红薯是世界上第七大粮食作物，中国的红薯生产量一直稳居世界之首^[1]。红薯是一种需肥量较高的作物，过量施用化肥是红薯生产中普遍存在的现象，不利于红薯的优质稳产^[2]，且田间过量施用化肥会导致肥料利用率降低、土壤酸化板结、土壤肥力下降等现象^[3-4]。化肥有机肥配施是提高红薯生物量与产量、改善红薯品质^[2，5]的有效施肥措施，同时能够增加土壤养分有效性、改善土壤微生物群落结构、提高土壤质量^[5]。近年来，有机肥部分替代化肥已受到国内外普遍重视^[6-8]，该措施可以改善土壤养分、显著提高土壤有机质含量、促进土壤酶活性升高^[6-7]，并增加作物的生物量、产量^[6-7]与品质^[8]。于跃跃等^[7]研究发现，有机肥替代 50% 化肥时，土壤碱解氮、速效钾含量增幅最大，且与作物产量具有显著正相关关系。Yang 等^[8]研究发现，用 50% 牛粪替代化肥对作物品质有积极影响。因此，有机肥替代化肥对提高作物产量与品质、维持土壤养分平衡、实现农业可持续发展具有重要的意义。

蚯蚓粪是一种腐熟有机肥料，具有高通气性、高孔性和高保水性等特点^[9-10]，含有大量的有机质和植物生长必需的营养元素，对改善土壤理化性质、促进作物提质增产具有重要作用^[9，11]。对于块根类作物红薯而言，蚯蚓粪施用后可以有效降低土壤容重^[12]，理论上将有利于红薯块根的膨大与根系下扎；蚯蚓粪含有的氮、磷、钾、铁、镁、锌等营养元素^[13-14]有利于提高块根中淀粉合成酶活性^[15]及淀粉和可溶性糖含量^[16]、促进光合产物的形成及其向地下部的转运^[15]，且蚯蚓粪携带的微生物群落能够与作物根系进行互作、促进作物对营养的吸收^[14]，这些必将促进红薯的产量形成与品质提升，同时提高土壤有效养分含量；此外，蚯蚓粪能够显著提高土壤中微生物的丰富度、改善细菌与真菌门级优势菌的相对丰度，进而增强土壤微生物对外界感染的抵抗能力，缓解土壤的连作障碍^[14]，这意味着蚯蚓粪对于常年种植红薯的土壤将有显著的改良效果。因此，施用蚯蚓粪对于块根类作物的种植生产以及土壤肥力的可持续性具有重要意义。然而在生产实践中，蚯蚓粪作为有机肥与化肥配施，对红薯生长及土壤肥力的影响以及用蚯蚓粪替代化肥的最适比例，目前还不得而知。

因此，本研究采用由给蚯蚓饲喂牛粪后产生的蚯蚓粪作为有机肥，在常年种植红薯的生产基地上进行田间试验，探讨单施化肥、蚯蚓粪部分替代化肥、单施蚯蚓粪处理下，红薯产量、品质及土壤肥力性状的响应规律，同时寻找蚯蚓粪与化肥配施的最佳配比，在减少化肥用量的同时，不降低产量且有利于土壤肥力的可持续性，为化肥减施、农田肥力可持续性提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概括

供试品种为商薯 19 号。供试肥料为氮磷钾复合肥（N∶P∶K=15∶15∶15）和蚯蚓粪，蚯蚓粪肥由武汉田申甲作物科学有限公司提供，其养分含量：全量氮、磷、钾含量分别为 15.0、12.3、11.2 g/kg。试验于 2021 年 5—10 月在河南省洛阳市新安县仓头镇红薯生产基地开展，供试土壤为褐土，试验初始时土壤有机质含量 14.27 g/kg，全氮含量 0.65 g/kg，全磷含量 0.64 g/kg，全钾含量 14.51 g/kg，碱解氮 （NO₃^- +NH₄ ⁺）含量 79.00 mg/kg，有效磷（P₂O₅）含量 14.19 mg/kg，速效钾（K₂O）含量 229.07 mg/kg。

