利用蚯蚓粪改良太湖底泥的效果

丛玮玮++陈永林+陈小锦++王卫娟++曹雪林++承杰++张文清++姚粉霞++盛海君++钱晓晴

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.137

摘要：底泥利用是指将疏浚底泥直接或经过改造后用于农田、林地、草地、湿地、市政绿化、育苗基质及严重扰动的土地修复与重建等方面，使底泥重新进入自然界的物质循环和能量流动。蚯蚓粪作为一种特殊的有机肥，富含植物生长所需的多种营养元素，同时蚯蚓粪还具有良好孔性、通气性和保水性。理论上用蚯蚓粪可以改善底泥物理性质、平衡底泥中的养分和提高有机质含量，将底泥改造成植物生产性能优良的人造土壤（也称技术新成土）。将蚯蚓粪与太湖底泥按一定比例混合、稳定化，研究其物理、化学性质及生物学性质的变化。设置CK、T1、T2、T3、T4 5个处理，其中CK为空白，即太湖底泥（黑底泥），T1、T2、T3、T4处理的蚯蚓粪添加量分别为5%、10%、15%、20%。试验结果表明，添加一定量的蚯蚓粪能有效改变底泥的物理、化学性质，使其能更好地适合植物生长，其中当蚯蚓粪添加量为10%时改良底泥效果达到最佳，最有助于白菜对氮、磷元素的吸收和茎叶的快速生长。

关键词：太湖底泥；蚯蚓粪；人造土；白菜

中图分类号： S156文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）10-0475-03

收稿日期：2015-08-14

基金项目：江苏省产学研前瞻性联合研究项目（编号：BY2013063-09）；江苏省常州市科技计划（编号：CE20142005）

作者简介：丛玮玮（1990—），男，江苏南通人，硕士研究生，主要从事农业资源利用方面的理论与技术研究。E-mail：1090702165@qq.com。

通信作者：钱晓晴，博士，教授，主要从事资源环境科学领域的教学与研究工作。E-mail：xiaoqingqian@163.com。近些年来，随着我国经济社会的发展和人口的增加，大量的工业废水、生活污水和农业废水排入水体，污水中携带的污染物（重金属、难降解有机物等）和营养物（氮、磷等）不断积累于河流、湖泊和港湾等水体底泥中，使底泥成为潜在而又巨大的内污染源，如果不及时治理，将严重影响水环境质量甚至威胁到人们的日常生活。底泥作为水体的重要组成部分，是黏土、泥沙、有机质及各种矿物的混合物在水体传输的作用下，经过长期的物理、化学及生物的共同作用后，沉积于水体底部而形成的。因此，底泥中富含大量的营养物质，但同时它又是多种污染物的蓄积库[1]，它所积累的污染物质可作为二次污染源直接或间接对底栖生物或上覆水生物产生毒害作用[2]，并通过生物富集等过程，进入食物链影响人体健康。由于底泥的释放作用而对河流水质产生二次污染，会使水质恶化。蚯蚓粪作为一种特殊的有机肥料，最大特点是能将有机物、微生物和一些作物生长因子合理地结合起来改善土壤环境[3]，最终达到增肥、抗病、养土的目的[4]。蚯蚓粪保水透气能力比一般土壤高3倍，有机质含量达40%左右，经过多次发酵和动物消化，所形成的有机质活性高。蚯蚓粪不仅易被植物利用，而且能促进土壤团粒结构的形成，提高土壤通透性、保水性、保肥力[4-9]，蚯蚓粪在盆栽试验中取得了明显的效果[10]，能提高作物生物量、果实品质和产量[11]。理论上讲，蚯蚓粪可以改善底泥物理性质，提高底泥中养分和有机质含量，充分发挥底泥的作物生产功能。

本试验将蚯蚓粪与太湖底泥按一定比例混合、培养、熟化稳定，改良底泥物理、化学性质，平衡其养分含量，以充分发挥底泥中的营养成分和蚯蚓粪促进土壤团粒形成的特殊功能，不同比例混合培养、稳定后形成新的人造土壤，其养分浓度普遍得到提高与优化，结构、容重等得到改善。人造土壤既可以就地使用，也可以作为一种特殊商品进入市场流通领域，作为市政绿化、污染土壤客土改良，或应用于林业、草业等实际生产中。

1材料与方法

本试验于2014年6—12月年在扬州大学环境科学与工程学院盆栽实验场进行。

1.1试验材料

供试底泥为取自太湖水体黑色浮泥层的底泥，简称黑底泥。黑底泥有机质含量168.96 g/kg，硝态氮含量 4.18 mg/kg，铵态氮含量9.88 mg/kg，速效磷含量6.56 mg/kg，速效钾 含量183.24 mg/kg，pH值6.9，电导率152.3 μS/cm。

供试蚯蚓粪取自扬州大学奶牛场蚯蚓养殖基地，为牛粪蚓粪，其有机质含量418.55 g/kg，全氮含量39.55 g/kg，全磷含量14.86 g/kg，硝态氮含量2 364.1 mg/kg，铵态氮含量144.1 mg/kg，速效磷含量1 541.2 mg/kg，速效钾含量 1 646.8 mg/kg，pH值6.6，电导率124.5 μS/cm。

