摘要：傳統(tǒng)蚯蚓堆肥原料配制依賴質(zhì)量比、體積比或碳氮比（C/N）的配制方法，忽略了不同碳源有機(jī)質(zhì)生物可利用組分的差異，存在不合理性。為探究不同生物可利用度碳源對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)繁殖和堆肥碳氮固定的影響，在C/N=30下，以牛糞（氮源）和生物利用度低、中、高的碳源物料（菠蘿皮渣、水稻秸稈和番茄秸稈）復(fù)配，開(kāi)展60 d蚯蚓堆肥試驗(yàn)。結(jié)果表明，蚯蚓日均增數(shù)量最高達(dá)6.4倍。易利用碳源菠蘿皮渣處理中腐殖質(zhì)含量最高，為15.11%，但總有機(jī)碳固定率最低，僅39.63%；添加難利用碳源番茄秸稈處理組中的蚯蚓總數(shù)最高，為385條，且總氮固定率最高。生物利用度高的碳源廢棄物占比越高，蚯蚓增重越大；生物利用度低的碳源廢棄物占比越高，可促進(jìn)蚯蚓繁殖；蚯蚓轉(zhuǎn)化后的蚓糞總有機(jī)碳固定率為39.63%～59.28%，全氮固定率為65.04%～95.59%。碳源生物可利用度增大時(shí)，蚯蚓堆肥體系中的總有機(jī)碳固定率降低，而總氮的固定率升高。以上研究結(jié)果闡明了原料中不同利用度碳源對(duì)蚯蚓生產(chǎn)和碳氮固持的影響規(guī)律，為蚯蚓高效養(yǎng)殖與綠色低碳的固廢堆肥處理工藝改進(jìn)提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：生物利用度；碳源；蚯蚓；蚯蚓堆肥；碳氮

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.1026

中圖分類號(hào)：S141.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008?0864（2024）07?0199?11

蚯蚓堆肥技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物減量化、無(wú)害化、資源化和增值化的重要手段，廣泛用于規(guī)模化處置大宗生物質(zhì)有機(jī)固體廢棄物，如作物秸稈、畜禽糞便、園林垃圾、市政和食品加工污泥等，是農(nóng)業(yè)資源循環(huán)、綠色發(fā)展的重要抓手[1-4]。蚯蚓作為一種清潔環(huán)保的“生物反應(yīng)器”，轉(zhuǎn)化后可以獲得高蛋白的蚯蚓活體，并產(chǎn)出號(hào)稱“有機(jī)肥之王”的蚯蚓糞[5?6]。蚯蚓堆肥轉(zhuǎn)化的本質(zhì)是在蚯蚓和微生物的耦合驅(qū)動(dòng)下將碳氮物質(zhì)礦化分解，并實(shí)現(xiàn)有機(jī)物料的腐殖化[7]。近年來(lái)，在我國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略大背景下，規(guī)?；r(nóng)業(yè)有機(jī)固廢處置領(lǐng)域的固碳減排是必然要求，因此，提高碳氮固定效率、減少碳氮損失，成為目前實(shí)現(xiàn)蚯蚓堆肥綠色發(fā)展的關(guān)鍵需求。

堆肥基料中合理的碳源與氮源配比，即碳氮比（C/N）[8]，關(guān)乎生命活動(dòng)所需的能量、物質(zhì)骨架和蛋白質(zhì)，是堆肥基料配制的關(guān)鍵要素，顯著影響蚯蚓生長(zhǎng)發(fā)育和堆肥品質(zhì)。蚯蚓堆肥基料中常見(jiàn)氮源主要以豬、雞、牛糞等畜禽糞便為主。然而，當(dāng)以秸稈類、果渣類廢棄物作為蚯蚓堆肥碳源時(shí)，碳源的種類、異質(zhì)性、生物利用度存在較大差異，即使在相同C/N條件下，碳源物料的生物利用度差異也會(huì)導(dǎo)致蚯蚓堆肥品質(zhì)差異較大的問(wèn)題，且養(yǎng)殖收獲的蚯蚓大小不一，影響后續(xù)生產(chǎn)加工與使用[9]。目前，大量研究?jī)H關(guān)注蚯蚓堆肥基料配制中的總量碳氮比[10]，即總有機(jī)碳（total organiccarbon，TOC）/全氮（total nitrogen，TN），而忽略了秸稈類碳源物料的生物可降解有效性差異，而這種不同生物利用度的碳源差異對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)繁殖、蚯蚓堆肥碳氮固持的影響鮮有研究。

高效的養(yǎng)殖基料是保證蚯蚓生長(zhǎng)繁殖達(dá)到最佳狀態(tài)，并生產(chǎn)出高品質(zhì)蚯蚓糞的前提?；吓渲粕?，對(duì)配料方式的研究主要集中在質(zhì)量配比、體積配比和C/N配制3個(gè)方面，牛得真[11]研究發(fā)現(xiàn)，卷心菜與牛糞按質(zhì)量比1∶1時(shí)獲得的蚯蚓糞品質(zhì)最佳；Wang等[12]比較了純牛糞蚯蚓堆肥和牛糞+生物炭混合蚯蚓堆肥的堆肥效果，發(fā)現(xiàn)牛糞+15%秸稈+15%生物炭的基料組合能顯著增加堆肥體系腐殖化進(jìn)程；牛糞與蔬菜垃圾質(zhì)量比9∶1[13]、牛糞50%+紙漿污泥50%[14]時(shí)蚯蚓采食效率達(dá)到最佳狀態(tài)。在實(shí)際生產(chǎn)中，質(zhì)量法和體積法的基料原料配制方式較粗放，需耗費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行配比試驗(yàn)。

