蚯蚓糞配施化肥對桑樹根際土壤生物學特征及桑葉產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

張志林，秦和生，何夢秀，謝振獎，黃志瓊

(廣西農(nóng)業(yè)科學院桂北分院/桂林市農(nóng)業(yè)科學院，廣西 桂林 541006)

【研究意義】近年來，隨著農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃的提出，土壤的保護和利用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已得到廣泛關(guān)注[1]。目前田間施用化肥普遍不規(guī)范，不僅降低肥料利用率，還易使土壤酸化和板結(jié)，造成作物長勢弱、產(chǎn)量降低[2]，因此以有機肥替代化肥或與化肥配施已受到國內(nèi)外普遍重視。蚯蚓糞是蚯蚓將農(nóng)作物秸稈或畜禽糞便等消化分解后的排泄物，含有大量有機質(zhì)、腐殖質(zhì)和植物生長所需的N、P、K等大量元素，是一種優(yōu)質(zhì)有機肥，利用蚯蚓糞可減少化肥投入，實現(xiàn)養(yǎng)分循環(huán)和環(huán)境保護[3]。2018年，廣西桑園面積達22.85萬hm2，約占全國桑園面積的1/4，連續(xù)13年位居全國首位；蠶繭產(chǎn)量40.44萬t，約占全國蠶繭產(chǎn)量的55 %，連續(xù)14年穩(wěn)居全國第一，遠超世界第二大蠶繭生產(chǎn)與消費大國印度，桑蠶產(chǎn)業(yè)已成為廣西農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)[4]。桑樹是多年生葉用植物，需從土壤中攝取大量營養(yǎng)元素以維持自身正常生長發(fā)育，但是目前桑園施肥存在偏施N肥及N、P、K肥施用比例失調(diào)等問題，易造成土壤肥力下降進而導致桑葉產(chǎn)量降低，嚴重制約廣西桑蠶產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。因此，探究桑園施用蚯蚓糞對改善土壤肥力及桑葉產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，可為桑葉優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供新途徑，助力廣西蠶桑產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。【前人研究進展】已有較多研究表明，蚯蚓糞單施或與化肥配施能顯著提高土壤肥力，增加微生物數(shù)量和酶活性，改善根際土壤環(huán)境，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。李曉娜等[5]開展云煙99穴施和條施不同蚯蚓糞用量對比試驗，結(jié)果表明，穴施和條施不同用量蚯蚓糞均可降低煙田土壤容重，不同程度提高土壤速效鉀含量及成熟期鮮煙葉和烘烤后煙葉鉀含量，改善煙葉農(nóng)藝性狀，提高產(chǎn)量和產(chǎn)值。王明友等[6]研究表明，與單施化肥處理相比，M30N70(蚯蚓糞提供30 %氮、尿素提供70 %氮)處理的土壤活性有機碳含量明顯升高，蔗糖酶活性提高62.33 %，西瓜產(chǎn)量提高26.49 %。趙歡等[7]開展蚯蚓糞與尿素配施對中藥白花前胡產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及氮肥利用率影響研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各處理白花前胡產(chǎn)量較對照(CK)提高38.21 %～94.07 %；各處理白花前胡的氮素吸收量較CK提高24.04 %～82.73 %。劉麗等[8]連續(xù)3年的研究結(jié)果顯示，與施用牛糞堆制肥相比，施用蚯蚓糞肥配緩釋肥的梨果實果糖含量提高1.93 %，維生素C含量提高10.90 %，可溶性蛋白含量提高20.99 %，土壤有機質(zhì)含量提高19.59 %；全氮、全磷、速效磷和速效鉀含量顯著提高。【本研究切入點】目前，蚯蚓糞配施化肥在番茄、黃瓜和草莓等作物上已有應(yīng)用[9-12]，但在桑樹上的研究鮮見報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】以農(nóng)桑14為試驗材料，探究蚯蚓糞與化肥配施對桑樹根際土壤生物學特征及桑葉產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，為廣西桑樹的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地為桂林市農(nóng)業(yè)科學院雁山基地桑園(東經(jīng)110°18'，北緯25°4')，屬亞熱帶季風氣候，春季低溫多雨、秋季高溫少雨。土壤為棕壤土，2017年1月測定土壤基本理化性狀為：有機質(zhì)含量23.40 g/kg，堿解氮含量91.44 mg/kg，速效磷含量35.87 mg/kg，速效鉀含量125.24 mg/kg，pH 7.81。

