蚯蚓粪对日光温室袋培甜瓜生长及营养吸收的影响

王星林 刘 颖 胡雨松 孙周平 刘义玲

（沈阳农业大学园艺学院/设施园艺省部共建教育部重点实验室/北方园艺设施设计与应用技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 沈阳 110866）

甜瓜（CucumismeloL.）是我国设施栽培的主要作物之一，也是经济高附加值作物。在设施栽培中因农药和化肥施用过量、缺少自然雨水冲淋、重茬连作而导致设施土壤中盐分含量高、土壤养分失衡及土传病害加重等一系列土壤退化问题，影响了作物生长［1］。缓解此类问题的常用措施之一是采用基质栽培。目前，国内外常用于蔬菜无土栽培的基质大多以岩棉、草炭、蛭石、椰糠和中药渣为主，其中岩棉为不可降解材料［2］；草炭为不可再生资源，过度开采会对生态环境造成巨大破坏［3-4］；我国是蛭石的非主要产地，购买成本过高［5］；椰糠区域化特征显著，运输成本较高［6］；中药渣应用需考虑其中重金属含量［7］。因此，寻找更加环保、成本低廉并有利于设施甜瓜生长及营养吸收的栽培基质原料对设施甜瓜生产尤为重要。

蚯蚓粪是蚯蚓养殖业的附属产物，是一种具有稳定团粒结构、持水力高、通气性强且价格低廉的有机肥［8］。与常规有机肥相比，蚯蚓粪最大优势是将土壤中的有机物-微生物环境进行有机结合，形成较为稳固的团粒结构，进而能够有效改善土壤环境，增加土壤的透气性、保水性，为对植物生长有促进作用的菌群提供适宜环境，将土壤转变为细菌生态系统，加快土壤各种物质的转化，从而促进植物对营养的吸收［9-12］。并且蚯蚓粪中含有大量可以分解土壤有机质的酶类，可将有机质转化为更易被植物吸收的形态，蚯蚓粪还可显著提高土壤中多种参与物质循环酶的活性，加快各种营养物质在土壤中的循环和利用，提高肥料利用率［13-14］。前人对蚯蚓粪做了大量研究，但多集中于对三色堇［15］、番茄［16］、黄瓜［17］、西葫芦［18］、辣椒、圣女果、豇豆［19］和西瓜［20］等园艺作物育苗基质的改良，以及作为有机肥料施用于大田或添加在盆栽中［21-22］，有关蚯蚓粪基质对甜瓜生长及营养吸收影响的研究鲜有报道。

因此，本试验将蚯蚓粪按不同比例与蛭石和草炭进行复配，采用基质袋栽培方式，通过测定甜瓜植株生长指标、叶片光合指标、植株营养物质含量以及甜瓜产量品质，筛选有利于甜瓜生长及营养吸收的蚯蚓粪最佳施用比例，以期为蚯蚓粪应用于设施甜瓜栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2022年3—7月在沈阳农业大学科研基地日光温室内进行，以薄皮甜瓜玉美人（购于吉林省公主岭恒源种业）为试验材料。栽培基质的主要成分为蚯蚓粪（购于辽宁宏金龙生物科技有限公司，执行标准为NY/T525-2021《有机肥料》［23］，有机质≥30%）、草炭和蛭石。供试材料理化性质见表1。

表1 供试材料的理化性质Table 1 The specific physical and chemical properties of the selected material

1.2 试验设计

在日光温室条件下，将蚯蚓粪按不同比例与草炭和蛭石复配成8 种栽培基质，具体处理见表2，各处理具体基质理化性质见表3。

表2 不同处理各成分体积比Table 2 Volume ratio of various components in different treatments/%

表3 不同比例栽培基质的理化性状Table 3 Physi-chemical properties of different substrates

自定植缓苗后，采用山崎甜瓜配方营养液通过水肥一体化设备（山东鸿泰公司）供应养分，直至采收前1 周停止供应。在定植后45 d 对甜瓜进行摘心，每株自第8节位开始留果，每株留3个甜瓜。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 试验材料基本理化性质的测定 采用环刀法

测定基质容重和总孔隙度；利用PHS-3C 手持pH 计（上海雷磁公司）和DDS-11A电导率仪（上海雷磁公司）分别测定基质pH 值和电导率（electrical conductivity，EC）值；利用碱解扩散法测定碱解氮含量；利用钼锑抗比色法测定速效磷含量，利用iCE 3300 原子吸收分光光度计（美国Thermo Fisher公司）测定速效钾含量［24］。

1.3.2 生长指标的测定 各个处理选取3 株具有代表性的甜瓜植株测定株高、茎粗和叶片横纵径。随机选取每个处理3 株生长情况相似的植株，将植株分成根、茎、叶3 个部分，在60 ℃烘箱烘至恒重后测定植株生物量。根系活力采用氯化三苯基四氮唑（triphenyl tetrazolium chloride，TTC）法测定［25］。

