淺析蚯蚓糞在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應用與展望

陳 泉,熊澤恩,劉文旭,桑 文,3*

(1.深圳市佳兆業(yè)公益基金會,廣東 深圳 518000;2.華南農(nóng)業(yè)大學,廣東 廣州 510642;3.生物防治教育部工程研究中心,廣東 廣州 510642)

隨著我國經(jīng)濟與科技的飛速發(fā)展,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也隨之突飛猛進。農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展造成了土壤養(yǎng)分的消耗、農(nóng)藥與復合肥的過量施用,對耕地土壤環(huán)境產(chǎn)生了一系列影響,如土壤板結(jié)、生產(chǎn)力降低、作物農(nóng)藥殘留問題等,現(xiàn)如今有機肥的使用越來越受到關(guān)注。有機肥的優(yōu)勢有很多,包括有效期長、肥力持久,能改善土壤、疏松土壤,不會對環(huán)境造成危害,利用充分并起到保護環(huán)境的作用,減少無機復合肥的使用、節(jié)能減排,能促進土壤微生物繁殖,改善作物根際微生物群,提高植物的抗病蟲能力等[1]。因此,有機肥是符合當今綠色農(nóng)業(yè)理念的最佳選擇。

有機肥又稱農(nóng)家肥,是指來源于動植物、施入土壤以提供作物養(yǎng)分為主要功效的含碳物料[2]。有機肥種類繁多,以畜禽糞尿和作物秸稈為主,也包括綠肥、餅粕、草木灰、污泥、生活垃圾及污水、薰土、海肥等。“十三五”期間,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出要實現(xiàn)“一控兩減三基本”的目標,其中“兩減”就是指化肥、農(nóng)藥的減量使用。如今糧食需求日益增加,為追求產(chǎn)量,化肥的使用也日漸增多,對生態(tài)環(huán)境和土壤環(huán)境造成了不良影響[3]。有機肥可以一定程度上替代化肥并大幅降低其使用量,同時滿足作物的生產(chǎn)需求。其中,蚯蚓糞在兼具一般有機肥所擁有的優(yōu)勢以外,還有減輕植物病蟲害和病原體、提供植物所需的各種激素、幫助土壤降解有毒有機化合物等優(yōu)點。

1 蚯蚓糞的理化性質(zhì)

蚯蚓糞一般是指蚯蚓在土壤中進行一系列代謝活動,將土壤廢棄物消解之后得到的物質(zhì)。蚯蚓以食物殘渣、庭院垃圾以及動物糞便等有機物為食,并在腸道中進行消化。當蚯蚓消化有機質(zhì)時,會在體外排除富含有益微生物、植物營養(yǎng)素和腐殖質(zhì)的營養(yǎng)堆肥。

1.1 物理性質(zhì)

蚯蚓糞呈泥土味,透氣性與排水性較好,含水量相對于普通土壤也較高。由于蚯蚓糞疏松,其表面積較大,使得蚯蚓糞的保水保肥能力更為突出,為土壤有益微生物繁殖提供了良好的生長環(huán)境;同時,蚯蚓糞含有鈉、磷、鉀、鐵、鎂、鋅等營養(yǎng)元素,可提升土壤肥力[4]。

1.2 化學性質(zhì)

相較于蚯蚓餌料,蚯蚓糞中可溶性鹽、腐殖酸的含量也明顯提高。蚯蚓可將堿性的畜禽糞便轉(zhuǎn)化為酸性的蚯蚓糞。總體而言,蚯蚓產(chǎn)生糞便可以使堿性土壤轉(zhuǎn)變?yōu)橹行酝寥?增強了土壤的肥沃度。

2 蚯蚓糞對植物生長的影響

2.1 促進植物生長吸收

目前的研究一般認為蚯蚓糞促進植物生長的有以下幾個主要原因。一是蚯蚓糞中含有豐富的營養(yǎng)元素,能夠為植物生長提供很好的營養(yǎng)環(huán)境;二是蚯蚓糞中的微生物群落能夠與植物的根系進行互作,促進植物對營養(yǎng)的吸收;三是土壤中的赤霉素、生長素等植物生長激素,經(jīng)過蚯蚓采食消解之后富集在蚯蚓糞中,可促進植物生長;四是蚯蚓糞本身松軟的特質(zhì)增強了土壤的透氣性與透水性,使土壤更適合植物生長。有研究表明,蚯蚓糞在代替泥炭土之后顯著增加了綠蘿的莖葉干重[5];在培土基質(zhì)中添加蚯蚓糞,可以更好地促進番茄的株高、莖粗和生物量,提高根系活力,促進植株生長,顯著提高番茄產(chǎn)量和品質(zhì)[6,7]。

2.2 調(diào)節(jié)植物生長機制

施用蚯蚓糞能夠增加土壤細菌、真菌與放線菌的數(shù)量,還可顯著增加土壤硝化細菌、反硝化細菌、自生固氮菌和氨化細菌數(shù)量[8]。在連作番茄的土壤中加入蚯蚓糞,能夠顯著提高土壤細菌門級優(yōu)勢菌的相對豐度,降低真菌門級優(yōu)勢菌相對豐度,提高土壤養(yǎng)分含量,緩解連作障礙[9]。在增加土壤微生物細菌多樣性與豐富度后,土壤中的微生物對外界感染抵抗能力增強,更趨于穩(wěn)定。在提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)的背后,這些菌群可能發(fā)揮了重要的作用。蚯蚓糞中含有的芽單胞菌屬能夠加快磷的代謝,鞘氨醇單胞菌屬能夠降解土壤中的芳香族化合物,而鐮刀菌屬能夠產(chǎn)生赤霉素,這些微生物都是影響植物生長的重要原因,且微生物可以改變植物的根際環(huán)境,促進植物根系對營養(yǎng)的吸收,分解有害物質(zhì),從而促進植物生長[10]。

