鄧 曉， 武春媛， 楊桂生， 李 怡， 譚華東， 吳東明， 李勤奮，3

(1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所，海南?？?571101； 2.國家農(nóng)業(yè)環(huán)境儋州觀測實驗站，海南儋州 571737；3.海南省熱帶生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)重點實驗室，海南?？?571101)

海南是我國耕地面積最小的省份，且近年來常用耕地面積有減少的趨勢，作為我國冬季瓜菜的主要生產(chǎn)基地，耕地資源更顯短缺。濱海土壤作為一種重要的土地資源和農(nóng)業(yè)資源，是拓展沿海地域可耕土地面積的重要來源。海南濱海土壤大多屬于壤質(zhì)沙土，存在有機質(zhì)缺乏、養(yǎng)分分布不均和保水保肥性能差等缺陷，這將嚴重制約海南農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。此外，濱海土壤過高的含鹽量是制約土地復墾的關鍵因素，其不利于作物生長發(fā)育，導致作物生長衰退，甚至脫水枯死，使土壤資源難以利用，嚴重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民生活水平。土壤改良是高效利用鹽漬土資源的重要途徑，現(xiàn)階段的鹽漬土改良措施主要包括工程、化學、物理和生物等措施。上述措施各有優(yōu)缺點，但趨向于利用有機肥和工農(nóng)業(yè)有機廢棄物等無二次污染風險的材料進行土壤改良。利用有機肥來改良鹽漬化土壤，一方面可以改變土壤物理性狀，改善團粒結(jié)構(gòu)，增加農(nóng)作物的產(chǎn)量；另一方面，有機肥的施用會增加土壤中微生物的活性和數(shù)量，促進土壤中鹽分的遷移和轉(zhuǎn)化，降低鹽分濃度。蚯蚓糞具有良好的團粒結(jié)構(gòu)，富含微生物、生物活性物質(zhì)等，在施入土壤后通過對周圍土壤進行礦化作用，將土壤中的有效養(yǎng)分釋放出來，還能增加土壤腐殖質(zhì)的含量，比一般有機肥更能發(fā)揮改良土壤的作用。故針對海南濱海鹽漬土理化性質(zhì)差、肥料利用率低和作物長勢弱等問題，本研究通過設置盆栽試驗，以種植蕹菜為目標，探究不同配比的蚯蚓糞處理對海南濱海鹽漬土的鹽分、pH值、有機質(zhì)含量、有效養(yǎng)分、酶活和微生物多樣性的影響。旨在為蚯蚓糞應用于海南濱海鹽漬土改良提供科學的理論依據(jù)，并對促進海南農(nóng)業(yè)高效發(fā)展和生態(tài)安全具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年4—5月在中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院海口試驗基地溫室大棚內(nèi)進行，供試蕹菜品種為臺灣竹葉蕹菜。供試蚯蚓糞來自海南大學儋州校區(qū)農(nóng)科基地。供試土壤采自海南省文昌市蘭溪村(19°59′24.5″N，110°37′16.6″E)0～20 cm耕作層土壤，風干后過2 mm篩備用，pH值為6.33，鹽分含量3.36 g/kg，有機質(zhì)含量17.1 g/kg，全氮含量 0.683 g/kg，有效磷含量60.01 mg/kg，速效鉀含量 192.4 mg/kg。

1.2 試驗設計

盆栽試驗按照蚯蚓糞與濱海鹽漬土體積比的不同設置5個處理，分別為0 ∶20、1 ∶20、2 ∶20、3 ∶20 和4 ∶20，每種處理3次重復。每盆植株栽培條件與管理方式相同，蚯蚓糞與過2 mm篩的風干土混合均勻后直接用于種植蕹菜，澆水1次/d，30 d后記錄蕹菜葉片數(shù)并采收蕹菜同時采集土壤樣品。整株蕹菜連根拔起將根部沖洗干凈后晾干稱量蕹菜質(zhì)量，土壤樣品分成3份，一份過2 mm篩后保存于-80 ℃，用于土壤微生物多樣性分析；一份風干后過1 mm篩用于測定土壤鹽分、pH值及有機質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量；一份風干后過40目篩，用于測定土壤脲酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶和酸性轉(zhuǎn)化酶活性。

