李彩琴，刘荔贞，王 琴，姚 宇，郭靖荣
（山西大同大学化学与化工学院，山西大同 037009）
随着社会经济的发展，我国畜牧业得到了迅猛发展，人民的生活水平也不断提高。畜禽业粪便及其废弃物的不断增多使环境污染问题也日益突出。目前，伴随着各项污染处理技术的发展，蚯蚓处理技术也随之兴起。用蚯蚓处理城市的有机垃圾，可达到保护环境，防止污染，化害为好，抑制病害的目的，同时蚯蚓粪在土壤改良、缓解连作障碍、防控土传病害、保护生态环境等方面发挥着许多作用。因此，蚯蚓被称为“生态系统工程师”[1]。
自然界中的各种有机废物通过蚯蚓的分解，分解成易于被其他生物体使用的营养物质，最终以蚯蚓粪便的形式排泄出体外[2]。在这个过程中，有机废弃物在蚯蚓体内被细化分解，并使其微生物数量活性提高，腐殖质、微量元素、蛋白质含量升高。
随着蚯蚓养殖技术的广泛应用，产生的蚯蚓粪也慢慢增多。蚯蚓粪作为新型有机肥料之一，最大优势是增加土壤中微生物、营养物质、以及酶的含量，从而达到增肥、保持水分、增加养分的目的。现今，绿色农业、绿色食品等市场日益壮大，使得蚯蚓粪变成一种不可替代的绿色肥料，尤其是随着国家相关有机蚯蚓粪农业和乡村振兴等政策的实施，人们的环保意识逐步得到提高，因而蚯蚓粪在我国大部分地区得到了广泛应用[3]。
蚯蚓粪是一种无臭没有味道的黑色的均匀颗粒，具有一定的稳定性、排水性和通气性。如图1 所示。蚯蚓粪还具有较大的比表面积、一定的空隙结构，这些特点有利于细菌、放线菌和真菌等微生物对营养物质的吸收利用。此外，蚯蚓粪中含有大量微生物、酶、有机质、腐植酸以及氮、磷、钾等大量元素和铁、锰、锌、铜等微量元素。还有吲哚乙酸、赤霉素、细胞分裂素等多种植物生长调节剂，可促进生长发育，改善生长性能。堆制物料在蚯蚓体内经消化分解后，堆制物料的粒径会变小，碱性降低，稳定性增加，保水性提高，营养有效性提高。拟从作物生长、修复土壤、抑制作物病虫害、缓解作物连作障碍方面阐述蚯蚓粪在农业方面的应用。
图1 蚯蚓粪
1.1 促进植物生长
蚯蚓粪作为一种兴起、绿色、高效的有机肥料，在近几年的社会实践生产中被越来越广泛地应用。尚庆茂等[4]研究表明，与草炭相比，用蚯蚓粪作番茄育苗基质更加安全无污染、价格适宜、效果好。用混有蚯蚓粪的基质来培育番茄幼苗后，可使番茄幼苗的植株增高、叶面变大、根系粗壮，同时增加番茄的产量、提升番茄的口感品质，推动农村经济发展。由表1可以看出，蚯蚓粪复合基质对番茄总的出苗率没有大的影响，但对出苗时间有一定影响。播种后4 d内，对照出苗率达到72.22%。徐月明等[5]研究表明，蚯蚓粪、草炭、珍珠岩以不同的配比混合施用有一定的持水性、通气性，可提高该基质的养分含量和肥沃性。在草炭、珍珠岩、蚯蚓粪按体积比为4∶1∶5 的基质处理下的黄瓜幼苗生长状态最好，叶绿素含量最高，茎粗、根长、根干长度及壮苗指数均高于其他处理，显著改善了黄瓜的品质和产量。王恩煜等[6]研究了用不同种配比的蚯蚓粪做肥料对西瓜产量和品质的影响。结果表明，施用添加了蚯蚓粪的肥料可明显增加西瓜果实中的葡萄糖、多糖、维生素、蛋白质的含量，增加西瓜的甜度和营养度，使西瓜的产量和质量显著提高。陆萍等[7]研究中得出结论，施用蚯蚓粪可以明显提高草莓的产量，加入蚯蚓粪有机肥30 t/hm2时产量可达24 405 kg/hm2，增产效果最明显，加入蚯蚓粪有机肥45 t/hm2时，可以更好地促进草莓株高增长、果实发育、叶面积增大，效果优于其他处理，有利于提高草莓的品质口感和产量。李欢等研究表明[8]，把蚯蚓粪加入土壤中做肥料，能够提高土壤中大量元素的浓度，进而增加植物对营养物质的吸收，促进植物生长，减少化学肥料的用量。总之，越来越多的研究表明，蚯蚓粪便在农业部门中发挥着提高作物产量和质量的作用。
