蚯蚓粪配施尿素对豇豆根系特征与根际土腐殖质的影响

井大炜 王明友 张 红 李士平

(德州学院生态与园林建筑学院， 德州 253023)

蚯蚓粪配施尿素对豇豆根系特征与根际土腐殖质的影响

井大炜 王明友 张 红 李士平

(德州学院生态与园林建筑学院， 德州 253023)

通过大田试验，研究了不施肥(CK)、单施化肥(CF)、施蚯蚓粪(VC)及蚯蚓粪和尿素各提供50%的氮(VC+CF)等处理对土壤物理性质、豇豆根系活力、形态特征及根际中根系分泌物含量与腐殖质组成的影响。结果表明：VC和VC+CF处理较CF处理能显著降低土壤容重，并明显提高土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度。各施肥处理对豇豆在幼苗期的根系特征和根际土壤腐殖质组成的影响不明显；而在伸蔓期和开花结荚期，与CF处理相比，VC+CF处理显著提高了豇豆的根系活力，并明显增加了豇豆的总根长、比根长、根表面积、根体积与根尖数，而根系直径却显著降低，其中开花结荚期的根表面积分别比CK、CF和VC处理增加144.88%、80.73%和36.82%；同时，VC+CF处理也提高了豇豆根际土壤中根系分泌物和胡敏酸含量，并提升胡敏酸与富里酸比值，其中开花结荚期的胡敏酸含量分别较CK、CF和VC处理高出45.19%、37.06%和7.69%。此外，VC+CF处理可明显提高豇豆产量，显著改善豇豆品质，且作用效果显著优于其他处理。随着豇豆生育期的推进，蚯蚓粪配施尿素的影响作用逐渐增大。综上，蚯蚓粪与尿素配施有利于改善豇豆的根系特性和根际土壤腐殖质组成，增强土壤的供肥性能，有助于促进豇豆生长并提高产量和品质。

豇豆； 蚯蚓粪； 根系形态特征； 根系分泌物； 腐殖质组成

引言

豇豆(VignaunguiculataL.)属豆科植物，籽粒营养丰富，蛋白质质量分数高达16.0%～30.8%[1]；并含有多种氨基酸，能弥补禾谷类粮食的不足，同时，豇豆还具有较强的耐瘠薄能力及抗旱性，且生育期短、适应性广，是我国重要的豆类蔬菜作物[2]。关于豇豆的施肥研究一直是广大学者关注的焦点。有机肥料是传统农业中的重要肥源，在现代农业生产中被越来越多的人所采用[3-4]。但随着众多畜禽场的规模化兴建、运作，畜禽粪便也渐渐成为大量种植农场的有机肥源，而这些畜禽场所产生的有机肥与传统有机肥相比，却发生了质的变化[5]。有研究表明[5]，在年出栏1万头的猪场，粪便中排出的砷元素量折合As2O3为230 kg/a左右。由此可见，有机肥的施用方式不容忽视，同时有机肥种类的选择也尤为重要。

蚯蚓粪是通过蚯蚓消化有机废弃物而产生的均匀颗粒，具有良好的团粒结构，疏松适度，通透性好，酸碱度中性，并有保肥、保水性能；同时其有机质含量高，矿质养分丰富，含有多种利于植物生长的腐殖质、酶、植物激素类物质[6]。我国从20世纪80年代开始兴起蚯蚓养殖业，北京、天津、云南等地均建有不同规模的养殖场，蚯蚓粪年产量高达几十万吨[7]。许多学者针对蚯蚓粪开展了大量的研究，但主要集中在黄瓜、草莓等作物上[8-9]，而应用于豇豆的研究报道较少，尤其关于蚯蚓粪对豇豆根系特性与土壤腐殖质的研究更是鲜有报道。根系吸收特性决定了植株获得水分、养分的能力，作物实际种植中采用的许多栽培措施本质上是通过影响根系吸收特性来控制个体与群体的发育，进而达到增产的目的[10]；而腐殖质是土壤有机质的主体部分，既能作为营养元素的“库”，还可影响土壤中的矿物成分等，其组成是评价土壤肥力水平的重要指标[11]。本文以豇豆为试材，评价施用蚯蚓粪对土壤物理性状、豇豆根系吸收特性与根际土壤中根系分泌物含量及腐殖质组成的作用效果，以期为蚯蚓粪推广应用提供理论支撑，也可为豇豆的合理种植提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试材料

