蚯蚓糞肥在農業生態應用的研究進展

陳慕松 范曉暉 鐘魯龍 劉文婷 謝 星 林挺興 薛立云

（1.寧德市農業科學研究所 福建 福安 355017；2.寧德市蕉城區柑桔無檢疫性病蟲母本園種苗繁育場 福安 寧德 352100；3.福安市康厝鄉村振興服務中心 福建 福安 355017）

在現代農業的發展過程中，化肥因其肥效快、增產效果顯著等優點而被廣泛應用， 它在保障糧食安全方面發揮著重要作用[1-2]。 但過度依賴化肥及不合理的施用，不僅不能帶來糧食產量的持續增長，反而會因肥料利用率的降低而導致資源的浪費， 加速耕作土壤質量的退化，加大農業面源污染的風險[3]。 隨著人們對農業生態環境的重視，利用農業廢棄物、畜禽糞便及城市生活廢棄物生產有機肥得到廣泛關注[4]，通過有機肥替代（配施）化肥措施，減少化肥投入量，可促進農業生產資源的循環利用，改善農業生態環境，實現農業的可持續高質量發展[5]。

蚯蚓（Pheretima）是土壤中重要的動物類群，其生物量占據土壤動物生物總量的60%以上， 在生態系統中為分解者的角色， 是土壤生態系統重要的組成部分，常被作為評價土壤健康的重要指標[6-8]。 同時，蚯蚓具有消化能力強、食性廣的特點，可用于處理農作物秸稈、畜禽糞便、沼氣廢渣、城市生活垃圾和工業污泥等有機廢棄物， 并獲得其排泄產物蚯蚓糞[9]。 研究表明，蚯蚓糞肥富含有機質及多種養分元素，是一種優質的生物有機肥，在改善土壤生態環境及農業生產中具有極高的利用潛力[10]。

隨著蚯蚓糞肥在農業生產中的優勢不斷凸顯，國內外研究學者開展了大量有關于蚯蚓糞肥的試驗與應用研究，并取得一系列研究成果。 本文作者圍繞國內外關于蚯蚓糞肥相關研究報道， 從蚯蚓糞肥對土壤理化性狀、 土壤微生物和作物生長影響等方面進行梳理總結，以期加深大家對蚯蚓糞肥的了解，促進蚯蚓糞肥在農業生產中的應用， 為推進現代生態農業的發展提供參考。

1 蚯蚓糞肥概述

蚯蚓將可生物降解的有機廢棄物吞食， 在消化系統中經過各種微生物和酶的協同作用下， 通過腸道轉化后排泄而成有機肥料，被稱為蚯蚓糞，也稱蚯蚓糞肥或蚯蚓堆肥[11]。蚯蚓糞肥一般為黑色或灰褐色的細碎有機物料，呈顆粒狀，團聚體粒徑以0.5～3.0 mm為主，其物理結構均一，具有良好的孔隙比，具備良好的通氣性和保水性[12]。 蚯蚓糞肥呈中性或偏堿性，是一種兼具調節酸性土壤和堿性土壤的土壤調理劑[13]。同時，蚯蚓糞肥除含有豐富的有機質外，還含有氮、磷、鉀大量元素及鈣、鎂、鋅、硼等多種中微量元素，能為植物的生長提供較為全面的養分供應[14]。 研究表明， 蚯蚓糞肥中的養分含量與堆肥原材料密切相關， 且蚯蚓糞肥中的養分含量一般高于相同原材料的普通堆肥產物， 說明蚯蚓處理有機廢棄物可提升其養分含量[15]。蚯蚓堆肥化過程在蚯蚓的腸道內進行，溫度一般在10～32℃，在此環境中大部分細菌被殺死，有益微生物大量繁殖，使得蚯蚓糞肥不僅富含有機質及各種養分， 還具有相對穩定的有益微生物群落， 因此被認為是一種兼具有機肥和微生物肥效應的生物有機肥[16]。

