蚯蚓糞配施尿素對豇豆根系特征與根際土腐殖質的影響

井大煒 王明友 張 紅 李士平

(德州學院生態與園林建筑學院， 德州 253023)

蚯蚓糞配施尿素對豇豆根系特征與根際土腐殖質的影響

井大煒 王明友 張 紅 李士平

(德州學院生態與園林建筑學院， 德州 253023)

通過大田試驗，研究了不施肥(CK)、單施化肥(CF)、施蚯蚓糞(VC)及蚯蚓糞和尿素各提供50%的氮(VC+CF)等處理對土壤物理性質、豇豆根系活力、形態特征及根際中根系分泌物含量與腐殖質組成的影響。結果表明：VC和VC+CF處理較CF處理能顯著降低土壤容重，并明顯提高土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度。各施肥處理對豇豆在幼苗期的根系特征和根際土壤腐殖質組成的影響不明顯；而在伸蔓期和開花結莢期，與CF處理相比，VC+CF處理顯著提高了豇豆的根系活力，并明顯增加了豇豆的總根長、比根長、根表面積、根體積與根尖數，而根系直徑卻顯著降低，其中開花結莢期的根表面積分別比CK、CF和VC處理增加144.88%、80.73%和36.82%；同時，VC+CF處理也提高了豇豆根際土壤中根系分泌物和胡敏酸含量，并提升胡敏酸與富里酸比值，其中開花結莢期的胡敏酸含量分別較CK、CF和VC處理高出45.19%、37.06%和7.69%。此外，VC+CF處理可明顯提高豇豆產量，顯著改善豇豆品質，且作用效果顯著優于其他處理。隨著豇豆生育期的推進，蚯蚓糞配施尿素的影響作用逐漸增大。綜上，蚯蚓糞與尿素配施有利于改善豇豆的根系特性和根際土壤腐殖質組成，增強土壤的供肥性能，有助于促進豇豆生長并提高產量和品質。

豇豆； 蚯蚓糞； 根系形態特征； 根系分泌物； 腐殖質組成

引言

豇豆(VignaunguiculataL.)屬豆科植物，籽粒營養豐富，蛋白質質量分數高達16.0%～30.8%[1]；并含有多種氨基酸，能彌補禾谷類糧食的不足，同時，豇豆還具有較強的耐瘠薄能力及抗旱性，且生育期短、適應性廣，是我國重要的豆類蔬菜作物[2]。關于豇豆的施肥研究一直是廣大學者關注的焦點。有機肥料是傳統農業中的重要肥源，在現代農業生產中被越來越多的人所采用[3-4]。但隨著眾多畜禽場的規模化興建、運作，畜禽糞便也漸漸成為大量種植農場的有機肥源，而這些畜禽場所產生的有機肥與傳統有機肥相比，卻發生了質的變化[5]。有研究表明[5]，在年出欄1萬頭的豬場，糞便中排出的砷元素量折合As2O3為230 kg/a左右。由此可見，有機肥的施用方式不容忽視，同時有機肥種類的選擇也尤為重要。

