蚯蚓粪肥在农业生态应用的研究进展

陈慕松 范晓晖 钟鲁龙 刘文婷 谢 星 林挺兴 薛立云

（1.宁德市农业科学研究所 福建 福安 355017；2.宁德市蕉城区柑桔无检疫性病虫母本园种苗繁育场 福安 宁德 352100；3.福安市康厝乡村振兴服务中心 福建 福安 355017）

在现代农业的发展过程中，化肥因其肥效快、增产效果显著等优点而被广泛应用， 它在保障粮食安全方面发挥着重要作用[1-2]。 但过度依赖化肥及不合理的施用，不仅不能带来粮食产量的持续增长，反而会因肥料利用率的降低而导致资源的浪费， 加速耕作土壤质量的退化，加大农业面源污染的风险[3]。 随着人们对农业生态环境的重视，利用农业废弃物、畜禽粪便及城市生活废弃物生产有机肥得到广泛关注[4]，通过有机肥替代（配施）化肥措施，减少化肥投入量，可促进农业生产资源的循环利用，改善农业生态环境，实现农业的可持续高质量发展[5]。

蚯蚓（Pheretima）是土壤中重要的动物类群，其生物量占据土壤动物生物总量的60%以上， 在生态系统中为分解者的角色， 是土壤生态系统重要的组成部分，常被作为评价土壤健康的重要指标[6-8]。 同时，蚯蚓具有消化能力强、食性广的特点，可用于处理农作物秸秆、畜禽粪便、沼气废渣、城市生活垃圾和工业污泥等有机废弃物， 并获得其排泄产物蚯蚓粪[9]。 研究表明，蚯蚓粪肥富含有机质及多种养分元素，是一种优质的生物有机肥，在改善土壤生态环境及农业生产中具有极高的利用潜力[10]。

随着蚯蚓粪肥在农业生产中的优势不断凸显，国内外研究学者开展了大量有关于蚯蚓粪肥的试验与应用研究，并取得一系列研究成果。 本文作者围绕国内外关于蚯蚓粪肥相关研究报道， 从蚯蚓粪肥对土壤理化性状、 土壤微生物和作物生长影响等方面进行梳理总结，以期加深大家对蚯蚓粪肥的了解，促进蚯蚓粪肥在农业生产中的应用， 为推进现代生态农业的发展提供参考。

1 蚯蚓粪肥概述

蚯蚓将可生物降解的有机废弃物吞食， 在消化系统中经过各种微生物和酶的协同作用下， 通过肠道转化后排泄而成有机肥料，被称为蚯蚓粪，也称蚯蚓粪肥或蚯蚓堆肥[11]。蚯蚓粪肥一般为黑色或灰褐色的细碎有机物料，呈颗粒状，团聚体粒径以0.5～3.0 mm为主，其物理结构均一，具有良好的孔隙比，具备良好的通气性和保水性[12]。 蚯蚓粪肥呈中性或偏碱性，是一种兼具调节酸性土壤和碱性土壤的土壤调理剂[13]。同时，蚯蚓粪肥除含有丰富的有机质外，还含有氮、磷、钾大量元素及钙、镁、锌、硼等多种中微量元素，能为植物的生长提供较为全面的养分供应[14]。 研究表明， 蚯蚓粪肥中的养分含量与堆肥原材料密切相关， 且蚯蚓粪肥中的养分含量一般高于相同原材料的普通堆肥产物， 说明蚯蚓处理有机废弃物可提升其养分含量[15]。蚯蚓堆肥化过程在蚯蚓的肠道内进行，温度一般在10～32℃，在此环境中大部分细菌被杀死，有益微生物大量繁殖，使得蚯蚓粪肥不仅富含有机质及各种养分， 还具有相对稳定的有益微生物群落， 因此被认为是一种兼具有机肥和微生物肥效应的生物有机肥[16]。

2 蚯蚓粪肥对土壤的影响

2.1 蚯蚓粪肥对土壤理化性质的影响

良好的土壤理化性质是保障作物生长的重要基础条件， 化肥的长期过度施用及有机肥料的忽视将进一步加速土壤质量退化[17]。蚯蚓粪肥中的多糖作为一种胶结剂，有利于土壤团粒结构的形成；同时，蚯蚓粪肥中的腐殖质也能与土壤中的金属离子胶结，促进稳定团粒结构的形成。 李彦霈等[18]通过黄绵土、黑垆土和风沙土的土柱培养试验表明，施用3%蚯蚓粪肥可促进土壤团聚体的形成， 增加土壤有机碳的稳定性。 Li 等[19]室内培养试验也证明，施用蚯蚓粪肥能显著改善土壤微团聚体， 增加土壤有机碳的稳定性。程亚倩等[20]在连作烟田开展蚯蚓粪肥替代部分化肥大田试验， 结果表明配施蚯蚓粪肥不仅能增加土壤速效养分及有机质含量，还能显著降低土壤容重。游浩宇等[21]的研究表明，在猕猴桃园的黏重土壤中施入蚯蚓粪肥后，显著降低了土壤容重和紧实度，明显改善了土壤的物理结构。 大量研究表明，蚯蚓粪肥的施用可以改善土壤的肥力状况。周东兴等[22]的水稻盆栽试验发现， 蚯蚓粪肥配施化肥可在一定范围内显著提高土壤氮、磷、钾等养分含量。赵永鑫等[14]在相同施氮量的条件下， 施用蚯蚓粪肥能显著增加小白菜栽培土壤中的全氮、速效磷、速效钾及有机质含量。杭琼等[23]的研究表明，添加5%～10%蚯蚓粪肥可以改善果园30～60 cm 土壤底层的pH，提高土壤有机质、硝态氮、速效磷等养分的含量。

