蚯蚓粪对土壤生物化学特性和菜心产量与品质的影响

发布时间：2020-07-07 17:50

【摘要】：畜牧业和食用菌产业迅速扩张,导致牛粪和菌渣的累积量不断增加,这已成为环境污染的重要来源之一。此外,农业系统中不合理的施肥管理也会引起水质恶化。堆肥化处理是目前主要的农业废弃物资源化利用方式。但是传统堆肥受到堆制时间、养分含量、微生物多样性的影响,资源化利用效率较低。与传统堆肥相比,蚯蚓堆肥是一种高效的生物转化技术,蚯蚓堆肥不仅加快了有机质的矿化速率,还产生具有很高的微生物活性和高含量磷、钾的蚯蚓粪,它是有效改善土壤质量、提高作物产量和品质的土壤改良剂。因此,研究蚯蚓粪对于土壤质量、作物生长和品质及土壤养分流失的影响对于农业生产和环境可持续发展具有重要的指导意义。本研究针对农业废弃物牛粪和菌渣,进行传统堆肥和蚯蚓堆肥,通过测定传统堆肥和蚯蚓粪的化学性质、微生物群落多样性和酶活性,从本质上了解堆肥和蚯蚓粪的性质区别。在此基础上,设置不施肥、化肥、牛粪堆肥、牛粪蚯蚓粪、牛粪-菌渣堆肥、牛粪-菌渣蚯蚓粪6个处理,通过盆栽试验,研究蚯蚓粪对土壤养分、酶活性、微生物量碳以及菜心光合性能、根系形态、生物量、品质等方面的影响。进一步探究蚯蚓粪对土壤养分持留的影响机理。旨在为农业废弃物的资源化利用以及减少肥料对环境的污染提供科学数据。主要研究结果如下:(1)蚯蚓堆肥过程加强了对有机物的矿化,与牛粪堆肥、牛粪-菌渣堆肥相比,蚯蚓粪的速效磷、硝态氮含量显著增加,而铵态氮含量降低。(2)不同堆肥处理的有机物料,微生物群落(门)多样性发生了明显变化。与堆肥相比,蚯蚓粪中的Saccharibacteric和放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度增加,这种变化在牛粪-菌渣蚯蚓粪中更加明显。此外,蚯蚓粪中含有一些促生菌,包括固氮菌:肠杆菌属(Enterobacter)、根瘤菌属(Rhizobium)、红螺菌属(Rhodospirillales)、伯克霍尔德氏菌科(Burkholderiaceae),解磷细菌:硫杆菌属(Thiobacillus)等。(3)不同处理下,土壤的化学性质发生显著变化。与不施肥相比,化肥、牛粪堆肥、牛粪-菌渣堆肥、牛粪蚯蚓粪、牛粪-菌渣蚯蚓粪均提高了土壤全氮、全磷、速效磷、速效钾含量,速效磷含量在化肥、牛粪堆肥处理下提高最多,分别提高了 45.66%、31.51%。而速效钾含量在牛粪堆肥、牛粪-菌渣堆肥处理下提高最多,分别提高了178.62%、168.01%。铵态氮含量在不同处理间变化不明显。值得注意的是化肥提高了 204.94%的硝态氮含量,而堆肥和蚯蚓粪对于土壤硝态氮含量没有显著影响。(4)施用蚯蚓粪促进了土壤微生物活动和酶活性,牛粪堆肥、牛粪蚯蚓粪、牛粪-菌渣蚯蚓粪显著提高了土壤呼吸强度,牛粪-菌渣蚯蚓粪的提升幅度最大,比化肥、不施肥分别提高了 68.97%、81.48%。土壤微生物量碳含量在牛粪蚯蚓粪、牛粪-菌渣蚯蚓粪中最高,与不施肥相比分别提高了 157%和100%。堆肥、蚯蚓粪均提高了土壤转化酶、β-葡萄糖苷酶、N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性。转化酶、N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶在蚯蚓粪处理下活性更高,酸性磷酸酶在堆肥处理下活性更高。(5)施用堆肥和蚯蚓粪显著提高了菜心的净光合速率、总根长、总根表面积、分枝数等光合性能指标和根系指标,并且,蚯蚓粪的提升幅度要大于堆肥。其中,牛粪-菌渣蚯蚓粪的效果最佳。(6)施用蚯蚓粪,不同程度的改善了菜心品质。与化肥相比,蚯蚓粪降低了 80%的硝酸盐含量;另外,牛粪蚯蚓粪、牛粪-菌渣堆肥、牛粪-菌渣蚯蚓粪分别提高了 106%、114%、48%的可溶性糖含量;牛粪蚯蚓粪还显著提高了菜心氨基酸含量;与不施肥相比,牛粪-菌渣堆肥、牛粪-菌渣蚯蚓粪显著提高了菜心维生素C含量。(7)与化肥和不施肥相比,施用堆肥仅显著降低了土壤地表径流、氨氮和全磷的流失量。而蚯蚓粪除此之外还降低了土壤下渗液和硝态氮的流失量。从总体来看,牛粪-菌渣蚯蚓粪对于减少土壤水分、养分流失效果最好。综上所述,堆肥和蚯蚓粪均提高了土壤养分含量并减少养分流失,但是蚯蚓粪在养分含量、微生物多样性、减少养分流失、提高菜品质等方面,效果要优于传统堆肥。这有助于农业废弃物的高效利用以及降低施用化肥带来的环境风险,对于改善土壤质量,提高蔬菜品质有重要指导意义。
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S634.5;X71
【图文】：

