菌糠牛粪蚯蚓堆肥对草莓土壤理化性质和细菌多样性的影响.pdf

惠锦卓 张爱平 刘汝亮 等 添加生物炭对灌淤土土壤养分含量 和氮素淋失的影响 中国农业气象 李江舟 娄翼来 张立猛 等 不同生物炭添加量下植烟土壤养 分的淋失 植物营养与肥料学报 王树强 许红丽 孙彩霞 等 菌糠牛粪蚯蚓堆肥对草莓土壤理化性质和细菌多样性的影响 江苏农业科学 菌糠牛粪蚯蚓堆肥对草莓土壤理化性质 和细菌多样性的影响 王树强 许红丽 孙彩霞 李雪华 陈振华 姜 楠 张玉兰 中国科学院沈阳应用生态研究所 辽宁沈阳 福建师范大学 福建福州 东北大学生命科学与健康学院 辽宁沈阳 中国科学院大学 北京 辽宁省现代保护性耕作与生态农业重点实验室 辽宁沈阳 沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站 辽宁沈阳 摘要 为探究蚯蚓粪有机肥较常规堆肥能否更好地改善土壤质量 本研究讨论蚯蚓堆腐菌糠生成的蚯蚓粪有机肥 和传统堆腐方法制备的堆肥对土壤理化性质 土壤酶活性及微生物多样性的影响 试验选择草莓为供试作物 在辽宁 省潮棕壤地区温室大棚内展开试验 基于等氮量物料折算 布设化学肥料处理 即对照 蚯蚓粪处理 和常 规堆肥处理 个处理 收获草莓 次后 分析土壤理化性质 酶活性和微生物多样性 和 处理均显著升 高了土壤 值 处理显著增强了脱氢酶 酸性磷酸酶和磷酸二酯酶活性 处理显著提高了 葡糖苷酶 葡糖苷酶 脱氢酶 酸性磷酸酶 碱性磷酸酶和磷酸二酯酶活性 和 处理都显著增加了放线菌门和拟杆菌门的 相对丰度 处理还增加了酸杆菌门和绿弯菌门的相对丰度 和 处理增加了土壤细菌多样性 处理土 壤细菌多样性显著高于菌糠堆肥处理 结果表明 值 全磷含量 和酸 性磷酸酶活性 是影响细菌群落的关键因素 与化肥处理对比 蚯蚓粪和传统堆肥都可显著增强 草莓种植土壤酶活性 改变细菌群落结构和改善土壤微生物多样性 相比于传统菌糠堆肥 蚯蚓粪能更好地促进土壤 健康和改善土壤质量 抑制草莓连作障碍 在未来研究中 应深入研究施用蚯蚓粪的土壤中具有显著优势的微生物在 土壤养分循环及根际环境调控中的作用 关键词 菌糠 蚯蚓粪 堆肥 土壤酶 土壤微生物丰度 微生物多样性 中图分类号 文献标志码 文章编号 收稿日期 基金项目 中国科学院战略性先导科技专项 编号 辽宁省现代保护性耕作研发与应用高水平创新创业团队项目 编 号 中国科学院科技服务网络计划 计划 区 域重点资助项目 编号 作者简介 王树强 男 山东烟台人 硕士研究生 研究方向 为土壤有机质转化 土壤酶学和微生物学 通信作者 张玉兰 博士 副研究员 研究方向为土壤有机质提升 营 养元素转化的过程特征及其土壤酶学调节 植物营养等 年我国食用菌总产量为 万 占全球总产量 以上 年产生菌糠量达 万 干质量 将废弃菌糠进行堆肥处理是目前 的常用方式 既避免焚烧 填埋等传统处理方法带 来的环境问题 还能够充分利用菌糠中的氮磷钾养 分元素和纤维素 蛋白质等有机物质 东北地 区传统堆肥工艺的发酵温度 堆肥速度受冬季气候 寒冷限制 存在产品质量差 病菌多等问题 传统 堆肥处理菌糠 大量的营养物质被微生物分解成 等气体释放掉 导致其资源化利用程度不 理想 而将蚯蚓引入有机废弃物堆肥过程 完成 物料破碎及腐解时间比传统堆肥少 腐熟完全 养 江苏农业科学 年第 卷第 期 分损失少 不含病菌及虫卵 含有植物生长激素 腐 殖酸等物质 