近年來(lái)，基于C/N的配料方式認(rèn)為，合適的C/N可增加蚯蚓對(duì)基料的適口性。Che等[15]研究表明，牛糞和玉米秸稈混合蚯蚓堆肥時(shí)，最適C/N為28。劉鵬[16]控制牛糞和玉米秸稈的質(zhì)量比來(lái)改變堆肥基質(zhì)的C/N，發(fā)現(xiàn)在C/N為28時(shí)堆肥產(chǎn)物中氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量最高。牛糞和小麥秸稈混合時(shí)，C/N為20時(shí)能使蚯蚓糞品質(zhì)達(dá)到最佳[17]。劉科等[18]在利用牛糞和水稻秸稈進(jìn)行蚯蚓堆肥中發(fā)現(xiàn)，C/N為30 時(shí)蚯蚓生長(zhǎng)繁殖情況最佳。徐雪東[19]研究發(fā)現(xiàn)，在同一C/N條件下，添加難被生物利用的秸稈廢棄物處理中蚯蚓的平均重量要低于添加易被生物利用的果渣處理組，且不同處理堆肥產(chǎn)物中的養(yǎng)分含量也存在差異，表明不同降解類型的碳源物料可能對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)發(fā)育和蚓糞碳氮含量產(chǎn)生不同影響。因此，基于一定C/N的配料方式下，如何量化不同碳源的有效作用、挖掘出不同碳源原料之間的差異對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)繁殖和蚓糞的影響規(guī)律，是實(shí)現(xiàn)蚯蚓堆肥高效基料配制的關(guān)鍵所在。

本研究選取大平二號(hào)蚯蚓，同一C/N 下，以3種典型不同生物利用降解度的碳源廢棄物與牛糞（氮源）混配轉(zhuǎn)化，旨在探明不同生物利用降解度的碳源添加后，對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)繁殖和堆肥碳氮固持的影響與規(guī)律，以期為蚯蚓堆肥高效基料的配制提供合理建議。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試蚯蚓為大平二號(hào)蚯蚓。以純牛糞（cowmanure， CM）作為蚯蚓堆肥基料的氮源，以菠蘿皮渣、水稻秸稈、番茄秸稈作為碳源。牛糞靜置穩(wěn)定3周以排除異味，各原料的理化性質(zhì)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以純牛糞（CM）為對(duì)照組，依據(jù)碳源生物可利用度由高至低，依次設(shè)置菠蘿皮渣+牛糞（PCM）、水稻秸稈+牛糞（RCM）、番茄秸稈+牛糞（TCM）處理，共計(jì)4個(gè)處理，每處理3次重復(fù)。其中PCM、RCM、TCM 處理的C/N 均為30；CM 處理的C/N為24。轉(zhuǎn)化過(guò)程均在恒溫培養(yǎng)室中進(jìn)行，控制室溫25 ℃，空氣相對(duì)濕度50%；蚯蚓轉(zhuǎn)化在底部有透水孔隙的養(yǎng)殖盒（240 mm×160 mm×100 mm）中進(jìn)行。轉(zhuǎn)化物料干基總量為220 g，將各處理原料混合均勻，調(diào)節(jié)含水率為（70%±2%），每盒中初始添加均體重為0.3～0.4 g 的幼蚯蚓15條，轉(zhuǎn)化時(shí)間為60 d。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法

酸水解法可以用來(lái)衡量和劃分堆肥原料的生物可利用度，基于Rovira等[20]的生物利用度劃分方法，將蚯蚓堆肥原料中的碳組分劃分為易利用有機(jī)碳（labile carbon pool Ⅰ，LCP1）、中等利用有機(jī)碳含量（labile carbon pool Ⅱ，LCP2）、非活性有機(jī)碳（recalcitrant carbon pool，RCP）3 種碳組分。其中，LCP1主要成分包含單糖、半纖維素等微生物可直接利用的部分，LCP2主要包含纖維素等微生物借助酶體系分解、轉(zhuǎn)化后可以利用的中度利用組分。LCP1與LCP2均可被微生物直接或間接利用，總稱為活性有機(jī)碳（LCP）。RCP為剩余未水解殘?jiān)械慕M分，主要是木質(zhì)素、果蠟、無(wú)機(jī)物等常規(guī)條件下較難以分解利用的組分。分別測(cè)定LCP1、LCP2和RCP含量，測(cè)定方法如下。

LCP1：待測(cè)樣在2.5 mol·L-1硫酸、105 ℃下酸洗30 min，經(jīng)離心、抽濾后，得到的上清液為L(zhǎng)CP1。取5 mL上清液于50 mL消煮管中，加入5 mL濃硫酸和5 mL 0.8 mol·L-1重鉻酸鉀溶液，在180 ℃下加熱5 min，以鄰菲羅啉做指示劑，用0.1 mol·L-1硫酸亞鐵溶液滴定。

LCP2：在LCP1 中分離的殘留物中加入13 mol·L-1硫酸室溫下振蕩10 h，然后加入24 mL水離心，得到的上清液為L(zhǎng)CP2。取5 mL上清液于50 mL消煮管中，加入5 mL濃硫酸和5 mL 0.8 mol·L-1重鉻酸鉀溶液，在180 ℃下加熱5 min，以鄰菲羅啉做指示劑，用0.1 mol·L-1硫酸亞鐵溶液滴定。

RCP=TOC-LCP1-LCP2 （1）

堆肥基料中碳素活度（activity of carbon，AC）、碳素有效率（available carbon percentage，ACC）等可以用來(lái)衡量堆肥體系中TOC的氧化穩(wěn)定性和抗生物降解能力，是指示堆肥體系中碳素養(yǎng)分流向的重要指標(biāo)。根據(jù)沈宏等[21]的研究，統(tǒng)計(jì)蚯蚓堆肥基質(zhì)中易利用碳素活度（AC1）、中等利用碳素活度（AC2）、易利用碳素有效率（ACC1）、中等利用碳素有效率（ACC2），計(jì)算公式如下。堆肥基料中不同生物利用度碳素含量及有效率見(jiàn)表2，試驗(yàn)不同處理組中碳素含量及占比見(jiàn)表3。

