胡紅文, 夏運(yùn)紅, 查琳, 劉貴平, 李清亮

(四川省內(nèi)江市農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 四川 內(nèi)江 641000)

利用蚯蚓生物反應(yīng)器將有機(jī)廢物轉(zhuǎn)化為蚯蚓堆肥已是被廣泛認(rèn)可的生態(tài)處理工藝[1]。采用蚯蚓堆肥處理畜禽糞污時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)底料物化性質(zhì)，引入蚯蚓生物反應(yīng)器并以此為主要處理環(huán)節(jié)，可開(kāi)發(fā)一種能夠?qū)S污實(shí)現(xiàn)無(wú)害化與資源化處理的生態(tài)環(huán)保堆肥技術(shù)[2]。該工藝經(jīng)濟(jì)效益好，建立堆制系統(tǒng)所需的成本小，產(chǎn)物蚯蚓體是良好的藥材和動(dòng)物蛋白原料，產(chǎn)物蚯蚓糞是良好的有機(jī)肥[3-4]。

目前，蚯蚓堆肥技術(shù)的研究與應(yīng)用不斷擴(kuò)展和深入。蚯蚓品種主要以赤子愛(ài)勝蚯蚓(Eiseniafoetida)為主，基床溫度25 ℃、濕度70%左右最佳[5]。關(guān)于基質(zhì)最適宜的C/N[6]、蚯蚓的接種密度[7]等都有較多研究，還有許多學(xué)者在基質(zhì)種類(lèi)、pH、輔料應(yīng)用等方面開(kāi)展了廣泛研究[8-11]。這些研究成果為蚯蚓堆肥生產(chǎn)技術(shù)的推廣提供了理論支撐，也為本研究在基料配比和飼養(yǎng)管理等方面的試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

在實(shí)際生產(chǎn)中，添料頻率是蚯蚓堆肥工藝的重要參數(shù)，蚯蚓堆肥原料存放與轉(zhuǎn)運(yùn)、用工人數(shù)確定、澆水翻土計(jì)劃、蚯蚓與蚯蚓糞收集等多項(xiàng)工作安排，都要根據(jù)添料頻率來(lái)制定，但目前關(guān)于基料添加頻率對(duì)蚯蚓堆肥的影響尚未有研究。本文研究了基料的添加頻率對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)和基料性質(zhì)的具體影響，首先通過(guò)試驗(yàn)篩選出最佳基料量，再根據(jù)蚯蚓采食與生長(zhǎng)規(guī)律設(shè)計(jì)了添料頻率試驗(yàn)，分析了蚯蚓生長(zhǎng)速度和基料質(zhì)量、有機(jī)碳(total organic carbon，TOC)、總氮(total nitrogen，TN)、總鉀(total potassium，TK)和總磷(total phosphorus，TP)等指標(biāo)，得出最適宜的添料頻率，以期為提高蚯蚓對(duì)有機(jī)廢物的處理效率提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1基料量篩選試驗(yàn) 根據(jù)蚯蚓體重隨著基料總量的增加先升高后不變，以獲得飼養(yǎng)20 d蚯蚓所需的基料總量。選取2.50～45.00 g基料重量，設(shè)計(jì)10個(gè)處理(T1～T10)，每個(gè)處理3次重復(fù)(表1)。采用圓盒飼養(yǎng)，盒子尺寸高13 cm、直徑6 cm，一共30盒，每盒接種20條蚯蚓，每條蚯蚓重為(0.05±0.001)g，盒子口上面用濾紙密封。將盒子放在25 ℃的生化培養(yǎng)箱中20 d，稱(chēng)量20條蚯蚓的總重。

表1 各處理的基質(zhì)干重

1.2.2添料頻率試驗(yàn) 通過(guò)基料量試驗(yàn)篩選適宜的基料量，并按照不同的添加頻率分批次給蚯蚓添料，添料頻率分別為2、3、4、5、7、10、20 d/次，共7個(gè)處理(A～G)，各處理每次的基料添加量見(jiàn)表2。每次添加基料量是該時(shí)刻至下次添料時(shí)刻內(nèi)蚯蚓采食總量，蚯蚓在本試驗(yàn)體重范圍內(nèi)生長(zhǎng)為近直線增重，根據(jù)采食量與體重的比例關(guān)系，計(jì)算出各處理依次添料量。飼養(yǎng)基質(zhì)類(lèi)型、飼養(yǎng)溫度、飼養(yǎng)時(shí)間和接種蚯蚓大小等因素與基料量篩選試驗(yàn)相同。

表2 各處理的基料添加量

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2010整理數(shù)據(jù)，用SPSS軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 基料干重對(duì)蚯蚓體重的影響

圖1顯示，隨著基料干重增加，20條蚯蚓總體重在1～4處理中依次增加；第5處理中基料干重20.00 g時(shí)，蚯蚓總體重2.204 1 g；6～10處理中蚯蚓總體重并未隨基料變多而顯著增加(P>0.05)。因此，確定第5處理中基料干重20.00 g為蚯蚓需求基料總量。

注：不同字母表示差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2 添料頻率對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)的影響

