施用高原养殖黄粉虫废弃物对西藏大棚土壤理化特性的影响

张平 李影 周隆利 索朗扎西 周毅 张晓琳 赵建荣

摘要 ［目的］完善以高原黄粉虫养殖为区域特色的种养循环体系，提升大棚土壤质量。［方法］在西藏洛扎县分别选取3个施用黄粉虫粪为主的养殖废弃物的大棚土壤，并以周边农田土壤作为对照，测定并比较土壤的基本农化特性、容重、孔隙度和土壤颗粒组成等理化性质的差异。［结果］3个采样点施用黄粉虫养殖废弃物的大棚土壤的有机质含量、有效磷含量、毛管孔隙度、田间持水量和小粒径土壤颗粒（<0.05 mm）占比显著高于周围农田土壤；而pH、土壤容重和大粒径土壤颗粒（>0.05 mm）占比显著低于周围农田土壤。［结论］在西藏高原地区，施用黄粉虫养殖废弃物具有通过提高土壤有机质含量提升土壤肥力，通过改变土壤颗粒组成改良土壤结构的潜力。

关键词 黄粉虫粪;大棚;土壤理化性质

中图分类号 S 141  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）23-0135-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.23.032

Effect of Tenebrio Molitor Frass on Soil Physical and Chemical Properties in Greenhouse in Plateau Area

ZHANG Ping， LI Ying， ZHOU Long-li et al

（College of Resource and Environment， Anhui Science and Technology University， Fengyang， Anhui 233100）

Abstract ［Objective］To improve planting and breeding cycle system with regional characteristics based on Tenebrio molitor cultivation in plateau area， and soil quality in greenhouse.［Method］Three greenhouse soils applied with tenebrio molitor breeding wastes （including frass and insect molt） in Lhozhag County， Xizang， and the surrounding farmland soils were used as controls. Differences in physical and chemical properties， such as basic agrochemical properties， bulk density， porosity and soil particle composition of the soils were measured. ［Result］Soil organic matter content， available phosphorus content， capillary porosity， field water capacity and proportion of small particle size soil particles （<0.05 mm） in the greenhouse soils treated with tenebrio molitor breeding wastes at the three sampling points were significantly higher than those in the surrounding farmland soils;however， pH， soil bulk density and the proportion of large particle size soil particles （>0.05 mm） were significantly lower than the surrounding farmland soils. ［Conclusion］Application of tenebrio molitor breeding wastes could improve both of soil fertility by increasing soil organic matter content， and soil structure by changing the composition of soil particles in Tibetan Plateau.

Key words Tenebrio molitor frass;Greenhouse;Soil physical and chemical properties