1.3.3 植株叶绿素、光合指标及养分含量的测定 叶绿素含量采用乙醇丙酮浸提法测定［25］。光合参数在晴天上午9∶00 至11∶00，采用Li-6800 便携式光合仪（美国LI-COR公司）测定。将粉碎后的干样采用H2SO4-H2O2法［25］提取，利用K-360 全自动凯氏定氮仪（瑞士BUCHI 公司）检测植株全氮含量；用钒钼黄比色法［25］测定植株全磷含量；利用iCE 3300 原子吸收分光光度计检测植株全钾含量。

1.3.4 产量及果实品质的测定 使用电子天平（江苏乐祺公司）测定单果重和单株产量。取甜瓜中部果肉使用WBZ 手持折光仪（河北信采公司）测定可溶性固形物含量。分别用钼蓝比色法、蒽酮比色法和考马斯亮蓝法测定维生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量［26］。

1.4 数据处理与统计分析

使用Excel 2019 软件进行数据处理，数据均以平均值±标准差的形式表示，使用SPSS 26.0 软件进行显著性分析，显著性水平为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 蚯蚓粪配施量对甜瓜生长指标的影响

2.1.1 蚯蚓粪配施量对甜瓜株高、茎粗及叶片横纵径的影响 由图1 可知，随着蚯蚓粪配施量的增加，甜瓜株高、茎粗和叶片横纵径整体均呈现先升高后下降的变化趋势。定植后第14 天，各处理甜瓜株高无显著差异；茎粗在T5处理下最高，较T1处理显著提高22.6%；添加蚯蚓粪处理整体均显著促进植株叶片横纵径生长。定植后第28 天，T5 处理株高、茎粗和叶片横纵径均最高，较T1 处理分别显著提高48.0%、23.9%、41.1%和35.4%。定植后第42天，T5处理株高和叶片横纵径均为最高，较T1 处理分别显著高出44.1%、29.6%和24.2%；添加蚯蚓粪处理间茎粗无显著差异。综上所述，适量蚯蚓粪配施量能显著促进甜瓜生长，而超过一定比例对甜瓜生长的促进作用会降低。

图1 蚯蚓粪配施量对甜瓜株高、茎粗及叶片横纵径的影响Fig.1 The effects of earthworm manure application rate on plant height，stem diameter and leaf diameter of melon

2.1.2 蚯蚓粪配施量对甜瓜植株各器官生物量的影响 由图2 可知，随着蚯蚓粪配施量的增加，植株各器官生物量整体呈现先升高后降低的变化趋势。定植后第14天，蚯蚓粪各处理的根、茎生物量较T1处理差异不显著（图2-A、B）；T5处理叶生物量较T1处理显著提高，较T6处理显著增加36.3%。定植后第28和第42天，T5处理根和叶的生物量均为最高，显著高于T1和T6处理。由此可知，蚯蚓粪对甜瓜干物质的积累具有促进作用。

图2 蚯蚓粪配施量对甜瓜生物量的影响Fig.2 The effect of earthworm manure application rate on biomass of melon

2.1.3 蚯蚓粪配施量对根系活力的影响 由图3 可知，随着蚯蚓粪施用量的增加，甜瓜根系活力先上升后下降。其中T5处理的根系活力最强，较T1处理显著提高5.8%；T6 处理根系活力较T5 处理显著降低5.2%。由此可见，配施适量蚯蚓粪可以显著提高甜瓜根系活力，提高甜瓜植株对基质营养物质的利用。

图3 蚯蚓粪施用量对甜瓜根系活力的影响Fig.3 The effect of earthworm manure application rate on root activity of melon

2.2 蚯蚓粪配施量对叶绿素含量的影响

由图4 可知，定植后第28 天，T8 处理的叶绿素a、叶绿素b 和叶绿素（a+b）含量均为最高，较T1 处理分别显著提高38.6%、32.2%和36.2%。定植后第42天，T5 处理叶绿素（a+b）含量最高；T5 处理叶绿素a和叶绿素b 含量较T1 处理均显著提高；T6 处理叶绿素（a+b）含量较T5处理显著降低17.8%。定植后第56天，T5 处理叶绿素（a+b）含量最高，较T1 显著提高29.4%，T6 处理较T5 处理无显著差异（图4-C）。由此可知，适量蚯蚓粪可以促进甜瓜叶片叶绿素含量的增加，进而对植株光合作用及光合产物的积累有促进作用。

图4 蚯蚓粪施用量对甜瓜叶绿素含量的影响Fig.4 The effect of earthworm manure application rate on chlorophyll content of melon