AC=LCP/RCP （2）

AC1=LCP1/RCP （3）

AC2=LCP2/RCP （4）

ACC=（LCP1+LCP2）/TOC×100% （5）

ACC1=LCP1/TOC×100% （6）

ACC2=LCP2/TOC×100% （7）

采用人工手檢計(jì)數(shù)法與稱量法[20]測(cè)定蚯蚓生長(zhǎng)繁殖數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)蚯蚓數(shù)量、蚯蚓繭數(shù)和蚯蚓質(zhì)量（g），計(jì)算蚯蚓日增數(shù)量、日增質(zhì)量、日均產(chǎn)繭數(shù)，計(jì)算公式如下。

日增數(shù)量=（總數(shù)-初始蚯蚓數(shù)）/天數(shù)（8）

日增質(zhì)量=（總增質(zhì)量-初始蚯蚓質(zhì)量）/天數(shù)（9）

日均產(chǎn)繭數(shù)=（產(chǎn)繭總數(shù)-初始蚯蚓繭數(shù)）/天數(shù)（10）

在堆肥60 d后采用5點(diǎn)取樣法對(duì)堆肥樣品隨機(jī)取樣，參考NY/T525—2021[22]測(cè)定堆肥的pH、電導(dǎo)率（electrical conductivity，EC）；采用濃硫酸-重鉻酸鉀外加熱法[23]測(cè)定總有機(jī)碳（TOC）含量。濃硫酸消解樣品后，采用凱氏定氮法[24]測(cè)定樣品的全氮（TN）含量；按照劉媛媛等[25]測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)定腐殖質(zhì)（humus，HS）、富里酸（fulvic acid，F(xiàn)A）和胡敏酸（humic acid，HA）含量；采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定銨態(tài)氮（NH4-N）含量；樣品經(jīng)氯化鉀溶液浸提后，采用紫外分光光度法測(cè)定硝態(tài)氮（NO3-N）含量。計(jì)算TOC固定率和TN固定率，公式如下。

TOC固定率=（轉(zhuǎn)化后TOC總量／轉(zhuǎn)化前TOC總量）×100%（11）

TN固定率=（轉(zhuǎn)化后TN總量／轉(zhuǎn)化前TN總量）×100% （12）

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2019 處理數(shù)據(jù)，采用Origin 2021繪制柱狀圖，采用Minitab 19對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和多重比較[26]，采用Canoco5進(jìn)行冗余分析（redundancy analysis，RDA）[27]。以蚯蚓數(shù)量、質(zhì)量以及堆肥產(chǎn)物的 TOC和TN固定率、原料碳組分為X、Y矩陣數(shù)據(jù)，采用SIMCA 14.1軟件中正交偏最小二乘回歸分析模型（partial least square，PLS）[28]，結(jié)合交叉檢驗(yàn)分析模型精度、置換檢驗(yàn)分析模型的可行性，計(jì)算變異權(quán)重系數(shù)（variableimportance in projection， VIP），評(píng)估堆肥基料指標(biāo)參數(shù)對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)繁殖和碳氮固定的作用因子效應(yīng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 蚯蚓生長(zhǎng)繁殖效果

蚯蚓生長(zhǎng)繁殖情況如表4所示。與0 d相比，CM、RCM、TCM 處理在60 d 時(shí)的蚯蚓總數(shù)、幼年蚯蚓數(shù)均顯著增加，而PCM處理無(wú)明顯變化。其中，TCM處理的蚯蚓總數(shù)為385條，幼年蚯蚓數(shù)量為375條，蚓繭數(shù)為61個(gè)，日增數(shù)量為6.4條·d-1，顯著高于CM、RCM 、PCM處理。PCM、CM、RCM、TCM處理在60 d時(shí)的蚯蚓總質(zhì)量、成年蚯蚓質(zhì)量較0 d均顯著增加，其中PCM處理的成年蚯蚓質(zhì)量最大，為7.8 g，顯著高于CM、RCM、TCM處理；TCM處理的蚯蚓總質(zhì)量為16.10 g，幼年蚯蚓質(zhì)量為11.00 g，總增質(zhì)量高達(dá)12.32 g，均顯著高于PCM、CM、RCM處理。

2.2 蚯蚓堆肥特性與碳氮轉(zhuǎn)化-固持效果

2.2.1 不同生物利用度碳源對(duì)蚯蚓堆肥基本理化特性的影響

不同處理堆肥產(chǎn)物的pH和電導(dǎo)率（EC）如圖1所示。PCM、RCM、TCM處理的pH較CM處理顯著提高，分別為7.1、8.4、8.0；同時(shí)，EC較CM處理也顯著提高。由此表明，蚯蚓轉(zhuǎn)化過(guò)程中的氨化作用導(dǎo)致銨態(tài)氮的積累，從而使pH 升高[29-31]。相較于0 d，PCM、CM、RCM、TCM處理在60 d時(shí)堆肥產(chǎn)物中的TOC含量均極顯著降低，降幅分別為6.86%、7.79%、8.78%、5.81%，其中RCM 處理TOC 損失最大；TCM 處理?yè)p失較小。PCM、RCM、TCM 處理在堆肥60 d 時(shí)的TN含量較0 d 時(shí)極顯著增加，增幅分別為0.53%、0.39%、1.05%；而CM 處理極顯著降低，降幅為0.22%。由此表明，添加番茄秸稈能降低堆肥體系中TOC 的損失，添加水稻秸稈會(huì)增加堆肥體系中TOC 的損失；添加碳源能夠促進(jìn)堆肥體系的TN 含量，且添加的碳源越難被利用，TN 含量的增幅越大。

2.2.2 不同生物利用度碳源蚯蚓堆肥碳氮轉(zhuǎn)化與固持效果

各蚯蚓堆肥的碳氮固定率如圖2所示。當(dāng)C/N為30條件下，蚯蚓糞中TOC的總固定率為39.63%～59.28%，TN 的總固定率為65.04%～95.59%，其中TCM 處理的TN 固定率最高，為95.6%。外加碳源處理中，隨著活性碳組分（LCP1、LCP2）占比的提高，TOC和TN的固定率下降。