蚯蚓糞是通過蚯蚓消化有機廢棄物而產生的均勻顆粒，具有良好的團粒結構，疏松適度，通透性好，酸堿度中性，并有保肥、保水性能；同時其有機質含量高，礦質養分豐富，含有多種利于植物生長的腐殖質、酶、植物激素類物質[6]。我國從20世紀80年代開始興起蚯蚓養殖業，北京、天津、云南等地均建有不同規模的養殖場，蚯蚓糞年產量高達幾十萬噸[7]。許多學者針對蚯蚓糞開展了大量的研究，但主要集中在黃瓜、草莓等作物上[8-9]，而應用于豇豆的研究報道較少，尤其關于蚯蚓糞對豇豆根系特性與土壤腐殖質的研究更是鮮有報道。根系吸收特性決定了植株獲得水分、養分的能力，作物實際種植中采用的許多栽培措施本質上是通過影響根系吸收特性來控制個體與群體的發育，進而達到增產的目的[10]；而腐殖質是土壤有機質的主體部分，既能作為營養元素的“庫”，還可影響土壤中的礦物成分等，其組成是評價土壤肥力水平的重要指標[11]。本文以豇豆為試材，評價施用蚯蚓糞對土壤物理性狀、豇豆根系吸收特性與根際土壤中根系分泌物含量及腐殖質組成的作用效果，以期為蚯蚓糞推廣應用提供理論支撐，也可為豇豆的合理種植提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗地點設在山東省德州市運河經濟開發區蘆莊村九龍灣生態園，供試土壤為輕壤土，土壤速效氮、磷和鉀含量(質量比)分別為93.85、36.07、106.32 mg/kg，有機質含量為15.08 g/kg。供試蚯蚓糞為蚯蚓吞食牛糞后的產物，全量氮、磷、鉀質量分數分別為1.68%、1.29%與0.95%；氨基酸總質量分數為5.42%，其所含氨基酸種類在16～18種之間；有機酸總量和總糖含量分別為41.26 mg/g與25.39 mg/g；pH值6.9。所用化肥為尿素(含N質量分數46%)、過磷酸鈣(含P2O5質量分數12%)和硫酸鉀(含K2O質量分數50%)。豇豆品種為“之豇28-2”。

1.2 試驗設計

試驗于2012—2015年連續進行4 a，為避免豇豆連作，分別選擇土壤基礎肥力相近的4個地塊，每年種植在不同地塊上，且每個地塊的面積、試驗處理均相同。統一采用田間小區試驗，隨機區組設計，共設4個處理：①CK，不施肥。②CF，單施化肥。③VC，施蚯蚓糞。④VC+CF，蚯蚓糞提供50%的氮，尿素提供50%的氮。每個處理5次重復，每個小區面積為93.6 m2(7.8 m×12 m)，共計20個小區。除CK外，各處理均為等養分量，氮、磷、鉀含量相當于310.50、238.50、175.50 kg/hm2，各處理磷、鉀不足部分分別用過磷酸鈣、硫酸鉀補足。

豇豆采用12 cm高M壟栽培，栽培行寬50 cm，株距40 cm，操作行距90 cm。按試驗設計撒施定量有機肥和化肥，深翻攪拌均勻后整地起壟，覆蓋地膜。分別在2012年4月26日、2013年4月21日、2014年4月27日和2015年4月23日使用點播器點播豇豆，植株抽蔓后支人字架，架高1.9 m。生長期間每20 d進行1次中耕除草，生長后期及時摘除基部黃葉。整個生長期，根據具體情況噴施藥劑防治病蟲害。

1.3 測定項目與方法

分別于豇豆幼苗期(2012年5月20日、2013年5月18日、2014年5月16日和2015年5月15日)、伸蔓期(2012年6月14日、2013年6月12日、2014年6月10日和2015年6月9日)和開花結莢期(2012年8月29日、2013年8月26日、2014年8月25日和2015年8月22日)在每小區選擇有代表性的10株植株采集根系樣品與根際土。將挖出的根系用水沖洗，放在盛有少量水的長方形平盤中，將根系分開，避免根系重疊和堆積，然后采用WinRHIZ 2003b 根系分析系統對根系進行掃描，分析計算出總根長、比根長、根表面積、根體積、根尖數和平均直徑，并用TTC比色法測定根系活力。同時參照WANG等[12]的方法采集根際土，并將所取根際土壤樣品充分混勻后風干，過1 mm篩供根系分泌物含量、腐殖質組成的測定。此外，在每個小區隨機選擇10個點，采用環刀法測定土壤容重，并計算土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度。

根系分泌物中氨基酸總量的測定采用甲醛滴定法；總糖的測定采用蒽酮比色法；有機酸總量的測定采用液相色譜法。腐殖質各組分的測定采用焦磷酸鈉-氫氧化鈉提取重鉻酸鉀氧化容量法：首先用重鉻酸鉀氧化法測定腐殖質全碳，并用氫氧化鈉-焦磷酸鈉混合液制備待測液，然后用重鉻酸鉀氧化法分別測定胡敏酸+富里酸的總碳量以及胡敏酸碳量，最后采用差值法即可分組[13]。