2.3 蚯蚓粪配施量对甜瓜植株光合参数的影响

由图5可知，不同处理的光合指标整体均随着植株的生长呈逐渐下降的趋势。在定植后第28和第42天，T5处理的净光合速率最高，显著高于T1处理（图5-A）。在定植后第42和第56天，T5处理的气孔导度最高，较T1处理分别显著高出27.5%和41.3%（图5-B）。在定植后第28、第42和第56天，T5处理胞间CO2浓度均为最高，较T1 处理分别显著增加23.47%、48.56%和57.49%（图5-C）。定植后第28和第42天，T5处理蒸腾速率最高，且显著高于T1处理；在定植后第56天，添加蚯蚓粪处理蒸腾速率均显著高于无蚯蚓粪的T1处理（图5-D）。由此可见，适量蚯蚓粪配施对甜瓜植株光合作用有显著促进作用。

图5 蚯蚓粪施用量对甜瓜光合参数的影响Fig.5 The effects of earthworm manure application rate on photosynthetic parameters of melon

2.4 蚯蚓粪配施量对植株养分含量的影响

2.4.1 蚯蚓粪配施量对植株全氮含量的影响 由图6

图6 蚯蚓粪施用量对甜瓜氮含量的影响Fig.6 The effects of earthworm manure application rate on N content of melon

可知，蚯蚓粪处理植株根、茎、叶全氮含量随着蚯蚓粪配施量的增加整体呈先上升后下降的变化趋势。根中全氮含量，在定植后第14 天表现为T8 处理最高，显著高于T1处理56.3%；定植后第28和第42天，T5处理根中全氮含量最高，较T1处理分别显著提高21.9%和69.3%，T6处理根中全氮含量较T5处理显著降低（图6-A）。茎和叶中全氮含量，在定植后第14、第28、第42和第56天，均表现为T5 处理最高，显著高于T1 和T6 处理（图6-B、C）。上述结果表明，在设施袋培甜瓜中合理配施蚯蚓粪有利于促进甜瓜植株对氮的吸收和利用。

2.4.2 蚯蚓粪配施量对植株全磷含量的影响 由图7可知，随着蚯蚓粪配施量的增加，植株根、茎、叶中全磷含量整体呈先升高后下降的变化趋势。根中磷含量，在定植后第14、第28、第42 和第56 天均表现为T5 处理最高，较T1处理分别显著增加74.8%、71.6%、47.1%和77.9%，T6处理根中全磷含量较T5处理显著降低（图7-A）。茎中全磷含量，在定植后第14天表现为T6处理最高，且显著高于其他处理；定植后第28、第42 和第56 天，T5 处理茎中全磷含量较T1 显著提高81.8%、59.7%和75.0%（图7-B）。叶中全磷含量，在定植后第14天，以T8处理最高，显著高于T1 和T6 处理；定植后第28、第42 和第56天，T5处理均为最高且显著高于T1和T6处理（图7-C）。上述结果表明，在设施袋培甜瓜中合理配施蚯蚓粪有利于甜瓜植株对磷元素的吸收和利用。以T5 促进效果最佳，过量配施会减少甜瓜对磷元素的吸收与利用。

图7 蚯蚓粪施用量对甜瓜磷含量的影响Fig.7 The effects of earthworm manure application rate on P content of melon

2.4.3 蚯蚓粪配施量对植株全钾含量的影响 由图8可知，随着蚯蚓粪配施量的增加，植株根、茎、叶的全钾含量整体呈现先上升后下降的变化趋势。T5处理的根、茎、叶全钾含量在甜瓜生长各个时期均为最高，其中根中全钾含量较T1 处理分别显著提高71.4%、74.4%、55.8%和43.3%；茎中全钾含量分别显著提高44.4%、31.8%、31.1%和26.7%；叶中全钾含量分别显著提高26.5%、17.1%、29.1%和17.7%。T6 处理蚯蚓粪配施量较T5 处理增加10%，但植株根、茎、叶中全钾含量显著降低。上述结果表明，设施袋培甜瓜中合理配施蚯蚓粪后，植株对钾元素的吸收和利用显著增加。

图8 蚯蚓粪施用量对甜瓜钾含量的影响Fig.8 The effects of earthworm manure application rate on K content of melon

2.5 蚯蚓粪配施量对甜瓜产量和品质的影响

由表4 可知，随着蚯蚓粪施用量的增加，单株产量整体呈先上升后下降的趋势。蚯蚓粪处理甜瓜的单株产量较T1 处理显著提高，T5 处理单株产量高于T8 处理，但差异不显著；T5和T8处理单株产量分别较T1处理显著提高62.40%和45.55%；T6、T7 处理单株产量较T5处理显著下降。综上所述，添加适量蚯蚓粪有利于甜瓜产量的提高，而过量配施蚯蚓粪则会导致产量下降。

表4 蚯蚓粪配施量对甜瓜产量和品质的影响Table 4 The effect of earthworm manure on yield and quality of melon

