黑水虻虫粪肥对土壤理化性质及烟草生长的影响

赵 毅，耿伟娜，王小波，徐晓燕

（天津农学院农学与资源环境学院，天津 300392）

随着农业的迅速发展，化肥滥用已经成为作物种植过程中不可忽视的问题。特别是因为滥用化肥导致的土壤结构变差、环境污染等问题引起了人们的重视[1-2]。提升烟叶品质离不开适宜的植烟土壤，如今部分烟区土壤板结及盐渍化现象加重，适量施用有机肥成为改良土壤理化性质的有效手段[3-4]。烟草生产上常用的有机肥有饼肥、生物有机肥等。许成悦等[5]研究表明，在烟株团棵期施用芝麻饼肥能够提高烟草植株根系体积、株高及烟叶数量，促进烟株后期生长；王唯唯等[6]研究发现施用芝麻饼肥可以提高烟叶的产量和上中等烟比例，调节烟叶烟碱含量与氮含量间的平衡，改善烟叶内在品质。在烟草上应用的生物有机肥中，以菌肥更为常见。如李小磊等[7]研究表明，有机菌肥的施用可提高植烟土壤中的氮含量，加强土壤对氮的固定，减少碱解氮的损耗，从而起到培肥植烟土壤的效果；张明宇等[8]研究发现，施用拮抗菌有机肥可以调节并改良土壤中的微生物群落多样性，进而提高植烟土壤的生态功能。另有研究表明，微生物菌肥的施用可提高烤烟各生育期的养分含量，同时还可提高土壤的有机质、全钾及速效钾等含量[9]。由于烟草的忌氯特性，导致可选择的有机肥种类较少，因此研究开发新型有机肥是当前烟草生产必须解决的问题。

黑水虻是腐食性昆虫，其幼虫转化农业有机废弃物后所得的虫粪肥是一种新型有机肥，富含较多有益微生物，有机质含量高，氯离子含量低[10]，在蔬菜上应用效果好。吴翔等[11]研究发现施用黑水虻虫粪可显著提高番茄的产量和品质，其效果优于传统有机肥料。另有研究表明，在蔬菜种植中施用黑水虻虫粪肥，可改良土壤理化性质，提高蔬菜的产量和质量[12]。但黑水虻虫粪肥在烟草种植中的应用鲜有报道。因此，笔者以黑水虻虫粪肥为材料，以中烟100为供试烤烟品种进行盆栽试验，研究其对植烟土壤理化性质和烟草生长和生理代谢的影响，旨在为黑水虻虫粪肥在烤烟种植过程中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

烤烟品种为中烟100。供试土壤取自天津市宝坻区，土壤类型为潮土，土质为轻粘土，其有机质含量19.0 g/kg，碱解氮含量52.08 mg/kg，有效磷含量 9.03 mg/kg，速效钾含量231.78 mg/kg，pH值7.77，EC值485.5 μs/cm；风干，过1 cm筛，备用。

供试有机肥为黑水虻虫粪肥，由黑水虻幼虫转化鸡粪所得，其养分含量如下：有机质626.4 g/kg，全氮25.6 g/kg，全磷63.1 g/kg，全钾19.1 g/kg，氯4.7 g/kg，pH值8.35。

1.2 试验设计

采用盆栽试验，于2021年5月23日至2021年9月18日在天津农学院网室内进行。试验设置5个处理，其黑水虻虫粪肥用量分别为0%（CK）、2%（T1）、4%（T2）、6%（T3）、8%（T4），按土肥重量比例混合后，每盆装土10 kg，每个处理3个重复。试验用盆规格为35.5 cm×25 cm。

2021年5月29日，移栽烟草幼苗，定苗2株。于2021年8月18日（旺长期）进行叶绿素含量和烟叶酶活性的测定；打顶后于2021年9月8日（成熟期）测定株高和最大叶面积；2021年9月18日，收获烟草，当天测量根系活力；然后将烟株分为地上部及地下部，分别杀青烘干，称重。将盆中土壤取出，充分混匀，风干，分为过0.25 mm筛与过1 mm筛的样品，以供土壤理化性质测定分析。

