蚯蚓粪对草炭型育苗基质及黄瓜幼苗的影响

摘 要：为探究蚯蚓粪在优化传统草炭型蔬菜育苗基质中的应用，分别添加0（CK）、10%、20%、30%、40%和50%的蚯蚓粪到传统草炭型育苗基质中，测定改良后的草炭型育苗基质性质、黄瓜幼苗形态及生理指标。结果表明，随着蚯蚓粪添加量的增加，育苗基质的容重、EC呈逐渐升高的趋势，而基质中细菌和真菌数量及中性磷酸酶（S-NP）、碱性磷酸酶（S-ALP）活性均呈先升高后降低的变化趋势。与CK相比，添加蚯蚓粪显著提高了黄瓜育苗基质的S-NP、S-ALP活性，且均以T4处理（添加40%蚯蚓粪）表现最好，比CK分别显著提高52.72%、43.16%。对于黄瓜幼苗而言，T4处理综合表现最好，地上部株高、茎粗、叶面积、生物量、地下部幼苗根系活力、根长度、根表面积等均显著高于CK。综上，添加蚯蚓粪能通过改善育苗基质性质，进而提高幼苗地上部及地下部形态指标，达到培育健壮黄瓜幼苗的目的，推荐采用的蚯蚓粪添加量为40%（质量分数）。

关键词：黄瓜；蚯蚓粪；育苗基质；幼苗生长

中图分类号：S642.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）10-075-07

收稿日期：2024-03-16；修回日期：2024-07-03

基金项目：国家可持续示范区建设项目（202206F011）；河北省现代农业产业技术体系建设专项资金（HBCT2023100212）

作者简介：白晓凤，女，在读硕士研究生，研究方向为蔬菜栽培生理与品质调控。E-mail：twilight0707@163.com

通信作者：薛占军，男，讲师，研究方向为蔬菜栽培生理与品质调控。E-mail：xzj_0117@126.com

Effects of vermicompost on peat-based seedling substrates and cucumber seedling

BAI Xiaofeng， LU Wei， ZHANG Yuchang， LI Qingyun， XUE Zhanjun

（College of Horticulture， Hebei Agricultural University， Baoding 071000， Hebei， China）

Abstract： To explore the application of vermicompost in optimizing traditional peat-based vegetable seedling substrates， this experiment added 0（CK）， 10%， 20%， 30%， 40%， and 50% vermicompost to traditional peat-based seedling substrates， measuring the properties of the improved substrates， and the morphological and physiological indices of cucumber seedling. The results showed that as the amount of vermicompost increased， the bulk density and EC of the seedling substrate gradually increased， while the number of bacteria， fungi， and the activities of neutral phosphatase （S-NP） and alkaline phosphatase （S-ALP） showed a trend of first increasing and then decreasing. When compared with CK， the addition of vermicompost significantly increased the S-NP and S-ALP activities in the cucumber seedling substrate， with the T4 treatment showing the best performance， increasing by 52.72% and 43.16%， respectively. For cucumber seedlings， T4 treatment （with 40% vermicompost added） showed the best performance， with significantly higher aboveground plant height， stem thickness， leaf area， biomass， underground seedling root system vitality， root lenght， and root surface area than CK. In summary， adding vermicompost can improve the properties of the seedling substrate， thereby enhancing the morphological indices of both the aboveground and underground parts of the seedling， and achieving the goal of cultivating robust cucumber seedling. The recommended vermicompost addition is 40%.

Key words： Cucumber; Vermicompost; Seedling substrate; Seedling growth

育苗已成为现代园艺作物生产中的重要环节之一，是实现蔬菜高产优质的基础，而无土育苗基质是培育壮苗的关键，且在各类无土育苗基质中，草炭型基质占据主导地位[1]。草炭是一种优良的基质改良剂，其效果已被许多试验所证实。但是草炭是短期不可再生资源，且草炭型基质的保水保肥性并不理想，因此，低成本且环保的无土育苗代用基质成为当前的研究热点[2]。研究表明，经过腐熟处理后的蚯蚓粪、玉米秸秆、玉米芯、稻壳、麦糠、炉渣、菇渣等农业废弃物可以替代草炭与蛭石、珍珠岩复配[3-5]，并能培育出健壮的蔬菜幼苗，提高种苗质量。