蚯蚓粪的配施对甜瓜果实可溶性糖、可溶性固形物、可溶性蛋白和维生素C含量的提升效果显著，其中T5 处理对甜瓜果实可溶性糖、可溶性固形物及维生素C 含量提升效果最为显著，分别较T1 处理显著提高了3.6、4.7 个百分点和51.72%；T6 处理可溶性蛋白含量最高，显著高于T5和T1处理。综合考虑，T5处理对甜瓜品质提升效果较好。

3 讨论

3.1 蚯蚓粪配施对甜瓜生长、产量及品质的影响

前人研究表明，蚯蚓粪的施用能够改善基质理化性质，提高基质养分含量，改善作物根际环境，在番茄和黄瓜栽培试验中，能显著增加番茄根冠比，促进番茄和黄瓜植株株高、茎粗和叶面积等各项农艺性状的提高［27-30］。本研究结果表明，在配施蚯蚓粪后，甜瓜的株高、茎粗、生物量及根系活力等生长指标均有所提高，其中T5（蚯蚓粪∶草炭∶蛭石=4∶1∶5）处理提升效果最为显著，蚯蚓粪配施量达到50%体积比的T6处理对甜瓜植株生长及营养吸收产生的促进作用降低。植物生长与土壤养分和土壤微生物结构密切相关［31］，有研究表明，蚯蚓粪配施可促进微生物的大量繁殖，改善土壤微生物结构，提高有益菌群数量，其中部分有益菌群可以产生植物激素和腐殖酸等物质［32］，这些物质可以有效促进植株根系生长及侧根数目增加［33］，进而影响植株地上部生长。蚯蚓粪不仅在植物生长上具有促进作用，对光合作用、产量及果实品质也具有促进作用。蚯蚓粪应用于黄瓜［34］、葡萄［35］、番茄［36］等园艺作物时，能显著增强植株光合作用，提高果实产量和果实中的可溶性糖、维生素C 及可溶性蛋白含量。本研究同样发现，配施蚯蚓粪处理的甜瓜植株光合作用、果实产量及品质指标较无蚯蚓粪处理均有所提升，以T5（蚯蚓粪∶草炭∶蛭石=4∶1∶5）处理的提升效果最为显著。究其原因，作物产量及品质的形成与光合能力强弱和土壤肥力等因素有关，有研究表明蚯蚓粪中的生物活性物质可参与植株中多种生理反应，显著提高作物叶绿素含量，延缓叶片衰老，增强叶片光合能力［37-38］，且蚯蚓粪还可通过调控微生物对有机质的矿化分解及固氮作用，间接提高土壤中养分的含量和有效性，有助于增加植株中的营养元素含量，进而提高产量和果实品质［39-40］。

3.2 蚯蚓粪配施对甜瓜营养吸收的影响

在甜瓜的整个生长期内，对于氮、磷、钾的需求量较大，植株氮、磷、钾含量是作物产量品质形成的基础［41］。孙志祥等［42］研究表明，施用有机肥能显著提高土壤中氮、磷和钾的含量，改善土壤理化性质，有利于水稻根系对养分的吸收。在本研究中，施用蚯蚓粪增加了甜瓜植株根、茎、叶中氮、磷、钾的含量，以T5处理对植株氮、磷、钾含量综合提升效果最佳。蚯蚓粪提高植株营养吸收能力由多方面因素决定，有研究表明，蚯蚓粪具有特殊的团粒结构，施用后可以改善土壤结构，提高土壤的通气性［43］，而甜瓜作为典型的根际气体敏感性作物，基质通气性的提高更加有利于甜瓜根系生长和养分吸收。通气性的增强可提高植物根系细胞质膜上的H+-ATPase 活性［44］，促进植物根系细胞从细胞膜外向细胞膜内运输养分离子，从而提高植株对养分的吸收能力。除此之外，蚯蚓粪中的纤维素酶、几丁质酶和淀粉酶等酶类能够加速将有机质分解为易于被植物吸收的养分，提高肥料利用率，增强土壤的供肥能力［45-47］。同时，蚯蚓粪含有的次生代谢物也可参与调节植物生长发育过程，如大量元素和微量元素的代谢，进而促进植株对养分的吸收利用［48-50］。

4 结论

蚯蚓粪不同施用量对甜瓜植株的生长及营养吸收能力有着不同程度的促进作用。以T5（蚯蚓粪∶草炭∶蛭石=4∶1∶5）处理对甜瓜的生长及养分吸收综合提升效果最为显著，超过适宜的蚯蚓粪配施量对甜瓜植株生长的促进作用降低。综合考虑，蚯蚓粪在日光温室袋培甜瓜生产中的适宜比例为蚯蚓粪∶草炭∶蛭石=4∶1∶5。