向琴秀1，谢鹏1，2，樊绍刚1，潘艳菲1，钟远霞1，陈伟1，周海艳1
1.湖南应用技术学院，湖南 常德，415100；2.湖南文理学院，湖南 常德，415000
摘要：为了探讨蚯蚓不同份量对林木废弃物堆肥的影响，本试验以干草、鲜草、枯叶、蔬菜废弃物、粉碎后的林木枝叶等常见林木废弃物为试材采用好氧堆肥预处理，后期温度降至30 ℃不再上升时分别添加一斤（T1），二斤（T2），三斤（T3）太平二号蚯蚓的方法，以未添加蚯蚓的处理（CK）作为对照，研究蚯蚓不同处理对林木废弃物堆肥产品性状的影响。结果表明：T3的E4/E6值最小为6.475、腐殖化系数最大为2.349、容重最大为0.257，T2的含水率表现最佳， pH最稳定，有机碳含量和有机质含量表现最好分别为6.59%和11.35%；腐熟完成的T1、T2、T3的EC值分别为4.97ms·cm-1、6.49ms·cm-1、5.88 ms·cm-1皆高于CK 5.09 ms·cm-1。结论：综上所述，在实际生产中选择T2最适宜。
关键词：林木废弃物，堆肥，蚯蚓
中图分类号：S 714.8 文献标识码：A 文章编号：
Effect of forest waste composting products on yield and quality of radish
Xiang Qinxiu1, Xie Peng1,2, Fan Shaogang1, Pan Yanfei1, Zhong Yuanxia1, Chen Wei1, Zhou Haiyan1
(1.Hunan Institute of Applied Technology, Changde, Hunan, 415100, China;
2.Hunan College of Arts and Sciences, Changde, Hunan Province, 415000, China)
Abstract：In order to explore the effect of different parts of radon on forest waste composting, this experiment used aerobic composting pre-treatment for common forest waste such as hay, fresh grass, dead leaves, vegetable waste, crushed forest branches and leaves, and the temperature dropped to 30 degrees C. When adding one catty (T1), two catties (T2), three catties (T3) Taiping ii, with the treatment (CK) as a control, to study the effect of different treatment on the product nature of forest waste composting. The results showed that the E4/E6 value of T3 was 6.475, the humus coefficient was 2.349, the maximum weight was 0.257, and the water content of T2 was the best. pH was the most stable, with organic carbon content and organic matter content performing best at 6.59% and 11.35%, respectively, while the EC values of T1, T2 and T3 were 4.97ms cm-1, 6.49ms cm-1, 5.88 ms cm-1 higher than CK 5.09 ms cm-1. Conclusion: In summary, it is most appropriate to choose T2 in actual production.