在2012—2015年4 a的豇豆種植試驗時期內，按照當地采摘習慣每年分別進行采收測產，并隨機選取豇豆樣品測定莢果品質，重復5次。豇豆的產量和品質指標含量均為4 a所測數據的平均值。其中莢果維生素C含量的測定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法，硝酸鹽含量的測定采用紫外分光光度法，可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍法[13]。

1.4 統計方法

采用 Excel 2013進行處理數據并制圖，采用 SPSS 17.0 統計軟件進行方差分析與多重比較(LSD法，P<0.05)。圖、表中數據均為2012—2015年4 a試驗數據的平均值。

2 結果與分析

2.1 土壤物理性質

土壤容重和孔隙度是衡量土壤供肥、保肥能力及土壤緊實狀況的重要指標[14]。由于豇豆在幼苗期、伸蔓期和開花結莢期土壤物理性狀變化規律基本一致，因此只給出開花結莢期的試驗數據(表1)。可以看出，VC和VC+CF處理相比CK、CF處理能顯著降低土壤容重，并明顯提高總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度，而VC與VC+CF處理間差異均未達顯著水平。CF處理的土壤容重顯著低于CK，而總孔隙度和毛管孔隙度顯著高于CK。從表1還可知，各處理之間的非毛管孔隙度與毛管孔隙度比值無顯著性差異。由此可見，施用蚯蚓糞能顯著降低土壤容重，并明顯提高土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度，這有利于改善土壤結構，為豇豆的根系生長發育創造有利環境。

表1 不同處理對豇豆土壤物理性質的影響
Tab.1 Effect of different treatments on soil physical properties of cowpea field

處理土壤容重/(g·cm-3)總孔隙度/%毛管孔隙度/%非毛管孔隙度/%非毛管孔隙度與毛管孔隙度比CK1.38±0.02a47.92±0.43c31.23±0.68c16.70±0.26b0.53±0.03aCF1.32±0.02b50.19±0.85b33.12±0.71b17.07±0.32b0.52±0.06aVC1.19±0.03c55.09±0.62a35.91±0.33a19.18±0.49a0.53±0.06aVC+CF1.21±0.03c54.34±0.46a36.01±0.25a18.33±0.52a0.51±0.05a

注：數據為平均值±標準差，同列數值后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

2.2 根系活力

根系活力指根系新陳代謝的活動能力，是反映根系吸收功能的一項重要指標，根系特性與發育狀況直接關系到豇豆對土壤養分和水分的吸收[15]。因此，根系活力的高低也影響著豇豆植株的生長情況。由圖1可以看出，在幼苗期，各處理的根系活力并未表現出明顯的差異；而進入伸蔓期，CF、VC和VC+CF處理的根系活力較CK均顯著升高，分別高出29.73%、36.14%和38.81%，但3個施肥處理之間差異不顯著。隨著生育期的延長，當進入開花結莢期時，不同施肥處理對豇豆根系活力的影響呈現出明顯的差異。VC+CF處理的根系活力達到156.31 μg/(g·h)，分別較CK、CF和VC處理顯著高出64.05%、34.65%和12.84%；其次為VC處理，也顯著高于CK和CF處理。數據分析表明，隨著生育期的推進，施肥措施對豇豆根系活力的作用效果越來越明顯。在開花結莢期，施用蚯蚓糞較單施化肥能顯著提高豇豆的根系活力，其中蚯蚓糞與尿素配施的提高幅度更大，這有利于增強豇豆的根系活力。

圖1 不同處理對豇豆根系活力的影響Fig.1 Effect of different treatments on root activity of cowpea

2.3 根系形態特征

根系長度能反映根系和土壤的接觸面積并體現根系在土壤中的伸展空間[16]，比根長、根系表面積和根系體積也可以反映根系的發育狀況。從表2可以看出，豇豆幼苗期的根系形態特征在不同處理之間未表現出顯著的差異。在伸蔓期，施用蚯蚓糞處理的總根長、比根長、根表面積和根體積均顯著高于對照和單施化肥處理，但VC+CF與VC處理之間差異不顯著。當進入開花結莢期時， 不同施肥處理均能明顯增加豇豆根系的總根長、比根長、表面積和體積，而VC+CF處理的增幅最大，且總根長、根表面積和根體積均顯著高于其他處理，其中根表面積分別較CK、CF與VC處理明顯提高144.88%、80.73%和36.82%；其次為VC處理，其根體積與CF處理無顯著性差異，而總根長、比根長與根表面積均明顯高于CF處理。

