林下蚯蚓养殖对胶园土壤速效养分、酶活性和橡胶树细根根密度的影响

李艺坚 谢学方 孔令泽

摘 要 本研究旨在探讨林下蚯蚓养殖对胶园土壤速效养分、土壤酶及橡胶树吸收根的短期影响。以牛粪作为原料，于2017年4～11月在胶园（4龄）铺设粪垄养殖蚯蚓，并测定相关指标。结果表明，与对照（CK）相比，铺设粪垄无蚯蚓养殖（WQ）和铺设粪垄蚯蚓养殖（Q）处理可显著提高土壤硝态氮（除WQ外）、速效磷、速效钾、土壤微生物量碳和橡胶树吸收根密度，而对土壤铵态氮无显著影响。另外，Q处理的土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖转化酶活性显著低于CK处理，而Q处理的土壤过氧化氢酶则显著高于CK处理（p<0.05）。综上所述，在胶园养殖蚯蚓短期内可增加土壤微生物量碳，提高土壤速效养分含量和土壤过氧化氢酶活性，以及促进橡胶树细根生长，但降低了土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖转化酶的活性。

关键词 蚯蚓养殖 ；土壤速效养分 ；土壤酶活性 ； 吸收根

中图分类号 S158.3 文献标识码 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

天然橡膠是我国四大战略物资之一，主要产自巴西橡胶树（Hevea brasiliensis）。我国主要在海南、云南和广东3省栽培[1]。橡胶树原产于高温潮湿的亚马逊流域，是最重要产胶作物，我国自20世纪50年代开始大规模植胶，经过60多年的发展，无论是天然橡胶总产量还是植胶面积都增长迅速[2]。

施肥是保证橡胶树增产稳产的基本措施，然而经过多年的植胶生产，各植胶区已面临单产提升困难、土壤酸度下降和肥料养分损失严重等重大问题[2]。另一方面，由于近几年植胶效益明显减少，胶农和植胶企业迫切需要提高胶园单位面积的经济效益[3]，发展林下经济的呼声高涨。其中，以牛粪为原料在橡胶林下蚯蚓养殖是新尝试的模式之一[4]。蚯蚓养殖可以加大农业废弃物转化，提高农业废弃物转化的生态效益、社会效益和经济效益，开创一条农业废弃物变废为宝，效益高端的农业循环经济模式[5]。

牛粪是一种传统的有机肥料，富含作物所需的养分。在橡胶林下养殖蚯蚓的过程当中，牛粪当中的养分可迁移至胶园土壤，其对胶园土壤速效养分含量，影响土壤养分转化的酶活性，以及吸收土壤养分的橡胶树细根的影响尚不明确。因此，本研究以4龄生胶园为场所，以牛粪作为原料养殖蚯蚓，探讨林下养殖蚯蚓对胶园土壤速效养分、土壤酶和吸收根的影响，为发展橡胶林下蚯蚓养殖模式提供一定的依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地点位于中国热带农业科学院试验场三队，该地区为典型的热带海洋季风气候，每年有旱季和雨季，雨季为5～10月，年均温为20.8～26.0 ℃，年降雨量约为1 600 mm，主要集中于7～9月（约占全年的70%）。土壤质地为粉砂黏壤土，pH为4.20，土壤有机质含量为12.0 g/kg，硝态氮为13.5 mg/kg，铵态氮为3.0 mg/kg，速效磷为29.0 mg/kg，速效钾为36.4 mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验于2017年4月开始开展，橡胶树林段为8-72，种植株行距为3 m×7 m，品种为热研7-33-97，林龄为4年。试验开展前将胶园杂草进行清除，土地进行平整并做好排水。在胶园地面铺设防草布，再在防草布上铺放一垄纯牛粪（全氮：20.5 g/kg；全磷：7.6 g/kg；全钾：4.5 g/kg），垄面呈龟背型，垄宽80 cm，垄高为40 cm。调节水分使牛粪保持适宜水分含量。于4月25日投放蚯蚓苗，每米长粪垄投放0.5 kg。根据牛粪消耗情况，及时补充新鲜牛粪。天气较干时，对牛粪进行适宜补水。试验共6垄，每垄共长63 m。试验设对照（CK），铺牛粪无蚯蚓养殖（WQ）和铺牛粪蚯蚓养殖（Q）3个处理，每处理3次重复。试验期间，保持CK处理与WQ和Q处理铺放牛粪的相同位置不长杂草。于半年后（11月2日）进行根系和土壤进行取樣。WQ和Q处理根系取样时，随机选取相邻的3株橡胶树，将防草布移开，在牛粪铺设区域的正下方（离树行2.2 m）养殖区域，在正对橡胶树和橡胶树之间的位置挖取30 cm×30 cm×20 cm的土穴，每小区共6个位置（图1）。CK处理取样位置与WQ和Q相同。将挖出土壤中的根系挑出，送回试验室进行分拣。在根系取样位置旁边，用直径5 cm的土钻，钻取0～20 cm土壤用于土壤养分的分析。