1.3 測定方法

土壤pH值及鹽分、有機質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量均參照農(nóng)業(yè)行業(yè)標準測定。各種土壤酶活指標均采用試劑盒(蘇州科銘生物技術有限公司，www.cominbio.com)分析測定。土壤微生物群落及其多樣性分析采用高通量測序方法，將每種處理3次重復試驗的土壤樣品分別采用土壤基因組DNA提取試劑盒[天根生化科技(北京)有限公司]提取土壤總DNA，使用紫外分光光度計測定DNA的質(zhì)量和濃度；然后采用通用引物338F(5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3′)和806R(5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)擴增細菌16S rRNA基因V3-V4區(qū)；根據(jù)PCR產(chǎn)物濃度將3次重復的PCR產(chǎn)物進行等量混樣，充分混勻后使用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測PCR擴增產(chǎn)物，對目的條帶使用瓊脂糖凝膠回收試劑盒純化回收產(chǎn)物，文庫構(gòu)建和測序委托北京百邁客生物科技有限公司完成。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

使用UCLUST算法確定具有97%序列相似性的系統(tǒng)類型的操作分類單元(OTUs)，應用百邁客生物云平臺(https：//international.biocloud.net) 開展多樣性指數(shù)和物種分類分析。應用Excel 2010 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和圖表制作，采用SPSS 19.0 對數(shù)據(jù)進行方差分析，用Duncan’s 多重比較法進行差異顯著性檢測。

2 結(jié)果與分析

2.1 蚯蚓糞對蕹菜生長的影響

由表1可知，在不施用任何肥料的條件下，與不施蚯蚓糞相比，蚯蚓糞與濱海鹽漬土體積比為 1 ∶20～4 ∶20時均能促進蕹菜的根系生長，提高蕹菜的葉片數(shù)和單株質(zhì)量。其中平均每株葉片數(shù)增加26.8%～31.0%，單株蕹菜的質(zhì)量提高42.0%～87.5%，平均每株地下部根質(zhì)量提高37.5%～106.3%，均達顯著水平(<0.05)。

表1 蚯蚓糞對濱海鹽漬土中蕹菜生長的影響

2.2 蚯蚓糞對濱海鹽漬土鹽分和pH值的影響

由表2可知，蚯蚓糞與濱海鹽漬土比例為 1 ∶20～2 ∶20的處理土壤鹽度顯著降低(<0.05)，降低率達14.0%～19.9%；蚯蚓糞與濱海鹽漬土比例為 3 ∶20～4 ∶20 的處理土壤鹽度略有升高，但未達顯著水平(>0.05)。蚯蚓糞與濱海鹽漬土比例為1 ∶20和 2 ∶20 處理之間對土壤鹽度的降低效果無顯著差異(>0.05)。

未添加蚯蚓糞的土壤種植蕹菜后，仍為酸性土壤(pH值為6.35)；添加蚯蚓糞的4個處理種植蕹菜后，土壤均變?yōu)橹行酝寥?pH值為6.87～7.22)，pH值提高了0.52～0.87，且均達顯著水平(<0.05)。說明體積比為1 ∶20～4 ∶20的蚯蚓糞能使濱海鹽漬土由酸性改善為中性，更有利于作物的生長?？紤]經(jīng)濟成本和實際效果，以添加1 ∶20～2 ∶20 的蚯蚓糞對降低土壤鹽度和改善土壤的酸堿度效果較好。

表2 蚯蚓糞對濱海鹽漬土理化指標的影響

2.3 蚯蚓糞對濱海鹽漬土有機質(zhì)及養(yǎng)分的影響

由表2可知，濱海鹽漬土的有機質(zhì)含量在蚯蚓糞與濱海鹽漬土體積比為1 ∶20～4 ∶20時均得到顯著提高(<0.05)，提高率達12.1%～45.2%，且土壤有機質(zhì)含量隨蚯蚓糞添加比例增加而增加。

