李藝堅(jiān) 謝學(xué)方 孔令澤

摘 要 本研究旨在探討林下蚯蚓養(yǎng)殖對(duì)膠園土壤速效養(yǎng)分、土壤酶及橡膠樹(shù)吸收根的短期影響。以牛糞作為原料，于2017年4～11月在膠園（4齡）鋪設(shè)糞壟養(yǎng)殖蚯蚓，并測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。結(jié)果表明，與對(duì)照（CK）相比，鋪設(shè)糞壟無(wú)蚯蚓養(yǎng)殖（WQ）和鋪設(shè)糞壟蚯蚓養(yǎng)殖（Q）處理可顯著提高土壤硝態(tài)氮（除WQ外）、速效磷、速效鉀、土壤微生物量碳和橡膠樹(shù)吸收根密度，而對(duì)土壤銨態(tài)氮無(wú)顯著影響。另外，Q處理的土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性顯著低于CK處理，而Q處理的土壤過(guò)氧化氫酶則顯著高于CK處理（p<0.05）。綜上所述，在膠園養(yǎng)殖蚯蚓短期內(nèi)可增加土壤微生物量碳，提高土壤速效養(yǎng)分含量和土壤過(guò)氧化氫酶活性，以及促進(jìn)橡膠樹(shù)細(xì)根生長(zhǎng)，但降低了土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶的活性。

關(guān)鍵詞 蚯蚓養(yǎng)殖 ；土壤速效養(yǎng)分 ；土壤酶活性 ； 吸收根

中圖分類號(hào) S158.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2019.02.012

Abstract Earthworms were raised in a rubber plantation to investigate the short-term effect of earthworm on soil available nutrients， soil enzyme and root development in an immature rubber plantation. Cattle manure was placed along the soil ridge in a 4-year-old rubber plantation and earthworms were raised on the cattle manure from April to November in 2017. Soil chemical property and root growth were determined. Results showed that， compared to the reference treatment （CK）， treatments of cattle manure without and with earth worm （WQ and Q） significantly increased soil contents of NO3- （except Treatment WQ）， available phosphorus， available potassium， micro biomass carbon and density of fine roots of rubber trees， but had no significant effect on soil content of NH4+ （p<0.05）. Moreover， Treatment Q had significantly lower activities of soil urease， soil acid phosphatase and soil invertase， but had significantly higher activity of soil catalase than the CK （p<0.05）. In conclusion， earthworm raising in a short term in the immature rubber plantation increased micro biomass carbon， soil available nutrients and soil catalase activity and promoted the growth of fine roots， but it also decreased activities of soil urease， soil acid phosphatase and soil invertase in the rubber plantation.

Keywords earthworm raising ； soil available nutrient ； soil enzyme activity ； fine root

天然橡膠是我國(guó)四大戰(zhàn)略物資之一，主要產(chǎn)自巴西橡膠樹(shù)（Hevea brasiliensis）。我國(guó)主要在海南、云南和廣東3省栽培[1]。橡膠樹(shù)原產(chǎn)于高溫潮濕的亞馬遜流域，是最重要產(chǎn)膠作物，我國(guó)自20世紀(jì)50年代開(kāi)始大規(guī)模植膠，經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，無(wú)論是天然橡膠總產(chǎn)量還是植膠面積都增長(zhǎng)迅速[2]。

施肥是保證橡膠樹(shù)增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基本措施，然而經(jīng)過(guò)多年的植膠生產(chǎn)，各植膠區(qū)已面臨單產(chǎn)提升困難、土壤酸度下降和肥料養(yǎng)分損失嚴(yán)重等重大問(wèn)題[2]。另一方面，由于近幾年植膠效益明顯減少，膠農(nóng)和植膠企業(yè)迫切需要提高膠園單位面積的經(jīng)濟(jì)效益[3]，發(fā)展林下經(jīng)濟(jì)的呼聲高漲。其中，以牛糞為原料在橡膠林下蚯蚓養(yǎng)殖是新嘗試的模式之一[4]。蚯蚓養(yǎng)殖可以加大農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化，提高農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，開(kāi)創(chuàng)一條農(nóng)業(yè)廢棄物變廢為寶，效益高端的農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式[5]。