1.2 试验设计

田间试验设置 7 个处理，空白对照（不施肥， CK）；600 kg/hm² 氮磷钾复合肥（0R）；10%R： 10% 替代（氮素总量与 0R 处理相同的前提下， 10% 的化肥氮素由蚯蚓粪替代，即氮磷钾复合肥提供的氮素占 0R 处理总氮量的 90%，其余 10% 的氮素由蚯蚓粪提供，下同。10%R）；20% 替代 （20%R）；40% 替代（40%R）；60% 替代（60%R）； 100% 替代（ 纯蚯蚓粪，添加量为 6000 kg/hm²， 100%R）。每个处理重复 3 次，试验采用随机区组设计。肥料均作为基肥施用，具体施肥用量见表1。

于 2021 年5月12 日进行薯苗的移栽，移栽薯苗前首先对试验地进行整地处理，五点混合法采集0～20 cm 土层的土壤样品，以备测定土壤基础肥力相关指标；然后划分小区，小区面积为 17.5 m² （2.5 m×7.5 m），向不同处理小区中分别施加肥料；最后挖沟起垄，每个小区起 3 垄，垄距为 80 cm，垄高为 20 cm。移栽薯苗时，株间距控制在 30 cm 左右，并及时向薯苗根部浇水，以保证成活率。

1.3 样品采集与测定

土壤样品：在红薯发根分枝结薯期（栽秧后 40 d）、蔓薯并长期（栽秧后 120 d）、收获期（栽秧后 160 d）用五点混合采样法在每个处理小区采集 0～20 cm 土层土样，去掉植物残体等杂物后混匀土壤，装入密封袋带回实验室，自然风干过筛。分别用碱解扩散法测定土壤碱解氮含量，NaHCO₃ 浸提-钼锑抗比色法测定土壤有效磷含量，NH₄OAc 浸提-火焰光度法测定土壤速效钾含量，K₂Cr₂O₇ 容量法-外加热法测定土壤有机质含量。

植物样品：在采集土壤样品的同时进行了 3 个时期植物样品的采集，选取每个处理小区中长势一致的植株，整株挖出，用卷尺测量不同施肥处理红薯植株的主蔓长、茎粗及从主蔓顶端到茎基部第四片叶的长和宽，记录红薯植株的地上部分鲜重。在 2021 年红薯收获期（栽秧后 160 d），每个处理小区中随机采集 0.8 m（垄宽）×1 m（垄长）=0.8 m² 面积的全部植株，测量单位面积产量、单株产量、单株薯块数量、单个薯块重量、最大薯重、最小薯重等指标；测定植株茎、叶、块根的鲜重和干重，植物样品经 H₂SO₄-H₂O₂ 消煮后，分别用凯氏定氮法、钼锑抗比色法、火焰光度法测定全氮、全磷、全钾含量；用蒽酮法测量块根中淀粉和可溶性糖含量，重铬酸钾氧化法测定纤维素含量，考马斯亮蓝 G-250 法测定可溶性蛋白含量。

1.4 数据处理

采用 Excel 2016 进行数据初步计算，通过 SPSS 21.0 对不同处理的数据进行正态分布检验和方差齐性检验，并进行方差分析和多重比较，利用 SPSS 21.0 对土壤肥力性状、红薯农艺性状、红薯品质和产量构成因素进行 Pearson 相关性分析。利用 Origin 2021 绘制柱状图、相关性热图。用 R-4.3.1 构建偏最小二乘路径模型（partial least squares path modeling，PLS-PM），评价土壤肥力性状对红薯农艺性状、红薯品质以及红薯产量的影响。用模型的拟合优度指数（good-of-fit，GOF） 评价模型的整体拟合度。