试验地点设在山东省德州市运河经济开发区芦庄村九龙湾生态园，供试土壤为轻壤土，土壤速效氮、磷和钾含量(质量比)分别为93.85、36.07、106.32 mg/kg，有机质含量为15.08 g/kg。供试蚯蚓粪为蚯蚓吞食牛粪后的产物，全量氮、磷、钾质量分数分别为1.68%、1.29%与0.95%；氨基酸总质量分数为5.42%，其所含氨基酸种类在16～18种之间；有机酸总量和总糖含量分别为41.26 mg/g与25.39 mg/g；pH值6.9。所用化肥为尿素(含N质量分数46%)、过磷酸钙(含P2O5质量分数12%)和硫酸钾(含K2O质量分数50%)。豇豆品种为“之豇28-2”。

1.2 试验设计

试验于2012—2015年连续进行4 a，为避免豇豆连作，分别选择土壤基础肥力相近的4个地块，每年种植在不同地块上，且每个地块的面积、试验处理均相同。统一采用田间小区试验，随机区组设计，共设4个处理：①CK，不施肥。②CF，单施化肥。③VC，施蚯蚓粪。④VC+CF，蚯蚓粪提供50%的氮，尿素提供50%的氮。每个处理5次重复，每个小区面积为93.6 m2(7.8 m×12 m)，共计20个小区。除CK外，各处理均为等养分量，氮、磷、钾含量相当于310.50、238.50、175.50 kg/hm2，各处理磷、钾不足部分分别用过磷酸钙、硫酸钾补足。

豇豆采用12 cm高M垄栽培，栽培行宽50 cm，株距40 cm，操作行距90 cm。按试验设计撒施定量有机肥和化肥，深翻搅拌均匀后整地起垄，覆盖地膜。分别在2012年4月26日、2013年4月21日、2014年4月27日和2015年4月23日使用点播器点播豇豆，植株抽蔓后支人字架，架高1.9 m。生长期间每20 d进行1次中耕除草，生长后期及时摘除基部黄叶。整个生长期，根据具体情况喷施药剂防治病虫害。

1.3 测定项目与方法

分别于豇豆幼苗期(2012年5月20日、2013年5月18日、2014年5月16日和2015年5月15日)、伸蔓期(2012年6月14日、2013年6月12日、2014年6月10日和2015年6月9日)和开花结荚期(2012年8月29日、2013年8月26日、2014年8月25日和2015年8月22日)在每小区选择有代表性的10株植株采集根系样品与根际土。将挖出的根系用水冲洗，放在盛有少量水的长方形平盘中，将根系分开，避免根系重叠和堆积，然后采用WinRHIZ 2003b 根系分析系统对根系进行扫描，分析计算出总根长、比根长、根表面积、根体积、根尖数和平均直径，并用TTC比色法测定根系活力。同时参照WANG等[12]的方法采集根际土，并将所取根际土壤样品充分混匀后风干，过1 mm筛供根系分泌物含量、腐殖质组成的测定。此外，在每个小区随机选择10个点，采用环刀法测定土壤容重，并计算土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度。

根系分泌物中氨基酸总量的测定采用甲醛滴定法；总糖的测定采用蒽酮比色法；有机酸总量的测定采用液相色谱法。腐殖质各组分的测定采用焦磷酸钠-氢氧化钠提取重铬酸钾氧化容量法：首先用重铬酸钾氧化法测定腐殖质全碳，并用氢氧化钠-焦磷酸钠混合液制备待测液，然后用重铬酸钾氧化法分别测定胡敏酸+富里酸的总碳量以及胡敏酸碳量，最后采用差值法即可分组[13]。