牛糞是一種傳統(tǒng)的有機(jī)肥料，富含作物所需的養(yǎng)分。在橡膠林下養(yǎng)殖蚯蚓的過(guò)程當(dāng)中，牛糞當(dāng)中的養(yǎng)分可遷移至膠園土壤，其對(duì)膠園土壤速效養(yǎng)分含量，影響土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的酶活性，以及吸收土壤養(yǎng)分的橡膠樹(shù)細(xì)根的影響尚不明確。因此，本研究以4齡生膠園為場(chǎng)所，以牛糞作為原料養(yǎng)殖蚯蚓，探討林下養(yǎng)殖蚯蚓對(duì)膠園土壤速效養(yǎng)分、土壤酶和吸收根的影響，為發(fā)展橡膠林下蚯蚓養(yǎng)殖模式提供一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場(chǎng)三隊(duì)，該地區(qū)為典型的熱帶海洋季風(fēng)氣候，每年有旱季和雨季，雨季為5～10月，年均溫為20.8～26.0 ℃，年降雨量約為1 600 mm，主要集中于7～9月（約占全年的70%）。土壤質(zhì)地為粉砂黏壤土，pH為4.20，土壤有機(jī)質(zhì)含量為12.0 g/kg，硝態(tài)氮為13.5 mg/kg，銨態(tài)氮為3.0 mg/kg，速效磷為29.0 mg/kg，速效鉀為36.4 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年4月開(kāi)始開(kāi)展，橡膠樹(shù)林段為8-72，種植株行距為3 m×7 m，品種為熱研7-33-97，林齡為4年。試驗(yàn)開(kāi)展前將膠園雜草進(jìn)行清除，土地進(jìn)行平整并做好排水。在膠園地面鋪設(shè)防草布，再在防草布上鋪放一壟純牛糞（全氮：20.5 g/kg；全磷：7.6 g/kg；全鉀：4.5 g/kg），壟面呈龜背型，壟寬80 cm，壟高為40 cm。調(diào)節(jié)水分使牛糞保持適宜水分含量。于4月25日投放蚯蚓苗，每米長(zhǎng)糞壟投放0.5 kg。根據(jù)牛糞消耗情況，及時(shí)補(bǔ)充新鮮牛糞。天氣較干時(shí)，對(duì)牛糞進(jìn)行適宜補(bǔ)水。試驗(yàn)共6壟，每壟共長(zhǎng)63 m。試驗(yàn)設(shè)對(duì)照（CK），鋪牛糞無(wú)蚯蚓養(yǎng)殖（WQ）和鋪牛糞蚯蚓養(yǎng)殖（Q）3個(gè)處理，每處理3次重復(fù)。試驗(yàn)期間，保持CK處理與WQ和Q處理鋪放牛糞的相同位置不長(zhǎng)雜草。于半年后（11月2日）進(jìn)行根系和土壤進(jìn)行取樣。WQ和Q處理根系取樣時(shí)，隨機(jī)選取相鄰的3株橡膠樹(shù)，將防草布移開(kāi)，在牛糞鋪設(shè)區(qū)域的正下方（離樹(shù)行2.2 m）養(yǎng)殖區(qū)域，在正對(duì)橡膠樹(shù)和橡膠樹(shù)之間的位置挖取30 cm×30 cm×20 cm的土穴，每小區(qū)共6個(gè)位置（圖1）。CK處理取樣位置與WQ和Q相同。將挖出土壤中的根系挑出，送回試驗(yàn)室進(jìn)行分揀。在根系取樣位置旁邊，用直徑5 cm的土鉆，鉆取0～20 cm土壤用于土壤養(yǎng)分的分析。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定

1.2.2.1 土壤養(yǎng)分

土壤取樣后，測(cè)定土壤無(wú)機(jī)氮（硝態(tài)氮和銨態(tài)氮）、速效磷、速效鉀，分別采用分光光度法、鉬銻抗比色法、火焰分光光度法測(cè)定，具體測(cè)定方法具體見(jiàn)魯如坤的編著測(cè)定[6]。

