蚯蚓粪对水稻生长及根际和非根际土壤养分的影响

莫天津 徐会娟

摘要  ［目的］通过把灭菌蚯蚓粪和未灭菌蚯蚓粪施入水田作基肥，探究蚯蚓粪中微生物对水稻产量的影响。［方法］把灭菌蚯蚓粪和未灭菌蚯蚓粪通过氮、磷含量换算替代30%化肥作为基肥，设置4个处理（灭菌蚯蚓粪30%替代化肥+70%化肥、未灭菌蚯蚓粪30%替代化肥+70%化肥、100%化肥、不施肥），分析灭菌蚯蚓粪替代30%化肥对水稻产量及根际、非根际土壤有机质、pH、有效磷、硝态氮和铵态氮的影响。［结果］施用未滅菌蚯蚓粪替代30%化肥处理的水稻秸秆产量最大为（87.99±2.21） kg/hm2；施用蚯蚓粪替代部分化肥整体上可以改良酸性土壤的pH，施用化肥会加强酸性土壤的酸性，根际土的pH略低于非根际土；施用蚯蚓粪可以提高土壤全氮、全磷、全钾含量，其中根际土养分含量高于非根际土；蚯蚓粪+70%化肥增加有机质最多，根际土有机质含量比非根际土有机质含量多。［结论］施用蚯蚓粪替代30%可以提高水稻产量，提高根际土和非根际土的全氮、全磷、全钾含量，改善土壤pH，提高土壤有机质含量，蚯蚓粪中的微生物对水稻生长和产量具有促进作用。

关键词  灭菌蚯蚓粪；蚯蚓粪；有机肥替代；水稻

中图分类号  S511  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）05-0166-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.05.040

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Earthworm Manure on Rice Growth and Rhizosphere and Non-rhizosphere Soil Nutrients

MO Tian-jin1，XU Hui-juan2

（1.College of Nature Resources and Environment，South China Agricultural University/Key Laboratory of Farmland Conservation in South China， Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Guangzhou，Guangdong 510642;2.College of Nature Resources and Environment， South China Agricultural University/Key Laboratory of Land Use and Improvement in Guangdong Province， Guangzhou， Guangdong 510642）

Abstract  ［Objective］To study the effects of microorganisms in worm droppings on rice yield by applying inactivated and inactivated worm droppings to paddy field as base fertilizer.［Method］Sterilized and unsterilized vermicast were converted by nitrogen and phosphorus contents to replace 30% fertilizer as base fertilizer.Four treatments were set up（sterilized vermicast 30% instead of fertilizer +70% fertilizer，unsterilized vermicast 30% instead of fertilizer +70% fertilizer，100% fertilizer and no fertilizer）.The effects of sterilized earthworm manure replacing 30% fertilizer on rice yield，rhizosphere non-rhizosphere soil organic matter，pH，available phosphorus，nitrate nitrogen and ammonium nitrogen were analyzed.［Result］The maximum weight of rice straw was （87.99±2.21） kg/hm2 when unsterilized earthworm manure was applied instead of 30% fertilizer.Applying vermicompost instead of fertilizer could improve the pH of acidic soil on the whole.Applying fertilizer could strengthen the acidity of acidic soil.The pH of rhizosphere soil was slightly lower than that of non-rhizosphere soil.Application of earthworm manure could increase the content of total nitrogen，total phosphorus and total potassium in soil，and the nutrient content of rhizosphere soil was higher than that of non-rhizosphere soil.Earthworm manure +70% fertilizer increased organic matter most，and the content of organic matter in rhizosphere soil was higher than that in non-rhizosphere soil.［Conclusion］Application of earthworm manure replacement by 30% could increase rice yield，increase total nitrogen，total phosphorus and total potassium content in rhizosphere soil and non-rhizosphere soil，improve soil pH and soil organic matter.Microorganisms in earthworm manure can promote rice growth and yield.

