井 大 煒

(1.德州學院， 山東 德州 253023; 2.山東省林業(yè)科學研究院， 山東 濟南 250014)

大量施用化肥而忽略有機肥的施用是傳統(tǒng)農業(yè)種植模式的主要特征，長期以來導致土壤中有機質含量嚴重不足，并出現(xiàn)地下水和蔬菜中硝態(tài)氮含量明顯超標等問題[1]，已經(jīng)成為一個亟待解決的環(huán)境問題。而有機肥所含營養(yǎng)成分豐富、全面，可優(yōu)化土壤微生物種群，增強土壤酶活性，改善土壤農化性狀，保持土壤肥力，并且對養(yǎng)分具有緩釋效果，與化肥相比肥效期更長、養(yǎng)分利用率更高[2]。所以，有機肥和化肥配合施用已受到國內外的普遍重視。

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，水氣調和，且有保水、保肥的性能；并且其礦質養(yǎng)分豐富，有效成分高，有機質含量多，含有多種利于植物生長的酶、腐殖質和植物激素類物質[3]。中國從20世紀80年代開始興起蚯蚓養(yǎng)殖業(yè)，北京、天津、河北、寧夏、云南等地都建有不同規(guī)模的蚯蚓養(yǎng)殖場，蚯蚓糞年產量達數(shù)十萬噸[4]?？梢?，蚯蚓糞的應用已受到了高度關注。前人關于蚯蚓糞進行了大量的研究，但主要集中在花卉、蔬菜等園藝作物上[5-6]，而應用于人工林施肥的研究尚未見報道。目前在人工林營造和經(jīng)營中由于管理措施不當，一定程度上造成了林地土壤生態(tài)環(huán)境退化、林地生產力下降的現(xiàn)象，急需科學有效的施肥技術來改善林地肥力。為此，本文選用經(jīng)蚯蚓吞食牛糞后產生的蚯蚓糞為供試原料，開展了蚯蚓糞與化肥配施對一年生I-107歐美楊根際土壤的微生物數(shù)量、酶活性、根系建造水平及理化性狀的研究，為探討施用蚯蚓糞對楊樹苗生物學特性的影響提供理論依據(jù)，并且為楊樹苗的培育和造林提供技術指導。

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林業(yè)科學研究院試驗苗圃，供試土壤為潮土，土壤速效氮27.96 mg/kg，速效磷 26.52 mg/kg，速效鉀 79 mg/kg，有機質含量為6.83 g/kg。供試蚯蚓糞為蚯蚓吞食牛糞后的產物，全量N，P，K含量分別為1.68%，1.29%和0.95%；所用化肥為尿素、過磷酸鈣、氯化鉀。楊樹扦插苗品種為I-107歐美楊，接穗長15～16 cm，莖粗2 cm，重量25～27 g。

1.2 試驗設計

采用盆栽試驗，隨機區(qū)組設計，設4個處理：處理1為不施肥(CK)；處理2為單施化肥(CF)；處理3為蚯蚓糞(VC)；處理4為蚯蚓糞提供50%的氮，化肥提供50%的氮(VC+CF)。每個處理8盆，共計32盆。除CK外，各處理均為等養(yǎng)分量，N，P和K含量分別為3.55，1.56，2.48 g，各處理P和K不足部分分別用過磷酸鈣、氯化鉀補足。試驗用盆為購自市場的棱柱型塑料盆，盆高20 cm，邊長30 cm。于2012年4月6日盆栽試驗時，將肥料與土壤充分混勻后裝盆，每盆裝土10.5 kg。

1.3 取樣和分析測定方法

2012年10月18日楊樹落葉前采集土壤、根系和地上部樣品。在土壤水分含量適中時采用剝落分離法[7]取樣，將帶土植株取出，先輕輕抖落大塊不含根系的土壤，然后用力將根表面附著的土壤全部抖落下來，迅速裝入塑料袋內(根際土)。同時，用水沖洗挑選出的根系，用游標卡尺將根系按照<2，2～5，>5 mm的粗度進行分級，然后連同地上部莖和葉一起放入75 ℃的烘箱中烘干至恒重，并分別稱其質量。根際土取樣后一部分樣品立即進行土壤微生物的測定，一部分土樣冷凍干燥過篩后進行土壤酶活性和理化性質的測定。