供试作物白菜（Brassica chinensis），品种为四月慢。

培养盆钵为上口长17 cm、宽10 cm、高7 cm的塑料花盆。

1.2试验设计

试验设5个处理，蚯蚓粪的添加量（按质量计算）分别为混合物（底泥+蚯蚓粪）的5%、10%、15%、20%，以不加蚓粪的自然底泥为对照（CK），各处理重复3次。每盆装混合物 1 kg，备用。

白菜于10月30日播种，每盆播种50粒，薄层覆盖后定量浇水，保持土壤湿润，置于日光下培养，试验期间根据实际情况适量补水，维持水分条件一致。11月7日采样，进行生物量测定与根系扫描分析，11月30日采收，对植株叶片进行叶绿素含量与养分含量测定。

1.3测定项目与方法

1.3.1土壤理化性质 pH值：水土质量比5 ∶1，pH计测定；电导率：水土质量比5 ∶1，电导计测定；铵态氮含量：KCl浸提，靛酚蓝比色法测定；硝态氮含量：KCl浸提，紫外分光光度法测定；速效磷含量：0.5 mol/L NaHCO3浸提，钼蓝比色法测定；速效钾含量：1.0 moL/L NH4OAc浸提，火焰光度法测定；有机质含量：重铬酸钾容量法-外加热法测定。

1.3.2作物生物量白菜生长1周后，各处理采样（3株）后用称质量法测定鲜质量（包括新长成的幼枝和根系），进行差异性分析。

1.3.3根系参数白菜生长1周后，各处理采样后用流水冲洗白菜根系，采用数字化扫描仪（STD1600 Epson USA）进行扫描，借助配套的WinRHIZO（Version 5.0a）根系分析系统（WinRhizo Regent Instruments，Canada）分析根长、根表面积、根体积、根尖数等根系参数。单株测量，并进行差异性分析。

1.3.4茎叶营养生理指标叶片叶绿素含量：白菜生长30 d后，取一定量的叶片，用95%乙醇溶液于40 ℃浸提，分别测定665、649、470 nm处吸光度，计算叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素含量。

叶片全氮、全磷、全钾含量测定：白菜生长30 d后，称取一定量的叶片鲜样，硫酸-双氧水消煮后，分别采用靛酚蓝比色法、钼锑抗比色法、火焰光度计法测定全氮、全磷、全钾含量。

1.4数据分析与统计方法

对所获得的数据采用Excel 2003、SPSS等软件进行统计分析。

2结果与分析

2.1添加蚯蚓粪对土壤部分化学性质的影响

添加不同比例蚯蚓粪后各处理土壤部分化学性质见表1，可以看出，与自然底泥（对照）相比，添加蚯蚓粪后人造土pH值没有明显变化，保持在中性左右，能为植物生长提供有利的环境条件。电导率、有机质、硝态氮、速效磷含量随着蚯蚓粪添加量的增加，与对照相比出现显著（P<0.05）的增加。在一定范围内，蚯蚓粪的添加会给白菜的生长提供良好的环境条件。本试验中铵态氮和速效钾含量随着蚯蚓粪添加量的增加并没有出现明显的变化。

2.2添加蚯蚓粪对白菜部分根系形态特征参数的影响

表2为生长1周后白菜根系的一些特征参数，可以看出，随着蚯蚓粪添加比例的提高，根长、根尖数、根系面积、根体积、平均根直径均呈现出一定的增长趋势。根尖数、根长、根体积、根表面积都是添加10%蚯蚓粪的处理最大，进一步提高蚯蚓粪添加量使这些特征参数呈现降低的趋势。平均根直径随着蚓粪添加量的增加在不同处理间差异不明显，但都显著高于对照。

2.3添加蚯蚓粪对白菜地上部株高及硝酸盐含量的影响

不同蚯蚓粪添加比例对白菜地上部株高及硝酸盐含量的影响见图1、图2。图1为各处理生长1周后白菜的株高，可见5%、10%2个蚯蚓粪添加处理显著高于对照，并在蚯蚓粪添加量达到10%时株高达到最大；然而随着蚯蚓粪添加比例的不断提高，白菜株高的增加幅度回落，T4处理的株高甚至出现显著低于对照的现象（P<0.05）。从白菜株高的测量结果同样可以看出，过多地添加蚯蚓粪反而会抑制作物的生长。图2比较各处理白菜叶片里硝酸盐的含量，可以看出，除了5%蚯蚓粪添加量处理下的白菜硝态氮含量比对照低以外，白菜的硝态氮含量随着蚓粪含量的增加不断提高，说明蚯蚓粪的过度添加会导致白菜体内硝态氮积累，从而影响白菜食用品质。添加5%、10%蚓粪时硝酸盐含量不超标，但蚯蚓粪添加量达到15%、20%时则导致白菜硝态氮含量超标。

