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摘要：为了评估果园底层土壤与蚯蚓粪等材料合成的技术新成土（Technosol）用于园林、道路绿化、污染退化土壤修复改良的安全性，对该混合物中水溶性物质的含量变化开展研究。以猕猴桃果园底层土壤（30～60 cm）为材料，分别添加0%（CK）、5%、10%、15%、20%的蚯蚓粪，充分混合，探讨蚯蚓粪-底土混合物在培养过程中部分水溶性物质含量变化情况。结果表明：添加适量蚯蚓粪能增加该混合物中水溶性养分含量，满足作物生长对氮、磷、钾等养分的需求；过量加入蚯蚓粪会导致土壤水溶性物质含量过高，可能对作物造成一定程度的胁迫，并引起水环境污染；本试验条件下，加入5%～20%的蚯蚓粪能在一定程度上降低混合物中水溶性有机碳含量。
关键词：蚯蚓粪；底土；水溶性物质
中图分类号： S156文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）09-0353-04
当前我国非农用地面积不断增加，耕地资源越来越少，生态环境、地球气候变化以及人为活动都在一定程度上给我国土地资源造成更多压力，对现有耕地进行合理利用与保护显得十分重要[1-5]。改良果园土壤的方法很多，如传统猕猴桃果园土壤一般采用一年生作物的管理方式，以清耕、裸露、中耕为主要手段，还包括果园生草，施用无机、有机肥料等手段[6- 10]。以往对土壤改良的研究多集中于土壤表层，关于果园底层土壤改良的研究很少。底层土壤是土表30 cm以下的土壤，也称为底土，它的特点是通气性差、氧扩散率低，不同地区、不同土壤的底土化学性质不同[11-13]。一般而言，底土养分的有效性远低于耕层土壤，这是由于植物根从底土吸收养分，通过养分循环进入耕层土壤，且耕层大量施用化肥。底土中较高的pH值和大量的活性胶体物质能将养分固定，导致养分很难被植物根利用[12]。当耕层的资源潜力无法利用或开发达到极限时，改良底土将成为提高农业生产力、增加粮食产量的重要措施。蚯蚓粪作为一种高效有机肥料，最大特点是富含活性有机物与微生物，与土壤混合后可以进行多种复杂反应，将植物各生长因子合理结合起来，改善土壤物理化学环境，最终达到增肥、抗病、养土的目的[14-15]。土壤有机质是保持土壤良好物理性状的必要条件，也是植物营养的重要来源[16]。蚯蚓粪可促进土壤团粒结构的形成，提高土壤通透性、保水性、保肥力[17-20]。本研究以猕猴桃果园贫瘠底土为研究对象，在底土中充分混合不同比例的蚯蚓粪，探讨蚯蚓粪-底土混合物在培养过程中部分水溶性物质含量变化情况，旨在为更好地开发利用底土提供参考依据。
1材料与方法
1.1材料
供试底土取自江苏省南京市六合区某猕猴桃种植园土表以下30～60 cm土层。土壤基本性质：pH值5.74，电导率574 μS/cm，有机质含量9.37 g/kg，全氮含量1.063 g/kg，全磷含量0.509 g/kg，全钾含量1.803 g/kg，硝态氮含量 5.33 mg/kg，铵态氮含量8.12 mg/kg，速效磷含量 11.0 mg/kg，速效钾含量101.9 mg/kg。试验前将土壤风干、磨细、过筛。蚯蚓粪（简称蚓粪）：取自扬州大学奶牛场蚯蚓养殖基地，为蚯蚓消解牛粪获得的蚓粪；其养分含量：有机质468.9 g/kg，全氮39.55 g/kg，全磷14.86 g/kg，全钾7.385 g/kg，硝态氮2.366 g/kg，铵态氮134.8 mg/kg，速效磷1.54 g/kg，速效钾1.65 g/kg。
