張孟豪,吳 玲,陳 靜,潘伯桂,劉科學(xué),Velasquez Elena,Lavelle Patrick,戴 軍,張 池,*

1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 廣州 510642 2 廣東華南空間規(guī)劃研究院, 廣州 510651 3 廣州新華學(xué)院資源與城鄉(xiāng)規(guī)劃系, 廣州 510520 4 Universidad Nacional de Colombia, Palmira, Colombia 111321 5 Université Paris Sorbonne, IEES-BIODIS, Paris, France 75006

辦公廢紙屑是社會(huì)生產(chǎn)中常見的有機(jī)廢棄物,其尺寸較小,且轉(zhuǎn)化為再生紙的成本較高[1—3],因而不易回收再利用。但是廢紙屑本身含有大量有機(jī)碳,將其作為有機(jī)物料進(jìn)行還田可以明顯提高土壤質(zhì)量、改良退化土壤。已有研究顯示在土壤中添加廢紙屑可以增加土壤的透氣性、提高養(yǎng)分、改變生物學(xué)特性、最終提高土壤質(zhì)量[4]。然而,廢紙屑的主要組分為纖維素,其在土壤中自然分解速度較慢[5],如何加速其在土壤中的分解是廢紙屑能否高效再利用的關(guān)鍵。

蚯蚓作為土壤的生態(tài)系統(tǒng)工程師,是土壤自組織系統(tǒng)的重要因子[6]。已有研究顯示,將蚯蚓接種入土壤中可以加速土壤有機(jī)物質(zhì)的分解、提高土壤養(yǎng)分含量、促進(jìn)微生物活性、幫助退化土壤構(gòu)建自組織系統(tǒng)、恢復(fù)并維持土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定,最終提高土壤質(zhì)量[6—8]。赤子愛勝蚓(Eiseniafetida)作為聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織認(rèn)證的模式蚓[9—10],繁殖能力強(qiáng)且易獲取,被廣泛用于有機(jī)廢棄物堆置處理和退化土壤的改良修復(fù)中[11—13]。但是,赤子愛勝蚓如何促進(jìn)廢紙屑的分解、二者聯(lián)合如何改良退化土壤質(zhì)量至今未見報(bào)道。

綜上所述,本研究通過添加廢紙屑和蚯蚓于華南地區(qū)養(yǎng)分貧瘠土壤中,分析廢紙屑和蚯蚓對(duì)土壤pH、養(yǎng)分、交換性鹽基離子和微生物PLFAs的影響,利用土壤質(zhì)量綜合指數(shù)GISQ法[14]對(duì)改良前后的土壤進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),以期為廢紙屑資源化利用、廢紙屑和蚯蚓聯(lián)合改良養(yǎng)分貧瘠土壤提供新的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤為采自華南農(nóng)業(yè)大學(xué)校園0—20 cm的赤紅壤(23°9′33″N,113°21′22″E)。供試土壤的基本理化性質(zhì)如下：pH (5.45±0.11),有機(jī)碳(2.97±0.71)g/kg,全氮(0.12±0.11)g/kg,全磷 (138.38±7.53)mg/kg,全鉀(12.34±0.14)g/kg。將采集的土壤自然風(fēng)干,去除石礫等雜質(zhì),過 2 mm 篩,備用。

供試有機(jī)物料為取自辦公室碎紙機(jī)的廢紙屑。廢紙屑尺寸為長(zhǎng)10 mm,寬2 mm。pH 9.48±0.11,有機(jī)碳(334.33±5.13)g/kg,全氮(0.50±0.11)g/kg,全磷(51.86±8.36)mg/kg,全鉀(0.25±0.07) g/kg。

供試蚯蚓為赤子愛勝蚓Eiseniafetida,購(gòu)自廣州市某養(yǎng)殖場(chǎng),將購(gòu)得的蚯蚓在適宜環(huán)境中培養(yǎng) 1 周后,挑選單條質(zhì)量約 0.5 g 的大小一致、具有成熟環(huán)的健壯蚯蚓進(jìn)行土壤接種。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)分別設(shè)置空白土壤對(duì)照S、單獨(dú)添加廢紙屑處理SP、單獨(dú)接種蚯蚓處理SE和廢紙屑+蚯蚓SPE處理。養(yǎng)分貧瘠的土壤中蚯蚓無法生存,因此SE(單獨(dú)接種蚯蚓)處理最終取消。