近年来，关于蚯蚓粪改良基质的研究逐渐受到人们的关注。蚯蚓粪富含有机质、腐植酸等养分，能够改善土壤结构，提高土壤的透气和保水能力[6-7]。此外，蚯蚓粪还提供多种激素和酶类物质，为植株生长发育创造良好的环境条件[8]。赵永鑫等[9]研究表明，蚯蚓粪替代化肥改善了土壤化学性状，显著提高小白菜产量的同时增加可溶性糖和维生素C含量，降低硝酸盐含量。李燕等[10]研究表明，蚯蚓粪作为甘蓝育苗的一种原材料，能够有效促进其生长发育。杨玉凯等[11]研究表明，蚯蚓粪复合基质对番茄幼苗的生长和光合作用有显著的促进效果。曹云等[12]研究表明，蚯蚓粪的施入可促进小白菜幼苗的株高、茎粗和根系质量增加等。由此可见，利用蚯蚓粪开发蔬菜育苗基质具有可行性，但是筛选适龄壮苗的优化配方仍需要深入研究。因此，针对育苗产业过度依赖不可再生的草炭型育苗基质，而国内农业废弃物资源化利用率低的现实问题，笔者拟在传统草炭育苗基质的基础上，分别添加不同质量分数的生活污泥制备的蚯蚓粪，研究蚯蚓粪对改良后草炭型育苗基质的物理、化学和生物学性质及黄瓜幼苗的形态、叶片生理和壮苗指数等参数的影响，筛选出适合黄瓜壮苗培育的最佳蚯蚓粪添加量，以期为黄瓜基质育苗技术优化提供重要的数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

试验所选用育苗基质为蚯蚓粪、进口草炭、蛭石、珍珠岩。蚯蚓粪是蚯蚓分解生活污泥得到的，收集于保定市清苑县蚯蚓生产基地，全氮含量（w，后同）16.67 g·kg-1、全磷含量11.41 g·kg-1、全钾含量10.17 g·kg-1、水解性氮含量1 513.68 mg·kg-1、有效磷含量351.71 mg·kg-1、速效钾含量1 767.66 mg·kg-1、有机质含量262.14 mg·kg-1；重金属砷含量12.96 mg·kg-1、镉含量0.52 mg·kg-1、铬含量47.65 mg·kg-1、汞含量0.83 mg·kg-1、铅含量78.51 mg·kg-1，均符合行业标准《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》[13]。蚯蚓粪在使用前打碎过2 mm筛后备用；草炭为德国Floragard公司生产的进口型草炭；蛭石、珍珠岩均购于河北省保定市莲池区基质厂；供试黄瓜品种为驰丰668，试验用水溶肥是N、P2O5、K2O质量比为20∶20∶20的平衡肥，均购于保定市农贸市场。

1.2 试验设计

育苗基质以蚯蚓分解生活污泥得到的污泥蚯蚓粪、传统基质（进口草炭、蛭石、珍珠岩体积比6∶2∶2）为原料，两种原料的容重（BD）、总孔隙度（TP）、通气孔隙度（AP）、持水孔隙度（WHP）、气水比（AP/WHP）、pH、EC值见表1。在传统草炭型育苗基质的基础上，分别添加不同质量分数的蚯蚓粪，形成系列配方育苗基质，见表2。种植前按照郭世荣[14]和程斐等的方法[15]，测定的配方基质容重为0.16～0.29 g·cm-3，总孔隙度为67.41%～69.93%、通气孔隙度为4.30%～6.70%、持水孔隙度为62.02%～63.74%、气水比为0.06～0.11；基质pH为6.54～7.26，EC值为242.33～556.83 μS·cm-1，以上数据基本符合行业标准《蔬菜育苗基质：NY/T 2118—2012》[16]。

育苗配方基质筛选试验于2023年5—6月在河北农业大学东校区温室内进行。将黄瓜种子浸种催芽后选择发芽一致的种子播于装有不同配方基质的50孔穴盘内，每个处理2盘，随机区组排列。育苗期间每天上午喷洒1次清水，每次需浇透，待幼苗第一片真叶展开后，每天上午喷洒1次1000倍水溶肥，待幼苗达壮苗标准时（即20 d左右的日历苗龄），统一对各处理进行取样测定。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 不同处理基质的理化性质测定 （1）基质物理性质的测定：按照郭世荣[14]的方法测定基质的容重、孔隙度，取已知体积V的风干基质加入环刀（记质量W1）中，称质量W2，在浸泡水中24 h，称质量W3；捞出倒置水分自由沥干24 h后，称质量W4。每处理重复3次。按以下公式计算各理化指标：

