黑水虻虫沙施用对蔬菜生长、品质和土壤养分的影响

袁华冠，杨 成*，刘 刚，潘远雄，杨爱爱，孟凡非，2，彭 艳

（1．贵州民族大学生态环境工程学院，贵州 贵阳 550025； 2．贵州省职业教育公共实训中心，贵州 贵阳 551400）

随着城镇化发展及人口增长，餐饮消费会更频繁，餐厨垃圾产生量将更大。据报道，我国许多大城市餐厨垃圾产量超过10000 t/d[1］，北京、上海的餐厨垃圾产量分别达到20822和16904 t/d[2］，重庆、广州等餐厨垃圾的产量均超过1000 t/d[3］，而且逐年增加，产量巨大。然而，目前餐厨垃圾的资源化利用程度还不够，2020 年回收利用和资源化处理的餐厨垃圾仅为 5.59×104t/d，不超过2017年日产生量的12.9%[4］。大量的餐厨垃圾若得不到很好的处理与资源化利用，会给生态环境和人类的身体健康带来影响[5］。因此，对餐厨垃圾的处理与利用成为亟须解决的一大课题。

目前填埋、焚烧、堆肥、饲料加工等为国内外餐厨垃圾处理的主要方式，但也存在不同程度的问题，影响餐厨垃圾的利用[1，6-10］。黑水虻生物转化不仅能对餐厨垃圾进行处理，还可得到蛋白质含量较高的活体昆虫和肥料[11-14］，可实现餐厨垃圾“三化”处理的目标[15］。因此，在餐厨垃圾处理中逐步得到应用[16-23］。然而，在黑水虻处理餐厨垃圾的过程中，除了产出昆虫产品外，也产生数量较大的黑水虻虫沙。如何对黑水虻虫沙进行利用是新的课题。目前国内对黑水虻虫沙开展的研究还不多，主要集中在其营养成分的测 定[24］、饲用效果[25］方面，在蔬菜种植中的应用研究更少，仅见李卫娟等[26］开展黑水虻虫沙对白菜生长性能影响的研究。因此，有必要开展黑水虻虫沙在蔬菜种植中的应用研究，为其资源化利用提供参考。本文以红苋菜、大叶木耳菜和圆角菠菜作为研究对象，研究黑水虻虫沙施用对其生长指标、品质以及土壤养分的影响，以期为黑水虻虫沙作为有机肥在农业种植中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本次试验为盆栽试验，供试土壤取自贵州民族大学大学城校区一天然林地土壤，土壤为黄壤。试验用的栽培盆为高25 cm、口径28 cm的聚乙烯塑料盆，每盆装土4 kg。供试黑水虻虫沙由本实验室利用黑水虻处理食堂餐厨垃圾产出。供试土壤和虫沙的理化性质见表1。供试蔬菜为红苋菜、大叶木耳菜和圆角菠菜。红苋菜为青县青丰种业有限公司生产，大叶木耳菜为山东省德州市超丰种业有限公司生产，圆角菠菜为山东睿优农业科技开发有限公司生产。

表1 供试土壤和黑水虻虫沙的理化性质

1.2 试验设计

本试验设计5个处理，每个处理设置3个重复。参考李卫娟等[26］、赖德强等[27］，按照黑水虻虫沙添加比例为10%、20%、30%、40%的量分别与供试土壤混匀，即黑水虻虫沙施用量分别为0.4、0.8、1.2、1.6 kg/盆。试验在露天中进行，当种子发芽生长到第10 d时，每盆最终保留5棵植株。第15 d后，每隔1周分别测定3种蔬菜的叶片数、叶长、叶宽、叶绿素指标。第50 d时，测定蔬菜的叶片数、叶长、叶宽、叶绿素指标后，采收蔬菜用于测定根长、根粗、鲜重、干重以及可溶性蛋白、维生素C、可溶性糖等指标。土壤测定铵态氮、硝态氮、全氮、全磷、全钾、有效磷、电导率、pH值、有机质等指标。

1.3 样品采集与处理

将每试验盆中的土壤全部倒于准备好的干净塑料袋内，将袋内的土混合均匀后，利用四分法采集土壤样品约500 g于密封塑料袋中。将采集回来的土壤样品风干、粉碎并分别过0.25和0.15 mm筛备用。0.25 mm土壤样品用于pH值和电导率的测定，0.15 mm土壤样品用于有机质、铵态氮、硝态氮、全氮、全磷、全钾、有效磷的测定。