1.2.2 指标测定

1.2.2.1 土壤养分

土壤取样后，测定土壤无机氮（硝态氮和铵态氮）、速效磷、速效钾，分别采用分光光度法、钼锑抗比色法、火焰分光光度法测定，具体测定方法具体见鲁如坤的编著测定[6]。

1.2.2.2 土壤微生物量碳

土壤微生物量碳采用诱导呼吸—碱吸收法测定，通过添加葡萄糖诱导土壤呼吸，并用强碱吸收释放的CO2量，通过释放的CO2量计算土壤微生物量碳，具体方法参照鲁如坤的编著测定[6]。

1.2.2.3 土壤酶活性

本研究测定土壤脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖转化酶活性，分别采用靛酚蓝比色法、磷酸苯二钠比色法、高锰酸钾滴定法和蔗糖还原酶测定法，具体方法参照周礼恺的编著测定[7]。

1.2.2.4 根密度

将根系分拣进行，将死根剔除，挑出的活根中直径小于2 mm的根即为吸收养分细根[8-9]，将挑出的根杀青后在85℃下烘干，测定其干重，除以挖取体积（30 cm×30 cm×20 cm）计算出根密度。

1.2.3 数据处理

采用Excel 2010和DPS 6.5软件进行数据处理和统计分析，采用最小显著差异法进行方差分析（p<0.05）。

2 结果与分析

2.1 土壤速效养分含量

表1为不同处理土壤养分含量。

由表1可看出，与CK相比，WQ和Q处理可极大幅度提高土壤速效钾含量，分别提高15.7和15.6倍，速效磷含量亦显著得到提高，硝态氮含量亦有所提高，但仅Q处理显著高于CK处理（p<0.05）；而不同处理之间的土壤铵态氮含量则无显著差异（p>0.05）。总体上，WQ和Q处理可明显提高土壤速效养分（除铵态氮外）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数量。不同处理微生物量碳见图2。

由图2可看出，CK处理的微生物量碳为0.86 mg/kg，WQ和Q处理较CK分别显著增加2.26和2.32倍，表明土壤微生物量数量增加。

2.3 土壤不同酶活性

不同处理土壤酶活性见表2。

由表2可知，土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖转化酶活性大小顺序为CK>WQ>Q，而土壤过氧化氢酶活性大小顺序则相反。其中，Q处理的土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖转化酶活性显著低于CK处理，而Q处理的土壤过氧化氢酶则显著高于CK处理；WQ和Q处理四种土壤酶活性则无显著差异（p>0.05）。

2.4 橡胶树细根根密度

图3为不同处理细根根密度重。

由图3可知， CK处理细根根密度干重为0.275 mg/cm3，WQ和Q处理较CK处理显著提高了细根根密度干重（p<0.05），可达0.544 和0.572 mg/cm3，分别提高2.0和2.1倍。