根尖除了包括須根根尖外, 還包括根毛根尖；須根數、根毛數越多，根系和土壤接觸的面積越大，同時根系的有效吸收面積也越多[16]。VC+CF處理在伸蔓期的根尖數與VC處理差異不顯著，但顯著高于CK和CF處理；而在開花結莢期，VC+CF處理的根尖數最多，分別較CK、CF與VC處理明顯高出40.37%、35.40%和19.22%；其次是VC處理，也顯著高于CK和CF處理，而CK與CF處理間差異未達顯著水平。

根系的強弱不僅與根長、根表面積、根系體積有關，同時也與根系平均直徑有關。從表2可知，施蚯蚓糞處理在伸蔓期的根系平均直徑明顯低于對照和單施化肥處理，且VC+CF與VC處理間無顯著性差異。隨著生育期的推進，當進入開花結莢期時，CF處理提高了豇豆根系的平均直徑，但與CK處理無顯著性差異，而VC、VC+CF處理均顯著低于CK處理，特別是VC+CF處理。這說明蚯蚓糞的施用可以促進豇豆根系變細，有助于增加根系表面積，擴大根系對養分、水分的吸收空間。綜合分析可知，蚯蚓糞配施尿素對豇豆在開花結莢期根系形態特征的作用效果最顯著。

表2 不同處理對豇豆根系形態特征的影響
Tab.2 Effect of different treatments on root morphological characteristics of cowpea

生育期處理總根長/cm比根長/(cm·g-1)根表面積/cm2根體積/cm3根尖數平均直徑/cmCK236.76±52.63a173.85±4.92a327.89±75.82a6.53±0.80a109±18a0.72±0.03a幼苗期CF251.59±38.76a179.67±5.09a358.95±106.55a6.49±0.67a116±29a0.75±0.03aVC279.32±29.68a175.06±2.56a383.26±96.17a6.61±0.39a112±31a0.69±0.04aVC+CF263.08±32.15a173.49±4.27a396.17±126.98a6.47±0.32a107±22a0.71±0.02aCK352.26±65.09c179.65±2.18b525.02±37.14c10.16±0.89c228±20b0.76±0.01a伸蔓期CF489.55±32.57b185.27±5.22b618.73±29.05b14.53±1.36b241±15b0.75±0.01aVC676.93±102.35a214.92±2.81a936.58±69.51a18.29±0.93a297±23a0.68±0.03bVC+CF691.67±89.81a217.59±3.96a978.09±76.33a19.05±1.02a316±19a0.66±0.03bCK597.58±39.79d183.31±3.95b708.23±128.65d16.55±1.43c327±26c0.79±0.02a開花結莢期CF722.39±85.50c187.63±1.82b959.62±102.96c22.76±1.08b339±15c0.81±0.03aVC936.06±41.64b218.71±3.16a1267.58±116.37b23.93±1.22b385±23b0.72±0.02bVC+CF1069.52±63.21a223.28±2.07a1734.29±156.05a28.05±0.87a459±18a0.63±0.03c

