不同添料頻率對蚯蚓堆肥的影響

胡紅文, 夏運紅, 查琳, 劉貴平, 李清亮

(四川省內江市農業科學院, 四川 內江 641000)

利用蚯蚓生物反應器將有機廢物轉化為蚯蚓堆肥已是被廣泛認可的生態處理工藝[1]。采用蚯蚓堆肥處理畜禽糞污時，通過調節底料物化性質，引入蚯蚓生物反應器并以此為主要處理環節，可開發一種能夠對糞污實現無害化與資源化處理的生態環保堆肥技術[2]。該工藝經濟效益好，建立堆制系統所需的成本小，產物蚯蚓體是良好的藥材和動物蛋白原料，產物蚯蚓糞是良好的有機肥[3-4]。

目前，蚯蚓堆肥技術的研究與應用不斷擴展和深入。蚯蚓品種主要以赤子愛勝蚯蚓(Eiseniafoetida)為主，基床溫度25 ℃、濕度70%左右最佳[5]。關于基質最適宜的C/N[6]、蚯蚓的接種密度[7]等都有較多研究，還有許多學者在基質種類、pH、輔料應用等方面開展了廣泛研究[8-11]。這些研究成果為蚯蚓堆肥生產技術的推廣提供了理論支撐，也為本研究在基料配比和飼養管理等方面的試驗設計提供了基礎數據。

在實際生產中，添料頻率是蚯蚓堆肥工藝的重要參數，蚯蚓堆肥原料存放與轉運、用工人數確定、澆水翻土計劃、蚯蚓與蚯蚓糞收集等多項工作安排，都要根據添料頻率來制定，但目前關于基料添加頻率對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蚯蚓生長和基料性質的具體影響，首先通過試驗篩選出最佳基料量，再根據蚯蚓采食與生長規律設計了添料頻率試驗，分析了蚯蚓生長速度和基料質量、有機碳(total organic carbon，TOC)、總氮(total nitrogen，TN)、總鉀(total potassium，TK)和總磷(total phosphorus，TP)等指標，得出最適宜的添料頻率，以期為提高蚯蚓對有機廢物的處理效率提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.2 試驗設計

1.2.1基料量篩選試驗 根據蚯蚓體重隨著基料總量的增加先升高后不變，以獲得飼養20 d蚯蚓所需的基料總量。選取2.50～45.00 g基料重量，設計10個處理(T1～T10)，每個處理3次重復(表1)。采用圓盒飼養，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 ℃的生化培養箱中20 d，稱量20條蚯蚓的總重。

表1 各處理的基質干重

1.2.2添料頻率試驗 通過基料量試驗篩選適宜的基料量，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個處理(A～G)，各處理每次的基料添加量見表2。每次添加基料量是該時刻至下次添料時刻內蚯蚓采食總量，蚯蚓在本試驗體重范圍內生長為近直線增重，根據采食量與體重的比例關系，計算出各處理依次添料量。飼養基質類型、飼養溫度、飼養時間和接種蚯蚓大小等因素與基料量篩選試驗相同。

表2 各處理的基料添加量

1.3 測定項目及方法

1.4 數據處理

用Microsoft Excel 2010整理數據，用SPSS軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 基料干重對蚯蚓體重的影響

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，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水平具有統計學意義。

2.2 添料頻率對蚯蚓生長的影響

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。在E處理(添料頻率為7 d一次)中20條蚯蚓總重量最高，達到(2.77±0.17)g，平均重量達到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，蚯蚓生長最好。

注：不同字母表示差異在P<0.05水平具有統計學意義。

2.3 不同添料頻率對基料物化性質的影響

2.3.1基料干重的變化 根據圖3結果可知，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水平具有統計學意義。

2.3.2基料有機碳、總氮以及C/N的變化 表3顯示了處理后基料有機碳(TOC)和總氮(TN)與處理前的比值，以及處理后C/N。可以看出，經過蚯蚓堆肥處理后，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先降低后升高的趨勢，添加頻率為7 d一次的E處理是趨勢轉折點，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，經過蚯蚓堆肥處理后，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?；现蠺K、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基料硝態氮、銨態氮含量和pH的變化