Key words  Sterilized vermicompost;Earthworm droppings;Organic fertilizer replacement;Rice

基金项目  国家自然科学基金重大集成项目（U1901601）;国家自然科学基金面上项目（41877063）。

作者简介  莫天津（1997—），男，贵州遵义人，硕士研究生，研究方向：畜禽粪便资源化利用。*通信作者，副教授，博士，从事蚯蚓对土壤和堆肥基质中污染物和养分转化的调控研究。

收稿日期  2023-03-03；修回日期  2023-03-27

常见的蚯蚓粪肥的制备方式是采用有机废弃物为原料，将堆肥处理与生物处理相结合，有机废弃物被蚯蚓吞食，在蚯蚓体内微生物的作用下进行消化降解，将有机废弃物降解为可利用的再生物，进行有机废弃物的再利用以蚯蚓粪的形式［1］。近年来，蚯蚓粪肥在我国的利用广泛，由于《国家质量兴农战略规划（2018—2022 年）》这个规划的提出，以及大家对环境保护意识的提升和对粮食安全和土壤安全的重视，提倡大幅减少化肥的施用，增加有机肥的施用量［2］。有学者通过田间试验表明，水稻使用蚯蚓粪有机肥比常规施肥处理增产明显，与对照处理增产效果差异均达极显著水平，尤其是减少5%常规施肥2 250 kg/hm2蚯蚓粪处理，可以获得最佳经济效益［3］。董林林等［4］通过生物质碳配施蚯蚓粪得出生物质碳配施蚯蚓粪促进了水稻生长，有利于提高化学元素利用率，是培肥中低产田、提高作物产量和养分利用率的有效措施。顾建芹等［5］研究表明，在基肥中施用蚯蚓粪有机肥，可减少施肥次数1～2次，降低化学纯氮用量35.5%～69.1%，水稻增产提高2.5%～7.8%。因此，笔者以灭菌蚯蚓粪、未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥进行水稻大田试验，通过对水稻产量及根际非根际土壤氮磷钾含量进行分析，研究蚯蚓粪中微生物对蚯蚓粪肥效的影响，从而为蚯蚓粪进行种养循环提供参考。

1  材料与方法

1.1  试验材料

蚯蚓粪由华南农业大学中施农泰蚯蚓养殖基地提供，蚯蚓粪由牛粪粗渣、加多宝药材渣预堆肥后经过蚯蚓生物处理而成，其全氮含量为（0.23±0.03） g/kg，总磷含量为（0.11±0.02） g/kg，总钾含量为（0.21±0.01） g/kg；灭活蚯蚓粪经过紫外线处理灭菌。水稻选用粤禾丝苗品种。

1.2  试验地概况

大田试验地点为华南农业大学增城白水寨万果小镇试验田（113.784E，23.55N），试验田为建筑材料堆积清理后稻田，含大量沙石，土壤贫瘠。

1.3  试验设计

选用灭菌蚯蚓粪、未灭菌蚯蚓粪、化肥3种肥料，于2021年4月进行蚯蚓粪大田试验，并设置以下4个处理，灭菌蚯蚓粪30%替代化肥+70%化肥、未灭菌蚯蚓粪30%替代化肥+70%化肥、100%化肥、不施肥，3个重复，共计12个小区，小区面积12 m2。

1.4  样品采集与分析

（1）土壤样品采集。非根际土采样采用多点采集法（10～15个样点），采集试验田块0～20 cm耕层土壤的基础样品，用抖根法收集根际土，挖出带土的水稻植株，轻轻抖落植株根系上的较大颗粒土，再用细毛刷将黏附在须根上的根际土收集至无菌自封塑料袋中，同时收取等量的非根际土。将土壤置于室外自然风干，然后去除杂质，研磨后分别过1.00和0.25 mm 筛，用于测定土壤理化性质。

（2）水稻秸秆产量。采用人工全区收获，现场记录各处理收获稻谷产量、水稻秸秆产量，并取样测定籽粒水分含量、含杂率。

1.5  数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2003进行数据处理与作图，采用SPSS 17.0软件对不同处理之间的相关数据进行显著性差异分析（P<0.05）。

2  结果与分析

2.1  蚯蚓粪对水稻秸秆的影响

由图1可知，施用未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥处理的水稻秸秆产量最大为（87.99±2.21）kg/hm2，其次是灭菌蚯蚓粪替代30%化肥为（77.22±8.17）kg/hm2。施用未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥处理的水稻秸秆产量比化肥施肥处理的水稻秸秆产量增重15%，施用灭菌蚯蚓粪替代30%化肥处理的水稻秸秆产量和化肥施肥处理的水稻秸秆产量无显著差异。