Key words：Wood waste, composting, moths
前言
林木废弃物是指在林业生产或是林业加工中衍生的废弃物，它主要包括林业生产过程中产生的木屑、树皮、枯枝落叶等[1]，因为林木废弃物中包含不易降解的木质素和纤维素，故在堆肥中经常添加微生物菌剂、蘑菇渣、牛粪等加快降解过程，不仅可以促进堆肥腐熟，还可以提高堆肥养分含量[2-4]。目前，蚯蚓堆肥处理技术已经广泛用于有机固体废弃物的处理，如王清威等[5]发现蚯蚓堆肥处理餐厨垃圾能够加速其有机物分解速率和蚯蚓生长繁殖率，于建光等[6]研究蚯蚓堆制处理水稻秸秆与畜禽粪便混合物，发现利用蚯蚓堆制水稻秸秆等混合物可减少堆肥时间并提高堆肥质量。目前没有还出现利用蚯蚓处理林木废弃物堆肥研究其产品性状变化的试验，所以本试验利用蚯蚓具降解植物残枝落叶、有机物质的分解、改善土壤结构、提高土壤透气、提高土壤肥力、富集养分等特性[7]，在堆肥后期即温度降至30 ℃不再上升时分别添加一斤（T1），二斤（T2），三斤（T3）太平二号蚯蚓，以未添加蚯蚓的处理（CK）作为对照，为今后蚯蚓处理与林木废弃物堆肥的最佳处理方案提供参考。
1材料与方法
1.1试验地概况及试验材料
本试验于2019年9-11月在湖南省常德市鼎城区武陵镇湖南应用技术学院新校区林学实训基地开展，该地位于湖南北部，北纬28°59′26′′，东经111°40′49′′，属亚热带季风气候区，夏季高温多雨、冬季寒冷少雨，冬夏气温变化大、温差大，受气候影响，该区森林植被类型多为亚热带常绿阔叶林，树种资源丰富，主要有樟、落羽杉、枫等等，试验材料充足。
以干草、鲜草、枯叶、蔬菜废弃物、粉碎后的林木枝叶为堆肥原材料，粉碎后的林木枝叶、草、枯叶来源于湖南应用技术学院情人坡，蔬菜废弃物来源于湖南应用技术学院食堂，蚯蚓品种为太平二号。
1.2试验设计
本试验在湖南应用技术学院林学基地进行，本试验共T1，T2，T3共三个处理，每个处理三个重复，以CK为对照。以干草、鲜草、枯叶、蔬菜废弃物、粉碎后的林木枝叶等常见林木废弃物为堆肥原材料，堆肥C/N比调整为25：1，然后向堆肥中均匀添加EM菌剂10 g，先进行好氧堆肥预处理，当堆体温度超过60 ℃时翻堆，两天一次，同时浇水保证含水率充足，当堆体温度降至30 ℃并不再上升时进行蚯蚓处理，蚯蚓份量分别为一斤（T1），二斤（T2），三斤（T3），以未添加蚯蚓的堆肥为对照（CK），为了保证蚯蚓生长状况良好，调整堆体含水量在60%—70%，对每个处理定期浇水，保证堆体物料含水量能够使蚯蚓生长良好，分别在添加蚯蚓后堆肥开始的第0、6、12、18、24、30、36天取样，分别于堆肥的上、中和下部各采4个点，每点采样200 g，混合均匀后采用四分法取样，除测定含水量的样品以外，余下样品风干留存备用以测其余指标。
1.3测定项目与方法
取样后立即用烘干法进行含水率测定，余下样品风干粉碎待测，pH值、电导率、容重、有机质含量、有机碳含量皆采用鲍士旦等[8]的方法，腐殖化系数用重铬酸钾法测定[9]，胡敏酸E4/E6值用分光光度计测定[10]。
1.4数据与分析
所有试验所得数据皆由Excel2010、DPS 9.01，Origin2019进行数据的整理、分析、制图，用DPS 9.01中的单因素方差分析法和LSD最小显著差异法对数据进行显著性检验。
2.结果与分析
2.1 含水率的变化
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图1 蚯蚓处理前后含水率变化
含水率作为判断堆肥是否腐熟的重要指标之一，在堆肥过程中维持相对的湿度可以为微生物的活动提供适宜的场所，如图1所示，与CK相比，添加蚯蚓后各处理的含水率皆下降，T3变化最显著，T2次之，T1与CK变化不大，以24天为转折点，24天之前降幅大，在24天后逐渐平缓，在24天之前含水率大幅下降与外界高温环境和蚯蚓、微生物的频繁活动有关，24天后含水率逐渐稳定是因为后期堆肥已经逐渐腐熟，蚯蚓和微生物的活动自然减少。