1.2试验设计
试验于2013年7—9月在扬州大学环境科学与工程学院资源环境科学实验室进行。试验采用室内模拟培养方式进行。设5个处理，以不加蚓粪的自然底土为对照（CK），其余4种处理是将自然底土加蚓粪，蚓粪的添加比例（按质量计算）分别为5%（T1处理）、10%（T2处理）、15%（T3处理）、20%（T4处理），充分混合，置于塑料周转箱内，室温条件下连续培养60 d。培养期间，维持土壤含水量在20%～30%。为了减缓水分蒸发，在混合物表面覆盖1层塑料保鲜膜。每周取样1次，测定混合物中部分水溶性物质含量。
1.3方法
采用水土比5 ∶1浸提混合物获得待测液。采用靛酚蓝比色法测定铵态氮含量，采用紫外分光光度法测定硝态氮含量，采用钼蓝比色法测定无机磷含量，采用总有机碳（TOC）全自动测定仪测定TOC含量，采用过硫酸钾氧化后的紫外分光光度法测定全氮含量，采用钼蓝比色法测定全磷含量。
1.4数据统计与分析
采用Excel 2003、SPSS软件统计分析数据。
2结果与分析
2.1混合物中水溶性无机磷含量变化情况
从表1可以看出，随着培养时间的延长，5种处理混合物中水溶性无机磷含量基本呈现先增后降趋势。不添加蚯蚓粪处理（CK）混合物在培养期间水溶性无机磷含量为0～3.4 mg/kg，变幅较小，低于多数作物对水溶性磷需求的适宜水平。T1处理下混合物中水溶性无机磷含量为15.1～39.1 mg/kg，达到了绝大多数作物对水溶性磷需求的适宜水平，T1处理下混合物水溶性无机磷含量最大值出现在培养第6周。随着蚯蚓粪添加比例的增加，混合物中水溶性无机磷含量明显增加。T2、T3、T4处理下混合物中水溶性无机磷含量变幅分别为46.3～61.7、49.2～108.0、74.3～115.0 mg/kg，培养1～2周达到最大值，并且维持在较高水平。培养8～9周后混合物中水溶性无机磷含量虽然趋于平稳，但仍保留在较高水平，远超出一般作物对水溶性磷浓度要求的范围。表1不同培养时间混合物中水溶性无机磷含量变化
取样时间水溶性无机磷含量（mg/kg）CKT1处理T2处理T3处理T4处理第1周0.00Aa23.4±1.4Aab50.7±1.10ABCabc49.2±0.00Aa74.3±0.3Aa第2周0.00Aa21.6±0.0Aab59.5±1.70CDde108.0±0.90Fg115.0±4.9Ce第3周0.00Aa18.3±1.4Aab61.7±0.30De88.3±0.90DEef90.3±3.0ABabc第4周0.00Aa23.8±0.3Aab56.5±0.80BCDcde90.1±1.20Eef86.3±0.3ABbcd第5周1.06±0.00Aab19.3±0.5Aab54.5±0.80ABCDbcd76.3±0.90BCc94.4±0.3ABCabc第6周1.43±0.00Aab39.1±28.5Ab48.3±1.11ABab85.6±2.30CDEde108.0±17.9BCde第7周3.44±0.28Ab20.1±2.2Aab59.3±0.80CDde93.6±2.00Ef105.0±4.2BCcde第8周2.37±3.36Aab15.8±1.1Aab51.9±7.90ABCDabc68.6±8.20Bb77.3±0.9Aa第9周 1.27±1.79Aab15.1±1.1Aa46.3±0.60Aa79.2±0.90CDcd76.4±3.9Aa注：同列数字后标有不同大写字母表示差异极显著（P<0.01），标有不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。下表同。 2.2混合物中水溶性全磷含量变化情况