2.2  蚯蚓粪对水稻籽粒产量的影響

由图2可知，施用化肥处理的籽粒产量最大为（26.17±2.81） kg/hm2，其次为未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥为（25.35±2.38） kg/hm2。未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥处理的籽粒产量和化肥施肥处理的籽粒产量无显著差异，但它们与施用灭菌蚯蚓粪处理的籽粒产量差异显著（P＜0.05），且施用未灭菌蚯蚓粪处理的籽粒产量比施用灭菌蚯蚓粪处理的籽粒产量增加18%。表明未灭菌蚯蚓粪中的有益微生物有促进水稻籽粒增产的作用，其效果和全量施用化肥无差异，施用灭菌蚯蚓粪替代部分化肥处理的籽粒产量和不施肥处理的籽粒产量差异显著，说明灭菌蚯蚓粪中的有机质等养分含量促进水稻籽粒的增产。在收获时施用未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥处理小区水稻秸秆长势明显更好，秸秆和稻叶比其他处理绿。

2.3  施用蚯蚓粪对根际、非根际土壤理化性质的影响

2.3.1  施用蚯蚓粪对水稻根际、非根际土壤pH的影响。

试验开始前测得土壤pH为5.35±0.12。由图3可知，施用未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥的小区根际土、非根际土pH上升最多，其中根际土pH为5.91±0.01、非根际土pH为6.15±0.01；施用灭菌蚯蚓粪替代30%化肥小区土壤根际土、非根际土pH分别为5.62±0.02、5.86±0.01；施用化肥小区土壤根际土、非根际土pH分别为5.32±0.01、5.36±0.02；不施肥小区土壤根际土、非根际土pH分别为5.43±0.02、5.53±0.01；施用化肥处理和未灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理pH有显著差异，未灭菌蚯蚓粪+70%化肥和灭菌蚯蚓粪+70%化肥无显著差异，灭菌蚯蚓粪+70%化肥和不施肥有显著差异（P＜0.05）。表明施用蚯蚓粪替代部分化肥整体上可以改良酸性土壤的pH，施用化肥会加强酸性土壤的酸性，根际土的pH略低于非根际土。

2.3.2  施用蚯蚓粪对水稻根际、非根际土壤全氮、全磷和有效钾的影响。

由图4可知，根际土中全氮含量最高的是未灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理，为（1.78±0.04） g/kg，其次是化肥处理1.65 g/kg，但无显著差异；非根际土中全氮含量最高的是未灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理为（1.62±0.03） g/kg，其次是化肥处理（1.58±0.05）g/kg，它们之间无显著差异。根际土中全磷含量最高的是未灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理为（0.92±0.04） g/kg，其次是灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理为（0.85±0.02） g/kg，它们之间无显著差异；非根际土中全磷含量最高的是未灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理为（0.84±0.03） g/kg，其次是化肥处理为（0.81±0.04） g/kg，它们之间无显著差异。根际土中全钾含量最高的是未灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理为（1.38±0.08） g/kg，其次是化肥处理为（1.28±0.08） g/kg，它们之间无显著差异；非根际土中全钾含量最高的是未灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理为（1.23±0.09） g/kg，其次是化肥处理为（1.12±0.08） g/kg。表明施用蚯蚓粪可以提高土壤全氮、全磷、全钾含量，其中根际土养分含量高于非根际土，未灭菌蚯蚓粪+70%化肥比灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理对土壤中全氮、全磷、全钾含量提高更多，根际土全氮、全磷、全钾含量比非根际土全氮、全磷、全钾含量高。

2.3.3  施用蚯蚓粪对水稻根际、非根际土壤有机质的影响。

由图5可知，根际土中有机质含量最高的是未灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理为（18.22±1.72） g/kg，其次是施用化肥处理为（17.89±1.11） g/kg；非根际土中有机质含量最高的是未灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理为（16.69±1.55） g/kg，其次是化学施肥处理为（16.26±1.87） g/kg，且两者间无显著差异。表明施用蚯蚓粪可以增加土壤中的有机质，未灭菌蚯蚓粪+70%化肥比灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理使土壤有机质含量提高更多，根际土有机质含量比非根际土有机质含量高。