2.2 蚯蚓粪对土壤微生物群落的影响

土壤微生物与环境有着密切联系， 人为频繁活动改变了土壤环境， 从而间接影响土壤微生物种群数量及其活性。 微生物在蚯蚓的消化过程中扮演着重要的角色， 大部分病原真菌及细菌会在通过蚯蚓消化道时被杀死[24]。 因此，蚯蚓粪肥作为含有丰富的有益微生物的生物有机肥， 施入土壤中后可有效地改善土壤中有益微生物种群结构。 谭骏等[25]研究表明， 蚯蚓粪肥能够增加土壤微生物特有物种数目和多样性，提高土壤中的益生菌丰度，对农田土壤的安全利用具有积极影响。 李腾飞等[26]的研究表明，露地辣椒土壤施用蚯蚓粪肥后辣椒根际土壤细菌数量和放线菌数量显著提高，根际土壤真菌数量显著降低。王明友等[27]和贾德新等[28]的研究均表明，施用蚯蚓粪肥相比单施化肥能明显改善豇豆根际土壤的微生态环境，显著增加根际土壤中细菌数、放线菌数、微生物总量及微生物碳含量。 其他研究者在不同作物土壤中也得出相似的研究结果，井大炜等[29]与李少杰等[30]分别对杨树苗及设施甜瓜土壤开展微生物特性研究，表明施用蚯蚓粪肥有利于微生物繁殖，从而提高土壤中生理菌群数量。 这主要是因为蚯蚓粪肥自身有大量活性微生物， 同时其富含有机质及各种养分， 可为微生物提供良好的生存环境和足够的能源供应。

2.3 蚯蚓粪对土壤重金属的影响

现代工业的快速发展及对土壤资源的过度利用，使得土壤重金属污染日益严重，而土壤中重金属超标污染物最终会通过食物链或直接接触等途径危害人们的身体健康。 因此，土壤重金属的研究一直是土壤生态环境研究领域的重点。 随着蚯蚓粪肥在农业生产中的应用， 其施入后对土壤重金属影响也受到广泛的关注[31]。 一方面，蚯蚓粪肥自身的重金属含量与蚯蚓堆肥源中重金属含量、 种类及培养时间密切相关， 其自身重金属含量直接影响施入土壤中的重金属含量[32]。 王耀等[33]的研究表明，随污泥蚯蚓粪肥施用量的增加，滩涂盐碱地土壤中的镉、铜、铅和锌等重金属活性态的比例呈上升趋势， 同时玉米植物体内的锌、铜含量也呈上升趋势。 另一方面，蚯蚓粪肥施入土壤后， 因其自身特性引发的各种理化反应和土壤中生物的活动对土壤重金属含量及其形态会产生一系列间接影响[34]。蚯蚓粪肥多孔隙结构使得其具备较大吸附力，可以吸附一定比例的重金属；同时蚯蚓粪肥中的腐殖质含有丰富的酚羟基、羧基、羰基、氨基等多种官能团，可与土壤中重金属发生络合反应，从而降低土壤中重金属的活性[35]。 郭茹等[36]通过盆栽试验表明，8%～12%蚯蚓粪肥与7.2%生物炭配施，可提高铅污染土壤铅的固定比例，降低生菜植物体内的铅含量。 但一些其他研究得出了相反的结论，认为蚯蚓粪肥的施入会提高土壤重金属的活性。李扬等[37]认为蚯蚓粪肥的施用后会促进作物根系分泌一些具有活化重金属的小分子有机酸物质， 局部降低土壤pH，活化部分重金属。刘伟等[38]将蚯蚓粪肥作为重金属修复剂， 施入土壤后提高了土壤重金属铜、镉、锌和砷的移动性，提升了紫花苜蓿金属富集能力， 从而改善紫花苜蓿修复重金属污染农田土壤的效果。