容重（BD）/（g·cm-3）=（W2-W1）/V； （1）

总孔隙度（TP）/%=（W3-W2）/V×100； （2）

通气孔隙度（AP）/%=（W3-W4）/V×100； （3）

持水孔隙度（WHP）/%=TP-AP； （4）

气水比=AP/WHP。 （5）

（2）基质化学性质的测定：按照程斐等[15]的方法采用饱和浸提法进行测定，风干基质和去离子水按照体积比1∶5混合，搅拌后静置24 h，使用雷磁PHS-3C型pH计、雷磁DDS-307A型EC计分别测定上清液pH和EC值。

1.3.2 不同基质真菌、细菌、放线菌总量的测定 微生物数量采用稀释平板法测定，其中细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌采用孟加拉红培养基，放线菌采用高氏I号培养基。微生物数量以每克基质中的菌落数表示，计算公式为每克基质中所含微生物数量（cfu·g-1）=菌落平均数×稀释倍数/[接种量（mL）×（1-样品含水量）]。

1.3.3 不同基质酶活性的测定 将种植后的基质在室内自然风干后研磨，过40目筛，采用磷酸苯二钠比色法测定磷酸酶活性[17]，其活性以1 g基质中1 h释放出的1 μmol酚表示，分别测定基质中酸性、中性和碱性磷酸酶活性。

1.3.4 黄瓜幼苗地上部形态指标的测定 每个处理随机挑选10棵幼苗做好编号测定株高、茎粗和叶面积。用直尺测定茎基部到中心点最高处的垂直高度为株高；用游标卡尺测量茎粗，以子叶脱落处的粗度为测量标准；用AM200叶面积仪扫描测量叶面积。

1.3.5 黄瓜幼苗地下部根系形态及活力的测定 用MRS-9600TFU2L根系扫描仪扫描各处理的根系图像，并分析根长度、根表面积、根体积、根尖数等指标；将幼苗根系洗净基质后，从根尖向上取4 cm的根段，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法测定根系活力[18]。

1.3.6 黄瓜叶片色素含量的测定 采用80%丙酮提取法，分别在波长470、645、663 nm下测定叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量[19-20]。

1.3.7 黄瓜幼苗生物量的测定 每个处理随机选择4株幼苗，测定黄瓜幼苗全株、地上部、地下部干质量和鲜质量，计算壮苗指数和根冠比。

幼苗鲜质量测定：将幼苗从穴盘中取出，轻轻抖落根系的基质后，用清水轻轻洗去幼苗根部黏附的基质，再用餐巾纸吸干表面水分后，将植株从根部剪断，用万分之一分析天平分别测量地上部和地下部鲜质量。

幼苗干质量测定：鲜质量测量后，先在105 ℃鼓风干燥箱内杀青30 min，然后在80 ℃下烘干48 h至恒质量，分别测定各部分的干质量。

幼苗壮苗指数和根冠比分别按照韩素芹等[21]和司东霞等[22]的方法计算。壮苗指数=（茎粗/株高+地下部干质量/地上部干质量）×全株干质量；根冠比=地下部干质量/地上部干质量。

1.4 数据分析

使用Excel 2021和SPSS 25.0进行数据处理和分析，采用Duncan’s新复极差法进行显著性检验（p<0.05）。

2 结果与分析

2.1 添加蚯蚓粪对黄瓜育苗基质的影响

2.1.1 添加蚯蚓粪对黄瓜育苗基质物理性质的影响 由表3可知，与CK相比，添加蚯蚓粪对育苗基质的物理性质有一定影响。随着蚯蚓粪添加量的增加，基质容重呈现出逐渐升高的趋势，较CK提高了18.75%～81.25%；不同处理的持水孔隙度无显著差异；T3、T4、T5处理的总孔隙度显著低于CK，降低幅度分别为3.60%、3.95%和4.09%；T2、T3、T4和T5处理的通气孔隙度和气水比均显著低于CK，其中T5处理均最低，比CK分别显著降低35.82%、45.45%。