表1 蚯蚓粪复合基质对番茄出苗率的影响
1.2 抑制作物土传病害
作物土传病害是指病原菌通过土壤传播造成范围更广、危害更重的病害，主要发生在作物根部。因为病原菌具有一定的抗药性和存在性，且土传病害的防治成本高、药剂毒性较高，使其防除工作繁重、防治难度大、对环境也有影响[2]。传统的一些防治措施由于对杀虫剂的使用不当和杀虫剂中的化学成分对环境有一定的危害，造成了一些环境问题。比如在使用化学杀虫剂杀灭有害生物的同时也会杀害对环境及生态系统有益或非有害的生物，并且这些有毒性的化学物质会随着动植物进入食物链，最后进入人体，危害人体健康。所以这类杀虫剂不仅仅会破坏环境和生态系统，也会给人们的身体健康带来了威胁，成为可持续农业发展战略的阻碍。开发研究新型杀虫剂，合理控制作物土源性疾病，是发展乡村振兴和绿色可持续农业需要解决的必要问题。
大量的研究表明，蚯蚓粪具有一定的防治土传病害的作用。胡艳霞等[9]研究得出结论，对于由立枯丝核菌和镰刀菌引起的立枯病和枯萎病,当蚯蚓粪与土体积比为1∶5 作为基质时防控病害程度最大，防治效果最高可达到96.1%。在土壤中加入蚯蚓粪后能大大改善土壤中微生物的数量和活性，抑制土壤中对植物有害的病菌的活性，调节土壤中各种微生物的相互作用。同时,蚯蚓粪还可以分离出活性较强的拮抗微生物，胡艳霞等用从蚯蚓粪中分离出的拮抗性较强的菌株发酵液做实验，从微生物的拮抗作用角度发现，加入菌株发酵液可以较好地抑制多种病原菌活性并且加强植物的防御能力，使其产生抗病性、提高免疫力，抑制植物土传病害。以上各项研究结果均说明,蚯蚓粪中含有的微生物能抑制土传病害，促进植物生长。因此,在发展现代农业生产、推动乡村经济发展方面蚯蚓粪有巨大的作用。
1.3 修复土壤
作为作物生长的必要条件，土壤的性质会直接影响作物的产量和品质。在目前社会情况看来，环境保护是社会的一大热点，土壤污染也日益被重视起来。重金属在各大领域被不断使用，在其被排放到土壤中后会被动植物吸收且在食物链中逐级富集，最终进入人体或参与生态循环，不仅可能危害人体健康还会影响生态环境危害地球。
蚯蚓粪在改善土壤结构和吸附土壤中的重金属方面都有一定的作用。蚯蚓粪中有大的比表面积、适宜的孔隙率、大量的腐植酸，有较强吸附能力，所以可以利用蚯蚓粪的吸附性能，绿色高效的富集土壤中的重金属，使土壤中的重金属降低到规定值以下，从而修复土壤环境。此外，蚯蚓粪中含有多种微生物种群，当其与土壤中的胶体物质结合时，一方面有可以使重金属沉淀的作用，另一方面也可以与重金属络合，络合后的分子不易被植物吸收。最终均会抑制重金属进入食物链危害人类健康[10]。蚯蚓粪的主要作用是改善土壤理化性质，培养土壤肥力。土壤中加入蚯蚓粪后，通过微生物的不断作用，土壤可产生更多的养分和腐殖酸，降低土壤碱性，增加土壤养分，使其结构性质更加稳定。
崔玉珍等[11]研究表明，蚯蚓粪可以改善土壤的孔隙率，从而提高脲酶活性使其高效降解土壤中的尿素提高含氮量。此外对土壤中的各类细菌和多种酶的活性起积极作用，保证了土壤中有机质的含量，促进动植物生长。张荣涛等研究中得出结论，蚯蚓粪能够有效提高土壤中植物生长所需元素的含量，平衡土壤的pH，提高阳离子交换能力，稳定土壤理化性质，为动植物生长提供合适的环境[12]。陈小锦等[13]研究中得出结论，施用的蚯蚓粪体积达到5%～10%时，土壤理化性质的改善情况达到最佳效果，能够使土壤的养分含量达到理想情况。蚯蚓粪改善重金属土壤已经得到了一定范围的应用。
