蔡琳琳，李素艷，龔小強(qiáng)，孫向陽，張建偉，于 鑫，魏 樂

（1.北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，北京 100083； 2.北京潤澤鑫業(yè)生物工程技術(shù)有限公司，北京100083）

綠化廢棄物是指城市綠化養(yǎng)護(hù)中產(chǎn)生的修剪枝條、落葉、草坪修剪物和殘花等［1］。目前，廣泛采用的綠化廢棄物處理方法是好氧堆肥［2］。但由于綠化廢棄物含有較高的木質(zhì)素和纖維素，好氧堆肥往往降解不充分且降解周期過長，產(chǎn)品質(zhì)量較差［3］。與此同時，現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展造成的牛糞產(chǎn)生量急劇加大［4］，牛糞好氧堆置往往因?yàn)榕＜S中豐富的營養(yǎng)物質(zhì)（氮、磷及有機(jī)物質(zhì)等）、微生物和蟲卵等的存在，使得堆置過程容易滋生蚊蟲，導(dǎo)致病原菌繁殖，并產(chǎn)生臭味，且浸出液進(jìn)入河流也易使水體富營養(yǎng)化。因此，牛糞資源化處理及利用也是目前中國畜牧業(yè)發(fā)展亟待解決的問題之一。蚯蚓堆肥是指蚯蚓在常溫有氧條件下吞食有機(jī)物，通過腸道物理破碎及腸道微生物的協(xié)同作用對有機(jī)固體廢棄物進(jìn)行生物氧化和轉(zhuǎn)化，形成富含腐殖質(zhì)和營養(yǎng)元素產(chǎn)物的生物處理工藝［5］。目前，蚯蚓堆肥處理技術(shù)已經(jīng)廣泛用于有機(jī)固體廢棄物的處理，如周波等［6］利用蚯蚓處理城市污泥，相對于無蚯蚓處理可顯著降低污泥總有機(jī)碳含量，增強(qiáng)微生物活性與重金屬活化作用，提高土壤肥力從而促進(jìn)植物生長。王清威等［7］研究表明，蚯蚓堆肥處理餐廚垃圾能夠加速其有機(jī)物分解速率和蚯蚓生長繁殖率。于建光等［8］研究蚯蚓堆制處理水稻Oryza sativa秸稈與畜禽糞便混合物，發(fā)現(xiàn)相比無蚯蚓添加，材料中微生物代謝熵、脫氫酶和堿性磷酸酶活性與全氮、全磷、全鉀等含量增加，表明利用蚯蚓堆制水稻秸稈等混合物可減少堆肥時間并提高堆肥質(zhì)量。目前利用好氧堆肥和蚯蚓堆肥結(jié)合技術(shù)處理園林綠化廢棄物的研究還較少。牛糞與綠化廢棄物混合蚯蚓堆肥，一方面，綠化廢棄物可提高堆肥物料的孔隙度，增加氧氣含量，有利于蚯蚓和微生物進(jìn)行呼吸作用［9］；另一方面，牛糞的大量易降解的小分子有機(jī)物，可以為蚯蚓生長提供食物，有益微生物既能作為蚯蚓食物被攝食，又能自身參與降解活動，加速有機(jī)物的降解［10-11］。因此，本研究擬利用好氧堆肥-蚯蚓堆肥結(jié)合技術(shù)對綠化廢棄物與牛糞進(jìn)行處理，以期篩選出適宜的綠化廢棄物與牛糞的配比處理，為加快綠化廢棄物與牛糞資源化處理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

綠化廢棄物取自北京市海淀區(qū)香山植物園，試驗(yàn)前粉碎至粒徑小于5 mm。風(fēng)干牛糞取自北京市通州區(qū)漷縣鎮(zhèn)吉祥養(yǎng)牛場。赤子愛勝蚯蚓Eisenia fetida購自北京市順義區(qū)北京大環(huán)順鑫有機(jī)肥料廠。美麗竹芋Calathea veitchiana購自北京市豐臺區(qū)花鄉(xiāng)花木公司，為生長3個月的幼苗植株。綠化廢棄物和牛糞的物理化學(xué)性質(zhì)見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于北京林業(yè)大學(xué)校內(nèi)苗圃溫室進(jìn)行，控制溫度25.4～28.7℃，濕度60%～80%，自然光照。