濱海鹽漬土的養(yǎng)分含量在蚯蚓糞與濱海鹽漬土比例為1 ∶20～4 ∶20時也得到顯著提高(<0.05)，土壤全氮、有效磷和速效鉀含量分別提高了52.6%～87.2%、38.9%～111.1%和95.3%～313.3%。不同處理對濱海鹽漬土的全氮、有效磷和速效鉀的促進作用均隨蚯蚓糞添加比例的增加而提高。而蚯蚓糞與濱海鹽漬土比例為1 ∶20和 2 ∶20 處理之間的土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷的含量差異均不顯著(>0.05)，但蚯蚓糞與濱海鹽漬土比例為1 ∶20～4 ∶20的4個處理間土壤速效鉀含量差異均達顯著水平(<0.05)?？紤]經(jīng)濟成本和實際效果，以蚯蚓糞與濱海鹽漬土體積比為1 ∶20～2 ∶20對提升濱海鹽漬土有機質(zhì)和有效養(yǎng)分含量的效果較好。

2.4 蚯蚓糞對濱海鹽漬土酶活性的影響

由表3可知，蚯蚓糞與濱海鹽漬土體積比為 1 ∶20～4 ∶20時均能提高土壤脲酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶和酸性轉(zhuǎn)化酶的活性。土壤脲酶和酸性磷酸酶活性在蚯蚓糞與濱海鹽漬土體積比為 2 ∶20～4 ∶20的處理中均得到顯著增強(<0.05)，分別提高了9.6%～15.4% 、18.2%～38.7%；土壤過氧化氫酶和酸性轉(zhuǎn)化酶活性在蚯蚓糞與濱海鹽漬土體積比為1 ∶20～4 ∶20的處理中均得到顯著增強(<0.05)，分別提高了52.6%～63.4%、29.4%～92.7%。4種酶活性在蚯蚓糞與濱海鹽漬土體積比為2 ∶20和3 ∶20處理之間差異均不顯著(>0.05)?？紤]經(jīng)濟成本和實際效果，以蚯蚓糞與濱海鹽漬土體積比為2 ∶20～3 ∶20的處理對增強濱海鹽漬土酶活性的效果較好。

表3 蚯蚓糞對濱海鹽漬土(干土)酶活性的影響

2.5 蚯蚓糞對濱海鹽漬土微生物群落及其多樣性的影響

由表4可知，蚯蚓糞與濱海鹽漬土體積比為 1 ∶20～4 ∶20的處理蚯蚓糞種植蕹菜后的細菌豐富度指數(shù)(Ace指數(shù)和Chao1指數(shù))和多樣性指數(shù)(Shannon指數(shù))均得到明顯提高，ACE指數(shù)和Chao1指數(shù)分別提高了12.4%～19.7%、7.88%～18.4%，Shannon指數(shù)提高了19.8%～23.9%。

表4 蚯蚓糞對濱海鹽漬土細菌α多樣性指數(shù)的影響

UPGMA聚類分析結(jié)果表明，添加1 ∶20～4 ∶20 的4個處理(A12、A22、A32和A42)在收獲蕹菜后土壤細菌群落聚為一個分支，未施用蚯蚓糞的處理(CK2)收獲蕹菜后的土壤細菌群落聚為另一個分支(圖1)。說明添加蚯蚓糞處理的濱海土壤細菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變。結(jié)果同時表明，蚯蚓糞與濱海鹽漬土體積比為1 ∶20～2 ∶20的處理種植蕹菜后土壤中亞硝化單胞菌科(Nitrosomonadaceae)、芽單胞菌科(Gemmatimonadaceae)和噬幾丁質(zhì)菌科(Chitinophagaceae)豐度明顯提高(圖2)，比未施用蚯蚓糞的處理分別提高了146%～463%、3.0%～39.8%、124%～192%。表明施用蚯蚓糞可增強濱海土壤的碳氮循環(huán)能力，更有益于作物生長。