土壤微生物數(shù)量采用稀釋平板計數(shù)法，細菌采用牛肉蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基；放線菌采用改良高氏1號培養(yǎng)基；真菌采用馬丁—孟加拉紅培養(yǎng)基。脲酶測定采用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法；過氧化氫酶測定采用高錳酸鉀滴定法；多酚氧化酶測定采用鄰苯三酚比色法；蔗糖酶測定采用Na2S2O3滴定法。pH值的測定采用電位法(水土比為2.5∶1)，堿解氮的測定采用堿解擴散法，速效磷的測定采用NaHCO3浸提鉬銻抗比色法，速效鉀的測定采用NH4Ac浸提火焰光度法，EC值的測定采用電導法(水土比為5∶1)，CEC的測定采用乙酸銨交換法[8]。

1.4 統(tǒng)計方法

采用 Excel 2007處理數(shù)據(jù)并制圖，采用SAS軟件進行方差分析和多重比較(LSD法，p<0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同處理對楊樹苗根際土壤微生物數(shù)量的影響

根際土壤微生物對植物生長及營養(yǎng)元素流動起著重要作用。土壤微生物數(shù)量是反映土壤生物活性的重要指標，土壤微生物多樣性受植物類型、土壤質地與土壤管理措施等的影響[9]。不同處理對楊樹苗根際土壤微生物數(shù)量的影響如表1所示?？梢钥闯?，同CK相比，各施肥處理均顯著增加了細菌數(shù)、放線菌數(shù)、真菌數(shù)和微生物總量。在各施肥處理中，VC和VC+CF處理的3大功能微生物數(shù)量和微生物總量均顯著高于CF處理；VC+CF處理的細菌數(shù)、真菌數(shù)和微生物總量均是最高，并且顯著高于其他處理，而放線菌數(shù)與VC處理差異不顯著。其中，VC+CF處理的細菌數(shù)量分別比CK，CF和VC處理增加了165.99%，67.34%和31.73%。可見，蚯蚓糞的施入能明顯促進楊樹苗根際土壤的微生物數(shù)量，其中蚯蚓糞與化肥配施的效果最顯著。

表1 不同處理對楊樹苗根際土壤微生物數(shù)量的影響 104/g

2.2 不同處理對楊樹苗根際土壤酶活性的影響

土壤酶參與土壤的許多生物化學過程和物質循環(huán)，包括腐殖質及各種有機化合物的分解與合成、土壤養(yǎng)分的固定與釋放以及各種氧化還原反應，直接參與了土壤營養(yǎng)元素的有效化過程，可以客觀地反映土壤肥力狀況[10]。表2顯示了不同處理對楊樹苗根際土壤酶活性的影響，可見，各施肥處理的酶活性均顯著高于CK。在3個施肥處理中，VC和VC+CF處理的酶活性均顯著高于CF處理；而VC+CF處理的脲酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性均是最高，并顯著高于VC處理，但過氧化氫酶活性與VC處理差異不顯著。其中，VC+CF處理對蔗糖酶活性的提高幅度最大，分別比CK，CF和VC處理提高了90.37%，45.31%和32.34%。由此可見，施加蚯蚓糞處理的土壤酶活性均顯著高于單施化肥處理。除過氧化氫酶外，蚯蚓糞與化肥配施處理對楊樹苗根際土壤酶活性的提高幅度最明顯。這與根際土壤微生物數(shù)量的變化規(guī)律相呼應。

表2 不同處理對楊樹苗根際土壤酶活性的影響

2.3 不同處理對楊樹苗根系和地上部生物量的影響

植物根系的建造水平對養(yǎng)分及水分的吸收有著不可忽略的作用。由圖1可知，從根系分級的絕對重量來看，各施肥處理<2，2～5和>5 mm的根系均顯著大于對照。在各施肥處理中，施加蚯蚓糞的兩個處理對楊樹苗根系建造水平產生了很大的影響。VC+CF處理中<2 mm的根系干重最大，均顯著大于VC和CF處理，其次是VC處理，也顯著大于CF處理。而2～5和>5 mm的根系，3個施肥處理之間未見顯著差異。從根系總生物量來看，CF，VC和VC+CF處理分別比對照增加60.26%，84.84%和104.82%；而從地上部生物量來看，分別比對照增加143.86%，216.14%和273.35%，并且地上部與根系生物量的比值分別為6.01，6.75和7.20，各處理之間均達到顯著水平。