蚯蚓堆腐生产出的蚯蚓粪有机 肥更精细 均匀 其在大棚作物种植上和土壤改良 方面的优越潜力备受关注 已有较多大棚作物 施用蚯蚓粪的案例 如番茄 黄瓜 草莓 韭菜 甘 蓝 甜瓜等 蚯蚓粪的氮磷钾养分及 值 酶活性 微生物的组成和丰度等特性因原材料不同 而存在显著差异 不同基质来源的蚯蚓粪对作 物生长和土壤性质具有不同影响 菌糠复配畜禽 粪便制备的蚯蚓粪对土壤有机碳 可矿化氮 有效 磷 可交换钾含量等土壤理化性质 淀粉酶 脲酶 磷酸酶等土壤酶活性及土壤微生物量均有不同程 度的改善 能够显著促进草莓增长 并增强草莓抵 御病害的能力 施用蚯蚓粪有机肥会对土壤理化性质产生影 响 蚯蚓粪有机肥能够增强土壤肥力 提高土壤 值 降低土壤电导率 缓解和修复大棚草莓种植 土壤的盐渍化 改善草莓根系生长条件 草 莓的连作模式往往会导致土壤微生物群落组成发 生变化 微生物多样性降低 病原菌数量增多 微生 物的功能潜力也受到影响 进而影响草莓的质量 及土壤生态系统的可持续性 土壤酶主要来自 土壤微生物和植物根系分泌物 土壤酶活性往往表 征着土壤肥力和养分循环的能力 研究表明 施 用蚯蚓粪有机肥能增强温室微生物活性与土壤酶 活性 显著提高土壤细菌和真菌数量 改变土壤 细菌群落结构 降低病原真菌的相对丰度 提高芽 孢杆菌属等特有物种的数量 并进而影响草 莓的生长和品质 草莓被誉为 浆果皇后 经济价值高 在我国 各地广泛种植 东北地区的草莓大多为设施大棚 种植方式 不受季节限制 多茬连作 由于草莓生 长周期较长 需持续投入大量化学肥料 因而容易 造成大棚土壤盐分积累 氮 磷 钾养分含量失衡 土壤酸化问题日益严重 严重影响草莓发育 甚至加重病害 降低草莓的产量和品质 缩短草莓 存储时间 制约其经济效益 有关草莓种植施 用蚯蚓粪的研究主要集中于草莓生长发育 产量 品质 如可溶性固形物 可溶性糖 可溶性蛋白质和 维生素 含量等方面 蚯蚓粪或蚯蚓粪复合 基质能够显著提高草莓匍匐茎的抽生数量 提高草 莓叶面积 株高等生理指标 及草莓净光合速率 气 孔导度等光合特性 从而促进草莓生长发育 进而 提高平均单果质量 单株产量 还能提升可溶性糖 含量和维生素 含量等品质指标 蚯蚓粪如何通过影响微生物与土壤理化性质 土壤酶活性之间的相互作用从而改善土壤 提高草 莓抗病性还尚未得到清楚认知 因此 本研究以草 莓种植土壤为研究对象 通过施用菌糠蚯蚓粪与菌 糠堆肥 研究蚯蚓粪对土壤理化性质 土壤酶活性 及土壤微生物群落多样性的影响 以期为合理施用 蚯蚓粪 改善草莓生长提供理论依据 材料与方法 试验地概况 试验地点位于辽宁省沈阳市苏家屯区十里河 镇 中国科学院沈阳生态试验站 大棚内 该地区日照充足 年平均气温 年 平均降水量为 气候类型属于温带半湿润大 陆性气候 土壤类型为草甸棕壤 试验土壤理化性 质本底值见表 表 试验土壤理化性质本底值 项目 本底值 值 有机碳含量 全氮含量 全磷含量 全钾含量 硝态氮含量 铵态氮含量 有效磷含量 有效钾含量 试验材料 本试验采用的草莓品种为甜查理 菌糠堆肥 和菌糠蚯蚓粪生物有机肥为本研究自行堆肥获得 两者原材料均为菌糠和牛粪 从养殖户处获得菌 糠和牛粪 菌糠和牛粪比例为 经常规堆沤方 法堆制获得堆肥 将糠粪料预处理后作为养殖料 喂饲蚯蚓 经蚯蚓过腹消化得到菌糠蚯蚓粪生物有 机肥 试验所用的氮磷钾三元素复合肥料 含量均为 从市场中采购 试验设置 本次试验种植的草莓土壤设置 