1.4 测定项目与方法

蔬菜的维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白的测定分别采用硅钼蓝光度法[28］、蒽酮法[29］和考马斯亮蓝法[30］，叶绿素含量采用SPAD叶绿素仪进行测定。

土壤有机质采用烧失量法测定[31］；pH值采用水土比为2.5∶1浸提后pH计测定[32］；电导率采用水土比为5∶1浸提后用电导电极测定[33］。土壤铵态氮、硝态氮采用1 mol/L氯化钾溶液浸提，全氮、全磷采用硫酸-过氧化氢消解后，用德国产的Cleverchem380型全自动间断化学分析仪测定。全钾用NaOH熔融，火焰光度法测定[34］。

1.5 数据分析

使用Excel 2019对数据进行统计与处理，采用Origin 9.1进行绘图，采用SPSS 18.0进行多重比较和差异性分析。

2 结果与分析

2.1 黑水虻虫沙施用对3种蔬菜叶绿素含量的 影响

从图1可以看出，施用黑水虻虫沙对蔬菜的叶绿素含量有较大影响，红苋菜的叶绿素含量为15.7～38.4，大叶木耳菜的叶绿素含量为19.3～36.0，圆角菠菜的叶绿素含量为17.9～ 38.4。施用黑水虻虫沙后，红苋菜、大叶木耳菜、圆角菠菜叶绿素平均含量分别是不施肥的1.1、1.1、1.2倍。3种蔬菜的叶绿素都呈现随着生长发育的进行而增加的趋势，到生长末期达到最大值。施用10%、20%、30%、40%黑水虻虫沙时蔬菜的叶绿素含量存在差异。施用20%黑水虻虫沙对蔬菜的生长最好，其叶绿素含量最高，红苋菜叶绿素含量达到38.4，大叶木耳菜达到36.0，圆角菠菜达到38.4。施用量为20%时的3种蔬菜与不施肥相比，差异显著（P＜0.05）。但随着黑水虻虫沙施用量的增加，3种蔬菜的叶绿素含量都表现出下降的规律，说明过量的施用反而会起到抑制 作用。

图1 黑水虻虫沙施用对蔬菜叶绿素含量的影响

2.2 黑水虻虫沙施用对蔬菜叶片、株高、生物量的影响

从图2可以看出，与不施肥相比，黑水虻虫沙的施用对于3种蔬菜的叶片数、叶长、叶宽、株高、鲜重、干重均呈显著性增加的趋势（P＜0.05）。红苋菜、大叶木耳菜、圆角菠菜的株高分别为不施肥的9.8、3.0、2.9倍，鲜重为63.2、14.8、61.5倍，差异显著（P＜0.05）。从图2中还可以看出，施用量为20%时，3种蔬菜的各生长指标最好，施用量在10%、20%、30%、40%之间蔬菜的生长指标存在差异，施用量超过20%以后，3种蔬菜的生长指标均受到影响，有下降的趋势，说明黑水虻虫沙施用量过大反而抑制蔬菜的生长。因此，黑水虻虫沙的最佳施用量在20%左右为宜。

图2 黑水虻虫沙施用对蔬菜叶片、株高、生物量的影响

2.3 黑水虻虫沙施用对蔬菜根系生长的影响

从图3可以看出，施用黑水虻虫沙后对红苋菜、大叶木耳菜、圆角菠菜3种蔬菜的根系生长都有促进作用。当施用量低于20%时，随着施用量的增加，3种蔬菜的根长和根粗表现出逐渐上升的趋势，当施用量高于20%时，3种蔬菜的根长和根粗表现出逐渐下降的趋势。总体可看出，施用量为20%时，3种蔬菜的根长、根粗最好，红苋菜、大叶木耳菜、圆角菠菜的最大根长分别为12.7、9.2、7.9 cm，平均根长分别为12.0、8.6、7.4 cm，分别为不施肥的1.8、1.3、1.3倍。3种蔬菜的最大根粗分别为0.79、1.12、0.72 cm，平均根粗分别为0.67、0.98、0.62 cm，分别为不施肥的4.5、3.1、3.3倍。3种蔬菜的根长、根粗相对于不施肥，都存在显著性差异（P＜0.05）。施用量为20%时，3种蔬菜的根长、根粗与不施肥和其他施肥处理都存在显著差异（P＜0.05）。