在2012—2015年4 a的豇豆种植试验时期内，按照当地采摘习惯每年分别进行采收测产，并随机选取豇豆样品测定荚果品质，重复5次。豇豆的产量和品质指标含量均为4 a所测数据的平均值。其中荚果维生素C含量的测定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法，硝酸盐含量的测定采用紫外分光光度法，可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝法[13]。

1.4 统计方法

采用 Excel 2013进行处理数据并制图，采用 SPSS 17.0 统计软件进行方差分析与多重比较(LSD法，P<0.05)。图、表中数据均为2012—2015年4 a试验数据的平均值。

2 结果与分析

2.1 土壤物理性质

土壤容重和孔隙度是衡量土壤供肥、保肥能力及土壤紧实状况的重要指标[14]。由于豇豆在幼苗期、伸蔓期和开花结荚期土壤物理性状变化规律基本一致，因此只给出开花结荚期的试验数据(表1)。可以看出，VC和VC+CF处理相比CK、CF处理能显著降低土壤容重，并明显提高总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度，而VC与VC+CF处理间差异均未达显著水平。CF处理的土壤容重显著低于CK，而总孔隙度和毛管孔隙度显著高于CK。从表1还可知，各处理之间的非毛管孔隙度与毛管孔隙度比值无显著性差异。由此可见，施用蚯蚓粪能显著降低土壤容重，并明显提高土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度，这有利于改善土壤结构，为豇豆的根系生长发育创造有利环境。

表1 不同处理对豇豆土壤物理性质的影响
Tab.1 Effect of different treatments on soil physical properties of cowpea field

处理土壤容重/(g·cm-3)总孔隙度/%毛管孔隙度/%非毛管孔隙度/%非毛管孔隙度与毛管孔隙度比CK1.38±0.02a47.92±0.43c31.23±0.68c16.70±0.26b0.53±0.03aCF1.32±0.02b50.19±0.85b33.12±0.71b17.07±0.32b0.52±0.06aVC1.19±0.03c55.09±0.62a35.91±0.33a19.18±0.49a0.53±0.06aVC+CF1.21±0.03c54.34±0.46a36.01±0.25a18.33±0.52a0.51±0.05a

注：数据为平均值±标准差，同列数值后不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。

2.2 根系活力

根系活力指根系新陈代谢的活动能力，是反映根系吸收功能的一项重要指标，根系特性与发育状况直接关系到豇豆对土壤养分和水分的吸收[15]。因此，根系活力的高低也影响着豇豆植株的生长情况。由图1可以看出，在幼苗期，各处理的根系活力并未表现出明显的差异；而进入伸蔓期，CF、VC和VC+CF处理的根系活力较CK均显著升高，分别高出29.73%、36.14%和38.81%，但3个施肥处理之间差异不显著。随着生育期的延长，当进入开花结荚期时，不同施肥处理对豇豆根系活力的影响呈现出明显的差异。VC+CF处理的根系活力达到156.31 μg/(g·h)，分别较CK、CF和VC处理显著高出64.05%、34.65%和12.84%；其次为VC处理，也显著高于CK和CF处理。数据分析表明，随着生育期的推进，施肥措施对豇豆根系活力的作用效果越来越明显。在开花结荚期，施用蚯蚓粪较单施化肥能显著提高豇豆的根系活力，其中蚯蚓粪与尿素配施的提高幅度更大，这有利于增强豇豆的根系活力。

图1 不同处理对豇豆根系活力的影响Fig.1 Effect of different treatments on root activity of cowpea

2.3 根系形态特征

根系长度能反映根系和土壤的接触面积并体现根系在土壤中的伸展空间[16]，比根长、根系表面积和根系体积也可以反映根系的发育状况。从表2可以看出，豇豆幼苗期的根系形态特征在不同处理之间未表现出显著的差异。在伸蔓期，施用蚯蚓粪处理的总根长、比根长、根表面积和根体积均显著高于对照和单施化肥处理，但VC+CF与VC处理之间差异不显著。当进入开花结荚期时， 不同施肥处理均能明显增加豇豆根系的总根长、比根长、表面积和体积，而VC+CF处理的增幅最大，且总根长、根表面积和根体积均显著高于其他处理，其中根表面积分别较CK、CF与VC处理明显提高144.88%、80.73%和36.82%；其次为VC处理，其根体积与CF处理无显著性差异，而总根长、比根长与根表面积均明显高于CF处理。