與0 d相比，各處理在堆肥60 d時(shí)的銨態(tài)氮含量均顯著降低，其中CM 處理的降幅最大，為0.010%；CM、RCM、TCM 處理的硝態(tài)氮含量均顯著增加，其中RCM 處理的增幅最大，為0.042%，而PCM處理的硝態(tài)氮含量顯著降低。由此表明，外源添加碳源對(duì)蚯蚓堆肥中的銨態(tài)氮含量影響不顯著，硝態(tài)氮含量隨非活性碳組分（RCP）占比的提高而呈上升趨勢(shì)。

相較于0 d，PCM、CM、RCM、TCM處理在堆肥60 d時(shí)的腐殖質(zhì)、胡敏酸、富里酸含量均顯著增加，其中PCM處理腐殖質(zhì)的增幅最大，為7.55%；TCM處理的增幅最少，為6.12%。各處理胡敏酸的增幅分別為6.95%、6.13%、5.75%、0.85%，且與添加物料的生物可利用程度呈正相關(guān)。各處理富里酸的增幅分別為0.59%、0.71%、1.11%、5.27%，且與添加物料生物可利用程度呈負(fù)相關(guān)。由此表明，原料活性碳組分（LCP1、LCP2）占比越高，蚯蚓堆肥后腐殖質(zhì)、胡敏酸的增幅越大，而富里酸的增幅越小，且添加易利用碳源有利于腐殖質(zhì)、胡敏酸的積累，與解新宇等[32]的研究結(jié)果一致。

2.2.3 不同碳源組分構(gòu)成對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)繁殖、蚯蚓堆肥碳氮品質(zhì)影響分析

為進(jìn)一步揭示不同生物利用度碳源對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)繁殖的影響，挖掘原料碳組分與蚯蚓生長(zhǎng)繁殖之間的作用規(guī)律。將不同利用度碳組分?jǐn)?shù)據(jù)（LCP1、LCP2、RCP、LCP）、蚯蚓繁殖數(shù)據(jù)（成年蚯蚓數(shù)、幼年蚯蚓數(shù)、蚯蚓繭數(shù)、日增數(shù)量倍數(shù)、日均產(chǎn)繭數(shù)）和蚯蚓生長(zhǎng)數(shù)據(jù)（成年蚯蚓質(zhì)量、幼年蚯蚓質(zhì)量、總增質(zhì)量、平均成年蚯蚓質(zhì)量、平均幼年蚯蚓質(zhì)量）導(dǎo)入Canoco5進(jìn)行冗余分析，如圖3所示。主成分對(duì)蚯蚓繁殖數(shù)據(jù)的解釋率為85.49%，對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)數(shù)據(jù)的解釋率為99.90%，表明不同生物利用度的碳組分與蚯蚓生長(zhǎng)、繁殖密切相關(guān)。LCP與成年蚯蚓質(zhì)量、LCP1與成年蚯蚓數(shù)的余弦值最大，具有較強(qiáng)的正相關(guān)性；LCP2與平均成年蚯蚓質(zhì)量的余弦值最大，有較強(qiáng)的正相關(guān)性；RCP與幼年蚯蚓質(zhì)量、總增質(zhì)量、平均幼年蚯蚓質(zhì)量、幼年蚯蚓數(shù)、蚯蚓繭數(shù)、日均產(chǎn)繭數(shù)均有較強(qiáng)的正相關(guān)性。LCP是有機(jī)質(zhì)中可被生物利用的活性碳組分，主要包括纖維素、半纖維素、可溶性糖等，在堆肥過(guò)程中可被蚯蚓吸收轉(zhuǎn)化為自身脂肪等物質(zhì)，促進(jìn)蚯蚓體重的增加。RCP是有機(jī)質(zhì)中難被生物利用的碳組分，主要包括木質(zhì)素，在堆肥體系中可利用的有機(jī)質(zhì)降低時(shí)，蚯蚓傾向于將有機(jī)質(zhì)用于產(chǎn)繭[19]，因此堆肥原料中RCP占比較高時(shí)，對(duì)蚯蚓的繁殖有促進(jìn)作用。

分析不同生物利用度碳源組分和蚯蚓堆肥碳氮轉(zhuǎn)化、碳氮固持指標(biāo)的相互關(guān)系，有助于闡明蚯蚓堆肥碳源與產(chǎn)物碳氮的變化規(guī)律，為低碳綠色的蚯蚓堆肥生產(chǎn)工藝改進(jìn)提供參考。因此，將不同利用度原料碳組分?jǐn)?shù)據(jù)（LCP1、LCP2、RCP、LCP）和堆肥產(chǎn)物碳氮變化數(shù)據(jù)（腐殖質(zhì)、胡敏酸、富里酸、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、TN 固定率、TOC固定率）數(shù)據(jù)導(dǎo)入Canoco5 進(jìn)行RDA 分析，結(jié)果如圖4所示。2個(gè)主成分的解釋率分別為65.45%和19.69%，累計(jì)解釋率為85.14%，表明了冗余分析結(jié)果能夠較好地反映不同利用度碳源組分構(gòu)成與蚯蚓堆肥碳氮轉(zhuǎn)化參數(shù)間的相互作用關(guān)系。其中，LCP1、LCP2與銨態(tài)氮、腐殖質(zhì)、胡敏酸呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)性；RCP 與TOC 固定率、TN 固定率、富里酸、TN、TOC、硝態(tài)氮含量有較強(qiáng)的正相關(guān)性。

2.2.4 基于偏最小二乘法回歸模型評(píng)估原料碳源組分對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)繁殖與堆肥碳氮固定影響