个处理 分别 为常规肥料对照组 菌糠蚯蚓粪 和菌糠 堆肥 每个处理设 次重复 草莓常规设施种 植理论需氮肥量为 本次试验 个处理 江苏农业科学 年第 卷第 期 施用等氮量肥料 均衡复合肥 含量均 为 施用总量为 复合肥底施 后期追肥占 有机肥施用总量为充分腐 熟的菌糠牛粪堆肥 以干基计 以 及菌糠牛粪蚯蚓粪有机肥 以干 基计 底肥占 即分别为 和 预估有机肥速效氮素效应与 的 即 相当 后期追肥占 本试验于温室大棚中进行 大棚长度为 宽度为 选在大棚中央地段进行草莓种植试 验 设置 个区组 次重复 每个区组平均划分成 个小区 个处理 个处理在区组内随机排列 每个小区长 宽 结合整地撒施底肥 于施用底肥后 起垄 垄高度为 垄 顶宽度为 底部宽度为 相邻小区 间隔 可减轻水分和养分迁移对相邻小区的 影响 垄顶覆盖塑料膜 随后移栽种苗定植 双行种 植 行间距 将 叶 心期草莓苗带 土移栽定植 缓苗 草莓的株距为 种植密 度约为 株 约 万株 在草莓缓苗 开花期 草莓膨果期和盛果期追肥 采用垄侧 穴施方式施肥 根据草莓收获情况 每收获 次 追肥 次 共计 次 每次追肥分别施用无机肥 菌糠牛粪常规有机肥 和 蚯蚓粪 追肥后浇水 每个小区单独定 量浇水 较好地避免各试验小区串肥 每个小区放 置 张黄板防治病虫害 在棚中放养 箱蜜蜂备用 开花期授粉 其他浇灌 除草和除虫等所有农艺措 施均按照当地习惯进行操作 草莓于 年 月 日种植 于 年 月 日进行第 次采摘 年 月用 点取样 法随机采集每个小区 土层的土壤 混合为 个土壤样品 带回实验室 将土壤样品分为 份 其中 第 份储存于 冰箱中 用于土壤酶活性的 测定 第 份进行风干处理备用 第 份存储于 的冰箱中 用于土壤微生物 的提取及 后续微生物丰度和多样性测定 测定指标和方法 土壤理化指标 含水量采用烘干法测定 土 壤 值采用电位法测定 土壤有机碳含量采用高 温外热重铬酸钾氧化 容量法测定 土壤全钾含量 采用氢氟酸 高氯酸消煮法测定 土壤有效钾含量 采用乙酸铵浸提法测定 土壤全磷含量采用高氯 酸消煮法测定 土壤有效磷含量采用 法测 定 土壤微生物量碳 氮含量采用三氯甲烷熏蒸 法测定 土壤全氮含量利用元素分析仪 测定 土壤酶活性 土壤脱氢酶 酸性磷酸单酯 酶 碱性磷酸单酯酶 磷酸二酯酶活性测定参照 的方法 葡糖苷酶 葡糖苷酶活 性测定参照 等的方法 乙酰基 葡 糖苷酶活性测定参照 等的方法 以单位 时间生成的对硝基酚 含量表示酶活性 实时荧光定量 土壤样品送至北京奥 维森基因科技有限公司检测 提取土壤样本中的 基因组 后 使用引物 和 进行 扩增 程序 个 循环 收集荧光 为建立 产物的熔解曲线 扩增反应结束后 按 程序进行操作 并从 缓慢加热至 仪器自动进行 升温速率 为 高通量测序 提取土壤中基因组 后 利用 琼脂糖凝胶电泳检测 按指定测序区 域 合成带有条形码 的特异引物 产 物使用 琼脂糖凝胶电泳检测扩增目的条带的大 小 并用 核酸纯化试剂盒纯 化 随后构建 文库 利用 平台 测定微生物 片段的序列 测序数据已经上传 至 数据库 登录号为 统计分析 利用 软件 处理数据 并运用 对数据进行单因素方 差分析 对其显著性差异采用 和 检验法进行多重比较 采用 和 软件进行图形绘制 采用 软件绘制冗余分析 图 分析属水 平上细菌与土壤理化性质 结果与分析 施用蚯蚓粪对土壤理化性质的影响 菌糠堆肥和菌糠蚯蚓粪显著影响土壤理化性 