2 蚯蚓糞肥對土壤的影響

2.1 蚯蚓糞肥對土壤理化性質的影響

良好的土壤理化性質是保障作物生長的重要基礎條件， 化肥的長期過度施用及有機肥料的忽視將進一步加速土壤質量退化[17]。蚯蚓糞肥中的多糖作為一種膠結劑，有利于土壤團粒結構的形成；同時，蚯蚓糞肥中的腐殖質也能與土壤中的金屬離子膠結，促進穩定團粒結構的形成。 李彥霈等[18]通過黃綿土、黑壚土和風沙土的土柱培養試驗表明，施用3%蚯蚓糞肥可促進土壤團聚體的形成， 增加土壤有機碳的穩定性。 Li 等[19]室內培養試驗也證明，施用蚯蚓糞肥能顯著改善土壤微團聚體， 增加土壤有機碳的穩定性。程亞倩等[20]在連作煙田開展蚯蚓糞肥替代部分化肥大田試驗， 結果表明配施蚯蚓糞肥不僅能增加土壤速效養分及有機質含量，還能顯著降低土壤容重。游浩宇等[21]的研究表明，在獼猴桃園的黏重土壤中施入蚯蚓糞肥后，顯著降低了土壤容重和緊實度，明顯改善了土壤的物理結構。 大量研究表明，蚯蚓糞肥的施用可以改善土壤的肥力狀況。周東興等[22]的水稻盆栽試驗發現， 蚯蚓糞肥配施化肥可在一定范圍內顯著提高土壤氮、磷、鉀等養分含量。趙永鑫等[14]在相同施氮量的條件下， 施用蚯蚓糞肥能顯著增加小白菜栽培土壤中的全氮、速效磷、速效鉀及有機質含量。杭瓊等[23]的研究表明，添加5%～10%蚯蚓糞肥可以改善果園30～60 cm 土壤底層的pH，提高土壤有機質、硝態氮、速效磷等養分的含量。

2.2 蚯蚓糞對土壤微生物群落的影響

土壤微生物與環境有著密切聯系， 人為頻繁活動改變了土壤環境， 從而間接影響土壤微生物種群數量及其活性。 微生物在蚯蚓的消化過程中扮演著重要的角色， 大部分病原真菌及細菌會在通過蚯蚓消化道時被殺死[24]。 因此，蚯蚓糞肥作為含有豐富的有益微生物的生物有機肥， 施入土壤中后可有效地改善土壤中有益微生物種群結構。 譚駿等[25]研究表明， 蚯蚓糞肥能夠增加土壤微生物特有物種數目和多樣性，提高土壤中的益生菌豐度，對農田土壤的安全利用具有積極影響。 李騰飛等[26]的研究表明，露地辣椒土壤施用蚯蚓糞肥后辣椒根際土壤細菌數量和放線菌數量顯著提高，根際土壤真菌數量顯著降低。王明友等[27]和賈德新等[28]的研究均表明，施用蚯蚓糞肥相比單施化肥能明顯改善豇豆根際土壤的微生態環境，顯著增加根際土壤中細菌數、放線菌數、微生物總量及微生物碳含量。 其他研究者在不同作物土壤中也得出相似的研究結果，井大煒等[29]與李少杰等[30]分別對楊樹苗及設施甜瓜土壤開展微生物特性研究，表明施用蚯蚓糞肥有利于微生物繁殖，從而提高土壤中生理菌群數量。 這主要是因為蚯蚓糞肥自身有大量活性微生物， 同時其富含有機質及各種養分， 可為微生物提供良好的生存環境和足夠的能源供應。