2.4 根系分泌物

在植物生長過程中，根系在從土壤中吸收水分、養分的同時，也會向生長介質中分泌質子、釋放無機離子以及溢泌或分泌大量有機物[4]，即根系分泌物。從表3可以看出，豇豆在幼苗期、伸蔓期和開花結莢期的根系分泌物含量呈現出明顯的差異。不同處理之間的氨基酸總量、有機酸總量和總糖含量在幼苗期均無顯著性差異；在伸蔓期，VC+CF處理的氨基酸總量和有機酸總量與VC處理差異不顯著，但明顯高于CK和CF處理，而總糖含量在4個處理間的差異均未達顯著水平。隨著生育期進入開花結莢期時，VC+CF處理的氨基酸總量、有機酸總量與總糖含量均達最高值，且顯著高于其他處理，分別較CF處理顯著提高38.14%、52.91%和39.99%。VC處理的氨基酸總量、總糖含量與CF處理差異未達顯著水平，但有機酸總量顯著高于CF處理。與CK相比，CF處理能明顯提高總糖含量，而對氨基酸總量、有機酸總量的影響較小。由以上分析可知，隨著生育期的推進，豇豆的根系分泌物含量呈遞增的變化趨勢，不同施肥措施對豇豆根系分泌物含量能起到至關重要的作用，蚯蚓糞配施尿素促進了豇豆在開花結莢期根系分泌物含量的明顯增加。

表3 不同處理對豇豆根系分泌物的影響
Tab.3 Effect of different treatments on root exudates of cowpea

生育期處理氨基酸總量/(mg·kg-1)有機酸總量/(μg·kg-1)總糖含量/(mg·kg-1)CK0.27±0.05a5.39±0.98a6.22±1.18a幼苗期CF0.25±0.06a5.46±1.05a5.85±1.36aVC0.36±0.10a5.61±1.22a6.69±0.85aVC+CF0.31±0.08a5.72±0.76a6.38±1.03aCK0.63±0.12c12.62±0.86b14.92±0.69a伸蔓期CF0.87±0.05b13.15±1.28b15.17±0.82aVC1.02±0.05a18.29±0.90a15.79±0.95aVC+CF1.13±0.07a19.86±1.16a16.08±0.63aCK1.12±0.08b18.07±1.32c12.56±0.72c開花結CF1.18±0.05b19.79±2.10c17.98±1.06b莢期 VC1.25±0.14b25.83±0.95b19.30±1.27bVC+CF1.63±0.08a30.26±1.09a25.17±0.95a

2.5 根際土壤腐殖質組成

土壤中的腐殖質由胡敏酸、富里酸和殘留在土壤中的胡敏素組成。各施肥處理能不同程度地改變豇豆根際土壤胡敏素碳、腐殖酸碳，而其含量與組成變化能影響土壤團聚體構成與保肥供肥性能(表4)。可以看出，在幼苗期，各處理之間的土壤腐殖質組成未見明顯變化；在伸蔓期，與對照相比，施肥處理顯著提高了腐殖酸碳、胡敏酸碳(HA)和富里酸碳(FA)；而在3個施肥處理中，VC+CF處理的腐殖酸碳、胡敏酸碳、富里酸碳與VC處理差異不顯著，但顯著高于CF處理。同時可見，3個施肥處理較對照明顯提高了HA/FA值，但CF、VC和VC+CF處理間無顯著性差異。隨著生育期的延長，進入開花結莢期時，VC處理的胡敏素碳明顯高于其他處理，而腐殖酸碳與VC+CF處理差異不顯著，但顯著高于CK和CF處理。從表4還可知，與CK相比， VC+CF和VC處理顯著降低了胡敏素碳與腐殖酸碳的比值，其中VC+CF處理達最低值，并明顯低于VC處理；同時，VC+CF和VC處理明顯提高了胡敏酸碳、富里酸碳，其中VC+CF處理的胡敏酸碳顯著高于其他處理，分別比CK、CF與VC處理提高45.19%、37.06%和7.69%。此外，VC+CF處理的HA/FA值最大，分別比CK、CF和VC處理顯著高出24.13%、21.99%和15.77%，而其他處理間均差異不顯著。由此可見，蚯蚓糞與尿素配施相比單施化肥可以降低豇豆在伸蔓期和開花結莢期的胡敏素碳與腐殖酸碳比值，并提高腐殖酸碳和胡敏酸碳，同時還能提高HA/FA值，這可能與豇豆的生長周期有關，也可能與施肥措施有一定的關聯。

表4 不同處理對豇豆根際土壤腐殖質組分的影響
Tab.4 Effect of different treatments on humus composition in rhizosphere soil of cowpea