质 由图 可知 与对照相比 菌糠蚯蚓粪处理显著 提高了 值和碳氮比 显著降低了有效钾含量 菌 糠堆肥处理显著提高了 值 有机碳含量 碳氮 江苏农业科学 年第 卷第 期 比 全磷和有效磷含量 显著降低了全钾含量 与 菌糠蚯蚓粪处理相比 菌糠堆肥处理显著提高了土 壤全磷 有效磷含量 蚯蚓粪有机肥施用对土壤酶活性的影响 由图 可知 相比于 菌糠堆肥处理显著增 强了土壤 葡糖苷酶 葡糖苷酶 酸性磷酸酶 江苏农业科学 年第 卷第 期 碱性磷酸酶和磷酸二酯酶的活性 菌糠蚯蚓粪处理 显著增强了酸性磷酸酶和磷酸二酯酶活性 菌糠 堆肥处理的 葡糖苷酶 葡糖苷酶 碱性磷酸 酶 酸性磷酸酶活性显著高于菌糠蚯蚓粪处理 施用蚯蚓粪对土壤微生物数量 群落结构和多 样性的影响 由图 可知 菌糠蚯蚓粪和菌糠堆肥处理对微 生物量碳含量均无显著影响 菌糠蚯蚓粪和菌糠堆 肥处理均显著提高了土壤脱氢酶活性 表明菌糠蚯 蚓粪和菌糠堆肥均增强了微生物活性 但蚯蚓粪和 菌糠堆肥处理间差异不显著 蚯蚓粪和菌糠堆肥 处理土壤对微生物丰度即细菌基因拷贝数和真菌拷 贝数无显著影响 即对土壤细菌和真菌丰度未产生 显著性影响 由图 可知 对照组 菌糠蚯蚓粪组与堆肥组共 同拥有的细菌操作分类单元 数量为 个 占所有测试土壤样本总 数量的比例为 对照组总 数量为 个 菌糠堆肥组 总 数量为 个 菌糠蚯蚓粪组总 数量 为 个 对照组独有 数量为 个 菌糠堆 肥组 数量为 个 菌糠蚯蚓粪组独有 数量为 个 表明施用蚯蚓粪和常规堆肥使土壤 微生物群落发生了变化 选取 指数与 指数来评价土壤中添加蚯蚓粪对微生物多样 性与丰富度变化的显著性 指数与 指数越大 微生物群落多样性越高 多样性指数 分析结果表明 蚯蚓粪处理与堆肥处理中细菌 指数与 指数显著高于对照 施用蚯 蚓粪和菌糠堆肥使细菌多样性增加 蚯蚓粪处理细 菌多样性显著高于菌糠堆肥处理 施用蚯蚓粪对土壤微生物群落组成的影响 草莓种植土壤中相对丰度在 以上的细菌共 鉴定出 个门 由图 可知 土壤样本中细菌 相对丰度最高的 个门依次是变形杆菌门 放线菌门 酸杆菌 门 绿弯菌门 拟杆菌 门 占微生物群落相对丰度的 以上 添加堆肥和蚯蚓粪后改变了草莓种植土壤 中优势细菌门的相对丰度 菌糠蚯蚓粪处理的放 线菌门 酸杆菌门 拟杆菌门和绿弯菌门的相对丰 度分别显著增加了 和 变形杆菌门相对丰度显著降低了 常规菌糠堆肥处理的放线菌门相对丰度显著增加 了 拟杆菌门相对丰度显著增加 变 形杆菌门相对丰度降低了 酸杆菌门相对丰 度降低了 从细菌属水平上分析 由图 可知 水恒杆 菌属 罗河杆菌属 鞘脂单胞菌属 嗜盐囊菌属 是所有土 江苏农业科学 年第 卷第 期 壤样本中相对丰度排前五的属水平细菌 相对丰 度在 以上的细菌属共有 个 通过 分 析 种处理之间 个细菌的差异显著性 其中 个细菌差异显著 由图 可知 与对照处理相比 施 用蚯蚓粪显著提高了脂单胞菌属 嗜盐囊菌属 芽单胞菌属 类诺卡氏菌属 以及 未识别属的相对丰度 菌糠堆肥处理显著提高了鞘 脂单胞菌属 嗜盐囊菌属 芽单胞菌属 链霉菌属 戴沃斯氏菌属 中慢生根瘤菌属 裂孢菌属 马杜拉 放线菌属 的相对丰度 施用蚯蚓粪 和菌糠堆肥均显著降低了水恒杆菌属 罗河杆菌属 卡 斯特兰尼氏菌 酸杆菌属 的相对丰度 个处理 土壤细菌群落的组成具有显著差异 利用 分析属水平细菌与环境因子 酶活性的相关性 由图 可知 属水平细菌与全 