(1)S：2 kg土壤,不添加有機(jī)物料和蚯蚓,培養(yǎng)90 d。

(2)SP：1.8 kg土壤+0.2 kg有機(jī)物料,培養(yǎng)90 d。

(3)SPE：1.8 kg土壤+0.2 kg有機(jī)物料,培養(yǎng)30 d后接種赤子愛勝蚓50 g,繼續(xù)培養(yǎng)60 d。

試驗(yàn)培養(yǎng)過程使用 3 L的圓柱形塑料盆缽(10 cm×14 cm×20 cm),每個(gè)處理設(shè)置4次重復(fù)。試驗(yàn)期間,溫度保持在25 ℃左右,土壤水分保持田間持水量的40%—60%,每?jī)商焱ㄟ^稱重法保持土壤含水量。養(yǎng)分退化土壤營(yíng)養(yǎng)元素匱乏,為了赤子愛勝蚓的生存和土壤養(yǎng)分的提升,需要外源有機(jī)物料的投入,本試驗(yàn)中投入廢紙屑作為有機(jī)物料。培養(yǎng)90 d后進(jìn)行土壤樣品采集。采集新鮮土壤置于-20 ℃冰箱保存,凍干處理后待測(cè)土壤微生物PLFAs。余下土壤樣品經(jīng)風(fēng)干后,分離去除未完全分解的廢紙屑,過2 mm篩, 備用待測(cè)。

1.3 測(cè)試方法

廢紙屑pH采用無CO2水以土水比1∶10提取,pH 計(jì)(雷磁 PHS- 3C)測(cè)定[15]；有機(jī)碳含量采取重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定；全氮含量通過硫酸-過氧化氫消煮,半微量開氏法測(cè)定；全磷用硫酸-過氧化氫消煮,礬鉬黃法測(cè)定；全鉀用硫酸-過氧化氫消煮,原子吸收法測(cè)定。

土壤 pH 采用無 CO2水以土水比1∶2.5提取,pH 計(jì)(雷磁 PHS- 3C)測(cè)定；有機(jī)碳含量通過重鉻酸鉀氧化-外加熱法進(jìn)行測(cè)定；全氮含量通過凱氏定氮法測(cè)定；全磷采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法測(cè)定；全鉀的測(cè)定采用氫氧化鈉熔融-火焰原子吸收法；堿解氮的測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法；速效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰原子吸收法測(cè)定[16]。

土壤CEC通過乙酸銨 (1 mol/L的 CH3COONH4,pH 7.0) 交換-原子吸收分光光度法測(cè)定；土壤交換性 K+、Na+、Ca2+、Mg2+含量采用 1 mol/L 的 CH3COONH4(pH 7.0)浸提,原子吸收分光光度法測(cè)定[17]。

通過脂類提取以及磷脂脂肪酸分析進(jìn)行土壤微生物PLFAs測(cè)定。脂類提取步驟包括單相提取液提取、固相抽提柱層析分離脂類和脂類的堿性甲醇水解和甲基化。氣相色譜(型號(hào)：HP6890/ MSD5973,色譜柱為Agilent1909lB- 102)進(jìn)行磷脂脂肪酸的分析,氣相色譜的升溫程序由MIDI軟件的要求設(shè)置,甲基十九烷脂肪酸(19:0)為內(nèi)標(biāo),總量用n mol/g表示[18]。本研究中14：00、15：00、17：00、18：00表征一般細(xì)菌(CB)；18：2 w6c、18：1 w9c表征真菌(F)；10Me 16：0 、10Me 17：0、10Me 18：0表征放線菌(ACT)；14：0 iso、15：0 iso、15：0 anteiso、16：0 iso、17：0 iso、17：0 anteiso表征革蘭氏陽性菌(G+)；16：1 w7c、18：1 w7c、17：0 cyclo、19：0 cyclo w8c表征革蘭氏陰性菌(G-)；細(xì)菌(B)數(shù)量以革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌以及一般細(xì)菌加和表示[19—20]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,使用 SPSS 23.0 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,不同處理間的差異采用單因素方差分析 (One-way ANOVA) 和 Duncan′ s 多重比較進(jìn)行分析,分別在 R 中導(dǎo)入ADE- 4 軟件包對(duì)不同土壤樣本pH、養(yǎng)分狀況、交換性鹽基離子和微生物PLFAs進(jìn)行主成分分析 (Principal component analysis, PCA)[21]。在此基礎(chǔ)上,研究根據(jù)土壤綜合質(zhì)量指數(shù)評(píng)價(jià)方法[14],將上述土壤肥力和微生物指標(biāo)作為綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)變量,通過In=F1 × (α1a+β1b+γ1c)+F2 × (α2a+β2b+γ2c),計(jì)算每個(gè)樣點(diǎn)的亞指標(biāo)綜合指數(shù)In。其中,F1和F2為第一和第二主成分中方差累積貢獻(xiàn)率,α、β和γ代表變量對(duì)各自主成分的貢獻(xiàn),a、b和c是所選變量在其對(duì)應(yīng)軸上的得分值。將In進(jìn)行數(shù)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化,使其在0.1—1.0區(qū)間,最終得出各處理的土壤綜合質(zhì)量指數(shù)Y。

