發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)連作谷子生長(zhǎng)及土壤養(yǎng)分的影響

王子建，張?zhí)鞂殻^虎，杜慧玲，趙麗潔，趙海燕，王 江，韓根蘭

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，山西 太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 基礎(chǔ)部，山西 太谷 030801；3.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801）

谷子（Setaria italica）作為山西特色雜糧代表，隨著“山西小米”特色品牌的建設(shè)，其需求量逐年上升，因此，種植面積逐年增加，也增加了谷子連作概率，而連作會(huì)導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降[1-2]，谷子連作會(huì)導(dǎo)致黑穗病、白發(fā)病和地下害蟲等病蟲害發(fā)生以及谷莠草和草海等草害的發(fā)生，嚴(yán)重影響谷子的產(chǎn)量和品質(zhì)。妙佳源等[3]研究表明，連作會(huì)明顯降低谷子的產(chǎn)量，且隨連作年限增長(zhǎng)，谷子減產(chǎn)明顯，且連作對(duì)土壤養(yǎng)分和酶活性均有不利影響。

目前，緩解連作障礙的方式主要有土壤消殺、優(yōu)化種植方式、改土翻土、合理施用有機(jī)肥等[4]。其中，施用有機(jī)肥可緩解連作障礙，改善作物生長(zhǎng)環(huán)境。李炳韻等[5]研究表明，向連作土壤中施加有機(jī)肥，可提高土壤有機(jī)質(zhì)和速效磷含量；李停峰等[6]研究表明，向連作土壤中施用生物有機(jī)肥可提高土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、全氮含量，降低土壤pH值，可提高土壤脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶的活性。

黃粉蟲糞沙是黃粉蟲排泄物，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[7]。本試驗(yàn)基于黃粉蟲糞沙特點(diǎn)，用其作為谷子連作土壤調(diào)理劑，探究其對(duì)連作谷子土壤改良和谷子生長(zhǎng)的影響，旨在實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源再利用，減少化學(xué)肥料用量，提升土壤地力，為發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)以及改善生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)谷子可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)提供一定的理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

供試土壤采自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)作站連作谷子7 a的土壤，其類型為石灰性褐土，pH值為8.2，有機(jī)質(zhì)為9.06 g/kg、堿解氮為68.62 mg/kg、有效磷為7.439 mg/kg、速效鉀為68.62 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試谷子品種為晉谷21號(hào)，購(gòu)于山西汾都香種業(yè)科技有限公司；發(fā)酵黃粉蟲糞沙，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)廢棄物生物轉(zhuǎn)化技術(shù)中心提供，其理化性質(zhì)為：p H值6.62、全氮含量125.18 mg/kg、全磷含量99.04 mg/kg、全鉀含量13.26 mg/kg、有機(jī)質(zhì)含量42.6 g/kg。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)置糞沙與土壤干質(zhì)量比分別為0（T 0）、1∶400（T 1）、1∶200（T 2）、1∶100（T 3）、1∶50（T 4）、1∶25（T 5）6個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)比例，將土壤與發(fā)酵黃粉蟲糞沙充分混勻，裝入25 cm×30 cm的塑料盆，每盆裝5 kg，播種20穴，待谷子長(zhǎng)至二葉一心時(shí)定植，留苗15株。生長(zhǎng)過(guò)程中確保土壤水分維持在田間持水量的60%。

在谷子生長(zhǎng)第30、60天時(shí)，每盆分別取3株，測(cè)定其株高、莖粗，并稱取鮮質(zhì)量，然后105℃烘箱殺青30 min，70℃烘干至恒質(zhì)量。60 d時(shí)全部收獲，采集土壤樣品,用于土壤有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀等指標(biāo)的測(cè)定。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

取5 g土壤與25 mL水于塑料燒杯中，充分?jǐn)嚢瑁o置30 min，用于測(cè)定土壤p H、電導(dǎo)率，其中，土壤pH用pH計(jì)測(cè)定，電導(dǎo)率用電導(dǎo)率儀測(cè)定；土壤養(yǎng)分參照鮑士旦[8]的方法測(cè)定，其中，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法，有效磷含量采用鉬藍(lán)比色法，速效鉀含量采用火焰光度計(jì)法[9-10]。土壤酶活性參照關(guān)松蔭[11]的方法測(cè)定，其中，過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法，堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法，脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法，蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2019對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及作圖；使用SPSS 18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，使用最小顯著差異法（LSD）進(jìn)行多重比較（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)連作谷子生長(zhǎng)的影響