从表2可以看出，添加不同比例的蚯蚓粪处理与对照相比，水溶性全磷含量波动较大。随着蚯蚓粪添加比例的增加，水溶性全磷含量大幅提高，但波动性增大。培养1周后，不添加蚯蚓粪的对照（CK）和T1处理的混合物中水溶性全磷含量减少，T2、T3、T4处理下水溶性全磷含量均极显著增加。随着添加蚯蚓粪比例的提高，混合物中水溶性全磷含量增加；随着时间的推移，水溶性全磷含量逐渐趋于平稳，但仍保持在较高水平，如果进入水体环境，水体磷元素富营养化风险较大。
2.3混合物中水溶性硝态氮含量的变化
从表3可以看出，随着培养时间的延长，5种处理混合物中水溶性硝态氮含量呈增长趋势，不添加蚯蚓粪（CK）处理混合物中水溶性硝态氮含量为14.5～26.9 mg/kg。T1处理下混合物中水溶性硝态氮含量范围为37.7～77.6mg/kg，能较好地满足多数作物生长的需求。随着蚯蚓粪添加比例的不断增加，培养中后期混合物中水溶性硝态氮含量都出现了大幅度上升。蚯蚓粪添加过多会导致混合物硝态氮含量增加，对水环境可能造成径流污染。
2.4混合物中水溶性铵态氮含量的变化
中水溶性铵态氮含量均呈波动下降趋势，但变化范围均不大。所有处理下混合物中水溶性铵态氮含量都在1.3 mg/kg以下。尽管蚯蚓粪本身含有一定浓度的铵态氮，但可能由于底土的吸附、固定作用，或是培养过程中微生物的生物固定、硝化作用等，导致混合物中水溶性铵态氮含量并未随蚯蚓粪添加比例的提高而显著增加。
2.5混合物中水溶性全氮含量变化
从表5可以看出，不添加蚯蚓粪（CK）和添加5%蚯蚓粪（T1）2个处理下混合物中水溶性全氮含量变化幅度相对较小。T2、T3、T4处理下混合物中水溶性全氮含量随着培养时间的延长基本上一直增加。随着蚯蚓粪添加比例的提高，混合物中水溶性全氮含量提高，可以推测添加过高比例的蚯蚓粪存在一定的导致水体氮素富营养化风险。
2.6混合物中水溶性TOC含量的变化
从表6可以看出，随着培养时间的延长，不同处理下混合物中水溶性TOC含量呈“下降-上升”多次波动变化趋势。与对照相比，T1、T2、T3、T4处理下混合物中水溶性TOC含量均明显降低，添加蚯蚓粪在一定程度上有助于减少混合物中水溶性总有机碳含量，有利于减少有机碳流失。随着蚯蚓粪添加比例的增加，土壤有机质含量显著增加的同时，也有利于抑制有机碳的流失及其引起的环境污染负荷。
3结论与讨论
蚯蚓粪含有丰富的高品质有机质、大量的营养物质，添加蚯蚓粪既可以提高土壤综合肥力，也可能引起高浓度电解质对作物渗透胁迫程度加重。添加适量蚯蚓粪，不但能使混合物中水溶性养分含量处于作物生长适宜水平，而且可以使水溶性养分含量在较短时间内达到相对平衡状态。添加适量蚯蚓粪并不会对混合物中水溶性氮、磷含量产生很大影响，同时可以避免水体污染，降低混合物中水溶性总有机碳的含量及碳素流失的风险。过量添加蚯蚓粪，能较大幅度地提高混合物中水溶性氮、磷含量，对水体环境污染风险较大。表5不同培养时间混合物中水溶性全氮含量变化
参考文献：
[1]骆永明，滕应. 我国土壤污染退化状况及防治对策[J]. 土壤，2006，38（5）：505-508.
[2]赵沁娜，杨凯，张勇. 土壤污染治理与开发的环境经济调控对策研究[J]. 环境科学与技术，2005（5）：49-50.
[3]梅祖明，袁平凡，殷婷，等. 土壤污染修复技术探讨[J]. 上海地质，2010，31（增刊）：128-132.