2 結(jié)果與分析

2.1 赤子愛勝蚓對(duì)有機(jī)物料的分解作用

蚯蚓的添加有效加速了廢紙屑在土壤中的分解過程。如圖1所示,SP處理的土壤中仍然存在大量的未分解廢紙屑,SPE處理的殘存的未分解廢紙屑數(shù)量極少。由圖2可知,SP處理未分解廢紙重量極顯著高于SPE處理(P<0.01)；SPE廢紙分解率高達(dá)98.28%,極顯著高于SP處理(P<0.01)。

圖1 SP和SPE處理的土壤外觀圖Fig.1 Photos of soil appearance in SP and SPE treatments SP：土壤+廢紙屑 Add wast paper to the soil；SPE：土壤+廢紙屑+蚯蚓 Add wastepaper and earthworm to the soil

圖2 蚯蚓對(duì)辦公廢紙屑的分解作用Fig.2 Effects of earthworms on decomposition of office wastepaper圖中數(shù)值表示平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,n=4;采用t檢驗(yàn)比較同種指標(biāo)不同處理間的差異,**表示不同處理之間差異極顯著(P<0.01)

2.2 赤子愛勝蚓對(duì)土壤的pH和養(yǎng)分的影響

如圖3所示,對(duì)照S的土壤pH為5.43,呈酸性。有機(jī)物料的添加有效提升了土壤pH,相比對(duì)照S,SP處理的土壤pH顯著提升到8.37(P<0.05),呈堿性；SPE處理的土壤pH顯著提升到7.26(P<0.05),呈中性。廢紙的添加顯著提高了土壤有機(jī)碳含量, SPE處理的有機(jī)碳含量顯著高于SP處理,且SP處理顯著高于對(duì)照S(P<0.05)。

圖3 不同處理土壤的pH和養(yǎng)分狀況Fig.3 Soil pH value and nutrient contents in different treatments圖中數(shù)值表示平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,n=4;不同字母表示同種指標(biāo)不同處理之間差異顯著(P<0.05);S：對(duì)照土壤 Control

赤子愛勝蚓的接種有效提高了土壤的全氮和有效氮含量(圖3)。土壤全氮和堿解氮含量整體呈現(xiàn)為S

2.3 赤子愛勝蚓對(duì)土壤中交換性鹽基離子含量的影響

如圖4所示,與對(duì)照S相比,SP和SPE處理中交換性鉀、鈉、鈣、鎂和陽離子交換量均有提高,特別是SPE處理。具體到各項(xiàng)指標(biāo),對(duì)照S、SP和SPE的陽離子交換量無顯著差異；SPE處理的交換性鉀顯著高于對(duì)照S和SP(P<0.05)；對(duì)照SP和SPE處理的交換性鈉顯著高于對(duì)照S(P<0.05)；對(duì)照S、SP和SPE處理的交換性鈣和鎂呈現(xiàn)為：S

圖4 不同處理土壤的交換性鹽基離子含量Fig.4 Contents of exchangeable base cations in different treatment soils圖中數(shù)值表示平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,n=4;不同字母表示同種指標(biāo)不同處理之間差異顯著(P<0.05)

2.4 赤子愛勝蚓對(duì)土壤微生物PLFAs的影響

有機(jī)物料的添加顯著提高了土壤微生物PLFAs(表1)。相比對(duì)照土壤,對(duì)照SP和SPE處理的真菌、放線菌、革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、一般細(xì)菌和總PLFAs顯著提高(P<0.05)。赤子愛勝蚓的接種進(jìn)一步顯著提高土壤微生物PLFAs(P<0.05),SPE處理的真菌、放線菌、革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、一般細(xì)菌和總PLFAs顯著高于SP處理(P<0.05)。