生育期處理胡敏素碳含量/(g·kg-1)腐殖酸碳含量/(g·kg-1)胡敏素碳與腐殖酸碳含量比胡敏酸碳含量/(g·kg-1)富里酸碳含量/(g·kg-1)胡敏酸碳與富里酸碳含量比CK2.95±0.08a1.65±0.06a1.79±0.06a0.69±0.08a0.96±0.10a0.72±0.07a幼苗期CF2.87±0.26a1.63±0.09a1.76±0.10a0.70±0.03a0.93±0.02a0.75±0.05aVC3.02±0.15a1.71±0.12a1.77±0.09a0.75±0.03a0.96±0.09a0.78±0.05aVC+CF2.93±0.20a1.76±0.05a1.66±0.05a0.77±0.06a0.99±0.05a0.78±0.04aCK5.08±0.39b2.12±0.08c2.40±0.07a0.93±0.05c1.19±0.03c0.78±0.02b伸蔓期CF5.42±0.31b2.40±0.13b2.26±0.04b1.09±0.06b1.31±0.03b0.83±0.02aVC6.85±0.17a2.69±0.05a2.55±0.11a1.24±0.03a1.45±0.04a0.86±0.04aVC+CF5.29±0.52b2.62±0.07a2.02±0.05c1.22±0.07a1.40±0.05a0.87±0.03aCK9.16±0.09b3.06±0.05b2.99±0.08a1.35±0.11c1.71±0.06b0.79±0.02b開花結莢期CF9.27±0.35b3.21±0.18b2.89±0.07a1.43±0.07c1.78±0.05b0.80±0.03bVC10.39±0.28a3.97±0.06a2.62±0.12b1.82±0.03b2.15±0.12a0.85±0.05bVC+CF9.23±0.20b3.95±0.10a2.34±0.08c1.96±0.05a1.99±0.08a0.98±0.03a

2.6 豇豆產量與品質

由表5可見，與對照CK相比，各施肥處理均明顯提高了豇豆產量，其中VC+CF處理的產量最高，并顯著高于其他處理，分別比CK、CF和VC處理顯著提高36.14%、23.71%和9.46%；其次為VC處理，也顯著高于CF處理。CF處理相比CK使莢果的維生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量呈下降趨勢，其中維生素C、可溶性糖含量達差異顯著水平；而施用蚯蚓糞的2個處理均明顯提高了莢果的上述指標含量，其中VC+CF處理的維生素C、可溶性糖與可溶性蛋白含量均顯著高于其他處理，分別比CF處理高出43.03%、42.10%和21.93%。此外，各處理莢果的硝酸鹽含量由大到小排序為：CF、CK、VC和VC+CF，且處理間差異均達顯著水平，其中VC+CF處理分別比CK、CF和VC處理降低23.61%、35.25%和11.04%。由以上分析可知，蚯蚓糞配施尿素可明顯提高豇豆產量，并顯著改善莢果品質。

表5 不同處理對豇豆產量與品質的影響
Tab.5 Effect of different treatments on yield and quality of cowpea

處理產量/(kg·hm-2)維生素C含量/(mg·kg-1)硝酸鹽含量/(mg·kg-1)可溶性糖含量/(mg·g-1)可溶性蛋白含量/(mg·g-1)CK16950.57±286.39d179.28±9.05c352.71±18.09b12.95±0.48c5.89±0.29cCF18653.26±190.25c158.93±6.90d416.08±12.63a11.45±0.30d5.79±0.21cVC21081.95±239.51b201.65±6.32b302.85±9.76c15.02±0.61b6.54±0.09bVC+CF23276.18±168.27a227.32±8.18a269.43±10.28d16.27±0.35a7.06±0.13a