2 结果与分析

2.1 蚯蚓粪不同比例替代化肥对红薯农艺性状的影响

由表2 可见，不同施肥处理对红薯的农艺性状影响较大。在栽秧后 40 d，40%R 处理的主蔓长、茎粗、单株地上部分鲜重最大，分别达到 14.70 cm、1.62 cm 和 47.77 g，60%R 处理的主蔓长最短（10.25 cm），显著低于 CK、10%R、 100%R 处理（均值 12.01 cm）（P<0.05），该时期各处理之间的红薯叶长 × 叶宽无显著差异；在栽秧后 120 d，40%R 处理的红薯农艺性状指标整体数值较高，其中 40%R 处理的主蔓长（137.00 cm）显著高于其他处理（P<0.05），100%R 处理的主蔓长最低（97.00 cm），0R、10%R、40%R、100%R 处理的红薯茎粗最大（均值 2.09 cm），显著高于 20%R 和 60%R 处理（P<0.05）；在栽秧后 160 d，CK 处理的主蔓长最高（147.55 cm），40%R 和 0R 处理与之差异不显著，10%R 和 100%R 处理的主蔓长最低（均值 110.84 cm），100%R 处理的茎粗（2.87 cm）显著低于 40%R 处理（4.27 cm）（P<0.05），60%R 处理的红薯叶长 × 叶宽最小（9.95 cm×8.10 cm），显著低于其他处理（P<0.05），40%R 处理的单株地上部分鲜重 （409.00 g）显著高于 CK（283.00 g）（P<0.05），其他处理介于二者之间。从整个生育期来看，40%R 处理的红薯农艺性状最佳。

注：表中数据为平均值 ± 标准差，不同小写字母表示同一指标在同一时期、不同处理之间差异显著（P<0.05）。

2.2 蚯蚓粪不同比例替代化肥对红薯产量及养分利用效率的影响

不同处理间红薯的产量构成差异较大（表3）。0R、20%R 和 40%R 处理的单株产量（ 均值 825.11 g）显著高于 CK、60%R 和 100%R 处理（均值 519.62 g）（P<0.05）；40%R 处理单株薯数最多（6.67 个），且与 100%R 处理之间差异不显著； 40%R 和 100%R 处理的单个薯重（均值 124.81 g） 显著低于 0R 处理（232.92 g）；0R 处理的单个最大薯重达到最大（478.49 g），且与其他处理之间差异显著（P<0.05）；40%R 处理的单个最小薯重最小（25.80 g），且与 0R、10%R 处理之间差异显著 （P<0.05）；40%R、0R 和 20%R 处理的红薯单位面积产量最高，分别为 33.65×10³、31.51×10³ 和 25.42×10³ kg/hm²，100%R 和 60%R 处理最低。

注：表中数据为平均值 ± 标准差，不同小写字母表示不同处理之间差异显著（P<0.05）。

由图1 可见，处理 0R、20%R 和 40%R 的红薯植株中氮、磷、钾的总吸收量均显著高于其他处理 （P<0.05），对于磷、钾而言，该差异主要源自于块根中养分积累的处理间差异；且红薯植株对养分的吸收量在不同处理中均以块根的吸收量最高，其中氮素在块根中的累积平均占植株总吸氮量的 54.94%，磷素占 73.43%，钾素占 58.90%。随着蚯蚓粪替代比例的增加，茎秆中氮、磷的吸收量和叶片中氮、磷、钾的吸收量均呈先增加后降低的趋势，在 40%R 处理中呈现最高值，当蚯蚓粪替代比例高于 60% 时，氮、磷、钾吸收量则呈下降趋势，但植株茎秆对钾素的吸收量在不同处理之间无显著差异（P>0.05）。

注：图中数据为平均值 ± 标准误，不同小写字母表示不同处理之间差异显著（P<0.05）。图2 同。

2.3 蚯蚓粪不同比例替代化肥对红薯品质的影响

由图2 可知，蚯蚓粪不同比例替代化肥对红薯块根纤维素含量的影响较小。随着蚯蚓粪替代化肥的比例增加，红薯块根纤维素、淀粉、可溶性蛋白含量先增加再减少，可溶性糖含量先减少再增加；其中，蚯蚓粪不同比例替代化肥对红薯块根纤维素含量的影响较小，40%R 处理的红薯块根淀粉含量（94.35 mg/g）和可溶性蛋白含量（34.94 mg/g） 均显著高于其他处理（P<0.05），而其红薯块根可溶性糖含量（137.84 mg/g）显著低于其他处理 （P<0.05）。