表1 不同處理土壤微生物PLFAsTable 1 Microbial PLFAs in different treatments

對(duì)照S的革蘭氏陽性菌/革蘭氏陰性菌顯著高于SP和SPE處理(P<0.05),SP和SPE處理的革蘭氏陽性菌/革蘭氏陰性菌不存在顯著差異。對(duì)照S的真菌/細(xì)菌顯著低于SP和SPE處理(P<0.05),而SP和SPE處理的真菌/細(xì)菌值無顯著差異。

如圖5所示,不同處理土壤微生物生物量占比有明顯差異。對(duì)照S的革蘭氏陽性菌和放線菌占比明顯高于SP和SPE處理,后兩者之間占比相近。SP和SPE處理的真菌占比相近,且兩者明顯高于對(duì)照S。一般細(xì)菌、革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌之和為細(xì)菌。圖5顯示,隨著廢紙屑的添加,細(xì)菌在總PLFAs中的占比有所降低。

圖5 不同處理微生物PLFAs分布 Fig.5 Percentage of various microbial PLFAs in different treatments F：真菌 Fungi；ACT：放線菌 Actinomycetes；G+：革蘭氏陽性菌 Gram-positive bacteria；G-：革蘭氏陰性菌 Gram-negative bacteria；CB：一般細(xì)菌 Common Bacteria

2.5 赤子愛勝蚓作用下土壤化學(xué)和微生物指標(biāo)的綜合分析

各處理的土壤pH、養(yǎng)分狀況、交換性鹽基離子和微生物PLFAs的主成分分析如圖6所示,第一主成分和第二主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了85.3%,可以反映不同土壤參數(shù)的大部分信息。其中Axis1方差貢獻(xiàn)率為75.8%,其主要與pH、交換性鈉、真菌/細(xì)菌、革蘭氏陽性菌、交換性鎂、細(xì)菌、總PLFAs、真菌、革蘭氏陽性菌、放線菌、有機(jī)碳、叢枝菌根真菌、交換性鈣、全磷、全氮、交換性鉀、有效氮、有效鉀、全鉀和革蘭氏陽性菌/革蘭氏陰性菌的變化有關(guān)；Axis2方差貢獻(xiàn)率為9.5%,主要與pH、全磷和革蘭氏陽性菌/革蘭氏陰性菌比值的變化有關(guān)。

圖6 不同處理土壤性質(zhì)的主成分分析Fig.6 Principal component analysis of soil properties in different treatments SOC：土壤有機(jī)碳 Soil organic carbon； TN：全氮 Total nitrogen,AN：堿解氮 Available nitrogen,TP：全磷 Total phosphorus,AP：有效磷 Available phosphorus,TK：全鉀 Total potassium,AK：速效鉀 Available potassium。CEC：陽離子交換量 Cation exchange capacity,KEx：交換性鉀 Exchangeable potassium,NaEx：交換性鈉 Exchangeable sodium,CaEx：交換性鈣 Exchangeable calcium,MgEx：交換性鎂 Exchangeable magnesium;T-P：總磷脂脂肪酸 Total phosphdipid fatty acid；B：細(xì)菌(一般細(xì)菌、革蘭氏陽性菌和革蘭氏陽性菌之和) Bacteria;

圖6主成分荷載圖中,代表各土壤變量的箭頭間余弦角度顯示了各變量的相互關(guān)系,角度越小,相關(guān)性越高。相關(guān)分析結(jié)果顯示pH、交換性鈉和真菌細(xì)菌比之間有明顯的正相關(guān)關(guān)系,與革蘭氏陽性菌/革蘭氏陰性菌之間有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系；革蘭氏陰性菌、交換性鎂、細(xì)菌、總PLFAs、真菌、革蘭氏陽性菌、放線菌、有機(jī)碳、交換性鈣、全磷、全氮、交換性鉀和有效氮之間有明顯的正相關(guān)關(guān)系,與全鉀存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。圖6主成分得分圖顯示,對(duì)照S、SP和SPE處理之間差異顯著(P=0.001),對(duì)照S明顯偏向革蘭氏陽性菌/革蘭氏陰性菌較高,pH、交換性鈉和真菌/細(xì)菌較低的方向；SP處理明顯偏向全鉀較高,有效鉀較低的方向；SPE處理明顯偏向pH、交換性鈉、真菌/細(xì)菌、革蘭氏陽性菌、交換性鎂、細(xì)菌、總PLFAs、真菌、革蘭氏陽性菌、放線菌、有機(jī)碳、交換性鈣、全磷、全氮、交換性鉀、有效氮較高,全鉀較低的方向。對(duì)照S與SP處理的差異體現(xiàn)在Axis1和Axis2上；而對(duì)照S與SPE處理的差異主要體現(xiàn)在Axis1上。整體來講,對(duì)照S、SP和SPE處理的差異主要體現(xiàn)在Asix1,即不同處理的差異主要表現(xiàn)在pH、交換性鈉、真菌/細(xì)菌、革蘭氏陽性菌、交換性鎂、細(xì)菌、總PLFAs、真菌、革蘭氏陽性菌、放線菌、有機(jī)碳、交換性鈣、全磷、全氮、交換性鉀、有效氮、有效鉀、全鉀和革蘭氏陽性菌/革蘭氏陰性菌。