[4]林强. 我国的土壤污染现状及其防治对策[J]. 福建水土保持，2004，16（1）：25-28.
[5]徐咏文，段萍，罗志华. 浅析中国土壤分类的发生与现状[J]. 安徽农业科学，2005，33（10）：2003-2004.
[6]赵英杰. 猕猴桃果园生草效应及栽培技术[J]. 落叶果树，2010（3）：58-59.
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[10]刘科鹏，黄春辉，冷建华，等. 猕猴桃园土壤养分与果实品质的多元分析[J]. 果树学报，2012（6）：1047-1051.
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[12]申建波，张福锁，毛达如. 底土胁迫效应与植物根系的适应性[J]. 中国生态农业学报，2001，9（2）：60-63.
[13]王小彬，蔡典雄，华珞，等. 土壤保持耕作——全球农业可持续发展优先领域[J]. 中国农业科学，2006，39（4）：741-749.
[14]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.
[15]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.
[16]王凤艳. 蚯蚓粪对土壤的影响[J]. 吉林农业，2005（10）：25.
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[18]唐健，宋贤冲，王会利. 不同配比蚯蚓粪复合肥对桉树生长及土壤性质的影响[J]. 南方农业学报，2012，43（3）：341-344.
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[20]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.
关键词：蚯蚓粪；底土；水溶性物质
中图分类号： S156文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）09-0353-04
当前我国非农用地面积不断增加，耕地资源越来越少，生态环境、地球气候变化以及人为活动都在一定程度上给我国土地资源造成更多压力，对现有耕地进行合理利用与保护显得十分重要[1-5]。改良果园土壤的方法很多，如传统猕猴桃果园土壤一般采用一年生作物的管理方式，以清耕、裸露、中耕为主要手段，还包括果园生草，施用无机、有机肥料等手段[6- 10]。以往对土壤改良的研究多集中于土壤表层，关于果园底层土壤改良的研究很少。底层土壤是土表30 cm以下的土壤，也称为底土，它的特点是通气性差、氧扩散率低，不同地区、不同土壤的底土化学性质不同[11-13]。一般而言，底土养分的有效性远低于耕层土壤，这是由于植物根从底土吸收养分，通过养分循环进入耕层土壤，且耕层大量施用化肥。底土中较高的pH值和大量的活性胶体物质能将养分固定，导致养分很难被植物根利用[12]。当耕层的资源潜力无法利用或开发达到极限时，改良底土将成为提高农业生产力、增加粮食产量的重要措施。蚯蚓粪作为一种高效有机肥料，最大特点是富含活性有机物与微生物，与土壤混合后可以进行多种复杂反应，将植物各生长因子合理结合起来，改善土壤物理化学环境，最终达到增肥、抗病、养土的目的[14-15]。土壤有机质是保持土壤良好物理性状的必要条件，也是植物营养的重要来源[16]。蚯蚓粪可促进土壤团粒结构的形成，提高土壤通透性、保水性、保肥力[17-20]。本研究以猕猴桃果园贫瘠底土为研究对象，在底土中充分混合不同比例的蚯蚓粪，探讨蚯蚓粪-底土混合物在培养过程中部分水溶性物质含量变化情况，旨在为更好地开发利用底土提供参考依据。