1.3 测定项目及方法

（1）土壤测定项目。pH值采用电极法测定；电导率（EC值）采用电导法测定；有机质采用重铬酸钾-外加热法测定；碱解氮采用碱解扩散吸收法测定；有效磷采用NaHCO3提取，钼锑抗比色法测定；速效钾采用火焰光度计法测定[13]；磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定；脲酶活性采用比色法测定；蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定[14]。

（2）烟草植株测定项目。干重采用称重法测定；叶绿素使用SPAD-520叶绿素仪测定；根活力采用TTC还原法测定；烟叶超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑光化还原法测定，烟叶过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚法测定，烟叶淀粉酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定[15]。

1.4 数据处理

采用Excel 2019和SPSS 21.0软件对试验数据进行处理，采用Duncan方法进行方差及显著性分析。

2 结果与分析

2.1 虫粪肥对土壤理化性质的影响

2.1.1土壤pH值和电导率（EC值）从图1看出，随着虫粪肥施用量的增加，植烟土壤的pH值和EC值均不同程度升高。与CK相比，T1、T2、T3和T4处理的植烟土壤pH值分别升高了2.43%、2.55%、3.83%和5.11%，其中T1与T2处理间的pH值差异不显著；T4处理的土壤EC值最高，为801.97 μs/cm，比CK升高了63.19%。

图1 不同用量虫粪肥处理对土壤pH值和EC值的影响

2.1.2土壤有机质含量由表1可得，随着虫粪肥施用量的增加，植烟土壤的有机质含量呈上升趋势。T1、T2、T3、T4处理的土壤有机质含量分别比CK增加了13.91%、28.34%、44.67%和46.15%，其中T3与T4处理之间的土壤有机质含量差异不显著。

表1 不同用量虫粪肥处理对土壤养分含量的影响

2.1.3土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量由表1可知，虫粪肥的施用提高了植烟土壤碱解氮含量，T4处理提高最多，与CK相比增加了262.26%，其中T2与T3处理间的土壤碱解氮含量差异不显著；土壤有效磷含量与虫粪肥用量成正比，T1、T2、T3、T4处理的土壤有效磷含量分别比CK提高了14.67%、137.53%、162.36%、178.64%；随着虫粪肥施用量增加，土壤速效钾含量显著提升，各处理的速效钾含量大小为T4＞T3＞T2＞T1＞CK，T4处理的提升效果最佳，相较CK提高了255.61%。

2.1.4土壤酶活性由表2可知，T1、T2、T3、T4

表2 不同用量虫粪肥处理对土壤酶活性的影响 [mg/(g·d)]

处理的土壤磷酸酶活性均显著提升，T4处理的土壤磷酸酶活性最高，较CK提升了154.17%，其中T2与T3处理间差异不显著；不同处理间的脲酶活性高低顺序为T3＞T4＞T2＞T1，T1～T4这4个处理的脲酶活性分别比CK提升了172.73%、236.37%、309.09%、272.72%；不同虫粪肥处理中，T4处理的蔗糖酶活性最高，较CK提高了107.68%，T1、T2和T3处理分别比CK提高了28.53%、70.89%和95.52%，且各处理间差异显著。

2.2 虫粪肥对烟草生长的影响

2.2.1株高和最大叶面积由表3可得，施用虫粪肥可以促进烟草生长。不同用量虫粪肥的处理中，T3处理的烟株最高、最大叶面积最大，与CK相比，分别提高了163.50%、149.09%，其中，T2与T4、T3与T4处理间的最大叶面积无显著差异。