1.2 試驗材料

供試桑樹為2015年栽植的農(nóng)桑14號，40 cm低干樹形，行距1.0 m，株距0.5 m，種植密度20010株/hm2，每年6月10日進行夏伐，12月15日進行冬伐。供試肥料包括尿素(含N 46 %)、過磷酸鈣(含P2O512 %)、硫酸鉀(含K2O 60 %)和蚯蚓糞(含有機質(zhì)34.3 %、全氮2.46 %、全磷2.08 %和全鉀1.26 %)。其中尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀為普通單質(zhì)肥料，購自本地肥料市場；蚯蚓糞由桂林合盛生物科技有限公司提供，為蚯蚓消化牛糞后的產(chǎn)物。

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2017-2018年進行。共設(shè)4個處理：T1處理為單施100 %化肥；T2處理為單施100 %蚯蚓糞；T3處理為50 %蚯蚓糞+50 %化肥配施(化肥和蚯蚓糞各提供50 % N)；以不施肥為對照(CK)。除CK外，各處理均為等養(yǎng)分量，N、P和K含量相當于180、90和120 kg/hm2，各處理P和K不足部分分別用過磷酸鈣和硫酸鉀補足。所有肥料作為基肥于當年1月10日一次性在離樹干20 cm處挖20 cm深溝施入。每處理重復3次，采用隨機區(qū)組設(shè)計，每小區(qū)面積44 m2。其他管理按常規(guī)進行。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 土壤理化性質(zhì)及微生物群落數(shù)量測定 于2018年9月20日在采收桑葉后采集土壤樣品。各處理采用S形五點取樣法采集桑樹根際0～20 cm土層土壤混合成一個樣品，過2 mm目網(wǎng)篩去除殘根、雜物后將土樣分為2份，一份用于土壤理化性質(zhì)測定，另一份用于測定微生物群落數(shù)量，所有土樣及時帶回實驗室測定相關(guān)指標。微生物群落數(shù)量測定：根際土壤細菌、放線菌和真菌數(shù)量采用稀釋平板法[10]測定；土壤理化性質(zhì)測定：土壤pH采用電位法測定，堿解氮含量采用堿解擴散法測定，速效磷含量采用碳酸氫鈉溶解鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用乙酸銨溶解火焰光度計法測定[11]。

1.4.2 桑葉產(chǎn)量及品質(zhì)測定 桑葉產(chǎn)量測定：于2018年5月25日，各處理隨機抽取10株桑樹調(diào)查單株枝條長和米條產(chǎn)葉量，并實收測取小區(qū)春季桑葉產(chǎn)量；于2018年9月20日隨機抽取10株桑樹調(diào)查單株枝條長和米條產(chǎn)葉量，并實收測取小區(qū)秋季桑葉產(chǎn)量，將春季與秋季桑葉產(chǎn)量之和計為桑葉全年產(chǎn)量。桑葉品質(zhì)測定：于2018年9月20日，各處理隨機抽取5株桑樹，采取每條枝條從頂部往下數(shù)第5～7葉位的3片葉，80 ℃烘干后用于測定桑葉營養(yǎng)成分含量，其中，桑葉粗蛋白含量采用凱氏定氮法[12]測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[13]測定，粗脂肪含量采用索氏提取法[14]測定。

1.5 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003進行整理，以SPSS 21.0的LSD法進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對桑樹根際微生物群落數(shù)量的影響

由表1可知，CK、T1～T3處理桑樹根際土壤的細菌、放線菌和真菌數(shù)量占微生物總量的比例分別為63.49 %～79.14 %、20.02 %～35.40 %和0.84 %～1.12 %，可見細菌數(shù)量在微生物總量中占絕對優(yōu)勢，放線菌次之，真菌最少；各施肥處理的根際土壤細菌數(shù)量、真菌數(shù)量和微生物總量均顯著高于CK(P<0.05，下同)；各處理放線菌數(shù)量間無顯著差異(P>0.05，下同)。其中，T3處理的細菌數(shù)(823.78× 104CFU/g)和微生物總量(1040.95×104CFU/g)最多，細菌數(shù)分別比T1、T2處理和CK顯著提高51.71 %、14.41 %和121.24 %，微生物總量分別比T1、T2處理和CK顯著提高37.73 %、10.49 %和77.49 %；T2處理的細菌數(shù)量、真菌數(shù)量和微生物總量顯著高于T1處理；T3處理的真菌數(shù)(8.74× 104CFU/g)高于T2處理但差異不顯著。說明施用蚯蚓糞較單施化肥能明顯促進桑樹根際土壤微生物數(shù)量增加，而50 %蚯蚓糞與50 %化肥配施對提高桑樹根際土壤微生物數(shù)量的效果更佳。