3 蚯蚓粪肥对作物的影响

3.1 蚯蚓粪肥对作物品质和产量的影响

诸多研究表明，蚯蚓粪肥作为优质生物有机肥，能为作物生长提供较为全面的养分， 同时通过改善土壤物理结构，增加土壤微生物的数量，提高作物对养分的吸收，促进作物提质增产。 因此，蚯蚓粪肥作为基肥被广泛应用于农作物生产。Kumar 等[39]的研究表明， 一定比例的蚯蚓粪肥配施无机肥料能提高小麦对养分的吸收，增加小麦的籽粒产量和秸秆产量，同时提升谷物中的蛋白质含量。 另外，生物炭配施蚯蚓粪肥能促进水稻生长，增加水稻籽粒质量，对水稻增产有积极作用[40]；同时蚯蚓粪肥能显著增加水稻籽粒中苯丙氨酸、 苏氨酸和缬氨酸等氨基酸含量[41]。Bekele 等[42]的研究表明，蚯蚓粪肥配施氮磷无机复合肥能显著提高花生的产量和种子含油量。王亚利等[43]的研究表明，相较于蔬菜废弃物的普通堆肥，施用蔬菜废弃物蚯蚓粪肥可显著提高鸡毛菜的株高和叶面积，并能显著增加鸡毛菜中氮、磷、钾、钙和镁养分元素含量。 此外，另一项研究表明，使用蚯蚓粪肥作为设施番茄栽培基质，能显著促进番茄植株的生长，提高番茄的株高和坐果率，实现增产，且果实中的氨基酸、总糖、维生素C 含量和糖酸比均高于传统土壤栽培模式[44]。蚯蚓粪肥作为追肥同样可提升作物的产量和品质。庞月等[45]的研究表明，与未追施处理对比，在鸡鸭粪底肥的基础上追施蚯蚓粪肥， 不仅可增加土壤肥力及土壤中酶活性， 还能显著提高西瓜的可溶性糖含量、甜度及单瓜产量。

3.2 蚯蚓粪肥对作物根系的影响

根系不仅为植株地上部提供固定作用， 还是作物从土壤中吸收水分和养分的主要器官， 也是多种激素和有机酸合成的重要场所，其与作物的产量、品质和适应性均有密切的关系[46]。蚯蚓粪肥中含有蚯蚓分泌的生长素、 细胞分裂素和赤霉素等植物激素可以促进种子萌发[47]。 因此，蚯蚓粪肥作为基质原料被广泛用于育苗基质中。 李博等[48]的研究表明，在葡萄扦插苗基质中增加蚯蚓粪肥可促进一年生 ‘摩尔多瓦’葡萄扦插苗的根长、根表面积、根阴影面、根体积及根尖数等。 黄建全等[49]的研究表明，添加蚯蚓粪肥处理的一年生‘红宝石无核’葡萄的根长、根表面积和根尖数等指标均高于不添加蚯蚓粪肥处理。 田给林等[50]的研究表明，与施加牛粪相比，在灭菌土壤上施用蚯蚓粪肥有利于土壤中微生物群落结构的恢复，可缓解草莓的因化感而产生的自毒作用，增加草莓植株根系总长、根系表面积及根叉数。 常大丽等[54]的研究表明， 适当比例的蚯蚓粪肥替代草炭能够增加苹果树苗地上生物量， 同时树苗的根长、 根表面积、根体积、根尖数、根干重和根系活力均有增加。Zaller 等[55]的研究表明，适当比例的蚯蚓粪肥代替泥炭作为番茄的栽培基质可促进番茄根系的生长。 但不意味着蚯蚓粪肥施用得越多越好， 另一项研究表明，添加适量蚯蚓粪肥能显著促进白菜幼苗生物量的增加， 但施用蚯蚓粪肥比例过高会导致基质中硝酸盐含量和电导率的增加，从而抑制幼苗根系生长[56]。

4 结语与展望

我国作为农业大国， 土地集约化程度和农业生产资料的投入不断增加，造成土壤酸化、土壤板结、土壤污染、生物多样性下降、土传病害频发等土壤健康问题不断突出。 大量研究表明，蚯蚓可生物降解有机废料制成堆肥，制备成本低且周期较传统堆肥短，施入土壤后可为植物提供生长所需的各种养分，并改良土壤结构， 调节土壤微生物菌群并抑制作物土传病害，不仅能促进作物的增产提质，还能大幅减少化学农业投入品的使用，减轻对环境的破坏，符合当下对可持续农业和生态农业的要求。 虽然蚯蚓粪肥在诸多试验及应用中表现良好， 但依然存在一些问题需要进一步研究解决， 为此本文作者从以下几个方面进行了展望。

（1）不同堆肥原料养殖蚯蚓后获得的蚯蚓粪肥中的养分含量存在差异，这与蚯蚓品种、饲养环境等影响因素有关。 因此，在未来需要进一步确定不同影响因子在蚯蚓粪堆肥过程中发挥的作用， 筛选出最佳蚯蚓粪肥生产技术方案， 促进蚯蚓粪肥生产向标准化、规模化发展。

（2）蚯蚓粪肥有诸多优点，但施用方式、施用量、与其他物料配施比例的不同， 都可能影响蚯蚓粪肥在农业生产中的施用效果。 因此，未来的蚯蚓粪肥的施用需要根据不同作物及耕作土壤类型， 有针对性地制订最适施用量及最优施肥方式， 使蚯蚓粪肥的施用达到最佳效果。

（3）蚯蚓粪肥在改良重金属污染土壤方面仍存在部分争议，主要是因为蚯蚓粪肥施入土壤中，部分重金属元素参与地球化学循环过程的机制不够清晰。因此，未来需要进一步探明重金属元素的运移机制，趋利避害，保障蚯蚓粪肥的安全施用，使其在改良土壤中发挥更大作用。