基金项目 西藏自治区科技计划项目（QYXTCXZX-SNS-2021-1）；安徽省教育厅重点项目（2022AH051619）。

作者简介 张平（1985—），女，山东乳山人，实验师，从事有机类肥料研制与应用研究。*通信作者，教授，从事养分高效利用与管理研究。

收稿日期 2022-11-06

设施蔬菜种植既是西藏等高寒地区重要的土地利用方式之一，也是满足当地居民周年新鲜蔬菜需求的重要途径。在西藏地区，研究发现，蔬菜大棚土壤的酸化、盐渍化趋势较农田土壤相对更明显，表层养分累积且明显失衡［1-2］；在提高土壤全磷、速效磷和全钾含量的同时，降低了土壤全氮含量。而大量研究证实，有机无机配施［3］、功能肥料［4］、绿肥［5］和微生物菌肥［6］等均可增加设施菜田土壤有机质含量，减缓土壤酸化［4-5］和盐渍化［5-6］趋势。因此，合理施用有机肥是高原设施农业可持续发展的有效保障。此外，因缺乏饲草料及薪柴，在西藏地区，秸秆常被充当牲畜饲料，而其粪便又被再次利用作为燃料，故而还存在还田的有机物相对较少的问题。而据调查，西藏大部分耕地有机质含量处于中等及以下等级［7］，土壤普遍存在土层薄砂砾多、保水保肥性能差的特点。地处西藏南部地区的山南市洛扎县，自2017年引入黄粉虫项目，开始开展黄粉虫高原养殖的相关研究。经过5年的探索，不仅解决了藏鸡养殖的蛋白源饲料问题，而且通过将黄粉虫养殖废弃物还田，初步建立起以藏鸡养殖为中心，以黄粉虫饲喂藏鸡—虫粪和鸡粪还田—种植胡萝卜喂虫喂鸡的种养殖循环农业模式。在平原地区，已有研究证实，施用黄粉虫糞可以显著提高蔬菜的营养品质［8］、土壤总碳、总有机碳含量和作物产量［9］。但截至目前，尚未见高原地区应用黄粉虫粪改良土壤的相关研究及其应用总结。笔者拟以未施用黄粉虫养殖废弃物的农田土壤为对照，比较其与施用黄粉虫养殖废弃物的大棚土壤的理化性质差异，以期为高原地区以黄粉虫养殖为特色的绿色种养循环模式的确立及推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤采自西藏山南市洛扎县种植养殖示范基地的3个蔬菜大棚，分别位于吉堆1组（90°83′44″E，28°39′14″N）、吉堆3组（90°79′18″E，28°38′93″N）和协其村（90°81′56″E，28°39′39″N）。分别建于2010、2016和2005年，并分别自2018、2019和2017年开始施用黄粉虫养殖废弃物。种植作物为红萝卜。供试黄粉虫养殖废弃物由洛扎县黄粉虫繁殖基地提供，其有机质、全氮、全磷和全钾含量分别为924.6 g/kg、43.59 mg/g、16.70 mg/g和13.98 mg/g。

1.2 试验设计

在每个采样点的蔬菜大棚中，随机选取3个点，采集耕层土壤（20 cm）。同时采集大棚外农田土壤作为对照。

1.3 测定项目与方法

黄粉虫废弃物采用H2SO4-H2O2法消解，其全氮、全磷和全钾含量分别采用流动分析仪、钼锑抗比色和火焰光度计法测定；有机质含量采用干灰化称重法测定。

土壤pH测定采用电位法，有机质测定采用重铬酸钾容量法-外加热法，碱解氮测定采用碱解扩散法，有效磷测定采用钼锑抗比色法，速效钾测定采用火焰光度计法。土壤容重、总孔隙度测定采用环刀法。土壤颗粒分析采用湿筛-比重计速测法测定［10］，粒级划分采用卡氏制。

1.4 数据处理

采用WPS Office 2016和SPSS 24.0统计分析软件进行数据计算和统计分析。

2 结果与分析

2.1 施用黄粉虫养殖废弃物对大棚土壤基本农化特性的影响

由表1可知，3个施用黄粉虫养殖废弃物采样点的土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量均存在极显著差异（P＜0.01）。同时，与农田土壤相比，3个采样点大棚土壤pH呈显著降低的趋势，而土壤有机质、有效磷含量和除吉堆1组外的土壤速效钾含量呈显著增加趋势。对不同采样点2种来源土壤的碱解氮含量分别进行t检验，则只有吉堆3组2种来源土壤的碱解氮含量达显著差异水平。说明在设施条件下，施用黄粉虫养殖废弃物等栽培管理措施可能已对供试土壤的农化性状产生了不同程度的影响。

进一步比较F值大小可知，由土壤来源代表的施用黄粉虫养殖废弃物等栽培管理措施是影响供试土壤农化性状变化的主要诱因；而其所受的影响为土壤有效磷含量>速效钾含量>有机质含量>碱解氮含量>pH。

2.2 施用黄粉虫养殖废弃物对大棚土壤容重和孔隙度的影响

由表2可知，3个采样点只有土壤田间持水量之间存在显著差异（P＜0.05）。同时，与农田土壤相比，3个采样点大棚土壤总体呈容重显著降低，而毛管孔隙度和田间持水量显著升高的趋势；尽管土壤总孔隙度也存在升高的趋势，但未达显著差异水平。说明施用黄粉虫养殖废弃物等栽培管理措施对洛扎县供试土壤的物理性状可能也产生了明显的影响。