表5 不同處理中硝態氮、銨態氮含量和pH

3 討論

3.1 添料頻率影響蚯蚓的生長

本研究表明，添料頻率為7 d一次的試驗組中蚯蚓的生長速度最快。蚯蚓體重增加得益于其對基料中養分利用，添加新料后，蚯蚓棲息于新料周邊的蚯蚓糞中，并延時采食新料。添料會給蚯蚓帶來物理震動、光刺激等，且新料中氨氣等有害物質對蚯蚓體表的刺激。添料頻率過高，一是對蚯蚓造成的應激較大；二是前期基料量少不能給蚯蚓提供必要的棲息環境，導致蚯蚓生長相對慢。添料頻率過低，一是基料本身能為蚯蚓提供的養分會隨著時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分少。

3.2 添料頻率影響基料的物化性質

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。蚯蚓能夠促進微生物生長繁殖，蚯蚓和微生物利用大量的碳作為能量來源，氮用于構建細胞結構，導致有機物分解[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及對基料的利用率，進而影響堆肥后期基料重?；狭靠梢蝌球緮z取、微生物分解、自身物質揮發等引起減少，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，同時蚯蚓采食對基料干重的減少速率要遠遠大于自然堆放。所以在蚯蚓堆肥中可以通過調節添料頻率來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碳含量 蚯蚓生長影響微生物數量和活性，同時影響酶活性，并促進基料中C、N的轉化，生長越快對應轉化速度也越快[15]。蚯蚓堆肥前期總氮含量降低以銨態氮揮發為主因，后期升高以基質干重減少和銨態氮向硝態氮轉變為主因。本研究中總氮含量的降低，是因為堆肥時間不夠長，處于降低階段[16-18]。本研究所有處理中有機碳含量均下降，這與許多研究結果相同[18-22]。本研究中有機碳含量在47.48%～60.51%，這與Garg等[23]的研究結果相近。不同處理之間比較，添料頻率為7 d一次的E處理中有機碳含量最低，蚯蚓生長也最好。可知，不同添料頻率影響蚯蚓堆肥中基料有機碳含量。蚯蚓采食和腸道肌肉活動使被攝入的物質碎化與勻質化，在通過增加粘液和酶提高微生物活動表面，蚯蚓和微生物聯合作用導致有機物以CO2的形式損失[24]。本研究中碳氮比降低，不同添料頻率對碳氮比影響不顯著，可能是因為蚯蚓和微生物均能使碳氮比降低，減弱蚯蚓堆肥對碳氮比的影響[25-26]。

3.2.3添料頻率對總鉀、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花結果，速效磷能被植物直接吸收利用，鉀被用于糖的制造轉運、細胞分裂、根系發育等生理過程。Yadav等[27]研究表明，蚯蚓堆肥過程中，細菌和磷酸酶對磷的礦化和積累，實現后期磷含量的提升；Sangwan等[28]研究顯示，有機廢物經過蚯蚓堆肥后，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，這是因為采用了磷、鉀絕對量不易流失的封閉設施，基料干重下降導致總磷和總鉀含量增加，與相關學者研究結果[29-30]相符。蚯蚓自身分泌物和蚯蚓糞含有的磷酸酶，促進緩效磷轉化為速效磷[31]。Vinotha等[32]研究證實，基料中存在的微生物對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。雖然蚯蚓活動能夠提升總鉀、總磷和速效磷含量，但本研究未發現頻率添料對三者含量有影響，可能試驗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，只在均值上表現出蚯蚓生長最好的處理中總磷、速效磷含量高，相鄰的處理中總鉀最高。

3.2.4添料頻率影響硝態氮、銨態氮含量和pH

經蚯蚓堆肥處理后，基料中硝態氮含量升高，銨態氮含量和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氮、銨態氮含量和pH，7 d一次的添料頻率最有利于銨態氮提高和pH趨中性。基料中銨態氮和硝態氮的含量是腐熟程度和基料肥性評價的重要指標[16]。已有研究表明，蚯蚓活動能夠通過對硝化細菌群落結構作用來改變基料中銨態氮和硝態氮含量，本研究中蚯蚓生長最好的E處理中銨態氮和硝態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，與相關研究相比，本研究pH降低值偏大，蚯蚓將基質中的氮和磷轉化成正磷酸鹽、硝酸鹽以及亞硝酸鹽，基料分解腐殖酸形成豐富微生物，分解產生CO2和有機酸量，銨態氮硝化轉換為硝態氮，提升了H+量，這些因素使pH下降[35-37]。Pramanik等[38]研究表明，有機物的分解導致銨離子和腐殖酸的形成，腐殖酸中羧基和酚基的存在導致pH降低，銨離子使體系pH升高，這兩個相對荷電基團共同作用使pH向中性方向轉變。另外，蚯蚓長勢好的E處理中pH最接近7，相對而言不利于硝態氮生成，硝態氮的含量增加最少[39]。