1.2.1 好氧堆肥-蚯蚓堆肥結(jié)合方式處理綠化廢棄物和牛糞 取粉碎后的綠化廢棄物，調(diào)節(jié)含水量至65%～70%， 好氧堆肥 60 d［12］。 取未腐熟風(fēng)干牛糞， 按質(zhì)量分?jǐn)?shù)0（T1）， 2%（T2）， 4%（T3）， 6%（T4）， 8%（T5）和10%（T6）的比例與好氧堆肥產(chǎn)物混合。稱取40 kg（干質(zhì)量）混合材料置于塑料反應(yīng)容器中（0.60 m×0.80 m×0.65 m，底部具有20個直徑1 cm孔），加入帶有生殖環(huán)的赤子愛勝蚯蚓，1 600條·容器-1，平均質(zhì)量為202.2 mg·條-1，維持水分65%～70%。為防止蚯蚓逃逸，用1 mm孔徑的塑料網(wǎng)覆蓋容器。以無牛糞無蚯蚓的綠化廢棄物為空白對照（T0）。蚯蚓堆肥60 d后，取混合均勻的產(chǎn)品（干質(zhì)量）1 kg，記錄成年蚯蚓數(shù)量，蚯蚓卵數(shù)量，幼小蚯蚓數(shù)量和成年蚯蚓質(zhì)量，測量并分析起始材料和堆肥產(chǎn)物的理化性質(zhì)及生物指標(biāo)。試驗(yàn)樣品的物理化學(xué)性質(zhì)［pH值，電導(dǎo)率（EC），有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀、鈣、鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)］參照鮑士旦［13］方法測定；木質(zhì)素與纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)參照劉書釵［14］方法測定；真菌、細(xì)菌、放線菌數(shù)量參照PRAKASH等［15］方法測定。

表1 供試綠化廢棄物和牛糞理化性質(zhì)Table 1 Initial physicochemical properties of the green waste and cow dung used for composting-vermicomposting

1.2.2 堆肥產(chǎn)品對美麗竹芋生長的影響 取各處理堆肥產(chǎn)品作為基質(zhì)，選取株高14～15 cm，葉片生長健壯、根系完整且無病害的美麗竹芋幼苗進(jìn)行栽培，30株·處理-1，隔3 d澆水1次，整個栽培周期不施加其他營養(yǎng)。栽培180 d后，隨機(jī)選取5株·處理-1，測定株高、冠幅、葉片數(shù)，并測量鮮質(zhì)量。冠幅測定時先測量成株縱向和橫向的冠幅直徑（d），計(jì)算冠幅面積S=π×（d/2）2。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2010和SPSS 20.0處理，進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同處理對蚯蚓生長和繁殖的影響

由表2可以看出：綠化廢棄物添加牛糞的處理（T2～T6）成年蚯蚓數(shù)量和單條蚯蚓質(zhì)量均顯著高于不添加牛糞處理（T1）；就牛糞添加量而言，T2處理顯著低于T3～T6處理?？梢娕＜S添加可以提高蚯蚓的存活率和生長量，其最優(yōu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%～10%。

堆肥結(jié)束時各處理蚯蚓幼體數(shù)量、蚯蚓卵數(shù)量隨著牛糞添加量的增加而增加，其中T3～T6處理顯著高于 T1和 T2處理， 但 T3～T6處理間差異不顯著。結(jié)果表明：牛糞添加促進(jìn)了蚯蚓繁殖數(shù)量，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%～10%最佳。

2.2 不同處理對產(chǎn)品理化性質(zhì)的影響

如表3所示：堆肥初始原料pH值為pH 8.31～8.42，符合赤子愛勝蚯蚓生長范圍（pH 5～9）［16］；堆肥試驗(yàn)結(jié)束后，各產(chǎn)品pH值為pH 7.96～8.20，達(dá)到農(nóng)業(yè)應(yīng)用要求pH 7.0～8.5范圍［17］。堆肥產(chǎn)品pH值降低，可能是堆肥后期氨氮化合物經(jīng)過硝化、分解及微生物繁殖分泌有機(jī)酸類物質(zhì)導(dǎo)致。

堆肥初始原料電導(dǎo)率為1.55～1.80，堆肥結(jié)束后，各產(chǎn)品的電導(dǎo)率為1.73～2.62 dS·m-1，符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中堆肥產(chǎn)品應(yīng)用植物栽培基質(zhì)范圍。電導(dǎo)率增率在不同處理間差異顯著，其中，蚯蚓堆肥產(chǎn)品 （T1～T6）增率顯著高于好氧堆肥處理（T0）；不同蚯蚓堆肥處理，電導(dǎo)率增率隨著牛糞添加比例提高而增加，其中T6處理的電導(dǎo)率增率顯著高于其他處理。與初始材料相比，堆肥產(chǎn)品電導(dǎo)率均增大，可能由于堆肥使有機(jī)物降解釋放大量可溶性礦質(zhì)元素［18］所致，添加牛糞可提高蚯蚓活性，促進(jìn)蚯蚓取食和消化有機(jī)物，使可溶性物質(zhì)釋放量增大，電導(dǎo)率顯著增加。