由F值可以看出，由土壤来源代表的施用黄粉虫养殖废弃物等栽培管理措施也是影响洛扎县供试农田土壤物理性状变化的主要诱因；且各物理性状受到的影响为土壤田间持水量>毛管孔隙度>容重>总孔隙度。

2.3 施用黄粉虫养殖废弃物对大棚土壤颗粒组成的影响

由表3可知，3个施用黄粉虫养殖废弃物采样点的土壤颗粒组成间存在明显差异。以大棚土壤中大于1.000 mm的砾石占总体土壤的百分比，以及在小于1.000 mm的土壤颗粒组成中，0.050～1.000 mm的砂粒所占的百分比均极显著低于农田土壤；而其小于0.050 mm的粗粉粒、中细粉粒和黏粒占小于1.000 mm的土壤颗粒组成的百分比总体高于农田土壤。说明设施条件下施用黄粉虫养殖废弃物等栽培管理措施可能通过改变洛扎县供试农田土壤的颗粒组成而对其理化性状产生明显影响。

进一步比较F可知，由土壤来源代表的施用黄粉虫养殖废弃物等栽培管理措施也是影响洛扎县供试农田土壤颗粒组成的主要诱因。其中，在小于1.000 mm的土壤颗粒组成中，各粒级土壤颗粒占比受到的影响为砂粒>黏粒>粗粉粒>中细粉粒。

3 结论与讨论

施用有机肥是提高土壤有机质含量、培肥地力的重要途径。虫粪是一种新型有机肥。该研究结果表明，在3个采样点，施用以虫粪和虫蜕为主的黄粉虫养殖废弃物的大棚土壤有机质含量均显著高于周围农田（分别相对增加了44.94%、94.04%和83.00%），这与蔡瑞婕等［9］施用虫粪有机肥显著提高土壤有机碳含量的研究结果近似。但对西藏蔬菜大棚土壤的分析结果也表明，土壤有机质含量本身就存在随大棚种植年限延长而增加的趋势，其中，5、10和15年棚龄的蔬菜大棚土壤有机质含量分别增加9.62%、2.96％和18.03%［11］。即使在增幅较高的研究中，使用2、7和15年的蔬菜大棚土壤有机质含量分别较农田土壤增加36.66％、49.54％和59.52％［1］，但总体仍相对低于该研究。由此推测，施用黄粉虫养殖废弃物确实存在显著提高大棚土壤有机质含量的效应。

发生次生盐渍化、酸化、养分失调、微生物区系破坏、土传病害加重等一系列质量退化及连作障碍问题是设施土壤质量退化的共性特征，已成为制约现代设施农业可持续发展的瓶颈［12］。潘剑玲等［13］研究表明，在连续种植5年后，西藏地区的设施菜地土壤即出现严重酸化和养分不平衡的现象。在该研究中，尽管施用黄粉虫养殖废弃物的大棚土壤的pH均极显著低于农田土壤，但其中棚龄最长的协其村的大棚土壤pH的年平均降低幅度（0.98%）相對低于刘翠花等［11］（1.70%）和潘剑玲等［13］（2.27%）的结果，说明施用黄粉虫养殖废弃物可能存在延缓大棚土壤酸化趋势的效应。该研究的采样点自施用黄粉虫养殖废弃物以后，还同时停止化肥的施用。因此，尚不清楚其土壤未加剧酸化是否也与此有关，尚有待进一步研究。