2.1.1 發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)谷子株高和莖粗的影響 谷子株高和莖粗是反映谷子生長(zhǎng)情況較直觀的指標(biāo)[12]。發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)連作谷子株高、莖粗的影響的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，隨發(fā)酵糞沙施用比例升高，30 d谷子株高均呈上升趨勢(shì)且均高于對(duì)照，60 d時(shí)處理T 3、T 4和T 5顯著促進(jìn)了谷子的株高（P＜0.05），T 5處理對(duì)谷子株高增長(zhǎng)最為顯著；在30 d和60 d株高分別為26.86 cm和71.01 cm，較CK（T 0）分別增長(zhǎng)97.21%和95.94%。60 d時(shí)，莖粗隨發(fā)酵糞沙施用比例增加而增加，T 4和T 5處理的莖粗顯著高于其他處理（P＜0.05），但與其他處理相比，T 4到T 5處理莖粗的增加幅度減緩，且T 4處理和T 5處理間無(wú)顯著差異。

表1 不同用量發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)谷子株高和莖粗的影響Tab.1 Effects of different dosages of fermented mealworm excrement on plant height and stemdiameter of Setaria italic a

2.1.2 發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)谷子生物量的影響 從表2可以看出，谷子生長(zhǎng)30 d和60 d的干、鮮質(zhì)量均隨著連作土壤中發(fā)酵糞沙比例升高而增加，其中，T 2處理比T 1處理增加11.68%，T 3處理比T 2處理增加37.37%，T 4處理比T 3處理增加6.76%，T 5處理比T 4處理增加0.89%。T 5處理的植株鮮質(zhì)量達(dá)到最大，較CK增加276.61%；T 5處理30 d鮮質(zhì)量達(dá)到2.930 g，60 d鮮質(zhì)量達(dá)到13.988 g，30 d干質(zhì)量達(dá)到0.430 g，60 d干質(zhì)量達(dá)到4.814 g。

表2 不同用量發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)谷子地上部分干、鮮質(zhì)量的影響Tab.2 Effects of different dosages of fer mented mealworm excrement on fr esh weight and dr y weight of aboveground parts of Setaria italica

2.2 發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)對(duì)土壤p H和電導(dǎo)率的影響

發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)連作土壤pH影響如圖1所示，播種前隨土壤中施加發(fā)酵糞沙比例升高，土壤pH值逐漸降低，T 5處理為7.07，顯著低于其他處理（P＜0.05）。收獲后各處理土壤p H無(wú)顯著性差異，且均為弱堿性，與播種前相比，T 0和T 1處理在收獲后pH值顯著降低（P＜0.05），T 2處理的土壤pH無(wú)顯著變化，T 3、T 4和T 5處理的土壤pH值在收獲后顯著升高（P＜0.05），其中T 5處理升高至7.98。

發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)連作土壤電導(dǎo)率影響如圖2所示，播種前隨土壤中發(fā)酵糞沙比例升高，土壤電導(dǎo)率逐漸升高，T 2、T 3、T 4和T 5處理的土壤電導(dǎo)率顯著高于CK（P＜0.05），T 5處理最高，為0.483，較CK升高2.5倍。收獲后各處理土壤電導(dǎo)率均有變化，但變化程度不同；與播種前相比，收獲后T 0處理的土壤電導(dǎo)率顯著升高（P＜0.05），T 1和T 2處理無(wú)顯著變化，T 3、T 4、T 5處理顯著降低（P＜0.05），分別為0.192、0.196、0.347。

2.3 發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)連作谷子土壤養(yǎng)分的影響

如圖3所示，隨著連作土壤中施加發(fā)酵黃粉蟲糞沙比例升高，播種前，土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量均呈上升趨勢(shì)，隨施加發(fā)酵糞沙比例增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，T 2、T 3、T 4、T 5處理與CK間差異顯著（P＜0.05），且T 5處理最高，較CK增長(zhǎng)38.32%；與CK相比，收獲后T 2、T 3、T 4、T 5處理的有機(jī)質(zhì)含量顯著升高（P＜0.05），分別較CK增長(zhǎng)11.62%、11.66%、13.08%、33.14%，T 1、T 2、T 3、T 4處理間無(wú)顯著差異。