2.2.2地上部干重、根干重及根活力从表3看出，施用虫粪肥提高了烟草的地上部干重、根干重及根活力。以T4处理的植株地上部干重最重，比CK提高了164.11%，除T2与T3处理间地上部干重差异不显著外，其他处理间的差异均显著；以T3处理的根干重最重，较CK增加了106.00%，其中T1与T2、T2与T4处理间均无显著差异；不同处理间的根活力大小为T3＞T2＞T4＞T1＞CK，与CK相比，T1、T2、T3、T4处理的根活力分别提高了18.43%、124.93%、136.81%、29.12%。

表3 不同用量虫粪肥处理对烟草生长和生理指标的影响

2.3 虫粪肥对烟叶生理活性的影响

2.3.1烟叶叶绿素含量（SPAD值）由图2可知，施用虫粪肥提高了旺长期烟叶的叶绿素含量。与CK相比，各处理烟叶SPAD值分别提高了16.79%、37.06%、82.30%、81.32%，其中T3与T4处理间的烟叶SPAD值差异不显著。

图2 不同用量虫粪肥处理对烟叶SPAD值的影响

2.3.2烟叶SOD、POD、淀粉酶活性如表4所示，虫粪肥的施用提高了烟叶的SOD、POD及淀粉酶活性。不同用量虫粪肥处理的烟叶SOD、POD酶活性均表现为T3＞T4＞T2＞T1＞CK；与CK相比，T1、T2、T3、T4处理的SOD和POD酶活性分别提高了24.87%和45.61%、67.55%和63.21%、107.50%和121.74%、77.30%和71.36%。T3处理的淀粉酶活性最高，较CK提高了404.99%。

表4 不同用量虫粪肥处理对烟叶酶活性的影响

3 讨论与结论

黑水虻虫粪肥富含有机质和植物所需的氮、磷、钾养分，施入土壤后，随着土壤微生物的活性提高，有机物经矿化作用释放出大量的氮、磷、钾养分，使土壤中有机质和速效养分含量提升[16]，且随着虫粪肥用量的增加而不断提高。土壤酶活性与土壤的养分状况有关，在一定范围内，土壤酶活性与土壤养分含量成正比[17]。研究中不同用量的黑水虻虫粪肥施用后使土壤的有机质含量提高了13.91%～46.15%，速效养分含量增加了14.67%～262.26%，酶活性提高了24.87%～404.99%，这与李影等[18]的研究结果一致。

根活力可直观表明烟株根系的生长状况，可在一定程度上反映植株对水分和养分的运输、吸收及合成的能力[19]，在试验中，施用黑水虻虫粪肥使烟株的根系活力显著提高，以6%虫粪肥处理最高，表明该用量下烟株根系生长状况和运输养分的能力最好，为烟株运输营养物质及水分的效率高，这也使该处理下的烟草株高、最大叶面积及根干重提升效果最佳。

叶绿素参与叶片的光合作用，且高含量的叶绿素可以大大提升植株的光合作用速率，进而提高氮素的积累量。试验结果显示，施用黑水虻虫粪肥提高了旺长期烟叶的叶绿素含量，以6%虫粪肥处理的叶绿素含量最高，在该用量下叶片进行光合作用的强度最大，光合速率最快，有利于烟叶中的蛋白质合成[20]；同时，烟叶中蛋白质等含氮物质含量的提升也会促使烟叶淀粉酶活性的加强，使该用量下烟叶淀粉酶活性最高，加快烟叶中的淀粉水解成糖类物质[21]。

SOD和POD是植物抗氧化酶系统中的关键酶，在逆境下用来维持植物的正常生长，当植物受到逆境胁迫的时候，就会与植物组织和器官内的超氧阳离子等自由基发生相应的歧化反应，清除自由基对细胞的氧化伤害，降低逆境对植物的伤害[22]。在试验条件下，6%虫粪肥处理的烟叶SOD、POD酶活性均高于其他处理，表明烟株的抗逆性强，生长状况最好。

综上所述，施用不同量的黑水虻虫粪肥提高了植烟土壤的肥力，促进了烟草的生长及生理代谢，在该试验中，6%用量的黑水虻虫粪肥施用效果最佳。