2.1.2 添加蚯蚓粪对黄瓜育苗基质化学性质的影响 由表4可知，与CK相比，添加蚯蚓粪对育苗基质的化学性质有一定影响，各处理基质pH显著升高，增幅为7.34%～10.55%；各处理基质EC随着蚯蚓粪添加量的增加呈逐渐升高的趋势，增幅为7.91%～129.78%，其中T2、T3、T4和T5处理与CK均呈显著差异。

2.1.3 添加蚯蚓粪对黄瓜育苗基质微生物多样性的影响 由表5可知，与CK相比，添加蚯蚓粪对育苗基质的细菌、真菌、放线菌数量有一定影响。随着蚯蚓粪添加量的增加，基质的细菌和真菌数量呈先增加后减少的变化趋势，放线菌数量呈先增加后减少再增加的变化趋势，其中T2处理的细菌、真菌和放线菌数量均显著高于CK及其他处理，分别比CK显著增加87.49%、152.56%、48.36%。

2.1.4 添加蚯蚓粪对黄瓜育苗基质酶活性的影响 由表6可知，与CK相比，添加蚯蚓粪对育苗基质的磷酸酶活性有显著影响。添加蚯蚓粪的基质酸性磷酸酶活性均显著低于CK，且随着蚯蚓粪添加量的增加呈现先降低后升高的变化趋势，T3处理最低，较CK显著降低39.12%；添加蚯蚓粪的基质中性和碱性磷酸酶活性均显著高于CK，且随着蚯蚓粪添加量的增加呈先升高后降低的变化趋势，均以T4处理最高，分别较CK显著提高52.72%、43.16%。

2.2 添加蚯蚓粪对黄瓜幼苗地上部形态指标的影响

由表7可知，与CK相比，添加蚯蚓粪对黄瓜幼苗形态指标有一定影响。添加蚯蚓粪的各处理黄瓜幼苗茎粗均有所增加，但差异不显著；除T5处理外，其他处理株高均高于CK，各处理株高和茎粗均以T4处理最大，分别比CK提高了6.68%、7.28%。与CK相比，各处理第一片真叶面积和单株总叶面积均有所增大，增幅分别为4.82%～34.27%、7.80%～25.93%，且均以T4处理最大，分别比CK显著增大34.27%和25.93%。

2.3 添加蚯蚓粪对黄瓜幼苗地下部根系形态指标的影响

由表8可知，与CK相比，添加蚯蚓粪对黄瓜幼苗地下部根系形态指标有一定影响。T3和T4处理的根系活力分别比CK显著提高122.71%、81.04%；添加蚯蚓粪后，黄瓜幼苗的根长度、根表面积、根体积、根尖数均呈先增加后减少的变化趋势，均以T4处理最大，与CK相比，分别显著增加19.38%、34.55%、42.93%、36.29%。

2.4 添加蚯蚓粪对黄瓜幼苗色素含量的影响

由表9可知，与CK相比，添加蚯蚓粪对黄瓜叶片色素含量有一定影响。随着蚯蚓粪添加量的增加，黄瓜叶片的总叶绿素、叶绿素a和叶绿素b含量均呈先升高后降低的变化趋势，均以T2处理最高，较CK分别显著提高11.32%、7.69%和28.57%；对于类胡萝卜素而言，与CK相比，添加蚯蚓粪显著降低了黄瓜叶片的类胡萝卜素含量，其中T5处理叶片的类胡萝卜素含量最低，比CK显著降低28.57%。

2.5 添加蚯蚓粪对黄瓜幼苗干鲜质量、壮苗指数和根冠比的影响

由表10可知，与CK相比，添加蚯蚓粪对黄瓜幼苗的干鲜质量、壮苗指数和根冠比有一定影响。随着蚯蚓粪添加量的增加，黄瓜幼苗全株鲜质量、全株干质量、地上部鲜质量、地上部干质量、地下部鲜质量、地下部干质量均呈现先增加后减少的变化趋势，较CK分别增加了7.26%～34.74%、2.94%～25.00%、5.84%～35.45%、3.33%～23.33%、-10.00%～32.22%、0～37.50%；在各处理中，均以T4处理表现最好。对于壮苗指数和根冠比而言，均以T4处理效果最好，比CK分别显著提高27.27%、23.08%，其他处理与CK均无显著差异。