2.3 蚯蚓糞對土壤重金屬的影響

現代工業的快速發展及對土壤資源的過度利用，使得土壤重金屬污染日益嚴重，而土壤中重金屬超標污染物最終會通過食物鏈或直接接觸等途徑危害人們的身體健康。 因此，土壤重金屬的研究一直是土壤生態環境研究領域的重點。 隨著蚯蚓糞肥在農業生產中的應用， 其施入后對土壤重金屬影響也受到廣泛的關注[31]。 一方面，蚯蚓糞肥自身的重金屬含量與蚯蚓堆肥源中重金屬含量、 種類及培養時間密切相關， 其自身重金屬含量直接影響施入土壤中的重金屬含量[32]。 王耀等[33]的研究表明，隨污泥蚯蚓糞肥施用量的增加，灘涂鹽堿地土壤中的鎘、銅、鉛和鋅等重金屬活性態的比例呈上升趨勢， 同時玉米植物體內的鋅、銅含量也呈上升趨勢。 另一方面，蚯蚓糞肥施入土壤后， 因其自身特性引發的各種理化反應和土壤中生物的活動對土壤重金屬含量及其形態會產生一系列間接影響[34]。蚯蚓糞肥多孔隙結構使得其具備較大吸附力，可以吸附一定比例的重金屬；同時蚯蚓糞肥中的腐殖質含有豐富的酚羥基、羧基、羰基、氨基等多種官能團，可與土壤中重金屬發生絡合反應，從而降低土壤中重金屬的活性[35]。 郭茹等[36]通過盆栽試驗表明，8%～12%蚯蚓糞肥與7.2%生物炭配施，可提高鉛污染土壤鉛的固定比例，降低生菜植物體內的鉛含量。 但一些其他研究得出了相反的結論，認為蚯蚓糞肥的施入會提高土壤重金屬的活性。李揚等[37]認為蚯蚓糞肥的施用后會促進作物根系分泌一些具有活化重金屬的小分子有機酸物質， 局部降低土壤pH，活化部分重金屬。劉偉等[38]將蚯蚓糞肥作為重金屬修復劑， 施入土壤后提高了土壤重金屬銅、鎘、鋅和砷的移動性，提升了紫花苜蓿金屬富集能力， 從而改善紫花苜蓿修復重金屬污染農田土壤的效果。

3 蚯蚓糞肥對作物的影響

3.1 蚯蚓糞肥對作物品質和產量的影響

諸多研究表明，蚯蚓糞肥作為優質生物有機肥，能為作物生長提供較為全面的養分， 同時通過改善土壤物理結構，增加土壤微生物的數量，提高作物對養分的吸收，促進作物提質增產。 因此，蚯蚓糞肥作為基肥被廣泛應用于農作物生產。Kumar 等[39]的研究表明， 一定比例的蚯蚓糞肥配施無機肥料能提高小麥對養分的吸收，增加小麥的籽粒產量和秸稈產量，同時提升谷物中的蛋白質含量。 另外，生物炭配施蚯蚓糞肥能促進水稻生長，增加水稻籽粒質量，對水稻增產有積極作用[40]；同時蚯蚓糞肥能顯著增加水稻籽粒中苯丙氨酸、 蘇氨酸和纈氨酸等氨基酸含量[41]。Bekele 等[42]的研究表明，蚯蚓糞肥配施氮磷無機復合肥能顯著提高花生的產量和種子含油量。王亞利等[43]的研究表明，相較于蔬菜廢棄物的普通堆肥，施用蔬菜廢棄物蚯蚓糞肥可顯著提高雞毛菜的株高和葉面積，并能顯著增加雞毛菜中氮、磷、鉀、鈣和鎂養分元素含量。 此外，另一項研究表明，使用蚯蚓糞肥作為設施番茄栽培基質，能顯著促進番茄植株的生長，提高番茄的株高和坐果率，實現增產，且果實中的氨基酸、總糖、維生素C 含量和糖酸比均高于傳統土壤栽培模式[44]。蚯蚓糞肥作為追肥同樣可提升作物的產量和品質。龐月等[45]的研究表明，與未追施處理對比，在雞鴨糞底肥的基礎上追施蚯蚓糞肥， 不僅可增加土壤肥力及土壤中酶活性， 還能顯著提高西瓜的可溶性糖含量、甜度及單瓜產量。