相比于初始材料有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為331.25～337.78 g·kg-1，堆肥結(jié)束后各堆肥產(chǎn)品有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均降低，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于258.86～322.1 g·kg-1。其中，蚯蚓堆肥產(chǎn)品（T1～T6）有機(jī)碳降解率顯著高于好氧堆肥處理（T0）。不同蚯蚓堆肥處理中，產(chǎn)品有機(jī)碳降率順序?yàn)門6＞T5＞T4＞T3＞T2＞T1，可見，有機(jī)碳降解量隨著牛糞添加比例提高而增加。有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)降率與牛糞添加量的正比例關(guān)系，可能是牛糞促進(jìn)了蚯蚓和微生物生長繁殖，加速了有機(jī)物的分解［11］。

表2 牛糞添加對蚯蚓生長和繁殖的影響Table 2 Effects of cow dung addition on growth and reproductive performance of earthworm

表3 添加牛糞對蚯蚓堆肥中pH值、電導(dǎo)率和有機(jī)碳的影響Table 3 Effects of cow dung addition on pH,EC and organic carbon of vermicomposting

如表4所示：初始材料全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.36～14.52 g·kg-1，堆肥結(jié)束時全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.62～20.75 g·kg-1，可見堆肥產(chǎn)品全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，增率達(dá)8.07%～41.29%，其中蚯蚓堆肥處理全氮增率顯著高于好氧堆肥處理。研究認(rèn)為，好氧堆肥全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高是有機(jī)物降解、堆肥體積降低造成的，而蚯蚓堆肥中蚯蚓排泄物、黏液分泌等還會增加全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)［19］。蚯蚓堆肥處理中，T6產(chǎn)品全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)增率顯著高于T1～T4處理，可能是牛糞添加提高了蚯蚓存活率和繁殖率，同時牛糞含有的大量氮元素和固氮微生物，也使得產(chǎn)物全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加。碳氮比（C/N）反映堆肥過程中材料有機(jī)物的降解程度。本試驗(yàn)中，堆肥結(jié)束后，各組產(chǎn)物C/N均下降，其中蚯蚓堆肥處理 （T1～T6）C/N降率顯著高于好氧處理（T0）；不同蚯蚓堆肥處理中，T2～T6處理C/N降率顯著高于T1處理。Van HEERDEN等［20］提出，堆肥C/N低于20表明堆肥腐熟，低于15適宜于農(nóng)業(yè)應(yīng)用。本研究中，除T0處理外，其他處理的最終C/N均小于20，T4～T6處理C/N小于15。表明在綠化廢棄物中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%～10%牛糞可提高堆肥質(zhì)量，并應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。最終堆肥產(chǎn)品的全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.25～4.32 g·kg-1，與初始產(chǎn)品相比，增率達(dá)10.56%～59.51%； 全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 7.14～8.97 g·kg-1， 增率達(dá) 6.77%～28.65%； 鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 124.61～129.63 g·kg-1，增率達(dá)3.92%～16.87%。其中，蚯蚓處理 （T1～T6）全磷、全鉀及鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)增率顯著高于好氧堆肥處理（T0）。蚯蚓堆肥處理中，T4～T6處理全磷、全鉀及鈣的增率顯著高于T1～T3，但T4，T5，T6處理間差異不顯著。姜宇蛟等［21］研究亦表明，添加牛糞能增加蚯蚓處理污泥中全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)，污泥中全磷量隨著牛糞添加量的增加而增大。張振都［22］研究發(fā)現(xiàn)，牛糞添加苜蓿Medecago sativa等堆肥，可加速有機(jī)物分解，并使全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加15%以上。堆肥產(chǎn)品鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.73～10.54 g·kg-1，相對于初始產(chǎn)品增率為0.87%～7.10%，其中，T2～T6蚯蚓處理鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)增率顯著高于好氧堆肥處理T0。蚯蚓堆肥處理T3～T6增率顯著高于T1和T2處理，但T3～T6處理間差異不顯著。FERNáNDEZ-GóMEZ等［23］提出，堆肥養(yǎng)分含量的提高，可能由于有機(jī)物的分解造成最終堆肥產(chǎn)品質(zhì)量和體積的減少造成，而牛糞的添加有利于提高有機(jī)物的降解率，因此牛糞處理產(chǎn)品含有更高的營養(yǎng)元素含量。

表4 牛糞添加對蚯蚓堆肥中無機(jī)元素的影響Table 4 Effects of cow dung addition on mineral elements of vermicomposting