1.2.2.2 土壤微生物量碳

土壤微生物量碳采用誘導(dǎo)呼吸—堿吸收法測(cè)定，通過(guò)添加葡萄糖誘導(dǎo)土壤呼吸，并用強(qiáng)堿吸收釋放的CO2量，通過(guò)釋放的CO2量計(jì)算土壤微生物量碳，具體方法參照魯如坤的編著測(cè)定[6]。

1.2.2.3 土壤酶活性

本研究測(cè)定土壤脲酶、酸性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性，分別采用靛酚藍(lán)比色法、磷酸苯二鈉比色法、高錳酸鉀滴定法和蔗糖還原酶測(cè)定法，具體方法參照周禮愷的編著測(cè)定[7]。

1.2.2.4 根密度

將根系分揀進(jìn)行，將死根剔除，挑出的活根中直徑小于2 mm的根即為吸收養(yǎng)分細(xì)根[8-9]，將挑出的根殺青后在85℃下烘干，測(cè)定其干重，除以挖取體積（30 cm×30 cm×20 cm）計(jì)算出根密度。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和DPS 6.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著差異法進(jìn)行方差分析（p<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤速效養(yǎng)分含量

表1為不同處理土壤養(yǎng)分含量。

由表1可看出，與CK相比，WQ和Q處理可極大幅度提高土壤速效鉀含量，分別提高15.7和15.6倍，速效磷含量亦顯著得到提高，硝態(tài)氮含量亦有所提高，但僅Q處理顯著高于CK處理（p<0.05）；而不同處理之間的土壤銨態(tài)氮含量則無(wú)顯著差異（p>0.05）?？傮w上，WQ和Q處理可明顯提高土壤速效養(yǎng)分（除銨態(tài)氮外）含量。

2.2 土壤微生物量碳

土壤微生物量碳反映土壤微生物數(shù)量。不同處理微生物量碳見(jiàn)圖2。

由圖2可看出，CK處理的微生物量碳為0.86 mg/kg，WQ和Q處理較CK分別顯著增加2.26和2.32倍，表明土壤微生物量數(shù)量增加。

2.3 土壤不同酶活性

不同處理土壤酶活性見(jiàn)表2。

由表2可知，土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性大小順序?yàn)镃K>WQ>Q，而土壤過(guò)氧化氫酶活性大小順序則相反。其中，Q處理的土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性顯著低于CK處理，而Q處理的土壤過(guò)氧化氫酶則顯著高于CK處理；WQ和Q處理四種土壤酶活性則無(wú)顯著差異（p>0.05）。

2.4 橡膠樹(shù)細(xì)根根密度

圖3為不同處理細(xì)根根密度重。

由圖3可知， CK處理細(xì)根根密度干重為0.275 mg/cm3，WQ和Q處理較CK處理顯著提高了細(xì)根根密度干重（p<0.05），可達(dá)0.544 和0.572 mg/cm3，分別提高2.0和2.1倍。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

畜禽糞便是天然的肥料，作為肥料施入土壤時(shí)，可提高土壤肥力，促進(jìn)作物生長(zhǎng)[10]。以牛糞為原料在林下養(yǎng)殖蚯蚓，牛糞不直接還田，但通過(guò)自然降雨或補(bǔ)水時(shí)，牛糞中的養(yǎng)分可隨下滲的水分轉(zhuǎn)移至土壤中。海南地區(qū)5～10月為降雨集中的時(shí)期，本研究主要觀測(cè)了該階段林下蚯蚓養(yǎng)殖后土壤養(yǎng)分的差異，結(jié)果表明，林下施用牛糞處理（WQ）可較對(duì)照（CK）大幅提高土壤無(wú)機(jī)氮、速效磷和速效鉀含量，而在施用牛糞的基礎(chǔ)上養(yǎng)殖蚯蚓（Q），則可進(jìn)一步提高土壤養(yǎng)分的含量，特別是速效鉀，較CK處理增幅達(dá)16.6倍（表1）。韓桂鷗等[11]在園藝苗木林下養(yǎng)殖蚯蚓了結(jié)果表明，與對(duì)照相比，土壤水解氮、有效磷分別提高了54.66%和12.02%，速效鉀含量增加了3.08倍，此結(jié)果與本研究一致。