1材料与方法
1.1材料
供试底土取自江苏省南京市六合区某猕猴桃种植园土表以下30～60 cm土层。土壤基本性质：pH值5.74，电导率574 μS/cm，有机质含量9.37 g/kg，全氮含量1.063 g/kg，全磷含量0.509 g/kg，全钾含量1.803 g/kg，硝态氮含量 5.33 mg/kg，铵态氮含量8.12 mg/kg，速效磷含量 11.0 mg/kg，速效钾含量101.9 mg/kg。试验前将土壤风干、磨细、过筛。蚯蚓粪（简称蚓粪）：取自扬州大学奶牛场蚯蚓养殖基地，为蚯蚓消解牛粪获得的蚓粪；其养分含量：有机质468.9 g/kg，全氮39.55 g/kg，全磷14.86 g/kg，全钾7.385 g/kg，硝态氮2.366 g/kg，铵态氮134.8 mg/kg，速效磷1.54 g/kg，速效钾1.65 g/kg。
1.2试验设计
试验于2013年7—9月在扬州大学环境科学与工程学院资源环境科学实验室进行。试验采用室内模拟培养方式进行。设5个处理，以不加蚓粪的自然底土为对照（CK），其余4种处理是将自然底土加蚓粪，蚓粪的添加比例（按质量计算）分别为5%（T1处理）、10%（T2处理）、15%（T3处理）、20%（T4处理），充分混合，置于塑料周转箱内，室温条件下连续培养60 d。培养期间，维持土壤含水量在20%～30%。为了减缓水分蒸发，在混合物表面覆盖1层塑料保鲜膜。每周取样1次，测定混合物中部分水溶性物质含量。
1.3方法
采用水土比5 ∶1浸提混合物获得待测液。采用靛酚蓝比色法测定铵态氮含量，采用紫外分光光度法测定硝态氮含量，采用钼蓝比色法测定无机磷含量，采用总有机碳（TOC）全自动测定仪测定TOC含量，采用过硫酸钾氧化后的紫外分光光度法测定全氮含量，采用钼蓝比色法测定全磷含量。
1.4数据统计与分析
采用Excel 2003、SPSS软件统计分析数据。
2结果与分析
2.1混合物中水溶性无机磷含量变化情况
从表1可以看出，随着培养时间的延长，5种处理混合物中水溶性无机磷含量基本呈现先增后降趋势。不添加蚯蚓粪处理（CK）混合物在培养期间水溶性无机磷含量为0～3.4 mg/kg，变幅较小，低于多数作物对水溶性磷需求的适宜水平。T1处理下混合物中水溶性无机磷含量为15.1～39.1 mg/kg，达到了绝大多数作物对水溶性磷需求的适宜水平，T1处理下混合物水溶性无机磷含量最大值出现在培养第6周。随着蚯蚓粪添加比例的增加，混合物中水溶性无机磷含量明显增加。T2、T3、T4处理下混合物中水溶性无机磷含量变幅分别为46.3～61.7、49.2～108.0、74.3～115.0 mg/kg，培养1～2周达到最大值，并且维持在较高水平。培养8～9周后混合物中水溶性无机磷含量虽然趋于平稳，但仍保留在较高水平，远超出一般作物对水溶性磷浓度要求的范围。表1不同培养时间混合物中水溶性无机磷含量变化
取样时间水溶性无机磷含量（mg/kg）CKT1处理T2处理T3处理T4处理第1周0.00Aa23.4±1.4Aab50.7±1.10ABCabc49.2±0.00Aa74.3±0.3Aa第2周0.00Aa21.6±0.0Aab59.5±1.70CDde108.0±0.90Fg115.0±4.9Ce第3周0.00Aa18.3±1.4Aab61.7±0.30De88.3±0.90DEef90.3±3.0ABabc第4周0.00Aa23.8±0.3Aab56.5±0.80BCDcde90.1±1.20Eef86.3±0.3ABbcd第5周1.06±0.00Aab19.3±0.5Aab54.5±0.80ABCDbcd76.3±0.90BCc94.4±0.3ABCabc第6周1.43±0.00Aab39.1±28.5Ab48.3±1.11ABab85.6±2.30CDEde108.0±17.9BCde第7周3.44±0.28Ab20.1±2.2Aab59.3±0.80CDde93.6±2.00Ef105.0±4.2BCcde第8周2.37±3.36Aab15.8±1.1Aab51.9±7.90ABCDabc68.6±8.20Bb77.3±0.9Aa第9周 