2.2 容重的变化
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图2 蚯蚓处理前后容重变化
如图2所示，从整个堆肥过程来看T3与CK 的变化最显著，T2次之，T1变化不明显，CK、T1、T2、T3分别从0.118 g·cm-3、0.123 g·cm-3、0.147 g·cm-3、0.151 g·cm-3增加到0.193 g·cm-3、0.211 g·cm-3、0.242 g·cm-3、0.257 g·cm-3，说明蚯蚓在活动过程中通过啃啮、吞食物料增加堆体粉碎度，从而达到增加容重、促进堆肥腐熟的效果，使物料颗粒化程度更高，以T3的物料腐熟效果更好。
2.3 pH的变化
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图3 蚯蚓处理前后pH变化
如图3所示，与CK相比，T3变化最显著，T2次之，T1居末，T1-T3分别从7.67，7.9，7.72变为7.52，7.75，7.96，前期pH下降是因为前期含水率消耗过快，在补充水分时部分盐离子淋溶被带出体外，而蚯蚓的频繁活动，加快降解有机物质，致使有机质浓度较大，后期由于蚯蚓在堆体的频繁活动改善了堆体的供氧状况，硝化细菌活性增强并快速大量繁殖，铵根离子向硝酸根离子转化以及蚯蚓在活动过程中产生了多种有机酸，都可以中和堆体物料的pH。
2.4 EC值的变化
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图4 蚯蚓处理前后电导率变化
由图4可知，电导率大体规律呈一个“M”状，电导率突然下降的原因可能是浇水过多使溶解性离子被带离堆体和外界环境条件的影响，前期EC值上升是因为蚯蚓的频繁活动，加快降解有机物质，铵离子含量增加，后期随着堆肥进度延长堆肥逐渐腐熟，有机质降解速率自然变慢。CK、T1、T2、T3的电导率分别从3.49 ms·cm-1、3.83 ms·cm-1、、7.20 ms·cm-1、3.88 ms·cm-1变为5.09ms·cm-1、4.97 ms·cm-1、6.49 ms·cm-1、5.88 ms·cm-1，堆肥腐熟时T1-T3的电导率均小于9.0 ms·cm-1，符合堆肥无害化处理的要求。
2.5 有机碳及有机质含量的变化
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图5 蚯蚓处理前后有机碳变化
如图5所示，有机碳含量呈现先升后降的趋势，有机碳含量上升是因为在堆肥之初碳源的加入，后下降则是蚯蚓和微生物在活动时大量利用碳源所致，到堆肥后期堆体温度降低，营养物质所剩不多，蚯蚓和微生物的活动自然减缓，有机碳含量趋于平缓。以第6天为转折点，有机质含量开始急剧下降，T1-T3下降幅度明显大于CK，T1，T2，T3的有机碳含量分别从8.21%、8.23%、8.23%降至6.8%、6.59%、6.65%，表现为T1>T3>T2，有可能是T3的蚯蚓在堆体内争抢营养物质致伤亡，使其有机碳含量高于T2,低于T1。
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图6 蚯蚓处理前后有机质变化
由图6可知，有机质含量变化呈先升后降的趋势，表现为T1>T3>T2，T1，T2，T3分别从14.18%、14.18%、14.16%降至11.73%、11.35%、11.46%，有机质含量上升是因为大量碳源的加入，下降则是蚯蚓和微生物在生长过程中大量消耗碳源，使有机废弃物降解为更为稳定的腐殖酸速度加快。
2.6腐殖化系数（HA/FA）的变化
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图7 蚯蚓处理前后腐殖化系数（HA/FA）变化