图3 黑水虻虫沙施用对蔬菜根系生长的影响

2.4 黑水虻虫沙施用对蔬菜品质的影响

从图4可以看出，与不施肥相比，施用黑水虻虫沙后红苋菜、大叶木耳菜、圆角菠菜的维生素C、可溶性蛋白、可溶性糖含量都得到了提高。当黑水虻虫沙的施用量为10%、20%、30%、40%时，红苋菜的维生素C含量分别是不施肥的1.4、1.8、1.7、1.6倍，大叶木耳菜分别是2.1、3.1、2.2、1.4倍，圆角菠菜分别是1.3、1.3、1.2、1.2倍，随着施用量的增加，蔬菜的维生素C含量呈先增加后降低的趋势，当施用量为20%时，红苋菜、大叶木耳菜、圆角菠菜的维生素C含量最高，分别为0.09、0.03、0.15 mg/g，与不施肥相比差异显著（P＜0.05）。所有施肥均可提高蔬菜中可溶性蛋白的含量，随着黑水虻虫沙施用量的增加，红苋菜的可溶性蛋白分别是不施肥的1.2、1.4、1.4、1.3倍，大叶木耳菜分别是1.3、1.4、1.3、1.1倍，圆角菠菜分别是1.3、1.4、1.3、1.2倍。施用量为20%时，红苋菜、大叶木耳菜、圆角菠菜的可溶性蛋白含量最高，分别为10.37、10.31、10.17 mg/g，与不施肥相比差异显著（P＜0.05）。施用量为10%、20%、30%、40%时，红苋菜可溶性糖含量分别为不施肥的1.4、1.6、1.4、1.2倍，大叶木耳菜分别是1.6、1.9、1.7、1.2倍，圆角菠菜分别是1.2、1.3、1.2、1.2倍。当施用量为20%时，3种蔬菜的可溶性糖含量最高，分别为0.18、0.20、0.16 g/100 g，与不施肥相比差异显著（P＜0.05）。总体上看，施用量为20%时，3种蔬菜的品质指标最好，当施用量超过20%以后，蔬菜的品质反而 下降。

图4 黑水虻虫沙施用对蔬菜品质的影响

2.5 黑水虻虫沙施用对土壤养分的影响

从表2可以看出，施用黑水虻虫沙后土壤pH值有下降趋势，由不施肥的7.48下降到6.91，土壤pH值分别降低了2.9%、5.6%、6.2%、7.6%。施用黑水虻虫沙可提高土壤有机质含量，随着施用量从10%到40%，土壤有机质含量提高达22.0%。施用黑水虻虫沙后，与不施肥相比，土壤的全氮、全磷、全钾、有效磷含量分别为不施肥的2.6、1.9、1.2、23.7倍。表明施用黑水虻虫沙可以显著地提高土壤氮、磷、钾含量。

表2 黑水虻虫沙施用对土壤养分的影响

3 讨论

3.1 黑水虻虫沙对蔬菜生长、产量和品质的影响

由于黑水虻虫沙含有大量可利用的营养元素，具有作为有机肥的潜力，同时还可以改善土壤理化性质[24，35］。叶绿素的含量可以直接或间接地影响植物的生长发育和产量[36］，施用黑水虻虫沙后红苋菜、大叶木耳菜、圆角菠菜叶绿素平均含量分别提高了1.1、1.1、1.2倍，可能的原因是土壤氮素对叶绿素含量有促进作用[37］，施用量为20%时效果最好，3种蔬菜的叶绿素含量分别达到38.4、36.0和38.4。施用黑水虻虫沙后红苋菜、大叶木耳菜、圆角菠菜的株高为不施肥的9.8、3.0、2.9倍，大叶木耳菜和菠菜的株高比杨鹏 等[38］、杨飞等[39］研究的结果高。前人研究表明，牛粪、鸡粪、植物提取物、硅肥[40-43］对红苋菜、大叶木耳菜、圆角菠菜的增产范围为0.15%～74.4%，本研究中，施用黑水虻虫沙后，红苋菜、大叶木耳菜、圆角菠菜增产了9.3～63.2倍，这可能的原因是黑水虻沙中的有机小分子对蔬菜细胞有分裂的作用[44］。3种蔬菜的维生素C、可溶性蛋白、可溶性糖分别是不施肥的3.1、1.9、1.4倍。施用黑水虻虫沙后对3种蔬菜的根系生长都有很好的促进作用，施用量为20%时，3种蔬菜的根长、根粗都最高。Choi 等[45］、李卫娟等[26］研究也表明，黑水虻虫沙可促进蔬菜生长，提高蔬菜产量和品质，由此可以看出，黑水虻虫沙可作为一种较好的有机肥，在蔬菜种植中进行应用。