由圖2可知，蚯蚓重量隨著添料頻率的降低呈先升后降的趨勢(shì)。在E處理(添料頻率為7 d一次)中20條蚯蚓總重量最高，達(dá)到(2.77±0.17)g，平均重量達(dá)到0.138 7 g·條-1，顯著高于A處理(2 d一次)、B處理(3 d一次)和G處理(20 d一次)中的蚯蚓總重量(P<0.05)?？芍?，添料頻率為7 d一次時(shí)，蚯蚓生長(zhǎng)最好。

注：不同字母表示差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.3 不同添料頻率對(duì)基料物化性質(zhì)的影響

2.3.1基料干重的變化 根據(jù)圖3結(jié)果可知，各處理的基料干重與處理前相比均降低。隨著添料頻率的降低，基料干重先降低后升高。其中，添料頻率為10 d一次的F處理中基質(zhì)干重最低，為(14.06±0.22)g。F處理與添料頻率為7 d一次的E處理(基料干重為14.68±0.29 g)差異不顯著(P>0.05)，但是顯著低于其他處理(P<0.05)。

注：不同字母表示差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.3.2基料有機(jī)碳、總氮以及C/N的變化 表3顯示了處理后基料有機(jī)碳(TOC)和總氮(TN)與處理前的比值，以及處理后C/N?？梢钥闯?，經(jīng)過(guò)蚯蚓堆肥處理后，基料中TOC、TN以及C/N均變小。基料TOC含量隨著添料頻率的降低呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，添加頻率為7 d一次的E處理是趨勢(shì)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，TOC含量為處理前的47.48%，顯著低于其他處理(P<0.05)。TOC含量最高的是G處理，降至處理前的60.51%。蚯蚓堆肥處理前后，基料TN以及C/N在各處理中差異均不顯著(P>0.05)。TN含氮最低的是E處理，降至為處理前的90.05%；C/N最低的也是E處理，為13.18。TN含氮、C/N最高的是G處理。

表3 不同處理中有機(jī)碳、總氮含量及C/N變化

2.3.3基料總鉀、總磷和速效磷含量的變化

表4顯示，經(jīng)過(guò)蚯蚓堆肥處理后，基料總鉀(TK)含量最高的是F處理(2.86±0.08)g·kg-1，其次是E處理；總磷(TP)含量最高的是E處理(8.27±0.08)g·kg-1，其次是F處理；速效磷(AP)含量最高的是E處理(349.29±7.07)mg·kg-1，其次是D處理(345.24±13.73)mg·kg-1。基料中TK、TP和AP含量差異均不顯著(P>0.05)。TK、TP含量與處理前相比增加，而AP含量降低。

表4 不同處理中總鉀、總磷、速效磷含量

2.3.4基料硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量和pH的變化

表5 不同處理中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量和pH

3 討論

3.1 添料頻率影響蚯蚓的生長(zhǎng)

本研究表明，添料頻率為7 d一次的試驗(yàn)組中蚯蚓的生長(zhǎng)速度最快。蚯蚓體重增加得益于其對(duì)基料中養(yǎng)分利用，添加新料后，蚯蚓棲息于新料周邊的蚯蚓糞中，并延時(shí)采食新料。添料會(huì)給蚯蚓帶來(lái)物理震動(dòng)、光刺激等，且新料中氨氣等有害物質(zhì)對(duì)蚯蚓體表的刺激。添料頻率過(guò)高，一是對(duì)蚯蚓造成的應(yīng)激較大；二是前期基料量少不能給蚯蚓提供必要的棲息環(huán)境，導(dǎo)致蚯蚓生長(zhǎng)相對(duì)慢。添料頻率過(guò)低，一是基料本身能為蚯蚓提供的養(yǎng)分會(huì)隨著時(shí)間的推移在微生物的作用下而減少;二是蚯蚓不喜采食久置基料，最終蚯蚓可利用的總養(yǎng)分少。

3.2 添料頻率影響基料的物化性質(zhì)

3.2.1添料頻率影響基料的減量化速率 本研究表明，蚯蚓堆肥中蚯蚓體重增加越多，基料消耗量就越多。蚯蚓能夠促進(jìn)微生物生長(zhǎng)繁殖，蚯蚓和微生物利用大量的碳作為能量來(lái)源，氮用于構(gòu)建細(xì)胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致有機(jī)物分解[14]。添料頻率影響基料減量化速率，添料方式不同影響蚯蚓生長(zhǎng)及對(duì)基料的利用率，進(jìn)而影響堆肥后期基料重?；狭靠梢蝌球緮z取、微生物分解、自身物質(zhì)揮發(fā)等引起減少，但其中最主要是蚯蚓攝取的作用。蚯蚓體重越小，采食基料就越少，同時(shí)蚯蚓采食對(duì)基料干重的減少速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自然堆放。所以在蚯蚓堆肥中可以通過(guò)調(diào)節(jié)添料頻率來(lái)提高基料減量化速率，添料頻率最佳的是7～10 d一次。