钾含量 值 磷酸二酯酶活性 酸性磷酸酶活性呈 极显著关系 与脱氢酶活性 有效钾含量 呈显著关系 分析土壤环境因子与土壤酶活性的相关性 由 图 可知 有效钾含量与脱氢酶活性呈显著负相 关 全钾含量与酸性磷酸酶 活性 磷酸二酯酶活性 呈显著负相关 值与脱氢酶活 性 酸性磷酸酶活性 磷酸二酯酶活性 呈 极显著正相关 有机碳含量与 葡糖苷酶 葡糖苷酶 酸性磷酸酶 碱性磷酸酶 磷酸二酯酶 活 性呈极显著正相关 有效磷含量与 葡糖苷酶 葡糖苷酶 碱性磷酸酶 活性呈极显 江苏农业科学 年第 卷第 期 著正相关 由细菌属水平群落和环境因子及酶活性之间 相关性分析结果 图 可知 嗜盐囊菌 属 与脱氢酶活性呈极显著正相关关 系 芽单胞菌属 与 值呈极显著 正相关 与 葡糖苷酶 葡糖苷酶 酸性 磷酸酶 碱性磷酸酶活性呈极显著正相关 类诺卡 氏菌 与有效钾含量呈极显著负相关 链霉菌属 与 葡糖苷酶 葡糖苷 酶 酸性磷酸酶 碱性磷酸酶活性呈极显著正相关 与全钾含量呈极显著负相关 戴沃斯氏菌属 与 葡糖苷酶 葡糖苷酶 酸性磷酸 酶 碱性磷酸酶活性呈极显著正相关 与微生物量碳含量呈极显著相 关 酸杆菌属 与 值 酸性磷酸酶 和碱性磷酸酶活性呈极显著负相关 与有 效磷 全磷含量呈极显著正相关 与 值及 葡糖苷酶 脱氢酶 酸性磷酸酶 碱性磷酸 酶 磷酸二酯酶活性呈极显著负相关 马杜拉放线 菌属 与全氮 有效磷含量及 葡糖 苷酶 葡糖苷酶 酸性磷酸酶 碱性磷酸酶活性 呈极显著正相关 将环境因子与相对丰度前 位的属水平细菌 作冗余分析 由图 可知 进一步验证土壤 理化性质和土壤酶活性对土壤微生物多样性的影 响 轴 解释了属水平细菌群落变化的 轴 解释了 其中 值 全磷含量 和酸性磷酸酶活 性 分别解释了 和 的细菌群落变化 值 全磷含量和酸性 磷酸酶活性是影响细菌群落的关键因素 其中 值是嗜盐囊菌属 芽单胞菌属 的重要影响因素 全磷是 的 重要影响因素 基于 距离的聚类方法绘制主坐标 分析 图 由图 可知 根据 个处理土壤微 生物群落之间的距离 分析 处理之间 群落多样性的差异 不同处理沿第 坐标轴相互分 离 在 和 上分别占据 和 的解释 与 的距离大于 与 之间的距 离 存在显著差异 且 处理对细菌群落的影响大 于 处理 分析结果表明 个处理之 间细菌群落差异显著 说明施用蚯蚓粪 和菌糠堆肥显著改变了土壤细菌群落结构 讨论 施用蚯蚓粪和菌糠堆肥改善土壤理化性质 菌糠蚯蚓粪和常规堆肥处理的土壤碳氮比显 著增高 与有机物料碳输入有关 本研究中土壤 值增高 与本底值接近 而许多研究也得到了同样 的结果 这表明菌糠蚯蚓粪和菌糠堆肥缓解了 土壤酸化 可能是有机物分解产生的铵离子及在腐 江苏农业科学 年第 卷第 期 殖化的过程中消耗酚基等基团 产生了羟基 造成 土壤 值升高 值是影响微生物群落组成 的关键因素 菌糠蚯蚓粪和菌糠堆肥能够通过改 变土壤 值和碳氮比影响土壤微生物群落结构 菌糠常规堆肥处理显著提高了土壤 值 缓解土 壤酸化 同时 对土壤有机碳 全碳 有效磷 全磷含 量及碳氮比也有明显改善 这与曹雪莹等在马铃薯 种植土壤中施用金针菇菌糠啤酒糟有机肥的研究 结果 基本一致 菌糠蚯蚓粪处理土壤的全磷 有 效磷含量显著低于菌糠堆肥处理 原因可能在于蚯 江苏农业科学 年第 卷第 期 蚓粪种的腐殖质盐离子与磷酸盐离子竞争吸附位 点 促进磷酸盐离子的溶出 及蚯蚓粪中的微生物 释放草酸等有机酸 