3 討論與結(jié)論

濱海鹽漬土肥力低，尤其缺氮。本研究發(fā)現(xiàn)添加蚯蚓糞能顯著提升濱海鹽漬土的有機質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀的含量，且隨蚯蚓糞施用量的增加提升效果更明顯。而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施入土壤中的磷肥，除一小部分能被植物吸收利用外，絕大部分被陽離子結(jié)合成難溶性磷沉積在土壤中，難以被植物直接吸收利用。蚯蚓糞能有效提升土壤中有效養(yǎng)分的含量是因為它本身是有機質(zhì)、有益微生物、生長因子相結(jié)合的多功能肥料，它不僅能提高肥料利用率，而且能活化和分解土壤中積存的氮、磷、鉀，激活土壤中多種生長因子。同時，蚯蚓糞中含有豐富的放線菌、細菌和真菌等微生物，這些微生物能將土壤中的復雜礦物礦化成易于植物吸收利用的有效物質(zhì)。本研究結(jié)果也與周東興等的報道基本一致。

土壤酶活性能反映出土壤轉(zhuǎn)化和肥力水平，土壤中所有生物化學反應都是在土壤酶的參與下完成的，土壤酶活性的高低可以反映土壤生物活性和生化反應的程度。本研究發(fā)現(xiàn)施用蚯蚓糞能顯著增強濱海鹽漬土的脲酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶和酸性轉(zhuǎn)化酶活性。這與周東興等的報道基本相同。土壤酶活性的提高可能是因為蚯蚓糞的施加能夠?qū)⒋罅课⑸铩⒚讣案鞣N微生物生長所需的養(yǎng)分和酶催化的底物帶入土壤所致。脲酶是土壤氮素循環(huán)的關鍵酶，脲酶的活性可以反映土壤有機氮向有效態(tài)氮轉(zhuǎn)化和無機氮供應的能力。蚯蚓糞中含有豐富的膠體物質(zhì)，有機質(zhì)與土壤的交互作用能夠改善土壤的生態(tài)環(huán)境，提高土壤碳、氮含量，而新的碳源和氮源使土壤微生物區(qū)系組成發(fā)生變化，進而提高土壤脲酶活性。蚯蚓糞施入土壤后導致土壤微生物生物量升高，微生物呼吸和代謝能力增強，土壤中動、植物殘體的分解加速，而過氧化氫酶是土壤中動、植物殘體分解的重要參與者，所以過氧化氫酶活性會增強。蚯蚓糞能增強土壤酸性磷酸酶的活性，這可能是因為蚯蚓糞能夠促進土壤中解磷微生物的生物量，解磷微生物通過釋放磷酸酶提高土壤中磷的有效性，從而提高土壤酸性磷酸酶的活性。

蚯蚓糞對水肥的吸附性為微生物的生長與繁殖創(chuàng)造了良好的環(huán)境。細菌作為土壤中數(shù)量最多的微生物類群，能夠及時感知土壤養(yǎng)分、pH 值等外界條件的變化，從而反映土壤質(zhì)量的變化。本研究發(fā)現(xiàn)，施用蚯蚓糞可以引起土壤中細菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化和提高土壤細菌群落的多樣性，這與周東興等的研究結(jié)果基本一致。

綜上，蚯蚓糞與海南濱海鹽漬土的體積比為 1 ∶20～4 ∶20能顯著促進蕹菜的生長，明顯改善土壤pH值，顯著提高土壤有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量，并顯著增強土壤酶活性；蚯蚓糞與濱海鹽漬土體積比為1 ∶20～2 ∶20能顯著降低土壤鹽度，同時提高土壤細菌群落的豐富度和多樣性并優(yōu)化其群落結(jié)構(gòu)?？紤]經(jīng)濟成本和實際效果，以蚯蚓糞與濱海鹽漬土體積比為1 ∶20～2 ∶20對海南濱海鹽漬土的改良效果較好。