2.4 蚯蚓粪部分替代化肥对土壤肥力性状的影响

2.4.1 蚯蚓粪不同比例替代化肥对土壤速效养分含量的影响

随着红薯生长期的推进，土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量均呈降低的趋势（图3、图4、图5）。

由图3 可见，在红薯栽秧后 40 和 120 d，0R、 10%R 和 40%R 处理的土壤碱解氮含量显著高于其他处理；在栽秧后 160 d，0R 和 40%R 处理的土壤碱解氮含量（均值 79.09 mg/kg）均显著高于其他处理（P<0.05），60%R 和 100%R 处理的土壤碱解氮含量最低（均值 57.24 mg/kg）。CK 与 60%R 处理之间差异不显著。在整个生长时期内，0R、10%R、 40%R 处理的土壤碱解氮平均含量（均值 81.85 mg/kg） 显著高于其他处理（P<0.05），其中 100%R 处理最低。

在栽秧后 40 d，随着蚯蚓粪替代化肥比例的增加，土壤有效磷含量先增加再减少，40%R 处理的土壤有效磷含量最高（23.91 mg/kg），较 CK 增加了 64.27%（P<0.05），40%R 与 0R 处理之间差异不显著（P>0.05）；在栽秧后 120 d，不同处理的土壤有效磷含量与栽秧后 40 d 的规律一致；在栽秧后160 d，0R 和 40%R 处理的土壤有效磷含量（20.83 和 20.32 mg/kg） 均显著高于其他处理（P<0.05） （图4）。就红薯整个生长期而言，0R 和 40%R 处理的土壤有效磷平均含量（21.88 和 22.22 mg/kg）均显著高于其他处理，CK 和 100%R 处理的土壤有效磷平均含量最低（均值 13.30 mg/kg）（图4）。

注：图中数据为平均值 ± 标准差，不同小写字母表示在同一时期、不同处理之间差异显著（P<0.05）；不同大写字母表示在整个生长期内不同处理之间差异显著（P<0.05）。下同。

在红薯整个生长期内，土壤速效钾平均含量在 40%R（224.26 mg/kg）和 0R（223.61 mg/kg）处理中显著高于其他处理，添加蚯蚓粪后，随蚯蚓粪替代化肥比例的增加，土壤速效钾含量先增加再减少，在 100%R 处理中最低（180.03 mg/kg）（图5）。栽秧后 40、120、160 d，土壤速效钾含量在不同处理之间的差异规律均与整个生长期平均值呈现的差异性基本一致（图5）。

2.4.2 蚯蚓粪不同比例替代化肥对土壤有机质含量的影响

随着红薯生育期的推进，土壤有机质含量在一定程度上有所降低。栽秧后 40 d，在添加蚯蚓粪的处理中，随蚯蚓粪替代化肥比例的增加，土壤有机质含量逐渐增加，至 100%R 处理时有所降低，但差异不显著，40%R 处理的土壤有机质含量（17.61 g/kg）最高，且显著高于 CK（14.27 g/kg）（P<0.05）； 在栽秧后 120 和 160 d，土壤有机质含量之间差异不显著（图6）。从整个生长期来看，不同处理的土壤有机质含量以 20%R 和 40%R 处理最高，分别为 16.43 和 16.08 g/kg，与 CK 处理（12.56 g/kg）差异显著（P<0.05）（图6）。

2.5 土壤肥力性状、红薯农艺性状、红薯产量、红薯品质之间的关系

为了明确土壤肥力性状对红薯农艺性状、产量和品质之间的关系，对红薯农艺性状、产量、品质与土壤肥力性状进行相关性分析（图7），并构建偏最小二乘路径模型（PLS-PM，图8）。

