虫粪有机肥对设施土壤理化性质及番茄产量的影响

蔡瑞婕，肖 扬， 吴 翔，王小波，徐晓燕

(天津农学院 农学与资源环境学院，天津 300384)

化肥的大量使用导致了土壤质量恶化，使有机质含量下降，同时造成土壤板结，不仅对农业、林业的发展造成阻碍，同时也带来了环境的污染问题，因此降低化肥施用量，增施有机肥具有重要意义。

虫粪是一种新型有机肥，黄正团等[1]研究表明，黄粉虫虫粪具有微小的团粒结构，表面还附着微膜，若将其施加到土壤中，能极大地提高土壤中氧含量，适当添加黄粉虫虫粪能够提高油菜品质及产量[2]。刘巧林[3]研究表明，黑水虻虫粪能提高小麦的出苗率、生物量干质量及粗蛋白的含量，这是由于虫粪中含有较多的磷，促进了根系的发育及对土壤养分的吸收利用，从而提高了小麦的品质和产量。白星花金龟虫粪对樱桃萝卜也起到了增产作用[4]。目前对于虫粪有机肥的研究相对较少，虫粪施用后对土壤性质的影响鲜见报道。鉴于此，研究鸡粪、黄粉虫粪、黑水虻虫粪、白星花金龟虫粪对设施土壤养分、酶活性及番茄产量的影响，从而为虫粪有机肥的推广使用提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本试验设在天津市宝坻区里自沽农场设施大棚内。试验用地土壤理化性质：pH值 8.54、有机质含量1.23 g/kg、硝态氮含量27.14 mg/kg、速效磷含量120.45 mg/kg、速效钾含量481.49 mg/kg。供试番茄品种为西奥多。供试有机肥的基本性质见表1。

表1 供试有机肥基本性质Tab.1 The basic properties of the tested organic fertilizer

1.2 试验设计

本试验设对照(CK)、鸡粪(F1)、黄粉虫虫粪(F2)、黑水虻虫粪(F3)、 白星花金龟虫粪(F4)5个处理，每个处理重复3次。每个处理的小区面积6 m×1.5 m，随机排列。于2016年11月24日将4种不同种类有机肥各30 kg分别施入各小区中(对照不施加有机肥)。2016年12月1日将生长良好的番茄幼苗进行移栽，并进行常规管理，在2017年4月10日采集不同处理小区的土样。

1.3 测定项目与方法

土壤pH值采用pH计测定；土壤电导率采用电导法测定；土壤硝态氮含量采用紫外分光光度法测定[5]；土壤速效磷含量采用钼蓝比色法测定；土壤速效钾含量采用火焰光度计法测定[6]；土壤脲酶活性采用比色法测定[7]；土壤过氧化氢酶活性采用容量法测定[8]；土壤磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定[8]；采用岛津 SSM-5000A 总有机碳分析仪固体样品组件测定土壤总碳(TC)含量、无机碳(IC)含量，总有机碳 (TOC)含量= TC 含量-IC含量；土壤水溶性碳以4∶1 的水土比(质量比)常温提取、过滤，总有机碳测定仪测定水溶性总碳(WTC)含量、水溶性无机碳(WIC)含量，水溶性总有机碳(WTOC)含量=WTC含量-WIC含量[9]。每次收获测定番茄产量。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 软件进行分析，采用DPS 2000数据处理系统分析差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤pH值、电导率的影响

由表2可见， F3处理较CK显著降低土壤pH值，其余各有机肥处理较CK无显著差异。可能是由于F3处理pH值较低，施用到土壤中随之降低了土壤pH值。各处理对土壤电导率无显著影响。

表2 不同处理对土壤pH值、电导率的影响Tab.2 Effects of different treatments on soil pH value, conductivity

注：不同小写字母表示不同处理之间差异显著(P<0.05)，下同。

Note: Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments (P<0.05), the same below.

2.2 不同处理对土壤碳含量的影响

由表3可知，施加有机肥显著增加了土壤TC、TOC含量，分别较CK增加了8.20%～23.25%、14.34%～35.49%。不同有机肥处理较CK对土壤IC含量无显著影响。F2、F3、F4处理的土壤TC、TOC含量较F1处理显著提高，分别提高了8.08%～13.92%、11.62%～18.50%。F2、F3、F4处理间土壤TC、IC、TOC含量无显著差异。不同有机肥处理土壤WTC、WTOC含量较CK有显著提高，分别提高了19.24%～32.74%、21.71%～39.16%，各有机肥处理间土壤WTC、WIC、WTOC含量差异不显著。

表3 不同处理对土壤碳含量的影响Tab.3 Effects of different treatments on soil carbon content

2.3 不同处理对土壤硝态氮、速效磷、速效钾含量的影响

如图1所示，各有机肥处理显著提高了土壤硝态氮、速效磷、速效钾含量。F1、F2、F3、F4处理土壤硝态氮含量较CK分别提高196.00%、229.00%、281.00%、125.00%。F2、F3处理土壤硝态氮含量显著高于F4处理。F1、F2、F3、F4处理土壤速效磷含量较CK分别提高15.15%、27.97%、34.75%、15.88%，其中，F2、F3处理土壤速效磷含量显著高于F1、F4处理。F1、F2、F3、F4处理土壤速效钾含量较CK分别提高26.94%、36.96%、53.90%、46.20%，其中，F3处理土壤速效钾含量显著高于F1处理，F1、F2、F4处理土壤速效钾含量之间无显著差异。