偏最小二乘回歸分析兼具多元線性回歸、主成分、典型相關(guān)分析和聚類的優(yōu)點(diǎn)，能夠較好地從大量因子參數(shù)中挖掘出對(duì)指標(biāo)影響顯著的因子。VIP值是反映自變量對(duì)因變量解釋能力的重要指標(biāo)，其值越大表明該自變量對(duì)因變量的解釋能力越強(qiáng)，通常以VIPgt;1為標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為因子作用顯著。由表5可知，LCP1對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)繁殖和蚯蚓堆肥碳氮固定均有顯著影響；LCP2、LCP、RCP/TN中僅有1項(xiàng)VIPlt;1，其余均對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)繁殖和蚯蚓堆肥碳氮固定有顯著影響。蚯蚓質(zhì)量反映了蚯蚓生長(zhǎng)狀況，主要受LCP的影響；而蚯蚓繁殖主要由幼蚯蚓數(shù)量決定，主要受LCP1和RCP 影響；蚯蚓堆肥中碳氮的固定率主要受RCP/TN影響。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，宏觀調(diào)控蚯蚓堆肥基料原料中LCP1、LCP2、RCP和RCP/TN，能夠促進(jìn)蚯蚓生長(zhǎng)、繁殖，有效調(diào)控碳氮固定效應(yīng)，這對(duì)于蚯蚓堆肥的綠色高效生產(chǎn)具有重要意義。

3 討論

較佳的蚯蚓生長(zhǎng)和繁殖狀態(tài)是保證高質(zhì)量蚯蚓堆肥的重要前提。本研究發(fā)現(xiàn)，碳源生物利用度越高，提高蚯蚓平均重量的效果越顯著。添加菠蘿皮渣的PCM處理中成年蚯蚓質(zhì)量顯著增加，這可能是由于菠蘿皮渣中易利用碳組分含量高，可溶性糖、單體氨基酸等占比高，蚯蚓更偏好于采食，能夠促進(jìn)成年蚯蚓增重，但是由于糖等親水性物質(zhì)含量高，物料后期過(guò)于粘稠，幼蚓數(shù)量較少。添加番茄秸稈的TCM處理中幼蚓數(shù)、蚓繭數(shù)、蚯蚓總數(shù)顯著增加，這與Ramos等[29]的研究結(jié)果一致。番茄秸稈中難利用碳組分含量高，木質(zhì)素、果蠟和大分子脂肪類物質(zhì)多，能夠被蚯蚓腸道微生物轉(zhuǎn)化吸收的有機(jī)質(zhì)含量低，因此當(dāng)取食轉(zhuǎn)化效果下降時(shí)，蚯蚓的交配與產(chǎn)繭行為增加，難利用碳源的占比較高時(shí)可顯著促進(jìn)蚯蚓產(chǎn)繭和蚯蚓孵化。綜上所述，蚯蚓堆肥的碳源組分構(gòu)成中，提高生物利用度高的碳源占比，可顯著增加蚯蚓體質(zhì)量，提高生長(zhǎng)效果；而提高生物利用度低的碳源占比，可顯著促進(jìn)蚯蚓繁殖，即提高蚯蚓的產(chǎn)繭量與孵化量。

NY 525—2021[22] 規(guī)定有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)pH 為5.5～8.5，本研究中的蚯蚓糞均滿足要求。EC能夠反映堆肥中可溶性鹽含量，與有機(jī)物的分解有關(guān)[31]。PCM、RCM、TCM處理的EC值均高于對(duì)照CM 處理，即外添加碳源均能提高蚯蚓堆肥產(chǎn)物的EC，提高蚯蚓對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解水平，導(dǎo)致堆肥產(chǎn)物中可溶性鹽含量升高[32]。

本研究表明，添加番茄秸稈能夠降低堆肥體系中TOC的損失，添加菠蘿皮渣、水稻秸稈能夠增加堆肥體系中TOC的損失；外添加碳源能夠促進(jìn)堆肥體系的TN含量，且添加碳源越難被利用，TN含量增幅越大。這與師恩慧[33]研究結(jié)果一致?；谔妓氐娜人嵫h(huán)理論[32]，在有機(jī)質(zhì)被蚯蚓轉(zhuǎn)化利用過(guò)程中，糖類、脂類、氨基酸等代謝中間產(chǎn)物會(huì)被分解產(chǎn)生CO2等氣體，此過(guò)程被認(rèn)為是導(dǎo)致TOC損失的主要原因；蚯蚓活動(dòng)向環(huán)境體系中分泌粘液和排泄氮產(chǎn)物，而外添加碳源能夠提高蚯蚓和微生物的活性，加速含氮有機(jī)物的礦化[34]，加之有機(jī)質(zhì)的總量降低導(dǎo)致體系干物質(zhì)量減少，導(dǎo)致TN增加。

不同生物利用度碳源條件下，蚯蚓堆肥后蚓糞的TOC固定率為39.63%～59.28%，TN固定率為65.04%～95.59%。碳源生物降解可利用度占比越高，則TOC與TN的固定率越低。TOC固定率和TN固定率是衡量堆肥過(guò)程中碳氮固持的重要指標(biāo)[35]。堆肥過(guò)程中TOC損失可能是由于蚯蚓同化、微生物消耗可利用碳源作為能量進(jìn)行礦化與代謝作用，產(chǎn)生CH4、CO2等氣體[36]，且碳源中易利用碳組分含量越高，碳損失量越大；TN損失與硝酸鹽、亞硝酸鹽在還原酶作用下發(fā)生反硝化作用產(chǎn)生NO、N2O、N2等含氮?dú)怏w關(guān)系密切[37]。因此，C/N為30條件下，一定程度上提高難利用碳源組分占比，有利于提高蚯蚓堆肥體系中TOC和TN的固定率。