研究表明，设施大棚还存在土壤容重增加及土壤总孔隙度和通气孔隙度降低［13］的问题。但在该研究中，与农田土壤相比，施用黄粉虫养殖废弃物的大棚土壤出现容重及大粒径土壤颗粒（0.050～1.000 mm）占比明显降低，而小粒径土壤颗粒（<0.050 mm）占比和总孔隙度总体升高的趋势，说明施用黄粉虫养殖废弃物可能具有改良设施土壤结构、逆转其质量退化的潜力。这与合理施用有机物料改善土壤物理结构的相关研究［14］结果一致，同时，由该研究中3个采样点大棚土壤的田间持水量也随之升高的结果得到证实。此外，在该研究中，采样大棚土壤也出现明显的磷素富集和速效钾含量增加的现象，但上升幅度也远高于刘翠花等［11］和潘剑玲等［13］的报道，表明其中可能也包含施用黄粉虫养殖废弃物的效应。与对照农田土壤相比，施用黄粉虫养殖废弃物可降低大棚土壤的pH、容重和大粒径土壤颗粒（0.050～1.000 mm）占比，而提高大棚土壤的有效磷含量、毛管孔隙度、田间持水量和小粒径土壤颗粒（<0.050 mm）占比。但该研究仅为调查研究，故而，供试的3个不同采样点的农田土壤性质存在较大差异，由于无法获得施用黄粉虫养殖废弃物之前的各个点的实际土壤理化性质状况，因此，更确切的结论尚需进行土壤模拟培养试验予以支撑。目前，受黄粉虫养殖分布、规模和虫粪产量的限制，也尚缺乏与长期施用该类物料及其积制肥料肥效评价的相关研究予以佐证。以该研究中大棚土壤的理化性质、施肥种类、施肥量和土壤养分状况看，在该模式下，还存在土壤磷素过度富集、土壤养分不平衡的问题，今后还需要注重黄粉虫养殖废弃物的积制方式、长期施用效果及与其他养分肥料的合理配施，才能促进大棚土壤质量良性发展，进而完善基于黄粉虫养殖为特色的区域绿色种养循环技术体系。

参考文献

［1］ 曹舰艇，杨红，彭艳，等.藏东南不同种植年限蔬菜大棚土壤pH及养分的变化特征［J］.西北农林科技大学学报（自然科学版），2019，47（8）：117-126.

［2］ 朱荣杰，赵贯飞，杨斌，等.种植年限对拉萨国家农业科技园区温室土壤理化性质的影响［J］.北方园艺，2016（21）：183-187.

［3］ 姜玲玲，刘静，赵同科，等.有机无机配施对番茄产量和品质影响的Meta分析［J］.植物营养与肥料学报，2019，25（4）：601-610.

［4］ 杨颂东.泥炭功能肥料对设施番茄增产和退化土壤改良的效果［J］.农业工程技术，2018，38（34）：21-24.

［5］ 程文龍，李敏，韩上，等.不同种类夏绿肥对设施土壤的改良效应［J］.中国土壤与肥料，2021（4）：83-87.

［6］ 张蕾，吴文强，王维瑞，等.土壤调理剂及其配施微生物菌肥对设施菜田次生盐渍化土壤改良效果研究［J］.中国土壤与肥料，2021（3）：264-271.

［7］ 刘国一.西藏商品有机肥的应用前景［J］.西藏农业科技，2018，40（1）：43-46.

［8］ 李艳芳，徐匆，罗华建，等.黄粉虫虫沙与微生物功能菌复合添加对罗马生菜营养品质的影响［J］.安徽农业科学，2016，44（35）：67-69.

［9］ 蔡瑞婕，肖扬，吴翔，等.虫粪有机肥对设施土壤理化性质及番茄产量的影响［J］.河南农业科学，2019，48（11）：70-74.

［10］ 徐树建，任丽英，董玉良，等.土壤地理学实验实习教程［M］.济南：山东人民出版社，2015：18-23.

［11］ 刘翠花，张澈.西藏高原设施蔬菜土壤特性调查研究［J］.土壤通报，2006，37（4）：827-829.

［12］ 马艳春，姚玉新，杜远鹏，等.葡萄设施栽培不同种植年限土壤理化性质的变化［J］.果树学报，2015，32（2）：225-231.

［13］ 潘剑玲，代万安，王喜明，等.西藏高寒地区不同年限设施蔬菜土壤理化性质变化及与农田、草地土壤的对比分析［J］.土壤通报，2013，44（4）：912-917.

［14］ 李娜，龙静泓，韩晓增，等.短期翻耕和有机物还田对东北暗棕壤物理性质和玉米产量的影响［J］.农业工程学报，2021，37（12）：99-107.