溶解土壤中的结合态磷和 钾 同时菌糠蚯蚓粪处理的草莓在返青期 旺盛 生长期和花芽分化期高强度吸收了大量有效磷 此外 牛粪本身含有较高的磷 及在堆肥过程中 菌糠蚯蚓粪的有效磷含量显著低于传统堆肥 可 能也会造成菌糠堆肥处理有效磷 全磷含量高于菌 糠蚯蚓粪处理 有效磷 有效钾含量的降低可能与 草莓产量的显著提高密切相关 施用蚯蚓粪和菌糠堆肥提高土壤酶活性 土壤酶参与土壤中许多重要的生物化学反应 酶活性是微生物活性的指标 本试验结果显示 菌 糠堆肥处理显著提高了 葡糖苷酶 葡糖苷 酶 脱氢酶 酸性磷酸酶 碱性磷酸酶 磷酸二酯酶 活性 菌糠蚯蚓粪处理显著提高了酸性磷酸酶 磷 酸二酯酶活性 目前认为菌糠堆肥显著提高土壤 酶活性的机制可能是菌糠促进作物根系分泌物的 产生或者是菌糠为微生物提供了粗蛋白 粗脂肪等 营养物质 从而增强了土壤酶活性 葡萄糖 苷酶和 葡萄糖苷酶是碳循环中在有机物分解中 起重要作用的酶 酶活性提高有利于菌糠中的纤维 素 木质素等有机物质的分解 酸性和碱性磷酸酶 能够催化有机磷酸单酯水解为无机磷 施用蚯蚓 粪能够提高微生物的底物利用能力 激活微生物活 性 促进磷酸酶的分泌 同时由于土壤 值升高 土壤碱性磷酸酶活性也随之增强 菌糠蚯蚓粪 有机肥的施用 有利于增强土壤活性 促进形成高 效的土壤生态系统 改善土壤微生境 相关性分析结果表明 土壤有机碳 含量与酸性磷酸酶 碱性磷酸酶 磷酸二酯酶活性 均呈显著正相关 有效磷含量与碱性磷酸酶呈显著 正相关 是由于蚯蚓粪的施用增强了微生物的底物 利用能力 从而促进酶的分泌 增加土壤中的有效 养分 菌糠堆肥处理有机碳 有效磷和全磷含量 均高于对照处理和蚯蚓粪处理 菌糠堆肥处理的酸 性磷酸酶 碱性磷酸酶的活性显著高于蚯蚓粪处 理 由 分析结果可知 酸性磷酸酶与属 水平细菌群落具有显著相关性 磷是微生物生命活 动必需的营养元素 酸性磷酸酶活性与微生物呼吸 作用呈正相关 磷酸酶活性的增强意味着微生物 活性提高以及磷供应能力的增强 菌糠蚯蚓粪处 理的酸性磷酸酶 磷酸二酯酶活性显著提高 而全 磷 有效磷含量却略有降低 同样表明草莓在生长 期间可能吸收了大量磷 施用蚯蚓粪和菌糠堆肥能够增加土壤细菌多 样性 通过 基因拷贝数可近似估计土壤中 微生物的数量 本试验中 种施肥处理土壤的 微生物 细菌和真菌 数量差异不显著 土壤脱氢 酶活性能够代表分解有机物时微生物氧化能力 脱氢酶活性 微生物量与 浓度呈正相关 脱 氢酶活性的升高可能与碳氮磷矿化有关 菌糠 堆肥为微生物提供了碳氮磷养分 提高了微生物活 性 相比于传统堆肥 除了提供微生物生存所需要 的养分 蚯蚓能够增加生长介质中 颗粒的数量 蚯蚓粪施用至土壤中能够增加土壤孔 隙度 提高微生物活性和脱氢酶活性 通常认为微生物多样性对维持土壤健康与土 壤生态系统多功能性有积极意义 微生物多样性 江苏农业科学 年第 卷第 期 可通过影响土壤功能间接驱动土壤生态系统对病 原体的抑制 蚯蚓粪处理显著增加了细菌群落 物种多样性 蚯蚓粪堆肥有机质分解程度更高 碳 氮磷等元素有效性高 因而蚯蚓粪处理土壤中微 生物活性和多样性更高 有利于维持增强土壤生态 系统的抗病性 维持土壤健康 保持土壤功能多样 性 前人的研究表明 土壤碳氮比的升高会影响土 壤微生物数量和组成 变形菌门 放线菌门 酸杆菌门 绿弯菌门 拟 杆菌门等是土壤中的优势菌门 变形菌门和放 线菌门是木质素分解的 个主要类群 菌糠中木 质纤维含量高 