堆肥基料中含氮化合物在微生物作用下發(fā)生氨化、硝化作用產(chǎn)生銨態(tài)氮、硝態(tài)氮[38]。原料中LCP1、LCP2能夠增加含氮化合物礦化相關(guān)微生物的活性，而原料中RCP能降低蚯蚓和微生物的活性，減少有機(jī)氮礦化的中間產(chǎn)物，降低氮素在硝化、反硝化作用中的淋失量和揮發(fā)量，減少氮損失。因此，蚯蚓堆肥產(chǎn)物中碳氮轉(zhuǎn)化受原料碳組分LCP1、LCP2、RCP 的調(diào)節(jié)，其中LCP1、LCP2 能夠促進(jìn)堆肥產(chǎn)物的腐殖化進(jìn)程，加速銨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化；RCP能夠提高堆肥產(chǎn)物的碳氮固定效率，減少堆肥過(guò)程中的碳氮損失。銨態(tài)氮、硝態(tài)氮是蚯蚓堆肥氨化、硝化作用的主要產(chǎn)物[39]。銨態(tài)氮含量下降主要是由于pH 上升，降低了銨態(tài)氮的溶解性，從而導(dǎo)致銨態(tài)氮以NH3 揮發(fā)[40]；此外，外添加碳源改變了堆肥產(chǎn)物的C/N，增加了與硝化作用相關(guān)的微生物活性，從而促進(jìn)銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化[41]，這也是硝態(tài)氮含量增加的主要原因。

腐殖質(zhì)是由多糖、多酚、可溶性有機(jī)質(zhì)、氨基酸等前體物質(zhì)轉(zhuǎn)化[42]，胡敏酸是腐殖質(zhì)中較為穩(wěn)定的組分，含有多種功能基團(tuán)，是腐殖質(zhì)中的重要組分[25]，腐殖質(zhì)組分越高意味著蚯蚓堆肥對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解越徹底，越有利于還田利用。本研究表明，基料碳源生物利用度與蚯蚓堆肥促使基料腐殖化進(jìn)程和效率存在相關(guān)性，難利用碳源占比越高，腐殖化所需的時(shí)間越長(zhǎng)。堆肥基料中的有機(jī)質(zhì)、木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、長(zhǎng)鏈脂肪酸等物質(zhì)在微生物的作用下分解為多糖、多酚、可溶性有機(jī)質(zhì)、氨基酸等中間產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)三羧酸循環(huán)、聚合反應(yīng)形成腐殖質(zhì)，中間產(chǎn)物是構(gòu)成腐殖質(zhì)的小分子化合物，在堆肥中的含量與原料中LCP1、LCP2含量直接相關(guān)，其在微生物作用下縮合脫氫產(chǎn)生CO2、CH4 等，導(dǎo)致碳損失[32]。原料碳組分中RCP含量高時(shí)，參與有機(jī)物代謝的碳量較少，碳排放的減少能夠降低堆肥產(chǎn)物中的碳損失。

在實(shí)際生產(chǎn)中，蚯蚓堆肥基料的配制方法較為粗放，質(zhì)量、體積與C/N的配制方法均存在局限性，未來(lái)基于蚯蚓堆肥實(shí)際碳氮組分有效性及其需求進(jìn)行原料配制，能夠?qū)崿F(xiàn)蚯蚓生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)物品質(zhì)的精準(zhǔn)調(diào)控，這對(duì)于改進(jìn)蚯蚓堆肥技術(shù)工藝、減少資源的浪費(fèi)、增強(qiáng)蚯蚓堆肥技術(shù)在固廢處置中的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義，有助于實(shí)現(xiàn)未來(lái)蚯蚓堆肥產(chǎn)業(yè)高效、低碳、綠色發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 孫振鈞. 蚯蚓養(yǎng)殖實(shí)用技術(shù)[M]. 北京： 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社， 2018： 1-4.

［2］ BHAT S A， SINGH J. Earthworms as organic waste managersand biofertilizer producers [J]. Waste Biomass Valoriz.， 2018，9：1073-1086.

［3］ 林嘉聰， 劉志剛， 袁巧霞， 等. 蚯蚓分離方法與設(shè)備的研究現(xiàn)狀[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)， 2017， 19（2）： 103-109.

LIN J C， LIU Z G， YUAN Q X， et al .. Research progress onearthworm separating methods and devices [J]. J. Agric. Sci.Technol.， 2017， 19（2）： 103-109.

［4］ 李賀， 郭海濱， 魏雅冬. 農(nóng)作物秸稈及食用菌菌渣等農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用現(xiàn)狀分析[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究， 2022， 28（5）：17-19.

LI H， GUO H B， WEI Y D. Analysis on the resource utilizationof agricultural waste such as crop straw and edible fungusresidue [J]. Mod. Agric. Res.， 2022， 28（5）： 17-19.

［5］ RAZA S T， WU J P， RENE E R， et al .. Reuse of agriculturalwastes， manure， and biochar as an organic amendment： areview on its implications for vermicomposting technology [J].J. Cleaner Prod.， 2022， 360（8）： 1-14.

［6］ 郎躍深， 鄭方強(qiáng). 蚯蚓養(yǎng)殖關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社， 2015：10-11.

［7］ YU X L， LI X L， REN C Q， et al .. Co-composting with cowdung and subsequent vermicomposting improve compost qualityof spent mushroom [J/OL]. Bioresour. Technol.， 2022， 358：127386[2022-10-20]. https：//doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127386.

［8］ YADAV A， GARG V K. Biotransformation of bakery industrysludge into valuable product using vermicomposting [J/OL].Bioresour. Technol.， 2019， 274：023 [2022-10-20]. https：//doi.org/10.1016/10.1016/j.biortech.2018.12.023.

［9］ 張智， 李雙來(lái)， 陳云峰， 等. 蚯蚓堆肥模式的環(huán)境效益評(píng)價(jià)[J]. 中國(guó)土壤與肥料， 2022（8）： 198-204.

ZHANG Z， LI S L， CHEN Y F， et al .. Environmental benefitsevaluation of vermicomposting [J]. Soil Fert. Sci.， 2022（8）：198-204.