由此可見，施肥能明顯增加楊樹苗的細根和根系總生物量，但對地上部的增加速度明顯更快；而在不同的施肥處理中，蚯蚓糞與化肥配施的效果最顯著。

圖1 不同處理對楊樹苗根系和地上部生物量的影響

2.4 不同處理對楊樹苗根際土壤理化性質的影響

土壤pH值是土壤重要的化學性質，也是影響土壤肥力的因素之一。它直接影響土壤養(yǎng)分的存在狀態(tài)、轉化和有效性，因此，對植物的生長發(fā)育有直接的影響。pH值是代表與土壤固相處于平衡的土壤溶液中氫離子濃度的負對數(shù)，它受外界條件、也受土壤內在性質的影響。從表3可知，不同處理對楊樹苗根際土壤的pH值產生了很大的影響。VC+CF處理的pH值最低，分別比CK，CF和VC處理降低了0.56，0.45和0.24個單位，差異均達顯著性水平；其次是VC處理，也顯著低于CK和CF，而CF與CK差異不顯著。土壤水溶性鹽是強電解質，其導電能力的強弱可用電導率(EC)表示；在一定范圍內，溶液的含鹽量與EC值呈正相關。VC+CF和VC處理還顯著增加了根際土壤的EC值，這說明蚯蚓糞的加入對楊樹苗根際環(huán)境產生了較大的影響，而單施化肥的影響不明顯。根際土壤的養(yǎng)分含量主要取決于當年施肥量，同時也受到微生物的礦化作用和酶促反應的影響。植物根系周圍土壤的養(yǎng)分能被植物直接吸收利用，是物質循環(huán)中最活躍的部位[11]。VC+CF處理的堿解氮、速效磷和速效鉀含量均是最高，且顯著高于其他處理，同CF處理相比，分別增加了24.05%，26.24%和16.13%；其次是VC處理，速效磷和速效鉀含量均顯著高于CK和CF，而堿解氮含量與CF差異不顯著，但顯著高于CK。此外，陽離子交換量(CEC)的大小基本上代表了土壤可能保持的養(yǎng)分數(shù)量，即保肥性的高低，故可作為評價土壤保肥能力的指標。不同處理還對楊樹苗根際土壤的CEC產生了明顯的影響，VC+CF處理的CEC分別比CK，CF和VC處理提高了19.88%，17.35%和8.21%。這說明蚯蚓糞與化肥配施對根際土壤養(yǎng)分的保持有一定的促進作用，這對楊樹苗根系吸收養(yǎng)分同樣具有重要意義。

表3 不同處理對楊樹苗根際土壤理化性質的影響

3 討 論

3.1 根際土壤微生物數(shù)量、酶活性

根際是受根系活力影響的一定體積的土壤，根際的空間范圍因土壤結構、微粒尺寸、含水量及土壤緩沖力的不同而不同，同時根際又是一個由植物根系、細菌、真菌、放線菌及土壤動物組成的多因素相關聯(lián)的復雜系統(tǒng)[12]。已有研究表明，施用有機肥或有機無機配施能提高根際土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)量[13]。這一結論在本試驗中得到進一步證實：蚯蚓糞和蚯蚓糞化肥配施兩個處理的根際土壤細菌、真菌、放線菌和微生物總量均顯著高于對照和單施化肥處理。這表明施加蚯蚓糞能夠促進土壤微生物的生長，主要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)，當蚯蚓糞加入土壤后，為微生物提供了新的能源，使微生物在種群數(shù)量上發(fā)生較大的改變；另一方面，蚯蚓糞本身也帶入大量活的微生物，所以，蚯蚓糞的施入在某種程度上起到了“接種”的作用。