根尖除了包括须根根尖外, 还包括根毛根尖；须根数、根毛数越多，根系和土壤接触的面积越大，同时根系的有效吸收面积也越多[16]。VC+CF处理在伸蔓期的根尖数与VC处理差异不显著，但显著高于CK和CF处理；而在开花结荚期，VC+CF处理的根尖数最多，分别较CK、CF与VC处理明显高出40.37%、35.40%和19.22%；其次是VC处理，也显著高于CK和CF处理，而CK与CF处理间差异未达显著水平。

根系的强弱不仅与根长、根表面积、根系体积有关，同时也与根系平均直径有关。从表2可知，施蚯蚓粪处理在伸蔓期的根系平均直径明显低于对照和单施化肥处理，且VC+CF与VC处理间无显著性差异。随着生育期的推进，当进入开花结荚期时，CF处理提高了豇豆根系的平均直径，但与CK处理无显著性差异，而VC、VC+CF处理均显著低于CK处理，特别是VC+CF处理。这说明蚯蚓粪的施用可以促进豇豆根系变细，有助于增加根系表面积，扩大根系对养分、水分的吸收空间。综合分析可知，蚯蚓粪配施尿素对豇豆在开花结荚期根系形态特征的作用效果最显著。

表2 不同处理对豇豆根系形态特征的影响
Tab.2 Effect of different treatments on root morphological characteristics of cowpea

生育期处理总根长/cm比根长/(cm·g-1)根表面积/cm2根体积/cm3根尖数平均直径/cmCK236.76±52.63a173.85±4.92a327.89±75.82a6.53±0.80a109±18a0.72±0.03a幼苗期CF251.59±38.76a179.67±5.09a358.95±106.55a6.49±0.67a116±29a0.75±0.03aVC279.32±29.68a175.06±2.56a383.26±96.17a6.61±0.39a112±31a0.69±0.04aVC+CF263.08±32.15a173.49±4.27a396.17±126.98a6.47±0.32a107±22a0.71±0.02aCK352.26±65.09c179.65±2.18b525.02±37.14c10.16±0.89c228±20b0.76±0.01a伸蔓期CF489.55±32.57b185.27±5.22b618.73±29.05b14.53±1.36b241±15b0.75±0.01aVC676.93±102.35a214.92±2.81a936.58±69.51a18.29±0.93a297±23a0.68±0.03bVC+CF691.67±89.81a217.59±3.96a978.09±76.33a19.05±1.02a316±19a0.66±0.03bCK597.58±39.79d183.31±3.95b708.23±128.65d16.55±1.43c327±26c0.79±0.02a开花结荚期CF722.39±85.50c187.63±1.82b959.62±102.96c22.76±1.08b339±15c0.81±0.03aVC936.06±41.64b218.71±3.16a1267.58±116.37b23.93±1.22b385±23b0.72±0.02bVC+CF1069.52±63.21a223.28±2.07a1734.29±156.05a28.05±0.87a459±18a0.63±0.03c