［10］ 董煒華， 殷秀琴， 辛樹(shù)權(quán). 赤子愛(ài)勝蚓對(duì)不同豬糞和秸稈的分解作用[J]. 生態(tài)學(xué)雜志， 2012， 31（12）： 3109-3115.

DONG W H， YIN X Q， XIN S Q. Roles of Eisenia foetida indecomposing different kinds pig dung and crop straw [J]. Chin.J. Ecol.， 2012， 31（12）：3109-3115.

［11］ 牛德真. 好氧堆肥與蚯蚓堆肥對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物降解效果研究[D]. 邯鄲： 河北工程大學(xué)， 2022.

NIU D Z. Study on the degradation effect of aerobic compostand vermicompost on agricultural waste [D]. Handan： HebeiUniversity of Engineering， 2022.

［12］ WANG G， TU Q P， DONG D， et al .. Spectroscopic evidence forbiochar amendment promoting humic acid synthesis andintensifying humification during composting [J]. J. HazardousMaterials， 2014， 280： 409-416.

［13］ GUO H H， GU J， WANG X J， et al .. Beneficial effects ofbacterial agent/bentonite on nitrogen transformation andmicrobial community dynamics during aerobic composting ofpig manure [J/OL]. Bioresour. Technol.， 2020， 298： 122384[2022-10-20]. https：//doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122384.

［14］ DEVI C， KHWAIRAKPAM M. Bioconversion of Lantana camaraby vermicomposting with two different earthworm species inmonoculture [J/OL]. Bioresour. Technol.， 2020， 296： 122308[2022-10-20]. https：//doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122308.

［15］ CHE J G， LIN W F， YE J， et al .. Insights into compositionalchanges of dissolved organic matter during a full-scalevermicomposting of cow dung by combined spectroscopic andelectrochemical techniques [J/OL]. Bioresour. Technol.， 2020，301：122757 [2022-10-20]. https：//doi.org/10.1016/j.biortech.2020.122757.

［16］ 劉鵬. 利用蚯蚓對(duì)不同配比牛糞和玉米秸稈堆肥效果的影響[J]. 中國(guó)畜禽種業(yè)， 2022， 18（6）： 37-39.

［17］ QU S， ZHANG L J， ZHANG X， et al .. Biochar combined withgypsum reduces both nitrogen and carbon losses duringagricultural waste composting and enhances overall compostquality by regulating microbial activities and functions [J/OL].Bioresour. Technol.， 2020， 314：123781 [2022-10-20]. https：//doi.org/10.1016/j.biortech.2020.123781.

［18］ 劉科， 韋秀麗， 郭蕭， 等. 利用鄉(xiāng)村有機(jī)廢棄物進(jìn)行蚯蚓養(yǎng)殖的種類篩選及配比優(yōu)化研究[J]. 中國(guó)沼氣， 2022， 40（4）：50-54.

LIU K， WEI X L， GUO X， et al .. Study on the species selectionand proportion optimization of earthworms culture using ruralorganic waste [J]. China Biogas， 2022， 40（4）： 50-54.

［19］ 徐雪東. 四種餌料及配比對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)繁殖及堆肥質(zhì)量的影響[D]. 楊凌： 西北農(nóng)林科技大學(xué)， 2020.

XU X D. Effects of four kinds of bait and batio on growth andreproduction of earthworms and quality of compost [D].Yangling： Northwest Aamp;F University， 2020.

［20］ ROVIRA P， VALLEJO V R. Mineralization of carbon andnitrogen from plant debris， as affected by debris size and depthof burial [J]. Soil Biol. Biochem.， 2002， 34（3）： 327-339.

［21］ 沈宏， 曹志洪. 長(zhǎng)期施肥對(duì)不同農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤有效碳庫(kù)及碳素有效率的影響[J]. 熱帶亞熱帶土壤科學(xué)， 1998， 7（1）：1-5.

SHEN H， CAO Z H. Effect of long-term fertilization on soilavailable carbon pool and available ratio of soil carbon underdifferent agroecosystems [J]. Trop. Subtrop. Soil Sci.， 1998， 7（1）：1-5.

［22］ 田有國(guó)，李季，沈其榮，等.有機(jī)肥料：NY/T525-2021［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2021.

［23］ 李金津， 史靜怡， 文婷， 等. 不同四環(huán)素濃度對(duì)好氧堆肥和蚯蚓堆肥過(guò)程影響的對(duì)比研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2022， 42（4）：259-267.

LI J J， SHI J Y， WEN T， et al .. Comparative study on theeffects of tetracycline content on aerobic composting andvermicomposting processes [J]. Acta Sci. Circumstantiae，2022， 42（4）： 259-267.

［24］ GONG X Q， ZHANG Z T， WANG H. Effects of Gleditsiasinensis pod powder， coconut shell biochar and rice huskbiochar as additives on bacterial communities and compostquality during vermicomposting of pig manure and wheat straw[J/OL]. J. Environ. Manage.， 2021， 295：113136 [2022-10-20].https：//doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113136.

［25］ 劉媛媛， 徐智， 陳卓君， 等. 外源添加磷石膏對(duì)堆肥碳組分及腐殖質(zhì)品質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2018， 37（11）：2483-2490.

LIU Y Y， XU Z， CHEN Z J， et al .. Effects of phosphogypsumaddition on carbon fractions and humus quality during composting[J]. J. Agro?Environ. Sci.， 2018， 37（11）： 2483-2490.

［26］ 史雅靜， 徐明， 王振宇， 等. 蚯蚓對(duì)菇渣中纖維素和木質(zhì)素生物轉(zhuǎn)化的研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2020， 40（5）： 1779-1785.

SHI Y J， XU M， WANG Z Y， et al .. Biotransformation oflignocellulose in mushroom residue by earthworm [J]. Acta Sci.Circumstantiae， 2020， 40（5）： 1779-1785.