播種前，隨著發(fā)酵糞沙比例的增加，土壤堿解氮含量增加，與CK相比，T 4、T 5處理的土壤堿解氮含量分別顯著增加109.46%、435.47%（P＜0.05）；收獲后，T 0～T 5處理土壤堿解氮含量變化較小，且各處理間差異不顯著。

播種前，隨著向土壤中添加發(fā)酵糞沙比例的增加，土壤有效磷含量顯著增加，各處理間差異顯著（P＜0.05），其中，T 5處理最高，是CK的34.49倍。說(shuō)明施加發(fā)酵黃粉蟲糞沙可顯著提高土壤有效磷含量。收獲后，土壤中速效磷含量也隨著添加發(fā)酵糞沙比例的升高而升高，且各試驗(yàn)處理均顯著高于CK（P＜0.05），T 1、T 2、T 3、T 4、T 5處理分別較CK提高243.78%、298.70%、485.84%、1 311.43%、2 572.93%。播種前，隨著土壤中發(fā)酵糞沙比例升高，土壤速效鉀含量逐漸上升，與CK相比，T 3、T 4、T 5處理的速效鉀含量分別顯著增加36.24%、65.37%、79.92%（P＜0.05）。說(shuō)明發(fā)酵黃粉蟲糞沙鉀含量豐富。收獲后T 1、T 4、T 5處理土壤速效鉀含量顯著高于CK（P＜0.05）。

2.4 發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)連作谷子土壤酶活性的影響

2.4.1 發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)連作谷子土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響 由圖4可知，播種前，過(guò)氧化氫酶活性隨土壤中發(fā)酵糞沙比例升高呈現(xiàn)出先上升后降低的趨勢(shì)，與CK相比，T 2、T 3、T 4處理的過(guò)氧化氫酶活性顯著升高（P＜0.05），其中，T 3處理的土壤過(guò)氧化氫酶活性升高了53.18%。說(shuō)明施加發(fā)酵黃粉蟲糞沙可提高土壤過(guò)氧化氫酶活性。收獲后，土壤過(guò)氧化氫酶活性變化趨勢(shì)與播種前相同，T 3處理的土壤過(guò)氧化氫酶活性最高，達(dá)1.578 mg/（g·h），顯著高于CK和T 1、T 5處理（P＜0.05）。

2.4.2 發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)連作谷子土壤蔗糖酶活性的影響 不同用量發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)連作谷子土壤蔗糖酶活性影響如圖4所示，播種前和收獲后土壤蔗糖酶活性均隨土壤中施加發(fā)酵糞沙增加而升高。播種前，與CK相比，T 2、T 3、T 4和T 5處理的土壤蔗糖酶活性分別顯著升高了18.76%、41.05%、85.86%、119.92%（P＜0.05），說(shuō)明發(fā)酵黃粉蟲糞沙可顯著提高土壤蔗糖酶活性。收獲后，與CK相比，T 3、T 4、T 5處理的土壤蔗糖酶活性分別顯著增加43.96%、80.95%、148.89%（P＜0.05）。

2.4.3 發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)連作谷子土壤脲酶活性的影響 施加不同量發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)連作谷子土壤脲酶活性影響如圖4所示，播種前，隨著發(fā)酵糞沙在土壤中占比升高各處理脲酶活性升高，且T 3、T 4、T 5處理顯著高于CK（P＜0.05），但這3個(gè)處理之間差異不顯著，說(shuō)明土壤中脲酶活性升高到一定值時(shí)趨于平穩(wěn)。收獲后，隨著土壤中黃粉蟲糞沙比例升高脲酶活性先升高后降低再升高，呈波浪式變化，其中，T 1、T 2、T 4處理較CK顯著升高（P＜0.05），說(shuō)明向土壤中添加發(fā)酵糞沙可改善土壤環(huán)境，從而使脲酶活性升高。

2.4.4 發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)連作谷子土壤堿性磷酸酶活性的影響 不同用量發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)連作谷子土壤堿性磷酸酶活性影響如圖4所示，播種前、收獲后堿性磷酸酶活性均隨著土壤中黃粉蟲糞沙比例升高而升高，其中，播種前，與CK相比，T 4、T 5處理的土壤堿性磷酸酶活性顯著增加（P＜0.05），分別較CK增加33.20%和91.48%；收獲后，T 2、T 3、T 4、T 5處理的土壤堿性磷酸酶活性分別較CK顯著增加17.73%、24.66%、48.08%、75.65%（P＜0.05）。