3  讨论

将蚯蚓粪施入水田土壤会使土壤有机质含量提高，对种植作物有明显的增产效果［6］。施用生物有机肥比施用化肥处理能够增加种植作物的产量和品质，有机肥中的微生物促进水稻无机溶解菌和有机磷分解数量以及磷酸酶和脲酶的活性，同时对水稻根际土壤磷转化速率有明显的提高，从而加速了土壤养分的转化［7］。该研究通过施用灭菌蚯蚓粪和蚯蚓粪有机肥，结果发现在蚯蚓粪替代30%化肥早稻秸秆产量（87.99±5.43）kg/hm2，灭菌蚯蚓粪替代30%化肥为（77.22±8.17）kg/hm2，施用化肥（74.87±6.78）kg/hm2。施用未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥处理的水稻秸秆产量比化肥施肥处理的水稻秸秆产量增加15%。该研究结果与前人研究结果一致，刘洋［3］研究表明水稻施用未灭菌蚯蚓粪有机肥比常规施用化肥处理增产明显，比对照处理增产效果差异均达极显著水平。谭骏等［8］研究表明未灭菌蚯蚓粪有机肥能够增加土壤微生物持有物种数目，并提高益生菌丰度，对农田土壤的安全利用产生了积极影响。李杨等［9］通过蚯蚓粪生物有机肥在水稻上的应用效果试验表明，水稻常规基肥用量减少15%，用15%的蚯蚓粪代替，不影响水稻的返青分蘖，产量与常规施肥相当或略有增产，可节约化肥用量37.5 kg/hm2，改善土壤质量。

施用未灭菌蚯蚓粪替代30%化肥的小区根际土pH为5.91±0.01，非根际土pH为6.15±0.01；施用灭菌蚯蚓粪替代30%化肥小区土壤根际土pH为5.62±0.02，非根际土pH为5.86±0.01；施用化肥小区土壤根际土、非根际土pH分别为5.32±0.01、5.36±0.02。该研究中化肥处理降低了根际土和非根际土的pH，这是因为化肥会大量提高土壤硝态氮和铵态氮含量，植株吸收铵态氮的过程会释放H+，导致土壤发生酸化［10］。而施用蚯蚓粪替代30%化肥和灭菌蚯蚓粪替代30%化肥能够提高根际土和非根际土的pH。这与赵牧秋等［11］研究结果一致。

根际土中全氮含量最高的是蚯蚓粪+70%化肥处理为（1.78±0.04） g/kg，其次是化肥处理1.65 g/kg；非根际土中全氮含量最高的是蚯蚓粪+70%化肥处理，为（1.62±0.03） g/kg，其次是化肥處理（1.58±0.05）g/kg。根际土中全磷含量最高的是蚯蚓粪+70%化肥处理，为（0.92±0.04） g/kg，其次是灭菌蚯蚓粪+70%化肥，为（0.85±0.02） g/kg。非根际土中全磷含量最高的是蚯蚓粪+70%化肥处理为（0.84±0.03） g/kg，其次是化肥处理为（0.81±0.04） g/kg。根际土中全钾含量最高的是未灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理，为（1.38±0.08） g/kg，其次是化肥处理，为（1.28±0.08） g/kg。非根际土全钾含量最高的是未灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理，为（1.23±0.09） g/kg，其次是化肥处理，为（1.12±0.08） g/kg。表明施用蚯蚓粪可以提高土壤全氮、全磷、全钾含量，其中根际土养分含量高于非根际土，蚯蚓粪+70%化肥比灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理增加全氮、全磷、全钾含量多，根际土全氮、全磷、全钾含量比非根际土全氮、全磷、全钾含量多。该研究与前人研究结果一致，张建军等［12］通过将不同的化肥品种与不同量的有机肥配施，结果发现，有机肥与化肥配施对土壤的养分含量起到一个调控作用，土壤中的碱解氮、速效磷含量等一些土壤养分指标都可以得到相应的提高。研究发现，有机肥与化肥配施会使土壤中的一些养分指标如有效磷、速效钾、有机质等含量提高，且随着施肥量的增加呈逐年增长的趋势［13］。卢光明等［14］研究发现有机肥与化肥配施可以提高土壤中的全氮含量，这与该研究发现蚯蚓粪的施用可以提高根际土、非根际土壤全氮含量一致。土壤中各类养分含量的提高如有机质、全氮、全磷、全钾等，会造成作物当季吸收利用的增强，作物吸收养分提高必然会对产量提高产生积极影响，施用未灭菌有机肥可不同程度增加细菌数量和种类多样性，进而使土壤系统向稳定健康的方向发展［15］。

根际土中有机质含量最高的是未灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理，为（18.22±1.72） g/kg，其次是施用化肥处理，为（17.89±1.11） g/kg；非根际土中有机质含量最高的是未灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理，为（16.69±1.55） g/kg，其次是化学施肥处理，为（16.26±1.87） g/kg，表明施用蚯蚓粪可以增加土壤中的有机质，未灭菌蚯蚓粪+70%化肥比灭菌蚯蚓粪+70%化肥处理增加有机质多，根际土有机质含量比非根际土有机质含量多。研究发现生物质炭配施蚯蚓粪能有效增加土壤有机碳，是培肥中低产田土壤、提高养分吸收利用和促进水稻增产的有效措施［16-23］。

4  结论

施用蚯蚓粪替代30%可以提高水稻产量，提高根际土和非根际土的全氮、全磷、全钾含量，改善土壤pH，提高土壤有机质含量，蚯蚓粪中的微生物对水稻生长和产量具有促进作用。

参考文献

［1］

仓龙，李辉信，胡锋，等.赤子爱胜蚓处理畜禽粪的最适湿度和接种密度研究［J］.农村生态环境，2002，18（3）：38-42.