［27］ 李加龍， 羅純良， 呂恒， 等. 2002—2018年滇池外海藍(lán)藻水華暴發(fā)時(shí)空變化特征及其驅(qū)動(dòng)因子分析[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2023， 43（2）： 878-891.

LI J L， LUO C L， LYU H， et al .. Spatio-temporal variation anddriving factirs of algal bloom at lake Dianchi during 2002—2018 [J]. Acta Ecol. Sin.， 2023， 43（2）： 878-891.

［28］ 周強(qiáng)， 袁明昊， 曾彬， 等. ICP-MS法結(jié)合OPLS-DA鑒別6種鹿茸[J]. 中藥， 2022， 44（10）： 3229-3233.

ZHOU Q， YUAN M H， ZENG B， et al .. Identification of six kindsof Cervi Cornu Pantotrichum by ICP-MS combined with OPLSDA[J]. Chin. Trad. Patent Med.， 2022， 44（10）：3229-3233.

［29］ RAMOS R F， SANTANA N A， ANDRADE N D， et al ..Vermicomposting of cow manure： effect of time on earthwormbiomass and chemical， physical， and biological properties ofvermicompost [J/OL]. Bioresour. Technol.， 2022， 345：126572[2022-10-20]. https：//doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126572.

［30］ 龔小強(qiáng). 外源添加物對(duì)園林綠化廢棄物蚯蚓堆肥影響研究[D]. 北京： 北京林業(yè)大學(xué)， 2019.

GONG X Q. Study on the effect of exogenous additives onvermicomposting of green waste [D]. Beijing： Beijing ForestryUniversity， 2019.

［31］ 張威. 蚯蚓處理不同畜禽糞和秸稈組合試驗(yàn)研究[D]. 長(zhǎng)春：東北師范大學(xué)， 2008.

ZHANG W. Study on treatment of earthworm to differentcombinations of livestock manure and stalk [D]. Changchun：Northeast Normal University， 2008.

［32］ 解新宇， 史明子， 魏自民， 等. 堆肥腐殖化： 非生物學(xué)與生物學(xué)調(diào)控機(jī)制概述[J]. 生物技術(shù)通報(bào)， 2022， 38（5）： 29-35.

XIE X Y， SHI M Z， WEI Z M， et al .. Compost humification： anoverview of abiotic and biological regulatory mechanisms [J].Biotech. Bull.， 2022， 38（5）： 29-35.

［33］ 師恩慧. 蚯蚓在秸稈堆制過(guò)程中對(duì)氮代謝的影響[D]. 長(zhǎng)春：吉林大學(xué)， 2022.

SHI E H. The effect of Eisenia fetida on nitrogen metabolismduring corn straw composting [D]. Changchun： Jilin University，2022.

［34］ ZHONG H Y， YANG S， ZHU L， et al .. Effect of microplastics insludge impacts on the vermicomposting [J/OL]. Bioresour.Technol.， 2021， 326： 124777[2022-10-20]. https：//doi.org/10.106/j.biortech.2021.12477.

［35］ 韓相龍. 餌料配比與調(diào)理劑對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)繁殖與堆肥質(zhì)量的影響[D]. 楊凌： 西北農(nóng)林科技大學(xué)， 2019.

HAN X L. Effect of feeding ratio and conditioning agent ongrowth and reproduction of earthworm and vermicompostingquality [D]. Yangling： Northwest Aamp;F University， 2019.

［36］ JAIN M S， JAMBHULKAR R， AJAY S. Biochar amendmentfor batch composting of nitrogen rich organic waste： Effect ondegradation kinetics， composting physics and nutritional properties[J]. Bioresour. Technol.， 2018， 253： 204-213.

［37］ KHAN M B， CUI X Q， JILANI G， et al .. Eisenia fetida andbiochar synergistically alleviate the heavy metals contentduring valorization of biosolids via enhancing vermicompostquality [J]. Sci. Total Environ.， 2019， 684（9）： 597-609.

［38］ 馬建林. 蚯蚓與微型生物的協(xié)同作用對(duì)堆肥過(guò)程的影響[D]. 蘭州： 蘭州交通大學(xué)， 2021.

MA J L. The synergistic effect of earthworm and microbiota onvermicomposting process [D]. Lanzhou： Lanzhou JiaotongUniversity， 2021.

［39］ 蔡琳琳. 園林綠化廢棄物蚯蚓堆肥腐熟過(guò)程控制及氮轉(zhuǎn)化機(jī)制研究[D]. 北京： 北京林業(yè)大學(xué)， 2021.

CAI L L. Mechanism in green waste vermicomposting study ondecomposing process control and nitrogen conversion [D].Beijing： Beijing Forestry University， 2021

［40］ HUANG K， XIA H， ZHANG Y Y， et al .. Elimination of antibioticresistance genes and human pathogenic bacteria by earthwormsduring vermicomposting of dewatered sludge by metagenomicanalysis [J/OL]. Bioresour. Technol.， 2020， 297：122451 [2022-10-20]. https：//doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122451.

［41］ CHEN Y X， ZHANG Y， SHI X， et al .. The contribution ofearthworms to carbon mineralization during vermicompostingof maize stover and cow dung [J/OL]. Bioresour. Technol.，2022， 364： 128283 [2023-10-20]. https：//doi.org10.1016/j.biortech.2022.128283.

［42］ CAI S Y， LIU M， ZHANG Y， et al .. Molecular transformation ofdissolved organic matter and formation pathway of humicsubstances in dredged sludge under aerobic composting [J/OL].Bioresour. Technol.， 2022， 364： 128141 [2023-10-20]. https：//doi.org/10.1016/j.biortech.2022.128141.

基金項(xiàng)目：海南省科技創(chuàng)新人才項(xiàng)目（KJRC2023D20）；海南省重大科技計(jì)劃項(xiàng)目（ZDKJ2021009）；海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（442QN368）；中央級(jí)公益性科研院所基本業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（1630042022002，1630042022019）。