土壤酶來(lái)自微生物、植物和動(dòng)物的活體或殘?bào)w，是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)等生態(tài)過(guò)程中最活躍的生物活性物質(zhì)，在一定程度上反映了土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化動(dòng)態(tài)。有研究表明，土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶及過(guò)氧化氫酶活性可作為考察土壤肥力的生物學(xué)指標(biāo)[12]。本研究中，Q處理土壤速效養(yǎng)分總體水平最高，但僅酶過(guò)氧化氫酶活性最高，而其他3種土壤酶活性則相反。

土壤中脲酶可參與含氮有機(jī)物的轉(zhuǎn)化，可使土壤中有效氮的含量增加，改善土壤中氮的供應(yīng)狀況。土壤磷酸酶是一類催化土壤有機(jī)磷化合物礦化的酶，其活性高低直接影響著土壤中有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性[13]。本研究中，不同處理土壤脲酶和磷酸酶活性大小順序?yàn)镃K>WQ>Q（表2），而土壤硝態(tài)氮和速效磷含量大小順序則相反（表1），可能是CK處理沒(méi)有來(lái)自牛糞中氮素和磷素的補(bǔ)充，需要激活自身土壤氮素和磷素的轉(zhuǎn)化供應(yīng)養(yǎng)分，從而提高其相應(yīng)土壤酶活性，而WQ和Q處理中牛糞帶入較多的氮素和磷素養(yǎng)分，靠土壤轉(zhuǎn)化供應(yīng)養(yǎng)分的需求較低，相應(yīng)土壤酶活性較弱。因此，根據(jù)以上分析，土壤養(yǎng)分豐缺狀態(tài)影響了土壤脲酶和磷酸酶的活性，即無(wú)機(jī)氮和速效磷最缺乏的CK處理需要更多誘導(dǎo)土壤相應(yīng)酶活性來(lái)分解土壤有機(jī)物獲得所需養(yǎng)分，WQ處理次之，而養(yǎng)分最豐富的Q處理則無(wú)需更強(qiáng)烈的激活相應(yīng)酶分解土壤有機(jī)物獲得所需養(yǎng)分。

過(guò)氧化氫酶能促進(jìn)過(guò)氧化氫分解為氧氣和水，從而解除了過(guò)氧化氫對(duì)作物的毒害作用，在一定程度上表征了土壤生物氧化過(guò)程的強(qiáng)弱和土壤微生物活動(dòng)的強(qiáng)度[13]。本研究結(jié)果表明WQ和Q處理的微生物數(shù)量碳要顯著高于CK處理（p<0.05），與過(guò)氧化氫酶的變化趨勢(shì)一致，表明WQ和Q處理能提高過(guò)氧化氫酶活性，減輕土壤微生物受過(guò)氧化氫毒害，以利于土壤微生物的活動(dòng)。

土壤蔗糖酶參與碳水化合物的轉(zhuǎn)化，是一種能使高分子量的蔗糖分解成葡萄糖和果糖的水解酶，可為植物和微生物提供充分的能源[14]。本研究中，其酶活性大小順序與土壤脲酶和磷酸酶一致，可能是牛糞在自然堆漚過(guò)程中已將部分不溶性碳水化合物水解為可溶性的葡萄糖和果糖，并隨著水分下滲至土壤以供土壤微生物利用，無(wú)需過(guò)多從土壤中分解碳水化合物。

3.2 結(jié)論

在膠園養(yǎng)殖蚯蚓短期內(nèi)可增加土壤微生物量碳，提高土壤速效氮、速效磷和速效鉀的含量，以及提高土壤過(guò)氧化氫酶活性，促進(jìn)橡膠樹(shù)細(xì)根生長(zhǎng)，但降低了土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖轉(zhuǎn)化酶的活性。

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