代谢途径

图２邋ＫＧＥＥ代谢途径差异性分析逡逑Ｆｉｇ．２邋Ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｏｆ邋Ｍｅｔａｂｏｌｉｃ邋Ｐａｔｈｗａｙ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ逡逑

土壤呼吸强度,土壤微生物量碳,蚯蚓粪,牛粪

３．２．２对土壤呼吸的影响逡逑土壤呼吸主要由土壤微生物（异养呼吸）和根系（自养呼吸）代谢产生，土壤呼逡逑吸强度的大小可反映微生物、根系代谢强度。由图３可以看出，与不施肥（ＣＫ）、逡逑化肥（Ｆ）相比，牛粪堆肥（Ｃ）、牛粪蚯蚓粪（ＣＶ）、牛粪－菌渣蚯蚓粪（ＭＶ）显逡逑著提高了土壤呼吸强度（尸＜０．０５）。与Ｆ比分别提高了邋３７．９３％、６８．９７％、３７．９３％，逡逑与ＣＫ比分别提高了邋４８．１５％、８１．４８％、４８．１５％。这说明Ｃ、ＣＶ、ＭＶ处理提高了土逡逑壤微生物活性。逡逑６邋逦逦逦逦逡逑广？邋■邋ｂ逡逑＿Ｂ＿逡逑ｕ邋ｉ逦ｉ逦１逦ｉ逦Ｉ逦Ｔ逦—邋ｒ逡逑Ｃ逦ＣＶ逦Ｍ逦ＭＶ逦Ｆ邋ＣＫ逡逑图３不同处理对土壤呼吸强度的影响逡逑Ｆｉｇ．３邋Ｅｆｆｅｃｔｓ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ邋ｏｎ邋ｓｏｉｌ邋ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ逡逑不同处理间不同小写字母代表差异显著性户＜0．0５逡逑３．２．３对土壤微生物量碳的影响逡逑土壤微生物量碳也是表征土壤质量的指标之一，从一定程度上反映了土壤的微生逡逑物量。由图４可以看出，土壤微生物量碳含量在化肥（Ｆ）和不施肥（ＣＫ）之间没有逡逑变化，与化肥和不施肥相比，施用堆肥和蚯蚓粪显著提高了土壤微生物量碳含量逡逑＜０．０５）。其中

酶活性,糖苷酶,土壤碳,差异显著性

图５不同处理对土壤转化酶活性的影响逡逑Ｆｉｇ．５邋Ｅｆｆｅｃｔｓ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ邋ｏｎ邋ｓｏｉｌ邋ｉｎｖｅｒｔａｓｅ邋ａｃｔｉｖ不同处理间不同小写字母代表差异显著性Ｐ＜０．０５逡逑糖苷酶逡逑土壤碳循环中主要的酶，在产生糖的低分子量碳水化合１７逡逑

【参考文献】