蚯蚓粪处理能够促进木质素等难降 解有机物的分解 增加土壤养分 酸杆菌在同化硝 酸盐还原过程中发挥重要作用 施用蚯蚓粪能 够增加放线菌和绿弯菌的相对丰度 抑制土传病 害 绿弯菌参与卤代烃的积累和植物衍生化合 物的降解 等认为菌糠蚯蚓粪处理减少了绿 弯菌门和变形菌门 从而刺激了土壤全氮的积累和 玉米对氮的吸收 由 和 相关性分析结果可知 值 全磷和酸性磷酸酶是影响细菌群落的关键因 素 芽单胞菌属 链霉菌属 戴沃斯氏菌属 酸杆菌属 马杜拉放 线菌属 等属水平细菌与 值 全磷 含量和酸性磷酸酶活性呈显著相关关系 碳氮磷 元素往往是微生物的限制性因素 土壤微生物是 土壤碳氮磷循环的核心 嗜盐囊菌属 有机质分解能力强 芽单胞菌属 在有机质含量丰富的土壤中丰度较高 能够通过调 节自身碳氮的摄入影响碳氮循环 嗜盐囊菌属 罗河杆菌属 卡斯特 兰尼氏菌 参与土壤中反硝化作 用 其丰度降低可以提高土壤 水平 从而增强作物对氮的有效吸收 酸杆菌属 适宜在低碳 中性至弱酸性环境中 生存 施用蚯蚓粪和菌糠堆肥增加了土壤有机碳 含量 提高了土壤 值 酸杆菌属的相对丰度降 低 戴沃斯菌属 与速效氮 磷酸酶活性呈 显著正相关 据报道 类诺卡氏菌属具有阿特拉 津降解基因 和 蚯蚓粪显著提高了类诺卡 氏菌属的相对丰度 有利于土壤中残留的除草剂的 降解 除此之外 蚯蚓粪对草莓连作障碍的改善也受 到诸多研究者的关注 草莓连作障碍与土壤微生 物群落结构的变化有关 其中 由尖孢镰刀菌引起 的枯萎病是导致草莓连作障碍的主要病害之一 蚯蚓粪含有的假单胞菌属 芽孢杆菌属 微杆菌属 等细菌 能够分泌促进植物生长的激素吲哚 乙 酸 还分泌其他具有生物活性的化合物和代 谢物 能够抑制植物病原体 改善植物的生长状况 有效抑制连作障碍 嗜盐囊菌属 芽单胞菌属 能够抑 制真菌病原体 缓解枯萎病 促进植物生长 菌糠堆肥同样提高了相关病原菌拮抗微生物的相 对丰度 但传统堆肥中病原体灭活的不确定性会增 加菌糠有机肥施用的隐患 若堆体表面温度过低 或者堆肥基质混合不均匀 传统菌糠堆肥中的致病 微生物如黄曲霉菌等不能被彻底杀灭 在农田中 施用这种有机肥 可能造成病原菌的扩散和繁殖 危及作物生长甚至人类健康 而菌糠蚯蚓粪能够通 过微生物和酶降低堆肥中病原体水平 增强有机肥 料的安全性 从而保护草莓免受病原体侵害 综上 造成菌糠蚯蚓粪和菌糠堆肥对细菌多样 性的影响存在差异的原因可能是 菌糠蚯蚓粪改善 了土壤微生物的栖息环境 为微生物的生存提供了 必需的养分 同时抑制了病原菌的繁殖 病原菌与 其他细菌的竞争减弱 从而增加了土壤细菌多样 性 蚯蚓分泌物中携带的有益微生物定殖到土壤 中 也会增加土壤细菌多样性 菌糠蚯蚓粪处理对土壤质量的改善 未表现出 相对于菌糠堆肥的显著优势 一方面是因为蚯蚓粪 施用周期短 蚯蚓粪中的微生物不能适应土壤环 境 土著微生物仍然占据优势地位 短期内施用蚯 蚓粪的土壤中微生物群落结构并不总是发生显著 变化 而且微生物群落结构的变化往往并不总是涉 及微生物群落功能 养分有效性的增加 土壤 微生物生物量的增加不会影响养分固定对草莓植 株的养分供应 另一方面 蚯蚓粪对土壤理化性 质的改善依赖于土壤微生物群落结构的变化 土壤 有机质含量及底物的可利用性也可能是造成群落 结构差异的原因 随着蚯蚓粪的长期施用 土壤 质量和土壤健康将得到显著改善 许多研究已经证 明了这一观点 结论 草莓种植土壤施用菌糠蚯蚓粪与菌糠堆肥对 