代传统的无机营养液，这对提高农业废弃物利用率、促进作物幼苗生长发育等具有重要意义，可为实现蔬菜优质高效有机栽培及农业可持续发展提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 蚯蚓堆肥浸提液的制备

将风干后的蚯蚓堆肥（牛粪堆制而成）与纯水按照1∶10（质量比）的比例浸泡48 h，间歇震荡，过滤，最后定容配制成质量浓度为2.5%、5%、7.5%、10%的水浸提液，置4℃冰箱待用。

1.2 试验设计

供试作物为番茄、小白菜和水稻，均设置5个处理：对照（CK，无机营养液）、2.5%V（2.5%蚯蚓堆肥浸提液+无机营养液）、5 % V（5%蚯蚓堆肥浸提液+无机营养液）、7.5%V（7.5%蚯蚓堆肥浸提液+无机营养液）、10%V（10%蚯蚓堆肥浸提液+无机营养液）。

将种子催芽至两叶一心（3～5 cm）时，选取长势一致的幼苗移栽于培养杯（可容纳1.1 L液体），置于温室内，蚯蚓堆肥浸提液与改良霍格兰营养液按照1∶1的比例进行混匀，每5 d更换一次营养液，每杯5株幼苗，每个处理4次重复，2018年1月8日进行移植，培育20 d后采样。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 蚯蚓堆肥浸提液理化性质

蚯蚓堆肥浸提液的养分含量、EC等采用常规方法测定［12］。

1.3.2 幼苗生长指标

待培养周期结束后，每个培养杯随机选取3株幼苗，进行生长指标测定。株高：以营养液液面到生长点的高度为准；茎粗（紧靠子叶节下部）：采用游标卡尺进行测定；相对叶绿素含量（SPAD值），便携式叶绿素测定仪测定；生物量（鲜重、干重），样品经清水洗净并用吸水纸吸干水分，1/10 000天平称鲜重，再在通风干燥箱105℃下杀青30 min，然后在75℃下烘至恒质量后称干重；幼苗的总根长、根体积、根表面积、根尖数采用WinRHIZ2003b根系扫描仪分析；壮苗指数=（茎粗/株高+地下部干重/地上部干重）×全株干重。

1.3.3 幼苗生理指标及测定方法

叶绿素含量，95%乙醇进行浸提，比色法；根系活力，氯化三苯基四氮唑（TTC）法；过氧化氢酶（CAT）活性，紫外吸收法；过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性，比色法；丙二醛（MDA）含量，双组分分光光度法［13］。

1.4 统计分析

采用SPSS 20.0软件进行数据分析，Excel 2007进行图形绘制。处理间差异显著性用单因素方差分析法（P＜0.05），平均值多重比较用最小显著极差法（LSD）。

2 结果与分析

2.1 蚯蚓堆肥浸提液的理化性质

蚯蚓堆肥浸提液中的各营养成分含量对保证幼苗的健康成长有重要作用。从表1可以看出，随着蚯蚓堆肥浸提液浓度的增加，全氮、全磷、全钾及全碳各养分含量也呈现逐渐增加的趋势。

表1 蚯蚓堆肥浸提液的理化性质

2.2 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗生长指标的影响

2.2.1 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗地上部生长的影响

表2可见，添加蚯蚓堆肥浸提液可显著促进番茄幼苗株高和SPAD值的增加，均以7.5%V处理效果最佳；添加蚯蚓堆肥浸提液增加了番茄幼苗茎粗，但未达到显著水平。不同浓度蚯蚓堆肥浸提液对小白菜和水稻幼苗地上部生长的影响和番茄一致，添加蚯蚓堆肥浸提液可显著增加小白菜幼苗株高、茎粗和SPAD，均以7.5%V处理效果最佳。整体来看，添加蚯蚓堆肥浸提液可显著促进3种幼苗地上部生长。

表2 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗地上部生长指标的影响

2.2.2 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗生物量的影响

添加蚯蚓堆肥浸提液可促进番茄幼苗地上部鲜干重和地下部鲜干重的积累，均以7.5%V处理效果最佳。不同浓度蚯蚓堆肥浸提液对小白菜幼苗的影响和番茄一致，添加蚯蚓堆肥浸提液可显著促进小白菜幼苗地上部鲜干重和地下部鲜干重的积累，均以7.5%V处理效果最佳；而蚯蚓堆肥浸提液对水稻幼苗地上部鲜干重和地下部鲜干重基本无影响。

2.2.3 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗根系生长的影响

整体来看，添加蚯蚓堆肥浸提液可显著促进番茄和小白菜幼苗根系生长，而对水稻幼苗根系生长影响不大。对番茄幼苗，添加蚯蚓堆肥浸提液可显著促进其根长、根表面积和根尖数增加，番茄幼苗根体积虽有增加，但未达到显著水平。不同浓度蚯蚓堆肥浸提液对小白菜幼苗根系生长情况影响与番茄一致，所有处理中，均以7.5%V处理效果最佳；而对水稻而言，蚯蚓堆肥浸提液对其幼苗根系生长基本无影响。

表3 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗生物量的影响 （g/株）

表 4 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗根系生长的影响

2.2.4 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗壮苗指数的影响

由图1可知，番茄幼苗壮苗指数以7.5%V处理最高，达到44.32×10-3，最低为处理2.5%V值达26.48×10-3，两者差异显著，但7.5%V处理与其余处理（2.5%V除外）无显著性差异。与对照组相比，蚯蚓堆肥浸提液更有利于小白菜幼苗壮苗的形成，且随着添加蚯蚓堆肥浸提液浓度的升高，呈先升高后降低的趋势，以7.5%V处理壮苗指数最高，达14.93×10-3，与对照组形成显著性差异。水稻幼苗壮苗指数各处理间差异不显著。