如圖7所示,通過對(duì)主成分分析的結(jié)果進(jìn)一步計(jì)算,得出各處理的土壤綜合質(zhì)量指數(shù)。三個(gè)處理的土壤綜合質(zhì)量指數(shù)得分分別為0.13、0.46和0.94,三者差異顯著,呈現(xiàn)為S

圖7 不同處理的土壤綜合質(zhì)量指數(shù)Fig.7 Soil quality indices in different treatments 圖中數(shù)值表示平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,n=4;不同字母表示同種指標(biāo)不同處理之間差異顯著(P<0.05)

3 討論

廢紙屑的主要成分是纖維素,在自然界中分解速度較慢。蚯蚓堆置處理將廢棄有機(jī)物再利用的研究已較為廣泛[22—23],但是單一廢紙屑濕潤(rùn)后孔隙度極小且呈堿性,不適宜蚯蚓生存,無法直接進(jìn)行蚯蚓堆肥[2]。赤子愛勝蚓在養(yǎng)分貧瘠的土壤中無法生存,但大量研究證實(shí)土壤中有機(jī)物質(zhì)充足可以保證赤子愛勝蚓較高的存活率[24—26]。因此,本研究將廢紙屑與蚯蚓共同添加入土壤后,一方面能極大的增加土壤有機(jī)物質(zhì)和孔隙度、改善土壤pH、創(chuàng)造適宜蚯蚓生存的環(huán)境,使蚯蚓能夠正常存活；另一方面,接種蚯蚓后,能夠直接吞食消化腐解或半腐解的有機(jī)物料[27]以及蚯蚓的腸道纖維素分解菌等菌種的快速生長(zhǎng)繁殖[28—29],也極大的促進(jìn)了廢紙屑的分解(圖1和圖2),有效地改良土壤性質(zhì),提高土壤質(zhì)量(圖7)。

廢紙屑和蚯蚓共同作用優(yōu)化了土壤pH值。本研究土壤pH值在二者作用下由弱酸性變?yōu)閴A性再到中性(圖3)。廢紙屑呈堿性,其單獨(dú)添加極大的提高了土壤pH值；而蚯蚓吞食堿性廢紙屑后,將其與土壤在腸道中進(jìn)一步混合,中性腸道分泌物隨蚓糞排出體外導(dǎo)致土壤pH趨于中性[30—32]。

廢紙屑和蚯蚓共同作用顯著改變土壤養(yǎng)分及鹽基離子含量。本研究所用廢紙屑碳氮含量較高而土壤碳氮含量極低。當(dāng)蚯蚓吞食消化廢紙屑后,廢紙屑在蚯蚓腸道與土壤進(jìn)一步充分混合,大量養(yǎng)分經(jīng)腸道微生物快速分解轉(zhuǎn)化后隨蚓糞排入土壤,因而造成了土壤中有機(jī)碳和全氮含量顯著提高(圖2,P<0.05)。同時(shí),盡管廢紙屑磷含量明顯低于土壤,但是接種蚯蚓后土壤全磷含量卻提高了,蚯蚓自身分泌磷素或死亡蚯蚓殘?bào)w中的磷素釋放到土壤中可能是造成上述現(xiàn)象的原因[33]。另外,本研究顯示蚯蚓活動(dòng)能夠顯著提高土壤堿解氮和速效鉀的含量,卻并未顯著提高土壤速效磷含量。土壤堿解氮與全氮呈現(xiàn)明顯的正相關(guān),堿解氮含量的提高可能歸因于全氮的提高；而土壤速效鉀的提高是由于蚯蚓能夠通過消化作用將礦物鉀轉(zhuǎn)化為速效鉀,提高速效鉀含量[34]。蚯蚓在土壤取食消化廢紙屑的過程中顯著增加了土壤微生物的數(shù)量,從而導(dǎo)致對(duì)磷素的需求過大而被消耗。當(dāng)磷素成為微生物和蚯蚓生長(zhǎng)繁殖的限制因子時(shí),微生物活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致有效磷含量降低[35]。再者,本研究顯示交換性鹽基離子隨著廢紙屑的添加和蚯蚓的接種變化顯著,這與Wu 的研究結(jié)果相似[36](圖4)。交換性鈣和鎂是土壤中主要的兩種鹽基離子,盡管二者含量與成土母質(zhì)以及成土過程中鈣和鎂的優(yōu)先固持作用密切相關(guān),但是有機(jī)物的添加和赤子愛勝蚓鈣腺的影響也可能造成上述兩種離子含量的明顯增加[37]。另外,本研究結(jié)果還顯示土壤交換性鉀的改變受到蚯蚓的影響較大,交換性鈉受到廢紙屑的影響較大,造成上述現(xiàn)象的原因有待進(jìn)一步深入探究。