3.2.2添料頻率影響基料有機(jī)碳含量 蚯蚓生長(zhǎng)影響微生物數(shù)量和活性，同時(shí)影響酶活性，并促進(jìn)基料中C、N的轉(zhuǎn)化，生長(zhǎng)越快對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化速度也越快[15]。蚯蚓堆肥前期總氮含量降低以銨態(tài)氮揮發(fā)為主因，后期升高以基質(zhì)干重減少和銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕?。本研究中總氮含量的降低，是因?yàn)槎逊蕰r(shí)間不夠長(zhǎng)，處于降低階段[16-18]。本研究所有處理中有機(jī)碳含量均下降，這與許多研究結(jié)果相同[18-22]。本研究中有機(jī)碳含量在47.48%～60.51%，這與Garg等[23]的研究結(jié)果相近。不同處理之間比較，添料頻率為7 d一次的E處理中有機(jī)碳含量最低，蚯蚓生長(zhǎng)也最好?？芍?，不同添料頻率影響蚯蚓堆肥中基料有機(jī)碳含量。蚯蚓采食和腸道肌肉活動(dòng)使被攝入的物質(zhì)碎化與勻質(zhì)化，在通過(guò)增加粘液和酶提高微生物活動(dòng)表面，蚯蚓和微生物聯(lián)合作用導(dǎo)致有機(jī)物以CO2的形式損失[24]。本研究中碳氮比降低，不同添料頻率對(duì)碳氮比影響不顯著，可能是因?yàn)轵球竞臀⑸锞苁固嫉冉档停瑴p弱蚯蚓堆肥對(duì)碳氮比的影響[25-26]。

3.2.3添料頻率對(duì)總鉀、總磷和速效磷的影響

磷是植物光合作用、能量傳遞所必需和有益于開(kāi)花結(jié)果，速效磷能被植物直接吸收利用，鉀被用于糖的制造轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞分裂、根系發(fā)育等生理過(guò)程。Yadav等[27]研究表明，蚯蚓堆肥過(guò)程中，細(xì)菌和磷酸酶對(duì)磷的礦化和積累，實(shí)現(xiàn)后期磷含量的提升；Sangwan等[28]研究顯示，有機(jī)廢物經(jīng)過(guò)蚯蚓堆肥后，基料中鉀含量增加。本研究中，蚯蚓堆肥處理后基料磷、鉀含量均升高，這是因?yàn)椴捎昧肆住⑩浗^對(duì)量不易流失的封閉設(shè)施，基料干重下降導(dǎo)致總磷和總鉀含量增加，與相關(guān)學(xué)者研究結(jié)果[29-30]相符。蚯蚓自身分泌物和蚯蚓糞含有的磷酸酶，促進(jìn)緩效磷轉(zhuǎn)化為速效磷[31]。Vinotha等[32]研究證實(shí)，基料中存在的微生物對(duì)速效磷提升起著重要作用；Lee[33]研究表明，蚯蚓的腸道能促使速效磷提升。雖然蚯蚓活動(dòng)能夠提升總鉀、總磷和速效磷含量，但本研究未發(fā)現(xiàn)頻率添料對(duì)三者含量有影響，可能試驗(yàn)中蚯蚓體重最高與最低處理間才相差0.037 g·條-1，體重差別小未影響三者含量的變化，只在均值上表現(xiàn)出蚯蚓生長(zhǎng)最好的處理中總磷、速效磷含量高，相鄰的處理中總鉀最高。

3.2.4添料頻率影響硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量和pH

經(jīng)蚯蚓堆肥處理后，基料中硝態(tài)氮含量升高，銨態(tài)氮含量和pH均降低。不同處理之間比較，添料頻率影響處理后基料中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量和pH，7 d一次的添料頻率最有利于銨態(tài)氮提高和pH趨中性。基料中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量是腐熟程度和基料肥性評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[16]。已有研究表明，蚯蚓活動(dòng)能夠通過(guò)對(duì)硝化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)作用來(lái)改變基料中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量，本研究中蚯蚓生長(zhǎng)最好的E處理中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的變化與此相符[34]。蚯蚓堆肥處理后pH由偏堿性降低為5.37～5.86的偏酸性，與相關(guān)研究相比，本研究pH降低值偏大，蚯蚓將基質(zhì)中的氮和磷轉(zhuǎn)化成正磷酸鹽、硝酸鹽以及亞硝酸鹽，基料分解腐殖酸形成豐富微生物，分解產(chǎn)生CO2和有機(jī)酸量，銨態(tài)氮硝化轉(zhuǎn)換為硝態(tài)氮，提升了H+量，這些因素使pH下降[35-37]。Pramanik等[38]研究表明，有機(jī)物的分解導(dǎo)致銨離子和腐殖酸的形成，腐殖酸中羧基和酚基的存在導(dǎo)致pH降低，銨離子使體系pH升高，這兩個(gè)相對(duì)荷電基團(tuán)共同作用使pH向中性方向轉(zhuǎn)變。另外，蚯蚓長(zhǎng)勢(shì)好的E處理中pH最接近7，相對(duì)而言不利于硝態(tài)氮生成，硝態(tài)氮的含量增加最少[39]。