不同小写字母表示不同处理之间差异显著(P<0.05)，下同

2.4 不同处理对土壤酶活性的影响

从表4可见，各有机肥处理均显著提高土壤磷酸酶、脲酶活性，而对过氧化氢酶活性没有显著影响。F4处理土壤磷酸酶活性最高，同时也显著高于F1、F2、F3处理。F1、F2、F3、F4处理土壤磷酸酶活性较CK分别提高20.74%、22.22%、66.67%、115.56%。F4处理土壤脲酶活性最大，且显著高于F1、F2处理。F1、F2、F3、F4处理土壤脲酶活性较CK分别提高113.80%、71.62%、164.19%、192.07%。

表4 不同处理对土壤酶活性的影响Tab.4 Effect of different treatments on soil enzyme activity

2.5 土壤碳含量、酶活性之间的相关性分析

由表5可见，TOC含量与TC含量呈极显著正相关，WTC含量除与TC含量呈极显著正相关外，与其他指标均未达到相关水平，WTOC含量与TC、TOC、WTC含量呈极显著正相关，磷酸酶活性与WTC、WTOC含量呈显著正相关，除IC、WIC含量、过氧化氢酶活性外，脲酶活性与TC含量、TOC含量、WTOC含量、磷酸酶活性均呈显著正相关，与WTC含量呈极显著正相关。

表5 土壤碳含量、酶活性之间的相关性分析Tab.5 Correlation analysis between soil carbon content and enzyme activity

注:*、**分别表示显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)相关。

Note: *,** indicate significant(P<0.05) and extremely significant(P<0.01)correlation,respectively.

2.6 不同处理对番茄产量的影响

如图2所示，各有机肥处理的番茄产量较CK均显著提高，提高了14.24%～35.09%，且F2、F3、F4处理对番茄产量的提升效果优于F1处理，较F1处理分别提高17.37%、12.52%、18.25%。这可能是由于3种虫粪有机肥中有机质含量较多，较鸡粪处理对番茄产量提高效果明显。含有较高有机质的F2、F3、F4处理间番茄产量无显著差异。

图2 不同处理对番茄产量的影响Fig.2 Effect of different treatments on tomato yield

3 结论与讨论

有机碳作为评价土壤肥力的重要指标，对土壤的物理、化学性质及生物化学过程有重要影响[10]，同时对作物的生长有重要作用[11]。本研究结果表明，各有机肥处理均显著提高了土壤TOC含量，3种虫粪有机肥的施用对土壤TOC含量提升效果最为显著，这与骆坤等[12]施用有机肥可以显著增加土壤有机碳含量的研究结果一致，其原因是有机肥的施用向土壤中带入大量半分解状态的有机质，从而使土壤TOC含量显著增加[13]，虫粪有机肥中有机质含量较高，施加到土壤中直接增加了土壤TOC和WTOC含量[14]。

土壤硝态氮是植物吸收氮素的主要形态，适量施用有机肥会增加土壤中养分的含量，同时增强土壤氮素的供给能力以及氮肥的利用效率[15]。本研究结果表明，各有机肥处理与CK相比均显著提高土壤硝态氮含量，F3处理提高土壤硝态氮含量效果较好。各有机肥处理均显著提高土壤速效磷含量，其中，F2、F3处理较F1处理对土壤速效磷含量提升效果较好。这可能是因为向土壤中增施有机肥可以促进无机磷向有效态转化[16]，极大提高土壤无机磷的有效性[17]。

向土壤中施加有机肥能明显改善土壤性质，并且显著提高土壤酶活性[18-20]。酶活性是土壤微生物活动的重要标志和土壤肥力的重要指标[21-24],在较大程度上反映了土壤的营养状况和理化性质[25]。有研究表明，施用有机肥可以提高土壤脲酶、磷酸酶的活性[26]。本研究结果表明，各有机肥处理均显著提高土壤磷酸酶、脲酶活性，这可能是由于有机肥向土壤中带入了大量微生物，使土壤动物、微生物代谢活动增强，促进相应酶的分泌，从而使相应酶活性得到提高[27-28]。本研究中，各有机肥处理均显著提高番茄产量，且F2、F3、F4处理对番茄产量的提升效果优于F1处理，这可能是由于虫粪肥中有机质含量较多，有利于番茄生物量的积累，从而促进番茄产量的提升。

各有机肥处理均显著提高土壤TC、TOC、WTC、WTOC的含量及番茄产量，且3种虫粪有机肥处理的土壤TC、TOC含量和番茄产量优于鸡粪处理。F3处理土壤速效磷、速效钾含量较F1处理显著提高。各有机肥处理均显著提高土壤脲酶、磷酸酶活性，而对过氧化氢酶活性没有显著影响。其中，F4处理对土壤磷酸酶、脲酶活性提高效果较好，较F1处理分别提高78.53%、36.61%。土壤磷酸酶活性与WTC、WTOC含量呈显著正相关，土壤脲酶活性与TC、TOC、WTOC含量呈显著正相关，与WTC含量呈极显著正相关。