2.4 根系分泌物

在植物生长过程中，根系在从土壤中吸收水分、养分的同时，也会向生长介质中分泌质子、释放无机离子以及溢泌或分泌大量有机物[4]，即根系分泌物。从表3可以看出，豇豆在幼苗期、伸蔓期和开花结荚期的根系分泌物含量呈现出明显的差异。不同处理之间的氨基酸总量、有机酸总量和总糖含量在幼苗期均无显著性差异；在伸蔓期，VC+CF处理的氨基酸总量和有机酸总量与VC处理差异不显著，但明显高于CK和CF处理，而总糖含量在4个处理间的差异均未达显著水平。随着生育期进入开花结荚期时，VC+CF处理的氨基酸总量、有机酸总量与总糖含量均达最高值，且显著高于其他处理，分别较CF处理显著提高38.14%、52.91%和39.99%。VC处理的氨基酸总量、总糖含量与CF处理差异未达显著水平，但有机酸总量显著高于CF处理。与CK相比，CF处理能明显提高总糖含量，而对氨基酸总量、有机酸总量的影响较小。由以上分析可知，随着生育期的推进，豇豆的根系分泌物含量呈递增的变化趋势，不同施肥措施对豇豆根系分泌物含量能起到至关重要的作用，蚯蚓粪配施尿素促进了豇豆在开花结荚期根系分泌物含量的明显增加。

表3 不同处理对豇豆根系分泌物的影响
Tab.3 Effect of different treatments on root exudates of cowpea

生育期处理氨基酸总量/(mg·kg-1)有机酸总量/(μg·kg-1)总糖含量/(mg·kg-1)CK0.27±0.05a5.39±0.98a6.22±1.18a幼苗期CF0.25±0.06a5.46±1.05a5.85±1.36aVC0.36±0.10a5.61±1.22a6.69±0.85aVC+CF0.31±0.08a5.72±0.76a6.38±1.03aCK0.63±0.12c12.62±0.86b14.92±0.69a伸蔓期CF0.87±0.05b13.15±1.28b15.17±0.82aVC1.02±0.05a18.29±0.90a15.79±0.95aVC+CF1.13±0.07a19.86±1.16a16.08±0.63aCK1.12±0.08b18.07±1.32c12.56±0.72c开花结CF1.18±0.05b19.79±2.10c17.98±1.06b荚期 VC1.25±0.14b25.83±0.95b19.30±1.27bVC+CF1.63±0.08a30.26±1.09a25.17±0.95a

2.5 根际土壤腐殖质组成

土壤中的腐殖质由胡敏酸、富里酸和残留在土壤中的胡敏素组成。各施肥处理能不同程度地改变豇豆根际土壤胡敏素碳、腐殖酸碳，而其含量与组成变化能影响土壤团聚体构成与保肥供肥性能(表4)。可以看出，在幼苗期，各处理之间的土壤腐殖质组成未见明显变化；在伸蔓期，与对照相比，施肥处理显著提高了腐殖酸碳、胡敏酸碳(HA)和富里酸碳(FA)；而在3个施肥处理中，VC+CF处理的腐殖酸碳、胡敏酸碳、富里酸碳与VC处理差异不显著，但显著高于CF处理。同时可见，3个施肥处理较对照明显提高了HA/FA值，但CF、VC和VC+CF处理间无显著性差异。随着生育期的延长，进入开花结荚期时，VC处理的胡敏素碳明显高于其他处理，而腐殖酸碳与VC+CF处理差异不显著，但显著高于CK和CF处理。从表4还可知，与CK相比， VC+CF和VC处理显著降低了胡敏素碳与腐殖酸碳的比值，其中VC+CF处理达最低值，并明显低于VC处理；同时，VC+CF和VC处理明显提高了胡敏酸碳、富里酸碳，其中VC+CF处理的胡敏酸碳显著高于其他处理，分别比CK、CF与VC处理提高45.19%、37.06%和7.69%。此外，VC+CF处理的HA/FA值最大，分别比CK、CF和VC处理显著高出24.13%、21.99%和15.77%，而其他处理间均差异不显著。由此可见，蚯蚓粪与尿素配施相比单施化肥可以降低豇豆在伸蔓期和开花结荚期的胡敏素碳与腐殖酸碳比值，并提高腐殖酸碳和胡敏酸碳，同时还能提高HA/FA值，这可能与豇豆的生长周期有关，也可能与施肥措施有一定的关联。

表4 不同处理对豇豆根际土壤腐殖质组分的影响
Tab.4 Effect of different treatments on humus composition in rhizosphere soil of cowpea

