全 文 ：不同有机物料的蚯蚓堆肥及可溶性有机物的
三维荧光光谱特征∗
杨　 巍１，２ 王东升３ 刘满强１，２，４ 胡　 锋１，２ 李辉信１，２ 黄忠阳３ 常义军３ 焦加国１，２，４∗∗
（ １南京农业大学资源与环境科学学院， 南京 ２１００９５； ２江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心， 南京 ２１００９５； ３南京市蔬
菜科学研究所， 南京 ２１００４２； ４苏州市康绿农产品发展有限公司， 江苏苏州 ２１５１５５）
摘　 要　 研究了牛粪、茶渣、药渣和菌渣等有机物料的不同复配比例的蚯蚓生长状况，筛选出
适合蚯蚓生长的最佳物料配比，并进一步分析了这些适合蚯蚓生长的物料配比处理的养分含
量和三维荧光光谱特征的动态变化．结果表明： 牛粪与药渣、牛粪与茶渣的不同配比物料中的
蚯蚓生长情况均较好，而有菌渣复配的物料的蚯蚓生长情况较差；随着堆肥时间的增加，堆肥
的 ｐＨ逐步趋向中性和弱酸性，堆肥的电导率、全氮、全磷、速效氮和速效磷含量逐渐增加，全
钾和速效钾呈现出先增加后降低的趋势，而堆肥的有机质含量逐渐减小；三维荧光光谱特征
和荧光区域指数结果表明，随堆肥时间增加，可溶性有机物（ＤＯＭ）中的类蛋白峰逐渐减弱，而
类腐殖质峰逐渐增强．蚯蚓堆肥改变了有机废弃物的 ＤＯＭ组成，生成了大量类胡敏酸和类富
里酸物质， 性质逐渐趋于稳定．因此，有机废弃物蚯蚓堆肥中 ＤＯＭ 物质含量变化可作为蚯蚓
堆肥成熟度的评估指标．
关键词　 蚯蚓堆肥； 养分含量； 三维荧光光谱； 可溶性有机物； 荧光区域指数
∗江苏省博士后科研计划项目（１３０１０７０Ｃ）、江苏省农业科技自主创新项目［（ＣＸ（１３）３０３７）］和农业部引进国际先进农业科学技术计划（９４８
计划）项目（２０１５⁃Ｚ４２）资助．
∗∗通讯作者． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｊｉａｇｕｏｊｉａｏ＠ ｎｊａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
２０１４⁃１１⁃２８收稿，２０１５⁃０７⁃０２接受．
文章编号　 １００１－９３３２（２０１５）１０－３１８１－０８　 中图分类号　 Ｓ１４１．４； Ｘ７０５　 文献标识码　 Ａ
Ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ
ｍａｔｒｉｘ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ． ＹＡＮＧ
Ｗｅｉ１，２， ＷＡＮＧ Ｄｏｎｇ⁃ｓｈｅｎｇ３， ＬＩＵ Ｍａｎ⁃ｑｉａｎｇ１，２，４， ＨＵ Ｆｅｎｇ１，２， ＬＩ Ｈｕｉ⁃ｘｉｎ１，２， ＨＵＡＮＧ Ｚｈｏｎｇ⁃
ｙａｎｇ３， ＣＨＡＮＧ Ｙｉ⁃ｊｕｎ３， ＪＩＡＯ Ｊｉａ⁃ｇｕｏ１，２，４ （ １Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｎａｎ⁃
ｊｉｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９５， Ｃｈｉｎａ； ２Ｊｉａｎｇｓｕ Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ
Ｓｏｌｉｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｗａｓｔｅ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９５， Ｃｈｉｎａ； ３Ｎａｎｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｖｅｇｅｔａｂｌｅ
Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００４２， Ｃｈｉｎａ； ４Ｓｕｚｈｏｕ Ｋａｎｇｌｖ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．， Ｌｔｄ， Ｓｕｚｈｏｕ
２１５１５５， Ｊｉａｎｇｓｕ， Ｃｈｉｎａ） ． ⁃Ｃｈｉｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｅｃｏｌ．， ２０１５， ２６（１０）： ３１８１－３１８８．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｉｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ， ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｔｔｌｅ ｍａｎｕｒｅ， ｔｅａ⁃ｌｅａｆ， ｈｅｒｂ ａｎｄ ｍｕｓｈ⁃
ｒｏｏｍ ｒｅｓｉｄｕｅｓ， ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｆｏｏｄ ｆｏｒ ｅａｒｔｈｗｏｒｍ （Ｅｉｓｅｎｉａ ｆｅｔｉｄａ） ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｅａｒｔｈ⁃
ｗｏｒｍ． Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ
ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ （３ＤＥＥＭ） ｏｆ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ （ＤＯＭ） ｄｕｒｉｎｇ ｖｅｒｍｉｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ
ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ ｍｅｔｈｏｄｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｉｘ⁃
ｔｕｒｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｔｉｏｓ ｏｆ ｃａｔｔｌｅ ｍａｎｕｒｅ ｗｉｔｈ ｈｅｒｂ ｒｅｓｉｄｕｅ， ａｎｄ ｃａｔｔｌｅ ｍａｎｕｒｅ ｗｉｔｈ ｔｅａ⁃ｌｅａｆ ｗｅｒｅ ｃｏｎ⁃
ｄｕｃｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｅａｒｔｈｗｏｒｍ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｃｏｍｐｏｕｎｄｅｄ ｗｉｔｈ ｍｕｓｈｒｏｏｍ ｒｅｓｉｄｕｅ ｉｎｈｉｂｉ⁃
ｔｅｄ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｅａｒｔｈｗｏｒｍ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ｖｅｒｉｍｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ， ｔｈｅ ｐＨ ｉｎ ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔ
ｔｅｎｄｅｄ ｔｏ ｂｅ ｃｉｒｃｕｍｎｅｕｔｒａｌ ａｎｄ ｗｅａｋｌｙ ａｃｉｄｉｃ， ａｎｄ ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，
ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ， ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ，
ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｉｒｓｔ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｏｒｇａｎ⁃
ｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ． ３ＤＥＥＭ ａｎｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ， ｔｈｅ
ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｏｆ ｐｒｏｔｅｉｎ⁃ｌｉｋｅ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｐｅａｋｓ ｄｅｃｌｉｎｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｈｕｍｉｃ⁃
ｌｉｋｅ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｐｅａｋ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎ ＤＯＭ． Ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｉｇｈｔ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ
应 用 生 态 学 报　 ２０１５年 １０月　 第 ２６卷　 第 １０期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｏｃｔ． ２０１５， ２６（１０）： ３１８１－３１８８
ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ＤＯＭ ｗｉｔｈ ｅｌｅｖａｔｅｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｈｕｍｉｃ ａｃｉｄ ａｎｄ ｆｕｌｖｉｃ ａｃｉｄ ｉｎ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃｓ． Ｉｎ
ａｌｌ， ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ３ＤＥＥＭ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃｓ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｓ⁃
ｓｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｔｕｒｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ； ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔ； ３ＤＥＥＭ； ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ； ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ
ｒｅｇｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ （ＦＲＩ）．