廢紙屑和蚯蚓顯著提高土壤微生物結(jié)構(gòu)和生物量(真菌、放線菌、革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、一般細(xì)菌和總PLFAs)(表1)。由于廢紙屑帶來了大量可被土壤微生物分解利用的碳源和氮源,為土壤微生物繁殖提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[38—39]。蚯蚓體內(nèi)特殊的腸道環(huán)境內(nèi)定殖著豐富多樣的微生物,特別是獨(dú)有微生物[40]。這些微生物受進(jìn)入腸道的紙屑養(yǎng)分的影響,生長(zhǎng)旺盛,因而造成土壤中微生物總生物量大幅度增加(表1)。同時(shí),隨著廢紙屑和蚯蚓的添加,土壤革蘭氏陽性菌/革蘭氏陰性菌顯著降低(表1)。自然生態(tài)系統(tǒng)中的革蘭氏陽性菌常在細(xì)菌中占優(yōu)勢(shì)地位[41—42],廢紙屑含有大量纖維素可能會(huì)增加革蘭氏陰性菌的量[43—44],同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)土壤pH的提高會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌群落向革蘭氏陰性菌增加的趨勢(shì)發(fā)展[45]。土壤真菌/細(xì)菌隨著廢紙屑和蚯蚓的添加顯著提高(表1)。添加廢紙屑有利于真菌的生長(zhǎng)繁殖,這與前人研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)物歸還量大的土壤真菌細(xì)菌比較高的結(jié)果相似[42,46]。

廢紙屑和蚯蚓添加能夠有效提升土壤質(zhì)量。本研究中,使用Velasquez等[14]的方法進(jìn)行土壤綜合質(zhì)量指標(biāo)分析。這一方法區(qū)別于前人單一專注土壤肥力[47—50]或土壤污染物[51—53]等指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià),而將土壤理化及生物學(xué)指標(biāo)納入指標(biāo)體系,綜合、直觀的評(píng)價(jià)不同處理土壤的綜合質(zhì)量。本研究利用這一方法證明了廢紙屑的添加使土壤綜合質(zhì)量從0.13提升至0.46(圖7),而赤子愛勝蚓的接種使其進(jìn)一步提高至0.94。主成分分析結(jié)果顯示,土壤質(zhì)量的提升與土壤微生物量和結(jié)構(gòu)變化的關(guān)系更為密切(圖6)。Zhu等指出蚯蚓等土壤動(dòng)物具有大量獨(dú)有微生物[40]。本研究中蚯蚓體內(nèi)存在哪些獨(dú)有微生物以及這些微生物對(duì)養(yǎng)分退化土壤質(zhì)量的提升起到什么作用,有待深入研究。

4 結(jié)論

廢紙屑用于養(yǎng)分貧瘠土壤的改良修復(fù)材料,能顯著提高土壤pH值、增加土壤有機(jī)碳、全氮和全磷含量,并提高土壤微生物量。同時(shí)添加廢紙屑和接種赤子愛勝蚓于土壤,能夠進(jìn)一步加速?gòu)U紙屑的分解,中和土壤pH,明顯提高土壤碳氮磷含量0.36—13.65倍,促使革蘭氏陰性菌和真菌在微生物種群中的占比明顯增高,最終顯著提高養(yǎng)分貧瘠土壤的綜合質(zhì)量。本研究可為廢紙屑的資源化利用及貧瘠土壤的質(zhì)量提升提供理論指導(dǎo)。

致謝：感謝張衛(wèi)信老師對(duì)寫作的幫助。