相关性分析（图7）表明，土壤速效养分之间呈显著正相关（相关系数 r ≥ 0.78），土壤速效养分与红薯单株产量和最大薯重呈极显著正相关（P<0.01）。土壤碱解氮、速效钾含量与红薯茎粗、叶长 × 叶宽呈显著正相关（P<0.05），与主蔓长呈极显著正相关（P<0.01）；土壤有效磷含量与红薯茎粗呈显著正相关（r=0.62，P<0.05），与单株地上部分鲜重呈极显著正相关（r=0.55，P<0.01）。土壤有效磷、速效钾含量与红薯块根淀粉含量呈显著正相关（P<0.05）。红薯茎粗与单株地上部分鲜重、单株产量、红薯淀粉含量呈极显著正相关（P<0.01），与可溶性糖含量呈显著负相关（r=-0.45，P<0.05）。红薯主蔓长与最大薯重呈极显著正相关（r=0.67，P<0.01）。单株薯数与单个薯重呈极显著负相关（r=-0.76，P<0.01）。纤维素含量与淀粉含量呈极显著正相关（P<0.01），与可溶性糖含量呈极显著负相关（r=-0.59，P<0.01）。可溶性糖含量与淀粉含量呈极显著负相关（r=-0.9， P<0.01）。

注：AN-碱解氮；AK-速效钾；AP-有效磷；SOM-土壤有机质；MVL主蔓长；SD-茎粗；LLW-叶长 × 叶宽；FWAP-单株地上部分鲜重； YPP-单株产量；NPPP-单株薯数；SPW-单个薯重；MaxPW-最大薯重；MinPW-最小薯重；Cellulose-纤维素；SS-可溶性糖；Starch-淀粉； SP-可溶性蛋白。* 表示在 0.05 水平（双侧）上显著相关。** 表示在 0.01 水平（双侧）上显著相关。

PLS-PM 模型（图8）解释了 87.2% 的红薯产量方差，39.7% 的红薯农艺性状方差，26.2% 的红薯品质方差，模型的拟合优度（GOF）为 0.648。土壤养分（主要是土壤碱解氮、有效磷、速效钾）含量对红薯的农艺性状和红薯产量有显著的、直接的正向影响，路径系数分别达到 0.630、 0.924。土壤养分对红薯品质的影响较小（路径系数 =0.150），可以通过显著影响红薯农艺性状间接影响红薯品质。

注：PLS-PM 路径上的数字表示路径系数，箭头粗细与路径系数大小成正比。红色箭头表示系数为正，蓝色箭头表示系数为负。模型拟合优度为 0.648，其中潜在变量土壤养分由土壤碱解氮、有效磷、速效钾组成；潜在变量红薯产量由单株产量和最大薯重组成；潜在变量红薯品质由淀粉和可溶性糖组成；潜在变量红薯农艺性状由单株地上部分鲜重、叶长 × 叶宽和茎粗组成。

3 讨论

3.1 蚯蚓粪不同比例替代化肥对红薯生长和品质的影响

本研究发现，在红薯整个生长期中，40% 蚯蚓粪替代化肥处理的红薯农艺性状（主蔓长、茎粗、叶长、叶宽、单株地上部分鲜重）整体较好，其次为单施化肥处理。这可能是由于适当比例蚯蚓粪替代化肥或单施化肥与其他处理相比，均增加了红薯的叶片面积和茎秆粗度，叶片是植物进行光合作用和蒸腾作用的主要部位，红薯叶面积增大则捕获的光能越多，光合作用增强、蒸腾作用增强，而茎秆的增粗能够提高红薯的抗逆性^[17]，这些均有利于植株对养分的吸收利用与转运，进而促进红薯植株生物量的增加。