3 讨论与结论

3.1 添加蚯蚓粪对育苗基质的影响

基质是蔬菜育苗的重要组成部分，蚯蚓粪为可再生的绿色环保资源，生产加工技术已非常成熟，目前市场应用较为广泛，可用于替代短期不可再生的草炭[23]。笔者在传统基质（草炭、蛭石、珍珠岩体积比6∶2∶2）的基础上，添加蚯蚓粪组成的复配基质，其容重为0.16～0.29 g·cm-3，总孔隙度为67.41%～69.93%，pH为6.54～7.26，EC值为242.33～556.83 μS·cm-1，数据基本符合蔬菜育苗基质的物理特性要求[16]。

土壤酶活性是土壤中生物化学过程的总体现，可以反映土壤生物活性和土壤生化反应强度、土壤性质和肥力水平[24-25]。本研究结果表明，随着蚯蚓粪添加量的增加，基质中性及碱性磷酸酶活性呈先升高后降低的变化趋势，蚯蚓粪添加量在10%～40%时，施用量越大，土壤中性及碱性磷酸酶活性越高，其原因是施用有机肥促进作物根系的生长，从而提高了土壤磷酸酶活性。磷酸酶与土壤中磷的转化密切相关，提高了作物可利用磷的含量，有利于黄瓜幼苗生长。但是，施用量增加至50%时，基质中性及碱性磷酸酶活性反而下降，这可能是磷酸酶具有反馈抑制作用[26]。

此外，外源施入一定数量的蚯蚓粪增加了黄瓜基质微生物数量，这与徐宪斌[27]的研究相似，且添加20%蚯蚓粪时，基质中细菌、真菌和放线菌数量均显著高于其他处理。这与曹旭等[28]关于番茄根际土壤微生物的研究结果不完全一致，造成这一差异可能与作物种类、土壤性状和试验周期等因素有关。

3.2 添加蚯蚓粪对黄瓜幼苗生长的影响

蚯蚓粪能改善基质理化性质，增加基质酶活性和微生物数量并提高基质质量，从而促进植物生长与养分吸收。在本研究中，添加蚯蚓粪的处理能够改善植株的生长特性，促进植株根茎的生长。前人研究表明，蚯蚓粪可以促进人参生长[29]；提高小型西瓜幼苗的株高、茎粗、生物量、根长、根表面积等指标[30]；促进番茄幼苗的生长，提升番茄幼苗质量，表现为番茄幼苗生长迅速、干物质积累快、壮苗指数大[31]。本研究表明，与CK相比，添加蚯蚓粪的育苗基质提高了黄瓜幼苗的株高、茎粗、第一片真叶叶面积、单株总叶面积和干鲜质量，但是蚯蚓粪添加量在50%时，对黄瓜幼苗形态指标的促进效果相对减弱，说明添加适量的蚯蚓粪对黄瓜幼苗的生长有促进作用，但蚯蚓粪含量过高时，基质容重高、孔隙度低、通气性差，反而可能会抑制黄瓜幼苗的生长[32]。

此外，植物根系是活跃的吸收器官和合成器官，会直接或间接地影响植物地上部的生长和营养状况以及产量。本试验结果表明，添加蚯蚓粪可不同程度地提高黄瓜幼苗的根系活力，促进根系生长，其中添加30%及40%蚯蚓粪的处理效果最好，但是蚯蚓粪添加量在50%时，黄瓜幼苗根系活力及根系生长量与对照差异不显著甚至低于对照。这可能是因为基质中蚯蚓粪含量过高，导致基质EC值偏高，提高了含盐量，反而不利于根系生长。添加适量蚯蚓粪，能提高植物根系活力，有利于根系对养分的吸收，促进植物生长，这与前人的研究结果相似[33-35]。

综上所述，蚯蚓粪不同施用量对黄瓜育苗基质及植株的生长有着不同程度的促进作用。以T4处理（添加40%的蚯蚓粪）对黄瓜育苗基质及植株的生长综合提升效果最好，超过适宜的蚯蚓粪添加量对黄瓜植株生长的促进作用减弱。

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