如表5所示，各處理纖維素、木質(zhì)素的初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29.70%～30.32%和22.58%～23.75%，堆肥結(jié)束時都出現(xiàn)顯著下降，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.15%～25.36%和14.09%～17.67%。蚯蚓處理（T1～T6）木質(zhì)素、纖維素降解率顯著高于好氧堆肥處理T0。蚯蚓堆肥中，添加牛糞處理（T2～T6）的纖維素和木質(zhì)素的降解率顯著高于未添加處理（T1），且T5和T6處理效果顯著高于T2～T4處理，但T5和T6處理間差異不顯著。本結(jié)果與KUMAR等［24］的研究結(jié)果相似，可能是牛糞含有大量的營養(yǎng)元素，促進(jìn)了蚯蚓和微生物活動，因此加快了纖維素和木質(zhì)素的分解［11］。

表5 牛糞添加對蚯蚓堆肥中纖維素和木質(zhì)素的影響Table 5 Effects of cow dung addition on cellulose and lignin of vermicomposting

2.3 不同處理堆肥產(chǎn)品中微生物數(shù)量變化

堆肥后微生物富集是堆肥材料腐熟的質(zhì)量指標(biāo)。李碧潔［25］研究蚯蚓堆肥處理城市污泥結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蚯蚓的活動提高了微生物活性，細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量均增加。如圖1所示，堆肥結(jié)束后，堆肥產(chǎn)品中細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量均高于初始材料；同時，蚯蚓堆肥處理（T1～T6）的細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量均高于好氧堆肥（T0）。添加牛糞的蚯蚓堆肥處理中，細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量在T2～T6處理中顯著高于無牛糞處理T1。牛糞添加處理（T2～T6）之間，T6處理產(chǎn)品中細(xì)菌數(shù)量和真菌數(shù)量顯著高于其他處理，但與T5處理差異不顯著；放線菌數(shù)量在T6處理時顯著高于其他處理，但與T5和T4處理差異不顯著。由此認(rèn)為，添加牛糞能提高蚯蚓的活性，促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)分解，使堆肥材料營養(yǎng)物質(zhì)增加，從而促進(jìn)微生物生長繁殖。

2.4 堆肥產(chǎn)品對美麗竹芋生長的影響

以堆肥產(chǎn)品作為基質(zhì)栽培美麗竹芋，其生長狀況如表6所示。蚯蚓堆肥處理（T1～T6）植株在株高、冠幅、葉片數(shù)、鮮質(zhì)量上均顯著高于好氧堆肥處理（T0）。這一結(jié)果的產(chǎn)生可以解釋為，相對于好氧堆肥，蚯蚓堆肥腐熟后基質(zhì)pH值較低，有利于植物對必須營養(yǎng)元素的吸收；同時，蚯蚓堆肥產(chǎn)品中有效營養(yǎng)元素含量更高，且 含 有 植 物 生 長 調(diào) 節(jié) 劑［26］； 龔 小 強(qiáng) 等［27］研究表明，蚯蚓堆肥與好氧堆肥產(chǎn)品可作為蔬菜育苗基質(zhì)，且在蚯蚓堆肥基質(zhì)中生長的甘藍(lán)Brassica oleracea株高、葉片數(shù)、鮮質(zhì)量等顯著優(yōu)于好氧堆肥栽培基質(zhì)。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同蚯蚓堆肥處理（T1～T6）產(chǎn)品對美麗竹芋植株生長影響不同。T2～T6處理下的植株株高顯著高于T1處理；T5和T6處理顯著高于其他處理，但T5和T6之間差異不顯著。除T2處理外，其他牛糞添加處理（T3～T6）植株冠幅均顯著高于無牛糞添加處理（T1）。T2～T6處理下的植株鮮質(zhì)量顯著高于T1處理，T2～T4處理顯著低于T6處理。T4～T6處理下植株葉片數(shù)顯著高于T1。以上結(jié)果表明：在綠化廢棄物中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%～10%牛糞進(jìn)行蚯蚓堆肥，其產(chǎn)物中木質(zhì)素、纖維素等有機(jī)物質(zhì)降解較完全，釋放更高含量的有效營養(yǎng)元素，因此促進(jìn)了植物生長［1］。

圖1 牛糞添加對蚯蚓堆肥微生物數(shù)量的影響Figure 1 Effects of cow dung addition on numbers of bacteria,fungi and actinomyces of vermicomposts

說明：同列不同字母表示各組間差異顯著（P＜0.05）

3 結(jié)論

蚯蚓堆肥產(chǎn)品的營養(yǎng)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及美麗竹芋生長指標(biāo)均顯著高于無蚯蚓添加好氧堆肥，說明好氧堆肥-蚯蚓堆肥結(jié)合處理方式優(yōu)于單獨(dú)好氧堆肥。

牛糞添加可促進(jìn)堆肥過程中蚯蚓的生長和繁殖，加速堆肥過程中有機(jī)物的降解，提高堆肥產(chǎn)品質(zhì)量，并且能夠促進(jìn)美麗竹芋的生長，其中以m（綠化廢棄物）∶m（牛糞）=92∶8或90∶10為最優(yōu)配比。

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