3 讨论与结论

3.1 讨论

畜禽粪便是天然的肥料，作为肥料施入土壤时，可提高土壤肥力，促进作物生长[10]。以牛粪为原料在林下养殖蚯蚓，牛粪不直接还田，但通过自然降雨或补水时，牛粪中的养分可随下渗的水分转移至土壤中。海南地区5～10月为降雨集中的时期，本研究主要观测了该阶段林下蚯蚓养殖后土壤养分的差异，结果表明，林下施用牛粪处理（WQ）可较对照（CK）大幅提高土壤无机氮、速效磷和速效钾含量，而在施用牛粪的基础上养殖蚯蚓（Q），则可进一步提高土壤养分的含量，特别是速效钾，较CK处理增幅达16.6倍（表1）。韩桂鸥等[11]在园艺苗木林下养殖蚯蚓了结果表明，与对照相比，土壤水解氮、有效磷分别提高了54.66%和12.02%，速效钾含量增加了3.08倍，此结果与本研究一致。

土壤酶来自微生物、植物和动物的活体或残体，是生态系统的物质循环和能量流动等生态过程中最活跃的生物活性物质，在一定程度上反映了土壤养分转化动态。有研究表明，土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶及过氧化氢酶活性可作为考察土壤肥力的生物学指标[12]。本研究中，Q处理土壤速效养分总体水平最高，但仅酶过氧化氢酶活性最高，而其他3种土壤酶活性则相反。

土壤中脲酶可参与含氮有机物的转化，可使土壤中有效氮的含量增加，改善土壤中氮的供应状况。土壤磷酸酶是一类催化土壤有机磷化合物矿化的酶，其活性高低直接影响着土壤中有机磷的分解转化及其生物有效性[13]。本研究中，不同处理土壤脲酶和磷酸酶活性大小顺序为CK>WQ>Q（表2），而土壤硝态氮和速效磷含量大小顺序则相反（表1），可能是CK处理没有来自牛粪中氮素和磷素的补充，需要激活自身土壤氮素和磷素的转化供应养分，从而提高其相应土壤酶活性，而WQ和Q处理中牛粪带入较多的氮素和磷素养分，靠土壤转化供应养分的需求较低，相应土壤酶活性较弱。因此，根据以上分析，土壤养分丰缺状态影响了土壤脲酶和磷酸酶的活性，即无机氮和速效磷最缺乏的CK处理需要更多诱导土壤相应酶活性来分解土壤有机物获得所需养分，WQ处理次之，而养分最丰富的Q处理则无需更强烈的激活相应酶分解土壤有机物获得所需养分。

过氧化氢酶能促进过氧化氢分解为氧气和水，从而解除了过氧化氢对作物的毒害作用，在一定程度上表征了土壤生物氧化过程的强弱和土壤微生物活动的强度[13]。本研究结果表明WQ和Q处理的微生物数量碳要显著高于CK处理（p<0.05），与过氧化氢酶的变化趋势一致，表明WQ和Q处理能提高过氧化氢酶活性，减轻土壤微生物受过氧化氢毒害，以利于土壤微生物的活动。

土壤蔗糖酶参与碳水化合物的转化，是一种能使高分子量的蔗糖分解成葡萄糖和果糖的水解酶，可为植物和微生物提供充分的能源[14]。本研究中，其酶活性大小順序与土壤脲酶和磷酸酶一致，可能是牛粪在自然堆沤过程中已将部分不溶性碳水化合物水解为可溶性的葡萄糖和果糖，并随着水分下渗至土壤以供土壤微生物利用，无需过多从土壤中分解碳水化合物。

3.2 结论

在胶园养殖蚯蚓短期内可增加土壤微生物量碳，提高土壤速效氮、速效磷和速效钾的含量，以及提高土壤过氧化氢酶活性，促进橡胶树细根生长，但降低了土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖转化酶的活性。

参考文献

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