3.2 蚯蚓糞肥對作物根系的影響

根系不僅為植株地上部提供固定作用， 還是作物從土壤中吸收水分和養分的主要器官， 也是多種激素和有機酸合成的重要場所，其與作物的產量、品質和適應性均有密切的關系[46]。蚯蚓糞肥中含有蚯蚓分泌的生長素、 細胞分裂素和赤霉素等植物激素可以促進種子萌發[47]。 因此，蚯蚓糞肥作為基質原料被廣泛用于育苗基質中。 李博等[48]的研究表明，在葡萄扦插苗基質中增加蚯蚓糞肥可促進一年生 ‘摩爾多瓦’葡萄扦插苗的根長、根表面積、根陰影面、根體積及根尖數等。 黃建全等[49]的研究表明，添加蚯蚓糞肥處理的一年生‘紅寶石無核’葡萄的根長、根表面積和根尖數等指標均高于不添加蚯蚓糞肥處理。 田給林等[50]的研究表明，與施加牛糞相比，在滅菌土壤上施用蚯蚓糞肥有利于土壤中微生物群落結構的恢復，可緩解草莓的因化感而產生的自毒作用，增加草莓植株根系總長、根系表面積及根叉數。 常大麗等[54]的研究表明， 適當比例的蚯蚓糞肥替代草炭能夠增加蘋果樹苗地上生物量， 同時樹苗的根長、 根表面積、根體積、根尖數、根干重和根系活力均有增加。Zaller 等[55]的研究表明，適當比例的蚯蚓糞肥代替泥炭作為番茄的栽培基質可促進番茄根系的生長。 但不意味著蚯蚓糞肥施用得越多越好， 另一項研究表明，添加適量蚯蚓糞肥能顯著促進白菜幼苗生物量的增加， 但施用蚯蚓糞肥比例過高會導致基質中硝酸鹽含量和電導率的增加，從而抑制幼苗根系生長[56]。

4 結語與展望

我國作為農業大國， 土地集約化程度和農業生產資料的投入不斷增加，造成土壤酸化、土壤板結、土壤污染、生物多樣性下降、土傳病害頻發等土壤健康問題不斷突出。 大量研究表明，蚯蚓可生物降解有機廢料制成堆肥，制備成本低且周期較傳統堆肥短，施入土壤后可為植物提供生長所需的各種養分，并改良土壤結構， 調節土壤微生物菌群并抑制作物土傳病害，不僅能促進作物的增產提質，還能大幅減少化學農業投入品的使用，減輕對環境的破壞，符合當下對可持續農業和生態農業的要求。 雖然蚯蚓糞肥在諸多試驗及應用中表現良好， 但依然存在一些問題需要進一步研究解決， 為此本文作者從以下幾個方面進行了展望。

（1）不同堆肥原料養殖蚯蚓后獲得的蚯蚓糞肥中的養分含量存在差異，這與蚯蚓品種、飼養環境等影響因素有關。 因此，在未來需要進一步確定不同影響因子在蚯蚓糞堆肥過程中發揮的作用， 篩選出最佳蚯蚓糞肥生產技術方案， 促進蚯蚓糞肥生產向標準化、規模化發展。

（2）蚯蚓糞肥有諸多優點，但施用方式、施用量、與其他物料配施比例的不同， 都可能影響蚯蚓糞肥在農業生產中的施用效果。 因此，未來的蚯蚓糞肥的施用需要根據不同作物及耕作土壤類型， 有針對性地制訂最適施用量及最優施肥方式， 使蚯蚓糞肥的施用達到最佳效果。

（3）蚯蚓糞肥在改良重金屬污染土壤方面仍存在部分爭議，主要是因為蚯蚓糞肥施入土壤中，部分重金屬元素參與地球化學循環過程的機制不夠清晰。因此，未來需要進一步探明重金屬元素的運移機制，趨利避害，保障蚯蚓糞肥的安全施用，使其在改良土壤中發揮更大作用。