1.27±1.79Aab15.1±1.1Aa46.3±0.60Aa79.2±0.90CDcd76.4±3.9Aa注：同列数字后标有不同大写字母表示差异极显著（P<0.01），标有不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。下表同。 2.2混合物中水溶性全磷含量变化情况
从表2可以看出，添加不同比例的蚯蚓粪处理与对照相比，水溶性全磷含量波动较大。随着蚯蚓粪添加比例的增加，水溶性全磷含量大幅提高，但波动性增大。培养1周后，不添加蚯蚓粪的对照（CK）和T1处理的混合物中水溶性全磷含量减少，T2、T3、T4处理下水溶性全磷含量均极显著增加。随着添加蚯蚓粪比例的提高，混合物中水溶性全磷含量增加；随着时间的推移，水溶性全磷含量逐渐趋于平稳，但仍保持在较高水平，如果进入水体环境，水体磷元素富营养化风险较大。
2.3混合物中水溶性硝态氮含量的变化
从表3可以看出，随着培养时间的延长，5种处理混合物中水溶性硝态氮含量呈增长趋势，不添加蚯蚓粪（CK）处理混合物中水溶性硝态氮含量为14.5～26.9 mg/kg。T1处理下混合物中水溶性硝态氮含量范围为37.7～77.6mg/kg，能较好地满足多数作物生长的需求。随着蚯蚓粪添加比例的不断增加，培养中后期混合物中水溶性硝态氮含量都出现了大幅度上升。蚯蚓粪添加过多会导致混合物硝态氮含量增加，对水环境可能造成径流污染。
2.4混合物中水溶性铵态氮含量的变化
中水溶性铵态氮含量均呈波动下降趋势，但变化范围均不大。所有处理下混合物中水溶性铵态氮含量都在1.3 mg/kg以下。尽管蚯蚓粪本身含有一定浓度的铵态氮，但可能由于底土的吸附、固定作用，或是培养过程中微生物的生物固定、硝化作用等，导致混合物中水溶性铵态氮含量并未随蚯蚓粪添加比例的提高而显著增加。
2.5混合物中水溶性全氮含量变化
从表5可以看出，不添加蚯蚓粪（CK）和添加5%蚯蚓粪（T1）2个处理下混合物中水溶性全氮含量变化幅度相对较小。T2、T3、T4处理下混合物中水溶性全氮含量随着培养时间的延长基本上一直增加。随着蚯蚓粪添加比例的提高，混合物中水溶性全氮含量提高，可以推测添加过高比例的蚯蚓粪存在一定的导致水体氮素富营养化风险。
2.6混合物中水溶性TOC含量的变化
从表6可以看出，随着培养时间的延长，不同处理下混合物中水溶性TOC含量呈“下降-上升”多次波动变化趋势。与对照相比，T1、T2、T3、T4处理下混合物中水溶性TOC含量均明显降低，添加蚯蚓粪在一定程度上有助于减少混合物中水溶性总有机碳含量，有利于减少有机碳流失。随着蚯蚓粪添加比例的增加，土壤有机质含量显著增加的同时，也有利于抑制有机碳的流失及其引起的环境污染负荷。
3结论与讨论
蚯蚓粪含有丰富的高品质有机质、大量的营养物质，添加蚯蚓粪既可以提高土壤综合肥力，也可能引起高浓度电解质对作物渗透胁迫程度加重。添加适量蚯蚓粪，不但能使混合物中水溶性养分含量处于作物生长适宜水平，而且可以使水溶性养分含量在较短时间内达到相对平衡状态。添加适量蚯蚓粪并不会对混合物中水溶性氮、磷含量产生很大影响，同时可以避免水体污染，降低混合物中水溶性总有机碳的含量及碳素流失的风险。过量添加蚯蚓粪，能较大幅度地提高混合物中水溶性氮、磷含量，对水体环境污染风险较大。表5不同培养时间混合物中水溶性全氮含量变化
参考文献：
[1]骆永明，滕应. 我国土壤污染退化状况及防治对策[J]. 土壤，2006，38（5）：505-508.
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