［2］ 蚯蚓粪对提高土壤肥力的作用［J］.福建农业科技，1995（5）：25.

［3］ 刘洋.商品蚯蚓粪肥在不同作物上的肥效应用研究［D］.沈阳：沈阳农业大学，2022.

［4］ 董林林，沈明星，施林林，等.生物质炭配施蚯蚓粪对水稻产量及养分吸收的影响［J］.作物杂志，2022（5）：69-77.

［5］ 顾建芹，朱峰，陈春栋，等.蚯蚓粪有机肥在水稻上的应用效果初探［J］.上海农业科技，2017（4）：100-101，105.

［6］ 蔡树美，钱晓晴，柏彦超，等.不同供氮条件下施用蚯蚓粪对水稻生长及根系活性的影响［J］.扬州大学学报（农业与生命科学版），2009，30（4）：67-70.

［7］ 罗安程，SUBEDI T B，章永松，等.有机肥对水稻根际土壤中微生物和酶活性的影响［J］.植物营养与肥料学报，1999，5（4）：321-327.

［8］ 谭骏，黄河，汤薇，等.蚯蚓粪有机肥对土壤微生物群落的影响［J］.江苏农业科学，2021，49（20）：228-233.

［9］ 李杨，陈兴良.“蚯蚓粪”生物有机肥在水稻上的应用效果试验［J］.北方水稻，2019，49（6）：37-38.

［10］ ZHOU J，XIA，LIU X M，et al.Effects of nitrogen fertilizer on the acidification of two typical acid soils in South China［J］.Journal of soils and sediments，2014，14（2）：415-422.

［11］ 赵牧秋，金凡莉，孙照炜，等.制炭条件对生物炭碱性基团含量及酸性土壤改良效果的影响［J］.水土保持学报，2014，28（4）：299-303，309.

［12］ 张建军，樊廷录，王勇，等.有机肥对陇东黄土旱塬冬小麦产量和土壤养分的调控效应［J］.西北植物学报，2009，29（8）：1656-1662.

［13］ 唐继伟，李娟，车升国，等.长期单施不同量化肥和有机肥后盐化潮土pH和EC的变化［J］.植物营养与肥料学报，2019，25（8）：1300-1307.

［14］ 卢光明，芶剑渝，张远淑，等.配施有机肥对新复垦土壤氮素及烟叶氮含量的影响［J］.山地农业生物学报，2018，37（5）：25-30，61.

［15］ 徐忠山，刘景辉，逯晓萍，等.施用有机肥提高黑土土壤酶活性、增加细菌数量及种类多样性［J］.中国土壤与肥料，2020（4）：50-55.

［16］ 王英男，冉心怡，刘燚，等.蚯蚓粪肥研究现状［J］.乡村科技，2020（11）：39-40.

［17］ 王志凤.利用蚯蚓处理畜禽养殖业固体废弃物的技术研究［D］.济南：山东师范大学，2007.

［18］ 王劲松，董二伟，武爱莲，等.不同肥力条件下施肥对粒用高粱产量、品质及养分吸收利用的影响［J］.中国农业科学，2019，52（22）：4166-4176.

［19］ 王永和，高亚娟，李建龙，等.蚯蚓粪土壤改良剂克服草莓连作障碍的效果［J］.江苏农业学报，2013，29（5）：1039-1042.

［20］ 吳珏，朱峰，李建勇.蚯蚓粪肥对黄瓜生长、产量和品质的影响［J］.长江蔬菜，2017（16） ：60-63.

［21］ 吴盼盼，杨丽娟.蚓|粪对不同连作年限设施番茄生长、品质及产量的影响［J］.江苏农业科学，2017，45（7）：104-107.

［22］ 许永利，张俊英，李富平.蚯蚓粪的综合利用研究现状［J］.安徽农业科学，2007，35（23）：7179-7180.

［23］ 许永利，张俊英，袁跃广，等.设施番茄连作土壤的改良措施研究［J］.北方园艺，2010（5）：60-62.