生育期处理胡敏素碳含量/(g·kg-1)腐殖酸碳含量/(g·kg-1)胡敏素碳与腐殖酸碳含量比胡敏酸碳含量/(g·kg-1)富里酸碳含量/(g·kg-1)胡敏酸碳与富里酸碳含量比CK2.95±0.08a1.65±0.06a1.79±0.06a0.69±0.08a0.96±0.10a0.72±0.07a幼苗期CF2.87±0.26a1.63±0.09a1.76±0.10a0.70±0.03a0.93±0.02a0.75±0.05aVC3.02±0.15a1.71±0.12a1.77±0.09a0.75±0.03a0.96±0.09a0.78±0.05aVC+CF2.93±0.20a1.76±0.05a1.66±0.05a0.77±0.06a0.99±0.05a0.78±0.04aCK5.08±0.39b2.12±0.08c2.40±0.07a0.93±0.05c1.19±0.03c0.78±0.02b伸蔓期CF5.42±0.31b2.40±0.13b2.26±0.04b1.09±0.06b1.31±0.03b0.83±0.02aVC6.85±0.17a2.69±0.05a2.55±0.11a1.24±0.03a1.45±0.04a0.86±0.04aVC+CF5.29±0.52b2.62±0.07a2.02±0.05c1.22±0.07a1.40±0.05a0.87±0.03aCK9.16±0.09b3.06±0.05b2.99±0.08a1.35±0.11c1.71±0.06b0.79±0.02b开花结荚期CF9.27±0.35b3.21±0.18b2.89±0.07a1.43±0.07c1.78±0.05b0.80±0.03bVC10.39±0.28a3.97±0.06a2.62±0.12b1.82±0.03b2.15±0.12a0.85±0.05bVC+CF9.23±0.20b3.95±0.10a2.34±0.08c1.96±0.05a1.99±0.08a0.98±0.03a

2.6 豇豆产量与品质

由表5可见，与对照CK相比，各施肥处理均明显提高了豇豆产量，其中VC+CF处理的产量最高，并显著高于其他处理，分别比CK、CF和VC处理显著提高36.14%、23.71%和9.46%；其次为VC处理，也显著高于CF处理。CF处理相比CK使荚果的维生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量呈下降趋势，其中维生素C、可溶性糖含量达差异显著水平；而施用蚯蚓粪的2个处理均明显提高了荚果的上述指标含量，其中VC+CF处理的维生素C、可溶性糖与可溶性蛋白含量均显著高于其他处理，分别比CF处理高出43.03%、42.10%和21.93%。此外，各处理荚果的硝酸盐含量由大到小排序为：CF、CK、VC和VC+CF，且处理间差异均达显著水平，其中VC+CF处理分别比CK、CF和VC处理降低23.61%、35.25%和11.04%。由以上分析可知，蚯蚓粪配施尿素可明显提高豇豆产量，并显著改善荚果品质。

表5 不同处理对豇豆产量与品质的影响
Tab.5 Effect of different treatments on yield and quality of cowpea

处理产量/(kg·hm-2)维生素C含量/(mg·kg-1)硝酸盐含量/(mg·kg-1)可溶性糖含量/(mg·g-1)可溶性蛋白含量/(mg·g-1)CK16950.57±286.39d179.28±9.05c352.71±18.09b12.95±0.48c5.89±0.29cCF18653.26±190.25c158.93±6.90d416.08±12.63a11.45±0.30d5.79±0.21cVC21081.95±239.51b201.65±6.32b302.85±9.76c15.02±0.61b6.54±0.09bVC+CF23276.18±168.27a227.32±8.18a269.43±10.28d16.27±0.35a7.06±0.13a