3 討論

作物處于一定生境下，與養分吸收有關的形態學性狀從作用于個體水平到作用于細胞水平及個體結構功能均會發生適應性改變，比如形態可塑性、作物根系形態特征(總根長、根表面積、根體積)與植物的養分、水分利用效率存在顯著或極顯著的相關性[16-18]。許多學者關于春玉米[19]、蔬菜[20]、廣藿香[21]的研究表明，施用有機肥可以促進根系的生長，并能顯著提高作物的根系總干質量。本試驗得出，在開花結莢期，蚯蚓糞配施尿素較單施化肥能明顯提高豇豆的根系活力，且顯著改善了豇豆的根系形態特征，總根長、比根長、根表面積和根體積均明顯升高，這說明蚯蚓糞與尿素配施刺激了豇豆根系的生長。究其原因在于：①蚯蚓糞的施用顯著降低了土壤容重，并能明顯提高土壤的總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度，增強了通氣透水性，使土壤結構得到改善，從而為豇豆根系的生長創造了優越的土壤生境。②可能是由于蚯蚓糞提供了豐富的有機碳，可調節土壤的C/N比，進而對土壤腐殖質結合形態與有機-無機復合狀況有較好的影響效果[22]。同時，本研究還得出，配施蚯蚓糞能明顯降低豇豆根系的平均直徑，可能與蚯蚓糞能誘導土壤中毛細根生長的效應有關，這對于增強豇豆對養分、水分的吸收利用具有積極意義。

相關研究認為[23]，植物根系具有較強的合成功能，可以合成氨基酸、植物堿與維生素等，能在植物整個生長期間進行很活躍的代謝作用，并不斷向根外分泌無機、有機物質，即根系分泌物。本研究表明，在豇豆進入開花結莢期時，配施蚯蚓糞較單施化肥可顯著提高豇豆根系分泌物中氨基酸總量、有機酸總量與總糖含量，這與王明友等[16]對西瓜的研究結論相似。主要是由于施用蚯蚓糞能明顯提高豇豆的根系活力，并能顯著改善根系的形態特征，從而顯著增強了豇豆根系的活力和代謝作用。根系分泌物中有機酸總量的升高能降低根際土壤pH值，這有利于增強磷、鉀和部分鹽類離子的溶解性，進而可提高根際土壤中養分離子的有效性[24-25]，促進豇豆對磷、鉀的吸收，對于豇豆品質的提高具有重要意義。這樣便形成了“根系活力提高與根系形態特征的改善—根系分泌物增多—根際土壤中養分離子有效性提高—根系的吸收能力增強，促進根系生長”的良性循環。

腐殖質是評價土壤肥力水平的關鍵指標之一，而腐殖酸、HA/FA值是其核心部分[11]。有研究得出[16]，有機-無機配施可以增加胡敏酸、富里酸含量，且能引起HA/FA值的升高。本研究認為，配施蚯蚓糞較單施化肥明顯提高了豇豆在開花結莢期根際土壤中腐殖酸、胡敏酸含量和HA/FA值。這與劉方春等[4]對冬棗的研究結論基本一致。分析認為，這主要與蚯蚓糞的施用顯著改善了土壤物理性狀和豇豆根系的形態特征，增強了根系活力，進而促使根系分泌物增多緊密相關；而關于豇豆根系形態特征、根系分泌物含量以及腐殖質組成之間的關聯分析有待進一步探討。同時，相關研究發現[22]，微生物自身活動的加劇可引起細胞死亡并使殘體的分解加速，也或許是導致胡敏酸增加的原因之一。本研究還得出，蚯蚓糞配施尿素能使豇豆的產量、品質明顯優于其他處理。這表明根系特征和根際土壤腐殖質組成的改善，能增強豇豆的根系活性，并提升根際土壤的供肥性能，有助于促進豇豆的高產優質生長。可以推測，豇豆根系特性與根際土壤腐殖質組成的改善是其達到高產優質生長的內在因素。此外，不同施肥措施對豇豆在不同生育期根系特征和土壤理化性狀的影響存在一定差異，且隨著生育期的延長，施用蚯蚓糞的作用效果越來越明顯。這一方面與豇豆的生長特性、需肥規律密切相關；另一方面可能是由于蚯蚓糞中養分以有機形態為主，具有一定的緩釋特征[26-27]，進而在豇豆生長中后期有持續的養分供給。這也驗證了蚯蚓糞與尿素配施既能滿足豇豆在幼苗期和伸蔓期對養分的需求，并且進入開花結莢期時也能確保有充足的養分供應。