3.2 黑水虻虫沙施用量对蔬菜生长、产量和品质的影响

尽管黑水虻虫沙可促进蔬菜生长，提高蔬菜产量和品质[26，45］，但用量过大会产生抑制作 用[46-49］，本研究也显示，用量过高会抑制蔬菜的生长。与不施肥相比，黑水虻虫沙提高了红苋菜、大叶木耳菜、圆角菠菜的叶绿素、叶片、株高、生物量和品质。施用量为20%时效果最为明显，超过20%以后，施用量增加反而抑制蔬菜生长，可能的原因是施用黑水虻虫沙后增加了土壤中的盐分，导致土壤中的电导率较高，限制了蔬菜的生 长[50］，也可能是盐胁迫造成植物叶停止生长，使叶、茎、根鲜重及干重的下降[51］。因此，在施用黑水虻虫沙时用量不能太高。

3.3 黑水虻虫沙施用对土壤养分的影响

本研究结果显示，施用黑水虻虫沙可增加土壤有机质、提高土壤中的氮、磷、钾含量。除了黑水虻虫沙本身含有养分外，黑水虻虫沙还通过腐解作用转变为有机质，并释放出大量的氮和钾及部分的磷，进而增加土壤肥力，前人对沼液、有机肥、鸡粪的研究也表明均可以提高土壤有机质、氮、磷、钾等含量[52-54］。陈瑶等[54］的研究结果表明，单施沼液后土壤pH趋向中性，可防止土壤酸化。而本研究结果显示，施用黑水虻虫沙会降低土壤pH值，原因可能是黑水虻虫沙含有大量的有机质，分解后产生大量的酸，导致土壤pH值下降。此外，本研究结果还显示，施用黑水虻虫沙后，土壤电导率增加，这与杨彬林等[55］的研究结果一致，出现这种现象的原因是利用黑水虻处理餐厨垃圾产生的黑水虻虫沙盐分相对较高而导致的。因此，餐厨垃圾养殖黑水虻后的黑水虻虫沙在今后作为有机肥利用时需要进行脱盐处理，同时也应进一步开展黑水虻虫沙中盐分对蔬菜影响方面的研究。

3.4 黑水虻虫沙在蔬菜种植中应用的可行性分析

从本研究的结果可以看出，施用黑水虻虫沙后能很好地促进蔬菜的生长，与不施肥相比，黑水虻虫沙施用后对蔬菜的生长、产量和品质指标都有了很大的提高。黑水虻虫沙不仅能促进蔬菜的生长、提高蔬菜的产量和品质，还可增加土壤的养分含量。因此，黑水虻虫沙可以应用在蔬菜种植中。同时，可以实现黑水虻养殖过程中虫沙的资源化利用问题。

4 结论

施用黑水虻虫沙后红苋菜、大叶木耳菜、圆角菠菜的株高、生物量、叶绿素含量差异显著，3种蔬菜的叶绿素平均含量分别是不施肥的1.1、1.1、1.2倍，株高分别为9.8、3.0、2.9倍，鲜重分别为63.2、14.8、61.5倍。施用黑水虻虫沙后3种蔬菜的品质也得到了提高，维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白的含量分别为不施肥的3.1、1.9、1.4倍。

黑水虻虫沙施用量为20%时3种蔬菜的生长指标和品质最好，用量过大对蔬菜的生长起到抑制作用，导致产量和品质下降。

施用黑水虻虫沙后可以显著提高土壤的养分含量，土壤有机质含量提高，达22.0%，全氮、全磷、全钾、有效磷含量分别为不施肥的2.6、1.9、1.2、23.7倍，有效磷相差可达23.7倍。但施用黑水虻虫沙后，土壤的pH值下降，在今后的应用中需要注意带来的土壤酸化和盐分积累的问题。

综上所述，黑水虻虫沙可作为一种肥效较好的有机肥在蔬菜种植中应用。