3 讨论

作物处于一定生境下，与养分吸收有关的形态学性状从作用于个体水平到作用于细胞水平及个体结构功能均会发生适应性改变，比如形态可塑性、作物根系形态特征(总根长、根表面积、根体积)与植物的养分、水分利用效率存在显著或极显著的相关性[16-18]。许多学者关于春玉米[19]、蔬菜[20]、广藿香[21]的研究表明，施用有机肥可以促进根系的生长，并能显著提高作物的根系总干质量。本试验得出，在开花结荚期，蚯蚓粪配施尿素较单施化肥能明显提高豇豆的根系活力，且显著改善了豇豆的根系形态特征，总根长、比根长、根表面积和根体积均明显升高，这说明蚯蚓粪与尿素配施刺激了豇豆根系的生长。究其原因在于：①蚯蚓粪的施用显著降低了土壤容重，并能明显提高土壤的总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度，增强了通气透水性，使土壤结构得到改善，从而为豇豆根系的生长创造了优越的土壤生境。②可能是由于蚯蚓粪提供了丰富的有机碳，可调节土壤的C/N比，进而对土壤腐殖质结合形态与有机-无机复合状况有较好的影响效果[22]。同时，本研究还得出，配施蚯蚓粪能明显降低豇豆根系的平均直径，可能与蚯蚓粪能诱导土壤中毛细根生长的效应有关，这对于增强豇豆对养分、水分的吸收利用具有积极意义。

相关研究认为[23]，植物根系具有较强的合成功能，可以合成氨基酸、植物碱与维生素等，能在植物整个生长期间进行很活跃的代谢作用，并不断向根外分泌无机、有机物质，即根系分泌物。本研究表明，在豇豆进入开花结荚期时，配施蚯蚓粪较单施化肥可显著提高豇豆根系分泌物中氨基酸总量、有机酸总量与总糖含量，这与王明友等[16]对西瓜的研究结论相似。主要是由于施用蚯蚓粪能明显提高豇豆的根系活力，并能显著改善根系的形态特征，从而显著增强了豇豆根系的活力和代谢作用。根系分泌物中有机酸总量的升高能降低根际土壤pH值，这有利于增强磷、钾和部分盐类离子的溶解性，进而可提高根际土壤中养分离子的有效性[24-25]，促进豇豆对磷、钾的吸收，对于豇豆品质的提高具有重要意义。这样便形成了“根系活力提高与根系形态特征的改善—根系分泌物增多—根际土壤中养分离子有效性提高—根系的吸收能力增强，促进根系生长”的良性循环。

腐殖质是评价土壤肥力水平的关键指标之一，而腐殖酸、HA/FA值是其核心部分[11]。有研究得出[16]，有机-无机配施可以增加胡敏酸、富里酸含量，且能引起HA/FA值的升高。本研究认为，配施蚯蚓粪较单施化肥明显提高了豇豆在开花结荚期根际土壤中腐殖酸、胡敏酸含量和HA/FA值。这与刘方春等[4]对冬枣的研究结论基本一致。分析认为，这主要与蚯蚓粪的施用显著改善了土壤物理性状和豇豆根系的形态特征，增强了根系活力，进而促使根系分泌物增多紧密相关；而关于豇豆根系形态特征、根系分泌物含量以及腐殖质组成之间的关联分析有待进一步探讨。同时，相关研究发现[22]，微生物自身活动的加剧可引起细胞死亡并使残体的分解加速，也或许是导致胡敏酸增加的原因之一。本研究还得出，蚯蚓粪配施尿素能使豇豆的产量、品质明显优于其他处理。这表明根系特征和根际土壤腐殖质组成的改善，能增强豇豆的根系活性，并提升根际土壤的供肥性能，有助于促进豇豆的高产优质生长。可以推测，豇豆根系特性与根际土壤腐殖质组成的改善是其达到高产优质生长的内在因素。此外，不同施肥措施对豇豆在不同生育期根系特征和土壤理化性状的影响存在一定差异，且随着生育期的延长，施用蚯蚓粪的作用效果越来越明显。这一方面与豇豆的生长特性、需肥规律密切相关；另一方面可能是由于蚯蚓粪中养分以有机形态为主，具有一定的缓释特征[26-27]，进而在豇豆生长中后期有持续的养分供给。这也验证了蚯蚓粪与尿素配施既能满足豇豆在幼苗期和伸蔓期对养分的需求，并且进入开花结荚期时也能确保有充足的养分供应。