3 結(jié)論與討論

隨著山西省特色雜糧品牌建設(shè)，谷子越來(lái)越受到人們重視，近些年，全省谷子種植面積基本維持在20萬(wàn)hm2，由于谷子受關(guān)注度上升及種植面積有限，造成谷子連作。我國(guó)農(nóng)諺中寫道：“重茬谷，坐著哭；一年谷子，三年莠子”。谷子作為一種典型的忌連作作物，長(zhǎng)期連作會(huì)導(dǎo)致谷子對(duì)養(yǎng)分的吸收利用受到抑制，造成嚴(yán)重的病蟲草害，從而影響其產(chǎn)量和品質(zhì)[13-14]。

駱洪義等[15]研究表明，向土壤中加入土壤質(zhì)量的1.5%黃粉蟲糞沙，能夠明顯增加油菜的產(chǎn)量。在本試驗(yàn)中，隨著連作土中發(fā)酵糞沙比例升高，谷子莖長(zhǎng)、莖粗、生物量均逐漸增加，所有處理均高于對(duì)照，說(shuō)明發(fā)酵黃粉糞沙改善了連作谷子的生長(zhǎng)情況，促進(jìn)了谷子的生長(zhǎng)。

高添等[16]研究表明，向土壤中添加生物有機(jī)肥能降低根際土壤pH值，使得土壤養(yǎng)分有效性升高，從而促進(jìn)地黃根系對(duì)養(yǎng)分的吸收利用。本研究表明，pH值在播種前，隨著土壤中糞沙比例升高呈下降趨勢(shì)，這是由于黃粉糞沙本身呈弱酸性；收獲后，土壤各處理間pH值無(wú)顯著差異。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤碳儲(chǔ)量、土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力和肥力的重要參考指標(biāo)，在土地質(zhì)量、環(huán)境、氣候和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面均有著至關(guān)重要的作用[17]。陳宜勇[18]研究表明，施用商品有機(jī)肥能明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，每公頃施用7 500 kg商品有機(jī)肥并減少20%～30%化肥施用量，能夠改善土壤理化性狀，協(xié)調(diào)養(yǎng)分平衡供應(yīng)，從而提高冬瓜產(chǎn)量。土壤速效養(yǎng)分是一種重要的土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)[19]，而土壤肥力是土壤的基本屬性和特征，是能夠?yàn)橹参锍掷m(xù)提供養(yǎng)分最基本的保證[20]。孔濤等[21]研究表明，追施有機(jī)肥能不同程度提高土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷含量。本研究中，隨著土壤中發(fā)酵黃粉糞沙比例升高有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量均呈逐漸上升的趨勢(shì)，收獲后，有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量所呈趨勢(shì)與種植前相同，說(shuō)明黃粉蟲糞沙能夠提高土壤養(yǎng)分。收獲后土壤堿解氮與對(duì)照相比趨于平穩(wěn)，這可能是由植物在生長(zhǎng)過(guò)程中有消耗所致。

季鑫等[22]研究表明，向土壤中施用竹炭導(dǎo)致土壤酸性磷酸酶活性降低、蔗糖酶活性升高。靳亞忠等[23]研究表明，施用50%木霉菌有機(jī)肥并減量30%化肥，可提高根際土壤蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶活性。在本研究中，土壤過(guò)氧化氫酶隨著土壤中糞沙比例的升高呈先升高后降低，原因可能與土壤微生物活性有關(guān)，具體原因還有待進(jìn)一步研究；堿性磷酸酶和蔗糖酶隨著土壤中糞沙比例的升高呈上升趨勢(shì)。

綜上所述，向連作土壤中添加不同比例的發(fā)酵黃粉糞沙對(duì)谷子生長(zhǎng)、土壤養(yǎng)分和酶活性均有促進(jìn)作用，各處理對(duì)谷子的株高、莖粗、干鮮質(zhì)量均有影響。播種前、收獲后，按1∶100～1∶50比例施加發(fā)酵黃粉蟲糞沙的土壤過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶活性均高于對(duì)照，且與對(duì)照有顯著差異。考慮投入產(chǎn)出比，向土壤中按1∶100～1∶50比例施加發(fā)酵黃粉蟲糞沙對(duì)谷子連作障礙具有一定改良效果。