不同的施肥措施同樣對根際土壤酶活性產生明顯的影響。從本試驗可知，蚯蚓糞或蚯蚓糞化肥配施均能顯著提高根際土壤酶活性，這與武雪萍等[14]在植煙上的研究結果一致。這主要是因為蚯蚓糞的施用不僅可以為土壤酶提供更多、更豐富的酶促基質，發(fā)揮底物誘導作用，而且還能提高腐殖質含量，而腐殖質能夠通過離子交換、離子鍵或共價鍵等與土壤酶結合，固定土壤酶[15]。本試驗還發(fā)現(xiàn)，蚯蚓糞與化肥配施處理的根際土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性均高于蚯蚓糞處理。這一方面可能是因為蚯蚓糞與化肥配施有利于協(xié)調土壤C/N比，改善土壤理化性質，從而有助于楊樹苗和土壤微生物的生長，使更多的酶伴隨著旺盛的根系活動和土壤動物、微生物的生活活動而進入土壤；另一方面化肥的施入補充了土壤中氮的消耗，促進了土壤微生物的繁殖，從而提高了土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性[16]。此外，蚯蚓糞施用處理的根際土壤微生物數(shù)量與酶活性呈現(xiàn)基本一致的變化規(guī)律。說明微生物生命代謝活動的加強能夠提高土壤酶活性，同時土壤酶活性的提高也促進了土壤中物質轉化速率，為微生物提供養(yǎng)分和良好的土壤微生態(tài)環(huán)境。

3.2 根際土壤理化性質

由本試驗結論可知，蚯蚓糞的施用影響了楊樹苗根際土壤的養(yǎng)分和理化性質。首先是蚯蚓糞與化肥配施處理顯著降低了楊樹苗根際土壤的pH值。植物根系不但能夠提供植物生長所需的水分和養(yǎng)分，而且也能通過對養(yǎng)分的直接吸收和對微生物的間接作用來誘導根際土壤養(yǎng)分組分的改變[17]，可以向生長介質中分泌質子，釋放無機離子，溢泌或分泌大量的有機物，這些物質和根組織脫落物一起統(tǒng)稱為根系分泌物。已有研究表明，根系分泌物中含有一定量的有機酸[18]。蚯蚓糞與化肥配施顯著提高了楊樹苗根際土壤的微生物數(shù)量和酶活性，促進了根系的生長，尤其是明顯增加了毛細根的數(shù)量，可能會誘導根系分泌物中有機酸總量的增加，從而導致根際土壤pH值的變化，這也許是配施蚯蚓糞降低土壤根際pH值的機理之一。根際土壤pH值的降低，對土壤中磷和鉀具有一定的溶解作用，提高了根際土壤中速效磷和速效鉀的含量，從而提高了根際土壤中養(yǎng)分離子的濃度，導致EC值增加。根際土壤養(yǎng)分離子濃度的提高有利于植物根系對養(yǎng)分的吸收利用。由以上分析可知，蚯蚓糞與化肥配施導致土壤pH值降低，可能是楊樹苗根際土壤理化性質改變的主要機理之一；而且，配施蚯蚓糞在楊樹苗根際土壤中形成了“微生物數(shù)量增加、酶活性提高—根系活性增強—根系分泌物增多—pH值降低—養(yǎng)分離子濃度增加—促進養(yǎng)分吸收”的良性循環(huán)。此外，本試驗還得出，施肥對地上部的提高速度顯著快于根系，這可能是由于施肥增加了土壤養(yǎng)分的有效性，根據(jù)功能平衡假說，植物會把更多的光合產物分配給地上部[19-20]，從而使根系的增長速度明顯慢于地上部。

4 結 論

蚯蚓糞與化肥配施處理有利于協(xié)調土壤C/N比，并且化肥的施入補充了土壤中氮的消耗，從而明顯提高了根際土壤中微生物數(shù)量及脲酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性，其中細菌數(shù)量分別比對照、單施化肥和蚯蚓糞處理提高165.99%，67.34%和31.73%，蔗糖酶活性分別提高90.37%，45.31%和32.34%。施用蚯蚓糞有利于楊樹苗細根的生長，但對地上部的增長速度顯著快于地下部。此外，配施蚯蚓糞處理使根際土壤pH值明顯降低，陽離子代換能力顯著提高，并且還明顯增加了根際土壤中養(yǎng)分離子的有效性，堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別增加24.05%，26.24%和16.13%。與配施蚯蚓糞處理相比，蚯蚓糞處理對楊樹苗根際土壤生物學特征的影響作用明顯減弱。

綜合分析認為，蚯蚓糞與化肥配施更好地改善了楊樹苗根際土壤的微生態(tài)環(huán)境，顯著提高了根際土壤中養(yǎng)分離子的有效性和養(yǎng)分保持能力，并促進了毛細根的生長。

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