蚕沙改良剂改善网室条件下土壤特性及白花菜生长的作用机制研究

《International Journal of Agronomy》：Silkworm Frass Amendment Improves Soil Properties and Performance of Cleome gynandra Under Screenhouse Conditions

本研究系统探讨了蚕沙（silkworm frass）作为有机肥料对土壤理化性质及白花菜（Cleome gynandra）生长发育的促进作用。通过网室盆栽实验发现，蚕沙施用可显著提升土壤电导率（EC）、全氮（N）、钾（K）和有机质（OM）含量，并促使土壤pH趋近中性。在30 t ha?1的施用量下，白花菜的生物量、株高、茎粗及叶片数均达到最优，表明蚕沙是一种具有潜力的气候智能型有机肥料，可为可持续农业提供新策略。

　　

蚕沙改良剂改善土壤特性及白花菜生长的机制研究

引言

面对全球人口增长、气候变化及土壤肥力下降的挑战，开发气候智能型农业技术已成为当务之急。昆虫粪肥（frass）作为昆虫养殖的副产品，富含氮、磷、钾等养分，具有作为可持续有机肥料的潜力。本研究以蚕沙（Bombyx mori frass）为对象，探讨其对土壤性质及白花菜（Cleome gynandra）生长的影响，旨在为资源匮乏地区的农业可持续发展提供理论依据。

材料与方法

实验在乌干达国家作物资源研究所的网室中进行，采用盆栽设计，设置蚕沙施用量为10、20、30、40 t ha^?1及空白对照组。土壤与蚕沙混合后平衡两周，播种白花菜并定期测定植株生长指标及土壤养分变化。数据分析采用方差分析（ANOVA）、Kruskal-Wallis检验及聚类分析等方法。

结果

土壤与蚕沙的养分特征比较

未改良土壤呈酸性（pH 4.94），有机质（4.26%）、全氮（0.19%）和钾（0.13 cmol kg^?1）含量较低。蚕沙则接近中性（pH 6.74），有机质（9.17%）、全氮（1.68%）和钾（1.70 cmol kg^?1）显著高于土壤，电导率（4914 μS cm^?1）远高于土壤（245 μS cm^?1）。多元方差分析表明，蚕沙与土壤的养分组成存在显著差异。

蚕沙对土壤肥力的改良作用

施用蚕沙后，改良土壤的pH、有机质、全氮、钾和电导率均显著提升，其中pH升至6.0，有机质和全氮分别增至8.91%和1.87%。磷含量虽未显著变化，但钾的增幅尤为明显。聚类分析显示，改良土壤与蚕沙的养分特征高度相似，表明蚕沙能有效改善土壤肥力。

蚕沙对白花菜生长的影响

白花菜的形态指标随蚕沙用量增加呈剂量依赖性改善。在30和40 t ha^?1处理下，植株株高、茎粗、叶片数、叶面积及生物量均达到峰值，且两组间无显著差异，表明30 t ha^?1为最适施用量。相关性分析显示，叶片发育与植株高度密切相关，而茎粗变化相对独立。

收获后土壤养分动态

收获后，改良土壤的有机质、全氮和钾含量显著下降，表明白花菜在生长过程中吸收了这些养分。这一现象进一步印证了蚕沙对植物营养的促进作用。

讨论

本研究证实蚕沙能有效改善土壤理化性质，并通过养分释放促进白花菜生长。其作用机制可能与蚕沙中的几丁质（chitin）激发植物抗逆性、增强微生物活性有关。与其他昆虫粪肥（如黑水虻frass）相比，蚕沙的pH更接近作物生长适宜范围，且养分释放模式更具可持续性。未来需开展田间试验验证其长期效应，并探索其在不同作物和土壤类型中的适用性。

结论

蚕沙作为一种新型有机肥料，能显著提升土壤肥力并促进白花菜生长，在30 t ha^?1施用量下效果最优。其应用符合气候智能型农业理念，有望为可持续食物系统构建提供技术支持。