2.2 不同施肥處理對桑樹根際土壤理化性質(zhì)的影響

由表2可知，各處理桑樹根際土壤的pH排序為CK>T1處理>T2處理>T3處理，其中T3處理的pH分別顯著低于T1、T2處理和CK 0.46、0.24和0.50；T2處理的pH顯著低于CK和T1處理；T1處理的pH與CK差異不顯著。各處理根際土壤的堿解氮、速效磷和速效鉀含量排序均為T3處理>T2處理>T1處理>CK，且處理間差異顯著，其中T3處理的堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別較CK顯著提高47.05 %、62.58 %和49.42 %。說明單施蚯蚓糞較單施化肥能有效調(diào)節(jié)桑樹根際土壤微環(huán)境，并顯著提高桑樹根際土壤的堿解氮、速效磷和速效鉀含量，而50 %蚯蚓糞與50 %化肥配施對桑樹根際土壤理化性質(zhì)指標的提升效果更佳。

2.3 不同施肥處理對桑葉產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響

由表3可知，在春季，各施肥處理桑樹的壯枝數(shù)、枝條長、米條產(chǎn)葉量和桑葉產(chǎn)量均顯著高于CK。

表1 不同施肥處理對桑樹根際微生物群落數(shù)量的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note:Different lowercase letters in the same column represented significant difference between treatments(P<0.05)，the same as below.

表2 不同施肥處理對桑樹根際土壤理化性質(zhì)的影響

其中，T3處理的壯枝數(shù)、枝條長、米條產(chǎn)葉量和桑葉產(chǎn)量均最高，壯枝數(shù)分別比T1、T2處理和CK顯著提高3.13 %、3.13 %和6.45 %，枝條長分別比T1、T2處理和CK顯著提高2.56 %、3.75 %和10.20 %，米條產(chǎn)葉量分別比T1、T2處理和CK顯著提高13.44 %、7.14 %和27.88 %，桑葉產(chǎn)量分別比T1、T2處理和CK顯著提高11.79 %、7.21 %和32.21 %；T2處理的米條產(chǎn)葉量和桑葉產(chǎn)量顯著高于T1處理，而T2處理的壯枝數(shù)和枝條長與T1處理差異不顯著。在秋季，各施肥處理的壯枝數(shù)、枝條長、米條產(chǎn)葉量和桑葉產(chǎn)量均顯著高于CK。其中，T3處理的壯枝數(shù)、枝條長、米條產(chǎn)葉量和桑葉產(chǎn)量均最高，壯枝數(shù)分別比T1、T2理和CK顯著提高7.81 %、2.99 %和11.29 %，枝條長分別比T1、T2處理和CK顯著提高4.94 %、3.76 %和13.23 %，米條產(chǎn)葉量分別比T1、T2處理和CK顯著提高18.99 %、5.94 %和33.32 %，桑葉產(chǎn)量分別比T1、T2處理和CK分別顯著提高24.40 %、11.61 %和50.42 %；T2處理的壯枝數(shù)、米條產(chǎn)葉量和桑葉產(chǎn)量均顯著高于T1處理，枝條長與T1處理差異不顯著。各處理全年桑葉產(chǎn)量排序為T3處理>T2處理>T1處理>CK，且處理間差異顯著，其中T3處理分別比T1、T2處理和CK提高18.11 %、9.49 %和41.24 %。

從表3還可看出，施用蚯蚓糞處理的桑葉產(chǎn)量均以秋季高于春季，且以50 %蚯蚓糞與50 %化肥配施桑葉產(chǎn)量最高。綜上所述，施用蚯蚓糞較CK能顯著提高桑樹的生長性狀指標及產(chǎn)量，有效促進桑樹高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，其中50 %蚯蚓糞與50 %化肥配施對桑樹生長性狀及桑葉產(chǎn)量提高的效果更佳。