2.3 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗生理指标的影响

2.3.1 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗叶绿素含量的影响

整体来看，添加蚯蚓堆肥浸提液可以提高番茄、小白菜和水稻的叶绿素含量，尤其对叶绿素a含量的促进作用更为明显。添加蚯蚓堆肥浸提液可以显著增加番茄和水稻幼苗的叶绿素a含量，而对叶绿素b含量无影响。在所有处理中，以7.5%V处理的综合效果最佳。

图1 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗壮苗指数的影响

表5 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗叶绿素含量的影响（mg/g）

2.3.2 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗根系活力的影响

由图2可知，与对照（纯霍格兰营养液）相比，蚯蚓堆肥浸提液可以不同程度提高3种幼苗的根系活力，而随着蚯蚓堆肥浸提液浓度的不断增加，呈现先升高后降低的趋势。3种幼苗均以处理为7.5%蚯蚓堆肥浸提液的根系活力最大，分别为 615.23、566.24、509.07 μ g/（g·h）。番茄幼苗的根系活力各处理之间无显著性差异；小白菜幼苗处理7.5%V与其他处理有显著性差异；水稻幼苗处理7.5%V的根系活力与对照和处理10%V具有显著性差异，与其余处理差异不显著。由此可见，添加7.5%V蚯蚓堆肥浸提液更有利于植株根系的生长。

图2 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗根系活力的影响

2.3.3 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗抗氧化酶活性及丙二醛的影响

从图3可见，添加蚯蚓堆肥浸提液可提高番茄、小白菜和水稻幼苗的POD活性、SOD活性和CAT活性，并降低MDA含量。对番茄而言，添加蚯蚓堆肥浸提液可提高POD活性，但未达显著水平，但显著提高了SOD和CAT活性，均以7.5%V处理效果最佳；添加蚯蚓堆肥浸提液显著降低了MDA含量，而当浸提液浓度达到10%V时，MDA含量增加。蚯蚓堆肥浸提液对小白菜和水稻幼苗抗氧化酶活性及丙二醛的影响趋势与番茄一致。添加蚯蚓堆肥浸提液提高番茄、小白菜和水稻幼苗POD、SOD和CAT活性，且降低MDA含量，均以处理7.5%V效果最佳。

3 讨论

本试验研究结果表明，添加蚯蚓堆肥浸提液可促进番茄、小白菜和水稻幼苗的生长发育，随着蚯蚓堆肥浸提液浓度的增加呈现先促进、后抑制的趋势，其中以添加7.5%V处理的蚯蚓堆肥浸提液效果最佳。

良好形态的建成是保证作物高产的重要因素。徐大兵等研究发现猪粪堆肥浸提液能明显改善棉花植株的生长发育，增加棉花产量［14］；戴国华研究发现施用新鲜蚯蚓堆肥浸提液能够促进植物生长，改善黄瓜植株生长状况，调节盆栽土壤微生物数量等，从而一定程度上抑制了黄瓜炭疽病的发生［15］；雷思勤等研究发现蚯蚓提取物对草莓茎粗、近似叶片面积和产量的增加有显著地促进作用，且与提取物的浓度成正相关性［16］；唐超等研究表明蚯蚓堆肥浸提液显著增加了黑麦草生物量以及促进了根系的生长［17］；武东波等发现功能性堆肥及其浸提液促进根系发育，有利于甜瓜叶面积、茎粗和株高的增加及叶片叶绿素的积累等［18］；李旭试验结果表明浇灌堆肥浸提液可以提高植株POD、CAT活性，说明堆肥与堆肥浸提液的施用会增强植株生命活动，增强植株自身的抗病性，有利于减少农药的施用［19］。本试验蚯蚓堆肥浸提液可以提高POD、CAT活性，与前人研究结果一致。

图3 蚯蚓堆肥浸提液对幼苗抗氧化酶活性及丙二醛的影响

随着培养液中蚯蚓堆肥浸提液浓度的升高，有机质和氮磷钾等元素的含量不断增加，为幼苗的前期生长提供良好的生长环境和充足的营养物质，可满足幼苗的生长需求。逆境条件通常先抑制膜保护酶系统的防御功能，其最终产物MDA会对生物膜造成严重的损伤［20-21］。POD、SOD、CAT是膜保护酶系统的重要组成部分，协同作用消除代谢过程中产生的活性氧，避免膜脂过氧化作用及其他伤害过程。本研究表明，随着堆肥浸提液浓度的升高，三种幼苗的SOD、POD、CAT活性呈上升趋势，MDA含量呈先降低后升高。当浸提液浓度不断升高，浸提液中营养元素已经较为充足，不再是主要的限制因子，可能是较高的化感物质含量降低了根系生理活性，导致水分和养分吸收和运输能力降低，整体生物量降低。

4 小结

本研究结果表明，与纯霍格兰营养液相比，添加不同浓度蚯蚓堆肥浸提液对番茄、小白菜及水稻幼苗的地上部生长、物质积累分配、根系生长、壮苗指数、叶绿素含量、根系活力、抗氧化酶活性等指标均有不同程度提高，以添加浓度为7.5%的蚯蚓堆肥浸提液效果最好。