从产量水平看，随着蚯蚓粪替代化肥比例的增加，红薯的单株产量和单位面积产量先增加再减少，蚯蚓粪替代化肥比例在 20%～40% 时红薯产量水平基本与单施化肥的产量差异不显著，但替代比例达到 60% 以上时红薯的单株产量和单位面积产量均有所减少。这可能与蚯蚓粪作为有机肥其养分有一定的缓效性^[18]有关，用 20%～40% 的蚯蚓粪替代化肥可能更符合红薯对养分的需求规律，该替代比例既能满足红薯在蔓薯并长期及之前对速效养分尤其是氮、磷的大量需求^[18-19]，又可携带丰富的微生物进入土壤^[14]，促进土壤有机质的分解，活化土壤养分^[20]，并释放适量缓效养分，以保障红薯薯块膨大期对磷、钾等养分的需求以及产量形成^[19，21]，但在蚯蚓粪替代化肥的比例达到 60% 以上时，磷素和钾素的投入量较低，则可能导致当季尤其是薯蔓并长期及之前的速效养分供应不足，使产量降低^[20，22]。在 40% 蚯蚓粪替代化肥的处理下，其产量达到了与单施化肥相近的水平，可能是因为在这两种处理条件下，土壤中养分供应充足，红薯的整体农艺性状较好，光合产物供给充足^[15]，均促进了红薯产量的形成；从作物需肥与养分吸收的角度来看，红薯为喜钾作物，40% 蚯蚓粪替代化肥和单施化肥处理中植株对钾的吸收总量无显著差异，这也可能是二者产量相近的原因之一。

在红薯产量增加的同时红薯块茎淀粉和可溶性蛋白含量也随着增加，这与前人的研究结果相似^[9，23]。高产处理中植物对氮、磷、钾等养分的吸收利用及转化、转运也更加充分，加之适量蚯蚓粪的施入提高了土壤中脲酶、蛋白酶等氮循环过程相关酶的活性^[24]，以及块根中淀粉合成酶等碳代谢过程相关酶的活性^[15]，间接促进了红薯品质的提高。在各施肥处理中，用 40% 的蚯蚓粪替代化肥，红薯产量达到与传统纯施用化肥条件下的相似水平且红薯品质较优，可能是因为该处理既可以为红薯生长提供足量的营养物质，又有适量蚯蚓粪的添加，蚯蚓粪除了本身含有大量的有益微生物、有机酸等^[21]，还能够改善土壤微生物群落结构，提升土壤中细菌与真菌的多样性^[14，25]，提高土壤多种养分的有效性，改善氮营养、铁营养等，促进赤霉素、细胞分裂素等植物激素的产生^[21]，进而刺激植物生长、提高作物品质。但是，更高比例的蚯蚓粪替代条件下红薯的产量较低、品质较差，可能与养分供应不足有关，例如作物生长前期对速效养分需求较高，而该条件下虽然总氮供应量充足，但植株可利用土壤中的速效养分量较低，在红薯生长旺盛阶段不足以使植株正常生长^[19-20]，最终导致产量与品质的下降。

3.2 蚯蚓粪不同比例替代化肥对土壤肥力的影响

在本研究中，蚯蚓粪不同比例替代化肥对土壤碱解氮、有效磷、速效钾及有机质含量的影响较大。单施化肥和 40% 蚯蚓粪替代化肥处理条件下的土壤速效养分含量差异不显著，一方面可能是因为蚯蚓粪有机肥本身速效养分含量不及化肥高，但蚯蚓粪作为有机肥具有较高的持水保肥能力，可以减少土壤中速效养分的损失^[10，14]；另一方面蚯蚓粪中富含大量有机质和多种中、微量元素，可以促进土壤微生物的活动，微生物通过分解有机质将土壤中的养分从有机形态转化为无机形态，同时产生有机酸，促进土壤中的矿物分解和养分释放，使矿质养分的有效性增加^[26]，从而活化土壤中的养分。