2.4 不同施肥處理對桑葉品質(zhì)的影響

從表4可看出，各施肥處理桑葉的可溶性糖、粗蛋白和粗脂肪含量均顯著高于CK。其中T3處理的可溶性糖含量和粗蛋白含量最高，可溶性糖含量分別比T1、T2處理和CK顯著提高5.74 %、2.33 %和24.23 %，粗蛋白含量分別比T1、T2處理和CK顯著提高15.68 %、5.15 %和26.89 %，T2處理的可溶性糖、粗蛋白、粗脂肪含量均顯著高于T1處理；T3處理的粗脂肪含量高于T2處理，但差異不顯著。說明施肥能顯著提高桑葉品質(zhì)，尤其以50 %蚯蚓糞與50 %化肥配施對桑葉品質(zhì)的提升效果最佳。

表3 不同施肥處理對桑葉產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響

表4 不同施肥處理對桑葉品質(zhì)的影響

3 討 論

根際是植物根系、土壤和微生物共同作用的復雜系統(tǒng)，微生物的數(shù)量是反映土壤生物活性及土壤肥力的重要指標[15]。本研究結(jié)果表明，單施蚯蚓糞較單施化肥和CK能顯著提高桑樹根際土壤的細菌數(shù)量、真菌數(shù)量和微生物總量，說明施用蚯蚓糞可促進桑樹根際土壤微生物繁殖，一方面是由于大部分微生物在土壤中實際上處于一種低營養(yǎng)狀態(tài)，土壤中加入蚯蚓糞后，為微生物提供了新的能源，使微生物在種群數(shù)量上發(fā)生較大改變；另一方面，蚯蚓糞本身也帶入大量活的微生物，施入蚯蚓糞在某種程度上起到“接種”作用[16]。而50 %蚯蚓糞配施50 %化肥處理的細菌數(shù)量高于單施蚯蚓糞處理，主要原因是蚯蚓糞配施化肥使得土壤的C/N更有利于細菌生長。本研究還發(fā)現(xiàn)，蚯蚓糞處理對根際土壤放線菌數(shù)量未產(chǎn)生顯著影響，與徐憲斌[17]對玉米根際土壤微生物的研究結(jié)果一致。

本研究中，施用蚯蚓糞可明顯影響根際土壤養(yǎng)分和理化性質(zhì)，其中，根際土壤pH顯著低于單施化肥，而有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量較單施化肥均顯著提高，與井大煒[18]的研究結(jié)果基本一致。究其原因可能是由于蚯蚓糞本身可作為一種天然的、可逐漸釋放營養(yǎng)的肥料，其有機質(zhì)和腐殖酸含量較高[19]，施用蚯蚓糞可將大量有機肥帶入土壤，促進桑樹根系生長，而根系在代謝過程中會分泌有機酸[20]，有機酸的大量累積會降低土壤pH。此外，pH降低后，通過酸溶作用，可促進土壤中礦物質(zhì)風化和養(yǎng)分釋放，通過螯合作用可增加養(yǎng)分離子的有效性，從而提高根際土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量[21]。

已有研究表明，施用有機肥或有機肥與化肥配施能顯著提高作物的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)[22]。這一結(jié)論在本研究中得到進一步證實：施用蚯蚓糞的處理較CK和單施化肥處理能顯著提高桑葉產(chǎn)量及桑葉粗蛋白、可溶性糖和粗脂肪含量，即蚯蚓糞的施用帶入了大量的有機質(zhì)、微量元素、生長激素及其各種酶類物質(zhì)[23]，提高了團聚體含量，降低粘粒含量[24-26]，使根際形成良好的“土壤—微生物—根系”微環(huán)境，促進根系的生長發(fā)育和其對土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，有效促進桑葉產(chǎn)量增長。本研究還發(fā)現(xiàn)，蚯蚓糞配施化肥與單施化肥和CK相比，秋季桑葉的產(chǎn)量提高幅度明顯高于春季，可能是一方面蚯蚓糞和化肥配施能改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤肥力，并在桑樹生長過程中土壤能持續(xù)穩(wěn)定地提供足量有機肥釋放的礦質(zhì)氮等養(yǎng)分；另一方面，桂林地處亞熱帶地區(qū)，屬于典型亞熱帶季風氣候，春季多為低溫陰雨天氣，秋季高溫少雨且光照強有利于加強葉片的光合作用，增加碳水化合物等的積累，因而對桑葉的產(chǎn)量和品質(zhì)提高幅度更明顯。

4 結(jié) 論

50 %蚯蚓糞與50 %化肥配施能顯著提高桑樹根際土壤微生物數(shù)量，降低土壤pH，提高土壤養(yǎng)分含量，顯著提高桑葉產(chǎn)量和品質(zhì)。