1.4 缓解作物连作障碍
在农业生产中经常用连作的栽培方式，但这种方式是不合理的，易使作物发生连作障碍。连作障碍是指同种作物或关系相近的作物在同一土壤中连续种植两茬以上，在采取了预防病虫害措施的情况下还会出现严重病害的现象[14]。连作障碍多发生在各种农作物中，如在经济作物的生产过程中，人们会因当地天气、经济效应、市场需要等多种因素的影响，对农作物采用连作的种植方式。但使用连作的种植方式会对农作物造成病害的积累，使其易产生连作障碍而出现严重的病虫害现象，而且连作障碍的防治工作及其繁重，费用也较高。连作可导致土壤板结、酸碱失衡，土壤中微生物数量减少、活性降低，病菌、害虫积累，作物免疫力下降，果实品质下降，造成作物减产。蚯蚓粪有合适的孔隙结构和较大的比表面积，使土壤有一定的通气性、保水性、吸附性，可增强作物对病害的抵抗力，为作物生长提供适宜的环境。蚯蚓粪中有较高含量的腐植酸，腐植酸能够有效调节土壤理化性质；
可以将土壤酸碱度稳定在合适动植物存活的范围内；
且能够促进作物都营养物质的吸收，提高作物产量。蚯蚓粪在生物学性质方面也可以缓解连作障碍。加入蚯蚓粪提高了土壤中营养物质的浓度，改善了土壤中微生物和酶的数量和种类，例如降低了拟杆菌门、酸杆菌门等细菌的数量，为作物生长提供稳定的环境，降低连作障碍发生的几率；
提高了土壤中能够降解尿素的脲酶等的活性，提高土壤中营养物质的浓度。
徐月明等做的研究中表明[5]，用蚯蚓粪和土壤培育黄瓜幼苗，具有透气性好、保水性强、养分含量高等优点，基质中蚯蚓粪占50%时对黄瓜幼苗的影响最好，这一处理条件下的黄瓜幼苗生长性能最好，株高、地下根茎、茎杆、叶面积、叶绿素含量等指标均较高。曹云娥等研究表明，施加蚯蚓粪到土壤中后，提高了土壤中营养物质的浓度，改善了土壤中菌类的数量和种类，例如增加了能够固定二氧化碳的绿弯菌门的细菌种类；
提高了硝化螺旋菌门和放线菌门的细菌数量，其中前者有利于氮循环后者能够促进动植物遗骸降解；
降低了酸杆菌门等细菌的数量，有效降低了连作障碍的发生率。因而可以有效地缓解连作障碍[15]。郑世英等研究表明[16]，施加蚯蚓粪可显著改善土壤肥沃性，增加草莓叶片面积、提高光合速率，增加果实中糖分、维生素、可溶性蛋白的含量，提高草莓质量。
1.5 在食用菌栽培中应用
蚯蚓粪有机物含量高，通气性、持水性超过一般土壤,是一种良好的材料。现有多项研究表明食用菌栽培过程中常用的基质可用蚯蚓粪来替代。韦珂等[17]研究中，用不同比例的蚯蚓粪和传统基质混合物做基质栽培鲍鱼菇，结果表明与传统的基质相比，加入蚯蚓粪的基质更利于鲍鱼菇的生长，并且当蚯蚓粪在基质中所占体积为10%时的效果最好。张佐宗[18]等人的研究中表明了，在食用菌栽培基质中用蚯蚓粪作基料的可行性，创立了四位一体结构的循环利用模式。
综上所述，蚯蚓粪在作物生长、修复土壤、食用菌栽培、抑制作物病虫害、缓解作物连作障碍方面起着无足轻重的作用。此外，蚯蚓粪在除臭剂、污水处理剂、解毒剂等方面，也越来越受到关注。但蚯蚓粪的很多研究依旧处于实验阶段，未来应该大范围应用于实际，结合实际情况深入研究开发。同时利用蚯蚓粪中富含的大量微生物、有机质、大量元素、腐殖质和蚯蚓粪通气性、持水性、养分含量高的特点，加大蚯蚓粪在各领域的应用，深入研究蚯蚓粪的利用价值和作用机理，推动“持续植保”、“绿色发展”措施的实施。
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