3 蚯蚓糞對環(huán)境的影響

3.1 土壤性質(zhì)

蚯蚓的活動對土壤化學性質(zhì)的改善、土壤腐殖質(zhì)的富集、蚯蚓與微生物協(xié)同分解有機物、促進碳、氮、磷循環(huán)等作用,都有利于土壤資源的持續(xù)利用。蚯蚓排出蚯蚓糞后,變成土壤中營養(yǎng)豐富、品質(zhì)優(yōu)良的團粒結(jié)構(gòu),這些團粒結(jié)構(gòu)具有疏松、多孔、水分穩(wěn)性強、有效養(yǎng)分多的特點,提高了土壤的通氣透水性、蓄水保肥能力、水資源利用效率。施用蚯蚓糞顯著提高了土壤中全氮、堿解氮和有機質(zhì)含量,增加了土壤養(yǎng)分[11]。

3.2 生物環(huán)境

土壤微生物的菌群數(shù)量及其種類分布不僅是影響植物生長發(fā)育的重要因子,而且與植物生長發(fā)育有著密切聯(lián)系。作為土壤健康狀態(tài)的重要指標,土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的多樣性在種植過程中也常常成為種植戶關(guān)注的對象。蚯蚓糞在細菌群落上增加了放線菌們、芽單胞菌門、酸桿菌門相對豐度,降低了擔子菌門、接合菌門和壺菌門的相對豐度,施用蚯蚓糞增強了土壤中微生物群落的穩(wěn)定性;另外,蚯蚓糞自身含有的芽單胞菌屬、鞘氨醇單胞菌屬和鐮刀菌屬等益生菌,還具有加快磷代謝、降解芳香族化合物、產(chǎn)生植物激素(赤霉素)等作用[6,7];在用蚯蚓糞改良的土壤中,植物生長得更快、生產(chǎn)力更高,且不易受到土壤中植食性微生物與節(jié)肢動物的影響[12,13]。蚯蚓糞使植物對昆蟲具有非偏好(抗異種)和毒性(抗菌)作用,這種抗性能夠調(diào)控昆蟲的影響,有助于提高蚯蚓糞改良土壤中的植物生長發(fā)育和存活率,但微節(jié)肢動物和昆蟲病原體似乎在抗性中沒有作用[14]。

3.3 農(nóng)田環(huán)境

保護耕地就是保障國家糧食安全,保護農(nóng)田環(huán)境就是保護耕地。現(xiàn)如今,農(nóng)田重金屬殘留與連作之后的土地貧瘠等問題始終困擾著國家與農(nóng)民。蚯蚓糞作為一種有機肥,對農(nóng)田幾乎無污染,其中的營養(yǎng)元素也能夠滿足作物需求。蚯蚓糞具有很好的透氣性和排水性,能夠增加土壤的孔隙度和團聚體數(shù)量,同時又具有很大的表面積,對重金屬有著較強的吸附能力,因此蚯蚓糞能夠改善土壤板結(jié)、重金屬化等問題[13];同時,蚯蚓可作為環(huán)境狀態(tài)的指示物種,能判斷土壤是否適合作為耕地。蚯蚓糞對農(nóng)田土壤環(huán)境的影響,可以使整個耕地生態(tài)保持良好的平衡。

4 展望

隨著人們保護意識的提高以及國家“雙減”的號召,人們越來越渴求尋找到一個能夠同時做到保護環(huán)境和施肥效果好的有機肥,而蚯蚓糞本身作為大自然的產(chǎn)物,能全面滿足作物生長的各種需求[15]。蚯蚓糞被稱為“有機肥之王”,能夠解決連作障礙,增加土壤微生物豐富度,滿足農(nóng)作物生長需求,是田間最為適合的有機肥料,其在防止病蟲害方面也有一定的應用潛力。

目前,從蚯蚓養(yǎng)殖到蚯蚓糞的采收尚未有自動化的處理方式,其養(yǎng)殖與糞便采收過程繁瑣,也是導致如今蚯蚓養(yǎng)殖無法全面推廣的重要原因;同時,因為蚯蚓養(yǎng)殖技術(shù)過于粗放,生長環(huán)境因素對其生長習性與繁殖影響并不明確。這些因素導致了蚯蚓與蚯蚓糞質(zhì)量的參差不齊,給實現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化帶來了不小的困難。蚯蚓多為露天養(yǎng)殖,遇到短期強降雨天氣時,蚯蚓苗床易積水,導致其大量逃逸,造成不小的經(jīng)濟損失。國內(nèi)蚯蚓品種繁多,缺乏對各品種間養(yǎng)殖方式與養(yǎng)殖參數(shù)的對比,給養(yǎng)殖戶選擇適宜的蚯蚓品種造成了困難。

未來可以加強對各類蚯蚓的實驗與研究,探究其養(yǎng)殖參數(shù),對比種間優(yōu)劣,獲取數(shù)據(jù)支持后,能夠更好地完善蚯蚓糞生產(chǎn)的自動化體系;此外,還可以從室外粗放養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變到室內(nèi)高密度養(yǎng)殖,有效避免天氣和天敵造成的經(jīng)濟損失。