蚯蚓堆肥转化有机废弃物：一种可持续的苗木生产基质新途径及其盐分平衡调控机制

《Discover Agriculture》：Vermicompost: a pathway to transform organic waste into substrate for seedling production

本研究针对商业育苗基质成本高昂制约小农发展的问题，探索了利用蚯蚓堆肥（vermicompost）转化本地有机废弃物为可持续育苗基质的可行性。研究人员通过设置不同土壤-蚯蚓堆肥配比（100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100）并以商业基质为对照，以柠檬桉（Corymbia citriodora）为生物模型，系统评估了幼苗发芽率、株高（SH）、茎粗（SD）、生物量积累和迪克森质量指数（DQI）。结果表明，75:25的配比最优，其发芽率达85%，DQI为4.9E-02，显著优于纯土壤（15%, 0）和商业基质（100%, 2.2E-02）。网络分析和主成分分析（PCA）进一步揭示氮素（N）是基质技术可行性的核心驱动因子，其通过调控pH、有机质（OM）及磷（P）、钾（K）、锌（Zn）等养分，促进胁迫下幼苗发育。然而，高浓度蚯蚓堆肥（如100%）会因盐分（如Na+）积累导致DQI下降，凸显了浓度管理的重要性。该研究为有机农业提供了低成本、可持续的育苗解决方案，对推动资源循环利用具有重要意义。

　　

在当今全球粮食安全与气候变化双重挑战下，小农农业面临着生产成本攀升与环境可持续性的巨大压力。其中，幼苗生产作为农林产业的基石，其成本与质量直接关系到生产的成败。商业育苗基质虽效果稳定，但其高昂的价格往往令小规模生产者望而却步。与此同时，城市与农业有机废弃物的处理已成为严峻的环境问题。能否将这些“放错位置的资源”转化为有价值的农业投入品？蚯蚓堆肥（Vermicompost）——这一利用蚯蚓（如Eisenia foetida）分解有机废物产生的营养丰富的生物肥料——为我们提供了一个充满希望的答案。它被证实能提升土壤肥力，但其在苗木生产，尤其是林木树种育苗中的应用效果与最佳使用浓度，仍需深入探索。为此，Paulo Henrique Ferreira Frata等研究人员在《Discover Agriculture》上发表了一项研究，旨在评估蚯蚓堆肥作为育苗基质的技术可行性，并寻找其在促进植物生长与避免盐分胁迫之间的最佳平衡点。

为开展此项研究，作者团队采用了几个关键技术方法。研究在温室可控条件下进行，设置了土壤与自制蚯蚓堆肥的不同体积比配方（100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100），并以商业基质（Vivatto Plus）作为对照。以柠檬桉（Corymbia citriodora）种子为模型材料，播种于聚丙烯管中，定期监测发芽率。幼苗生长期间，每周记录株高（SH）、茎粗（SD）和叶片数（LC）等形态指标。培养100天后，测定幼苗地上部和根部鲜重（SFM, RFM）及干重（SDM, RDM），并计算迪克森质量指数（DQI）以综合评价幼苗质量。数据分析采用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey HSD事后检验，并运用网络分析和主成分分析（PCA）深入探讨影响基质可行性的关键因子及其相互作用。

3.1 蚯蚓堆肥的理化性质

分析显示，所使用的蚯蚓堆肥pH值为6.5，处于植物生长的适宜范围。其有机质含量高达47%，并富含磷（P, 0.5%）、钾（K, 2.4%）、钙（Ca, 2.1%）等大量元素以及锌（Zn, 27 mg kg^-1）、铁（Fe, 1251 mg kg^-1）等微量元素，表明其具有优良的肥力潜力。然而，其钠（Na）含量为798 mg kg^-1，提示高浓度使用可能存在盐分胁迫风险。