4 結論

(1)施用蚯蚓糞較單施化肥能顯著降低土壤容重，并明顯提高土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度。

(2)在幼苗期，不同施肥措施對豇豆根系特征和根際土壤腐殖質組成的影響不明顯；而在伸蔓期和開花結莢期，蚯蚓糞與尿素配施相比單施化肥可顯著提高豇豆的根系活力，并明顯增加豇豆的總根長、比根長、根表面積、根體積和根尖數，而根系直徑卻顯著降低。

(3)蚯蚓糞配施尿素明顯提高了豇豆根際土壤中根系分泌物和胡敏酸含量，并提升HA/FA值，其中胡敏酸含量分別較對照、單施化肥和施蚯蚓糞處理明顯高出45.19%、37.06%和7.69%；同時，該處理可明顯提高豇豆產量，顯著改善品質，且作用效果顯著優于其他處理。

(4)隨著豇豆生育期的推進，蚯蚓糞配施尿素的影響作用逐漸增大。該措施有利于改善豇豆的根系特性和根際土壤腐殖質組成，增強土壤的供肥性能，有助于促進豇豆生長并提高產量和品質。

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Effects of Vermicompost Co-applied with Urea on Root Characteristics and Humus in Rhizosphere Soil of Cowpea

JING Dawei WANG Mingyou ZHANG Hong LI Shiping

(CollegeofEcologyandGardenArchitecture,DezhouUniversity,Dezhou253023,China)

A field experiment was conducted to explore the effect of vermicompost on the root absorption characteristics and humus composition of cowpea rhizosphere soil. The effects of different treatments, i.e., CK (neither urea nor vermicompost was applied), CF (100% of nitrogen was provided by urea), VC(100% of nitrogen was provided by vermicompost), and VC+CF (vermicompost and urea each provided 50% of nitrogen) on soil physical property, root activity, root morphological characteristics and root exudates, as well as humus composition in the rhizosphere soil of cowpea were studied. The results indicated that in comparison with CF treatment, the VC and VC+CF treatments evidently decreased soil bulk density, and significantly increased soil total porosity, capillary porosity and non-capillary porosity. Different fertilization treatments had no significant effect on root characteristics and humus composition in the rhizosphere soil at the seedling stage of cowpea. While at the stretch tendril period and flowering and pods formation stage, VC+CF treatment significantly increased root activity and obviously increased the total root length, specific root length, root surface area, root volume and root tip number, while the root average diameter was apparently decreased compared with CF treatment. The root surface area in the VC+CF treatment was increased by 144.88%, 80.73% and 36.82% at the flowering and pods formation stage compared with the treatments of CK, CF and VC, respectively. Meanwhile, VC+CF treatment also significantly increased the contents of root exudates and humic acid, and increased the ratio of humic acid to fulvic acid, showing 45.19%, 37.06% and 7.69% increases in humic acid content over the treatments of CK, CF and VC at the flowering and pods formation stage, respectively. Additionally, the VC+CF treatment could significantly increase yield and improve quality of cowpea, which had statistically significant differences with other treatments. Along with the extension of cowpea growth period, the impact of vermicompost co-applied with urea on root growth and soil physic-chemical properties of cowpea presented a gradually increasing trend. As a result, the application of vermicompost co-applied with urea was beneficial to root absorption characteristics and humus composition in the rhizosphere soil and soil nutrient-supply capacity improvement as well as growth with high-yield and high-quality of cowpea.

cowpea; vermicompost; root morphological characteristics; root exudates; humus composition

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.01.028

2016-09-01

2016-10-21

山東省農業良種工程項目(魯科字(2013)207號)

井大煒(1982—)，男，講師，博士，主要從事植物營養機理研究，E-mail： jingdawei009@163.com

王明友(1964—),男，教授，主要從事蔬菜高產生理生態研究，E-mail: nwmy_sddz@163.com

S153.6+22； S143.6

A

1000-1298(2017)01-0212-08