江苏农业科学 年第 卷第 期 土壤理化性质 酶活性 微生物群落结构与多样性 具有显著影响 结果表明 菌糠蚯蚓粪能够调控土 壤 值 显著提高脱氢酶 酸性磷酸酶活性 促进 土壤碳氮循环 能够提高细菌 多样性 改变细菌 群落结构 不同于传统菌糠堆肥对土壤理化性质 的改善效果 菌糠蚯蚓粪在抑制病原体 缓解草莓 连作障碍方面比传统菌糠堆肥更具优势 将菌糠 进行蚯蚓堆肥 能够充分促进菌糠的资源化 无害 化 菌糠蚯蚓粪对土壤生态系统和土壤健康的改 善 有利于草莓种植体系的可持续发展 实现菌菇 种植与草莓种植的一体化 未来的研究应加强对蚯蚓粪有机肥对土壤微 生物过程和养分循环影响的认识 应深入研究施用 蚯蚓粪的土壤中具有显著优势的微生物或者关键 类群微生物在土壤氮磷钾养分循环及根际环境调 控中的作用 参考文献 中国食用菌协会 年度全国食用菌统计调查结果分析 中国食用菌 陈 彬 张玉兰 韩斯琴 等 菌糠源蚯蚓粪生物有机肥对果蔬生 长和品质的影响 北方园艺 郭 远 宋 爽 高琪 等 食用菌菌渣资源化利用进展 食 用菌学报 杜金华 张昕瑶 马 爽 等 食用菌糠综合再利用的研究现状 广东蚕业 楼子墨 废弃菌糠理化性质及其资源化过程中的环境影响研究 杭州 浙江大学 高 海 王彦靖 刘迎春 等 蚯蚓粪资源化利用研究现状与展 望 现代农业科技 周东兴 申雪庆 周连仁 等 蚯蚓粪对番茄农艺性状和品质的 影响 东北农业大学学报 杨玉凯 林碧英 李彩霞 等 蚯蚓粪复合基质对番茄幼苗生长 及光合特性的影响 江苏农业科学 张舒玄 聂 欣 常江杰 等 牛粪蚯蚓堆肥基质对草莓生长的 影响 中国土壤与肥料 徐仲楠 王 冲 朱 逴 等 蚯蚓粪与土壤复配比例对基质微 生物性状及韭菜生长和品质的影响 植物营养与肥料学 报 吕振宇 马永良 蚯蚓粪有机肥对土壤肥力与甘蓝生长 品质的 影响 中国农学通报 高 莹 孙喜军 吕 爽 等 不同改良剂对塑料大棚土壤理化 性质及甜瓜品质的影响 中国农学通报 郑世英 郑建峰 王宝泉 等 蚯蚓粪对草莓土壤肥力及产量和 品质的影响 北方园艺 孙 萍 林贤锐 鲍 慧 等 有机肥对设施草莓土壤盐渍化及 草莓生长的影响 浙江农业科学 江苏农业科学 年第 卷第 期 谭 骏 黄 河 汤 薇 等 蚯蚓粪有机肥对土壤微生物群落 的影响 江苏农业科学 左亚男 蚯蚓粪对草莓植株生长发育的影响及作用机制 沈阳 沈阳农业大学 仝雅娜 李凤菊 杜中平 等 不同配比蚯蚓粪复合基质培养对草 莓产量和品质的影响 天津农业科学 鲁如坤 土壤农业化学分析方法 北京 中国农业科技出版 社 曹雪莹 陈智毅 唐秋实 等 金针菇菌糠啤酒糟有机肥对土壤 及马铃薯品质的影响 食品安全质量检测学报 郑泽民 洪建源 胡安畅 利用 研究草莓对磷元素的吸收分 配规律 云南农业大学学报 王一昭 陈 花 菌糠复合物对小白菜幼苗期土壤酶活性的影 响 陕西农业科学 江苏农业科学 年第 卷第 期 曹坤坤 张沙沙 胡学玉 等 生物质炭影响下土壤呼吸温度敏 感性及细菌群落结构的变化 环境科学 毕艳孟 蚯蚓缓解草莓连作障碍的效应及机理研究 北 京 中国农业大学 孙喜军 吕 爽 高 莹 等 蚯蚓粪对作物连作障碍抑制作用 研究进展 土壤 代晓航 魏 超 两种配方废弃菌棒堆肥中微生物多样性研究 农业机械学报 雷小文 邱静芸 李建军 等 蚯蚓粪及沼液处理对赣南稀土尾 矿种植皇竹草及改良土壤的影响 江苏农业科学 江苏农业科学 年第 卷第 期