2.4添加蚯蚓粪对白菜种子发芽和幼苗生长量的影响

蚯蚓粪添加比例在一定范围内对白菜的发芽率并没有显

著的影响（表3），然而当蚯蚓粪添加比例达到一定水平后白菜的发芽率降低，可能是由于蚯蚓粪含有较高浓度的盐，对白菜种子发芽产生一定的渗透胁迫。从表3还可以看出，各处理白菜在根质量和茎叶质量方面都随着蚯蚓粪添加比例的提高呈现先增后降的趋势，而且部分处理间存在显著性差异。综合来看，处理T2的根质量、茎叶质量及总生物量最大且明显高于其他各处理。

2.5添加蚯蚓粪对白菜叶片叶绿素含量及氮、磷、钾养分含量的影响

由表4可见，白菜的叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量均随蚯蚓粪添加比例的增加大体呈现增加的趋势，不过不是蚓粪添加量越高增加的趋势越明显，而是在T1、T2处理时达到相对最大值且与对照差异明显，T3、T4处理反而出现了叶绿素的小幅度减少，但相对对照都有增加且差异显著，说明蚯蚓粪添加比例为T1、T2的处理最有利于叶绿素和类胡萝卜素的合成，有利于白菜生长，过多的蚓粪可能会产生一定的盐害胁迫，不利于白菜幼苗生长和叶绿素含量的提高。叶片中全氮含量与叶绿素含量表现相同的趋势。随着蚯蚓粪添加比例的提高，叶片全磷的含量表现出明显的先增加后减的的趋势，且各个处理间差异显著。随着蚓粪添加量的增加，各处理白菜叶片中全钾含量有所增加，但增加的幅度不明显，其中T1、T2处理与对照不存在显著性差异，T3、T4处理与对照差异显著。

3结论

蚯蚓粪含有丰富的高品质有机质和大量的营养物质，添加适量的蚯蚓粪可以改善底泥的有机质、硝态氮和速效磷含量等化学性质，提高土壤综合肥力，为作物提供良好的生长环境。

添加适量的蚯蚓粪会促进白菜幼苗的根系生长，有助于白菜对所需要的营养成分的吸收，但超过一定范围，添加蚓粪对白菜幼苗根系生长的促进作用会降低，这可能由于蚓粪含量过高对白菜幼苗所需营养物质的供应过剩，减缓了幼苗根系的生长。综合来看，在蚯蚓粪添加量为10%时，白菜幼苗根系生长状况最佳。

添加适量蚯蚓粪有利于提高白菜地上部分株高，并减少白菜硝酸盐含量。然而并不是蚯蚓粪的添加量越多越好，过量的蚓粪添加量会抑制白菜的生长，影响株高并使得叶菜中硝酸盐含量增加，从而降低白菜的品质，综合来看，在蚓粪添加量为10%时，白菜的地上部分品质最好。

蚯蚓粪的添加有利于白菜叶片的叶绿素含量和类胡萝卜素含量的提高，增强叶片光合能力，提高白菜对氮、磷等养分元素的吸收，促进作物生长。综合来看，蚯蚓粪添加量在 5%～10%时更有利于白菜叶绿素的合成，有利于白菜对土壤氮、磷的吸收，适合作物生长。

参考文献：

[1]Singh M，Ansari A，Muller G，et al. Heavy metals in freshly eposited sediments of the Gomati River （a tributary of the Ganga River）：effects

of human activities [J]Environmental Geology，1997，29（3）：246-252.

[2]Sin S N，Chua H，Lo W，et al. Assessment of heavy metal cations insediments of Shing Mun River，Hong Kong [J] Environment International，2001，26（5/6）：297-301.

[3]Arancon N Q，Edwards C A，Bierman P. Influences of vermicomposts on field strawberries：Part 2. Effects on soil microbiological and chemical properties[J]. Bioresource Technology，2006，97（6）：831-840.

[4]周美荣，孙振江，申晓强. 蚯蚓粪的研究及应用[J]. 山西农业科学，2012，40（8）：921-924.

[5]柏彦超，周雄飞，汪孙军，等. 牛粪经蚯蚓消解前后理化性质的比较研究[J]. 江西农业学报，2010，22（10）：135-137.

[6]宋忠俭，赵海涛，钱晓晴. 蚯蚓消解畜禽粪便生态资源化利用探析[J]. 现代农业科技，2012（23）：228-230.

[7]王凤艳. 蚯蚓粪对土壤的影响[J]. 吉林农业，2005（10）：25.

[8]斐庆海. 蚯蚓粪的优点、作用和对土壤的影响[J]. 农村实用科技信息，2005（10）：18.

[9]张洪钦，董延涛.蚯蚓粪改良老化土壤效果好[J]. 技术与市场，2004（1）：29.

[10] Arancon N Q，Edwards C A，Babenko A，et al. Influences of vermicomposts，produced by earthworms and microorganisms from cattle manure，food waste and paper waste，on the germination，growth and flowering of petunias in the greenhouse[J]. Applied Soil Ecology，2008，39（1）：91-99.

[11]Zaller J G. Vermicompost as a substitute for peat in potting media：Effects on germination，biomass allocation，yields and fruit quality of three tomato varieties[J]. Scientia Horticulturae，2007，112（2）：191-199.