HA（胡敏酸）和FA（富里酸）是腐殖质的主要组成成分，两者比值通常被我们称为腐殖化系数，用来判断堆肥产品的腐殖化程度，一般情况下，当堆肥产品的腐殖化系数大于1.4时，我们认为堆肥产品已经达到了腐熟标准，如图7所示，T1—T3的腐殖化系数经过36d的蚯蚓处理皆大于1.4，表明此时堆肥达到腐熟标准，优于CK，且堆肥时间与腐殖化系数成正比，而T3与CK变化最显著，T2次之，T1居末，CK、T1、T2、T3分别从0.56、0.67、0.78、0.94上升至1.15、1.86、2.17、2.34，这是因为对照组只有微生物单独运作，腐熟进度比较慢，而蚯蚓的加入改善了堆体的供氧状况，pH亦随着堆肥进度而下降，趋中性，而大部分微生物在中性或弱碱性条件下活动更加频繁，导致有机物的分解速度变快，加快堆肥腐熟。
2.7 胡敏酸E4/E6变化
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图8 蚯蚓处理前后电导率变化
由图8可知，各处理的E4/E6值随着堆肥进度存在不同程度的下降，其中T3变化最显著，T2次之，T1居末。CK、T1、T2、T3分别从8.22、7.86、7.8、7.74降至7.53、7.22、6.77、6.47，而E4/E6值越低表明堆肥腐熟越完全，其中T3终值最低，说明T3的腐熟度更高，这是因为蚯蚓在活动时改善了堆体的透气性，加速胡敏酸类物质的分解。
3.结论
蚯蚓可改善土壤通气状况，蓄集养分，提高肥效[12-15]，试验结果表明，在堆肥时间相同的情况下，蚯蚓可明显提高堆肥腐熟率，改善其通气状况，增加容重。郑西朋等[11]研究发现添加蚯蚓后腐殖化系数由1.12升至2.04，E4/E6从8.93降至5.89，说明蚯蚓能够加快堆肥腐熟进程，本试验添加蚯蚓后E4/E6值和腐殖化系数均高于前人所得数据且以T3堆肥产品表现最好，原因是蚯蚓频繁活动大大改善了堆体的供氧状况，加速胡敏酸类物质和有机质的分解，pH趋中性，而微生物在中性环境下活动更频繁，进一步加快堆体腐熟进程，使得试验效果优于前人所得数据。朱欣洁等[12]研究表明污泥时发现未添加蚯蚓好氧堆肥含水率低于蚯蚓堆肥，前者由65.2%降至40.9%，后者由65.2%降至45.8%，蚯蚓的活动改变了污泥的弱碱性，使pH下降0.5个单位，pH趋中性，本试验添加蚯蚓后降低了堆肥含水率，使pH增加，以T2表现最好，可见该处理的蚯蚓对水分的需求更大，消耗营养物质的速度更快，pH变化范围在7-8.5之间，以T2表现最好，原因是蚯蚓在活动过程中分泌各种有机酸，中和堆肥pH，而微生物在中性或弱碱性环境下活动频繁，加速各种成分的分解，缩短堆肥腐熟进程，使得试验效果优于前人所得数据。添加蚯蚓后容重和电导率均会增加[13]，容重未经处理为0.11 g·cm-3，处理后最大为0.23 g·cm-3，电导率未经处理为0.26 m s·cm-1，处理后最大为2.25 m s·cm-1，有机质和有机碳含量会下降[14]，本试验结果表明添加蚯蚓后有机质和有机碳含量表现为先升后降的规律，T2分解速度最快，容重则优于前人所得数据，T3表现最好为0.257 g·cm-3，电导率变化规律呈“M”状，T1、T2、T3终值分别为4.97m s·cm-1、6.49 ms·cm-1、5.88 m s·cm-1，综上所述，选取T2用于实际生产中最为合适。
参考文献
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基金项目：2018年湖南省大学生研究性学习和创新性试验计划项目（201813809012）；常德市2019年度指导性科技计划项目（2019ZD01）；湖南省科技厅重点研发计划（成果转化领域）项目（2015CK3005）；湖南省教育厅科学研究一般项目（15C1006）；“十三五”双一流应用特色学科科学学科
第一作者简介：向琴秀（1998—），女，学士，主要从事林木废弃物堆肥研究。E-mail：2624791277@qq.com
责任作者：谢鹏，（1984-），女，博士，讲师，主要从事植物生理及经济林高产高效栽培研究。E-mail：297262359@qq.com