4 结论

(1)施用蚯蚓粪较单施化肥能显著降低土壤容重，并明显提高土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度。

(2)在幼苗期，不同施肥措施对豇豆根系特征和根际土壤腐殖质组成的影响不明显；而在伸蔓期和开花结荚期，蚯蚓粪与尿素配施相比单施化肥可显著提高豇豆的根系活力，并明显增加豇豆的总根长、比根长、根表面积、根体积和根尖数，而根系直径却显著降低。

(3)蚯蚓粪配施尿素明显提高了豇豆根际土壤中根系分泌物和胡敏酸含量，并提升HA/FA值，其中胡敏酸含量分别较对照、单施化肥和施蚯蚓粪处理明显高出45.19%、37.06%和7.69%；同时，该处理可明显提高豇豆产量，显著改善品质，且作用效果显著优于其他处理。

(4)随着豇豆生育期的推进，蚯蚓粪配施尿素的影响作用逐渐增大。该措施有利于改善豇豆的根系特性和根际土壤腐殖质组成，增强土壤的供肥性能，有助于促进豇豆生长并提高产量和品质。

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Effects of Vermicompost Co-applied with Urea on Root Characteristics and Humus in Rhizosphere Soil of Cowpea

JING Dawei WANG Mingyou ZHANG Hong LI Shiping

(CollegeofEcologyandGardenArchitecture,DezhouUniversity,Dezhou253023,China)

A field experiment was conducted to explore the effect of vermicompost on the root absorption characteristics and humus composition of cowpea rhizosphere soil. The effects of different treatments, i.e., CK (neither urea nor vermicompost was applied), CF (100% of nitrogen was provided by urea), VC(100% of nitrogen was provided by vermicompost), and VC+CF (vermicompost and urea each provided 50% of nitrogen) on soil physical property, root activity, root morphological characteristics and root exudates, as well as humus composition in the rhizosphere soil of cowpea were studied. The results indicated that in comparison with CF treatment, the VC and VC+CF treatments evidently decreased soil bulk density, and significantly increased soil total porosity, capillary porosity and non-capillary porosity. Different fertilization treatments had no significant effect on root characteristics and humus composition in the rhizosphere soil at the seedling stage of cowpea. While at the stretch tendril period and flowering and pods formation stage, VC+CF treatment significantly increased root activity and obviously increased the total root length, specific root length, root surface area, root volume and root tip number, while the root average diameter was apparently decreased compared with CF treatment. The root surface area in the VC+CF treatment was increased by 144.88%, 80.73% and 36.82% at the flowering and pods formation stage compared with the treatments of CK, CF and VC, respectively. Meanwhile, VC+CF treatment also significantly increased the contents of root exudates and humic acid, and increased the ratio of humic acid to fulvic acid, showing 45.19%, 37.06% and 7.69% increases in humic acid content over the treatments of CK, CF and VC at the flowering and pods formation stage, respectively. Additionally, the VC+CF treatment could significantly increase yield and improve quality of cowpea, which had statistically significant differences with other treatments. Along with the extension of cowpea growth period, the impact of vermicompost co-applied with urea on root growth and soil physic-chemical properties of cowpea presented a gradually increasing trend. As a result, the application of vermicompost co-applied with urea was beneficial to root absorption characteristics and humus composition in the rhizosphere soil and soil nutrient-supply capacity improvement as well as growth with high-yield and high-quality of cowpea.

cowpea; vermicompost; root morphological characteristics; root exudates; humus composition

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.01.028

2016-09-01

2016-10-21

山东省农业良种工程项目(鲁科字(2013)207号)

井大炜(1982—)，男，讲师，博士，主要从事植物营养机理研究，E-mail： jingdawei009@163.com

王明友(1964—),男，教授，主要从事蔬菜高产生理生态研究，E-mail: nwmy_sddz@163.com

S153.6+22； S143.6

A

1000-1298(2017)01-0212-08