3.2 幼苗性状

3.2.1 种子发芽

种子发芽率在不同基质间差异显著。纯蚯蚓堆肥（T5）的发芽率高达95%，与商业基质（T6）的100%相当。75:25的土壤-蚯蚓堆肥混合基质（T2）发芽率达到85%，而纯土壤（T1）的发芽率仅为15%，充分显示了蚯蚓堆肥对发芽的促进作用。但当蚯蚓堆肥比例超过75%时（如T3, T4），发芽率并未进一步提升，甚至略有下降，表明存在一个最佳浓度范围。

3.2.2 幼苗地上部形态性状

在地上部形态方面，75:25处理（T2）的幼苗表现最佳，平均株高（SH）达15.75厘米，茎粗（SD）达2.75厘米。随着蚯蚓堆肥比例增加，株高和茎粗呈下降趋势，例如25:75处理（T4）的株高和茎粗分别降至9.6厘米和1.1厘米。然而，叶片数（LC）却随着蚯蚓堆肥比例增加而增加，纯蚯蚓堆肥（T5）处理的叶片数最多（37.2片），显著高于75:25处理（18.8片）和商业基质（11.3片）。这说明高浓度蚯蚓堆肥更倾向于促进叶片生长，而非茎的伸长和增粗。

3.2.3 幼苗地上部和根部生物量积累

生物量积累的结果与形态指标一致。75:25处理（T2）的地上部鲜重（SFM, 1.7 g）和根部鲜重（RFM, 1.45 g）均为最高，总鲜重达3.15 g。纯蚯蚓堆肥（T5）和50:50处理（T3）则表现出较低的地下部生物量，特别是根部鲜重分别仅为0.3 g和1.0 g。这表明适量蚯蚓堆肥能均衡促进地上和地下部生长，而过量则可能抑制根系发育。

3.2.4 幼苗迪克森质量指数（DQI）

迪克森质量指数（DQI）是综合评价幼苗质量的可靠指标。75:25处理（T2）的DQI值最高（4.9E-02），显著高于商业基质（2.2E-02）。纯土壤（T1）的DQI为0。随着蚯蚓堆肥比例从50:50（T3, 4.2E-02）增加到25:75（T4, 2.8E-02）直至100%（T5, 3.6E-02），DQI呈现下降趋势，清晰地表明过高浓度的蚯蚓堆肥反而不利于培育优质壮苗。

3.2.5 驱动基质技术可行性的因素

网络分析和主成分分析（PCA）揭示了各因子间的复杂相互作用。氮素（N）在网络中具有最高的度中心性（Degree Centrality）和接近中心性（Closeness Centrality），表明其处于核心地位，能快速影响pH、有机质（OM）、磷（P）、钙（Ca）、镁（Mg）等其他因子，是基质技术可行性的关键驱动力。钠（Na）和交换性钠百分比（ESP）也与发芽率（gRate）等因子存在连接，但其在PCA中对主成分的贡献度较低，说明在土壤-蚯蚓堆肥混合物中，其直接影响可能被缓冲，但仍需关注其间接效应。社区分析将因子划分为“基质肥力”和“物理生长与发育”两大集群，氮素、钠和ESP作为“真正”的交叉点，连接着两个集群，整合了对环境胁迫的响应。

综上所述，本研究证实，在浓度管理得当的前提下，蚯蚓堆肥可作为商业育苗基质的可行替代品。75:25的土壤-蚯蚓堆肥混合比例被确定为最优配比，能显著提升柠檬桉种子的发芽率、促进植株生长和生物量积累，并获得最高的迪克森质量指数（DQI）。然而，高浓度蚯蚓堆肥（如100%）虽能促进叶片生长，但会抑制根系发育，导致DQI下降，这主要与基质的盐分（特别是Na+）积累有关，可能引发渗透胁迫和离子失衡（如不利的Na+/K+比）。因此，成功应用蚯蚓堆肥的关键在于精细调控其使用浓度，以最大化其肥效同时最小化盐胁迫风险。该研究不仅为小农提供了一种低成本的可持续育苗方案，也为有机废弃物的资源化利用开辟了新途径。未来的研究应侧重于蚯蚓堆肥过程的全面表征、不同原料来源的评估、以及通过添加惰性添加剂（如生物炭）来调控盐分，从而优化基质配方并扩大其适用作物范围。