在红薯整个生长期中，土壤碱解氮含量在单施化肥、10% 与 40% 蚯蚓粪替代化肥的处理中最高，而有效磷和速效钾含量在单施化肥和 40% 蚯蚓粪替代化肥处理中最高。这种情况可能与养分的输入-输出平衡状况有关，主要体现在红薯生长过程中对不同养分的吸收量和施肥后土壤中养分的供应量两个方面，由植物生物量的增加和土壤中养分含量的变化共同决定了不同时期土壤中速效养分的含量。首先，单施化肥、10% 和 40% 蚯蚓粪替代化肥处理的土壤碱解氮含量最高，20% 替代处理则次之，这可能是由于所有处理中外源氮素虽然形态不同，但输入量均相同，从氮素输出来看，植株对氮素的吸收量在单施化肥、20% 和 40% 替代处理中较高，均显著高于 10% 替代处理，而土壤中氮素的剩余量呈现 10% 替代处理低于其他处理的规律。其次，单施化肥处理输入的均为无机氮，虽然无机氮容易因矿化或淋失而损失一部分，但红薯的生物量和产量在单施化肥和 40% 替代处理中均较高，意味着这两种处理除了氮、磷、钾等养分供应能满足红薯生长^[19-20]之外，其植株的根系代谢也较活跃，能活化土壤养分、提高土壤养分的有效性^[27-28]，尤其是 40% 替代的处理，蚯蚓粪有机肥不仅为土壤提供了一定量的速效养分，而且携带了丰富的微生物群落^[14]，增加了土壤中微生物的新陈代谢，促进了氮素的生物固定、减少了氮素损失^[18]，加之有机肥中的缓效氮需要经过矿化转化为有效氮^[29] 才能被植物利用，随着施肥时间的增加，土壤供氮潜力增加^[30]。再者，蚯蚓粪的施入可以显著提高土壤酸性磷酸酶的活性，促进中稳性有机磷 （NaOH-Po）的矿化^[31]，进而促进土壤微生物对磷的贮存，但该促进作用可能与土壤中有效磷的含量及蚯蚓粪的添加量有关^[31]。对于不施肥或者过低、过高比例蚯蚓粪的替代处理，可能因为土壤中速效养分投入量低，对植株供应养分不及时、不充足，导致植株的长势和土壤中养分的活化均受到影响，进而出现土壤中速效养分含量较低的现象，尤其是钾素，低比例替代条件下红薯的生物量较低，对钾素的利用效率降低导致养分向下迁移累积^[32]，而高比例蚯蚓粪替代时钾素投入量较低，不能满足红薯对钾素的需求^[15]，导致红薯生物量偏低、土壤速效钾含量显著低于单施化肥和 40% 替代处理的现象。

土壤有机质含量是衡量土壤肥力的重要指标。在本研究中，20% 和 40% 蚯蚓粪替代化肥条件下，土壤有机质含量最高。这首先与蚯蚓粪作为有机肥为土壤增加了碳源输入有关；其次，适量的蚯蚓粪添加可以增强根际土壤微生物活性，提高微生物生长代谢速率，促进微生物固碳^[33]及其自身的躯体构建与残体累积^[34-35]，使得土壤有机质含量增加； 再者，40% 蚯蚓粪替代化肥后植株地上部生物量最高，相应的地下部生物量、根际分泌物、根系残留物等也会增加，而根际沉积碳是土壤碳库增加的重要渠道^[33]。因此，适当比例的蚯蚓粪替代化肥可以增加土壤有机质含量，提高土壤肥力。

通过相关性分析和 PLS-PM 结构模型可以发现，红薯的叶长 × 叶宽、单株地上部分鲜重与土壤速效养分有显著的相关性，且土壤速效养分对红薯的农艺性状、产量有显著的正向影响，土壤速效养分含量与单株产量和最大薯重呈显著正相关，说明土壤速效养分含量决定了红薯产量。土壤有效磷和速效钾含量与红薯块茎淀粉含量呈显著正相关，说明土壤有效磷和速效钾含量在一定程度上影响淀粉的合成，进而影响红薯品质。

4 结论

蚯蚓粪不同比例替代化肥对土壤肥力性状以及红薯的农艺性状、产量和品质的影响存在一定的剂量效应，其中，以 40% 蚯蚓粪替代化肥的综合效果最佳，既可以有效提高土壤速效养分以及有机质含量，改善土壤肥力，又能在保证红薯产量的同时，提高红薯块根中可溶性蛋白和淀粉含量、提升红薯品质。土壤速效养分对红薯产量有显著的正向影响，对红薯品质的正向影响非常小，但可以通过显著影响红薯农艺性状间接影响红薯品质。

参考文献