　 　 利用蚯蚓处理固体废弃物是当下资源化利用固
体有机废弃物最有效、最经济的途径．这种方法是将
传统的堆肥法与生物处理相结合，利用蚯蚓的诸多
优良特性对有机废物进行处理，并以蚓粪的形式排
出［１－３］ ．通过蚯蚓处理不同类型的有机废弃物，在微
生物的协同作用下，可将有机废弃物迅速分解、转化
成易利用的营养物质［４－５］ ．目前，关于蚯蚓处理有机
废弃物的研究多集中在禽畜粪便、蘑菇渣、污泥、作
物秸秆等方面［６］，对蚯蚓堆肥处理不同物料以及不
同配比的报道较少．
三维荧光光谱（３ＤＥＥＭ）是一种非破坏性的腐
殖化程度表征手段，具有灵敏度高、选择性强、所需
样品量少和方法简便等优点，并且测定下限通常比
分光光度法低 ２～４个数量级；同时，三维荧光光谱图
分析堆肥腐殖化程度时不需要任何化学试剂，仅需对
堆肥提取液作简单的过滤和稀释即可［７－８］ ．蚯蚓堆肥
过程中有机质在微生物作用下被分解并腐殖化［９］，非
常活跃的可溶性有机质（ＤＯＭ）组分及结构也随之改
变［１０］ ．张丰松等［１１］研究发现，三维荧光光谱能够有效
地区分有机物质中荧光性质不同的组分．
本试验将牛粪、茶渣、菌渣、药渣进行不同比例
复配，利用蚯蚓进行堆肥处理．通过研究蚯蚓的生长
情况，筛选出适合蚯蚓生长的物料配比，针对这些处
理研究蚯蚓堆肥养分含量的动态变化，观察蚯蚓堆
肥不同时期 ＤＯＭ 的三维荧光光谱特征，探讨蚯蚓
堆肥过程对有机固体废弃物 ＤＯＭ 组成和结构的影
响，以期为蚯蚓对有机废弃物的资源化利用提供理
论和实践依据．
１　 材料与方法
１􀆰 １　 供试材料与试验设计
供试蚯蚓为大平 ２ 号赤子爱胜蚓（Ｅｉｓｅｎｉａ ｆｅｔｉ⁃
ｄａ）．供试牛粪、药渣、茶渣、菌渣的含水量在 ６０％ ～
８０％．
试验于 ２０１３年 １０月在南京市蔬菜研究所的温
室大棚中进行．共设 １８ 个处理，分别为 ２５％＋７５％、
５０％＋５０％、７５％＋２５％（体积比）的牛粪＋菌渣（Ａ）、
牛粪＋药渣（Ｂ）、牛粪＋茶渣（Ｃ）、菌渣＋药渣（Ｄ）、菌
渣＋茶渣（Ｅ）、药渣＋茶渣（Ｆ），每处理 ３ 个重复，共
５４个小区（２ ｍ×１ ｍ）．
将上述物料复配好后，转移至各小区，有机物料
厚度约 ２０ ｃｍ，小区四周用木板围起来，地上部木板
高度 ５０ ｃｍ．按有机物料质量的 ３‰接种蚯蚓，蚯蚓
平均个体质量为 ０．１９ ｇ，每个小区约 ３０００条．物料湿
度保持在 ７５％，温度保持在 ２５ ℃左右．堆肥周期为
２０１３年 １０月 １ 日—１１ 月 １０ 日．在蚯蚓堆肥的前期
（２０１３年 １０月 １日）、中期（２０１３ 年 １０ 月 ２０ 日）和
末期（２０１３年 １１月 １０日）分别取样，供养分含量和
三维荧光光谱测定．
１􀆰 ２　 测定项目与方法
１􀆰 ２􀆰 １蚯蚓生长情况测定 　 试验结束时，手工仔细
挑出单位体积物料里的成蚓和蚓茧，进行计数．日增
殖倍数＝（试验结束后蚯蚓总数－初始蚯蚓数） ／ （初
始蚯蚓数×养殖时间）；日产茧数 ＝试验结束后蚓茧
数 ／ （初始蚓数×养殖时间）．式中，蚯蚓总数包括成
蚓数、幼蚓数、蚓茧数，每个蚓茧按 １ 条蚯蚓计算，
养殖时间以天计［１２－１３］ ．
１􀆰 ２􀆰 ２常规指标测定 　 电导率（ＥＣ）、ｐＨ、全氮、全
磷、全钾的测定采用常规分析方法．速效氮用 １
ｍｏｌ·Ｌ－１氯化钠提取，Ｚｎ⁃ＦｅＳＯ４还原蒸馏法测定；速
效磷用浓度 ２％柠檬酸浸提，钒钼黄比色法测定；速
效钾用 １ ｍｏｌ·Ｌ－１ＨＮＯ３浸提，用火焰光度计测定；
有机质用重铬酸钾⁃硫酸稀释加热氧化法测定［１４－１５］ ．
１􀆰 ２􀆰 ３三维荧光光谱测定　 应用高灵敏度荧光光谱
分析仪（Ｈｉｔａｃｈｉ Ｆ⁃４５００，日本）完成样品的三维荧光
光谱分析，激发光源为 １５０ Ｗ 氙弧灯；带通：激发波
长（Ｅｘ）＝ ５ ｎｍ，发射波长（Ｅｍ） ＝ １０ ｎｍ；扫描速度
１２００ ｎｍ·ｍｉｎ－１；激发发射波长范围为 Ｅｘ ＝ ２００～４００
ｎｍ（间隔 ５ ｎｍ），Ｅｍ ＝ ３００～５５０ ｎｍ（间隔 ２ ｎｍ）．为消
除荧光内滤作用，所有样品均将可溶性有机碳（ｄｉｓｓ⁃
ｌｏｖｅｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ，ＤＯＣ）浓度稀释至 １０ ｍｇ·Ｌ－１
后进行分析［１６］，所测结果均扣除试验空白（相同条
件下Ｍｉｌｌｉ⁃Ｑ超纯水的 ３Ｄ⁃ＥＥＭ）．应用软件 Ｓｉｇｍａｐｌｏｔ
完成三维荧光光谱等高线图的绘制．
１􀆰 ３　 数据处理
采用 ＳＰＳＳ ２０ 对不同数据进行多重比较，显著
２８１３ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
水平设为 α＝ ０．０５．制图由 Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｅｘｃｅｌ ２００７ 软件
完成．
２　 结果与讨论
２􀆰 １　 不同有机物料配比的蚯蚓生长情况
由图 １可以看出，有牛粪、茶渣和药渣复配的物
料中，蚯蚓生长状况较好，而混有菌渣的物料，蚯蚓
长势较差甚至会导致蚯蚓死亡或者逃逸．综合各物
料蚯蚓的日增值倍数和日产茧数可知，牛粪与药渣、
牛粪与茶渣的不同比例复配的物料蚯蚓长势最好，
可推荐作为蚯蚓堆肥处理有机废弃物的最佳复配
物料．
２􀆰 ２　 不同时期蚯蚓堆肥养分含量变化
根据蚯蚓生长状况，筛选出牛粪和药渣、牛粪和
茶渣的物料配比为适宜蚯蚓生长的处理并进行进一
步的养分和三维荧光光谱特征的分析．６ 个处理具
体为：２５％牛粪＋７５％药渣（Ｂ１）；５０％牛粪＋５０％药渣
（Ｂ２）；７５％牛粪＋２５％药渣（Ｂ３）；２５％牛粪＋７５％茶
渣（Ｃ１）；５０％牛粪＋５０％茶渣（Ｃ２）；７５％牛粪＋２５％
茶渣（Ｃ３）．
图 １　 不同处理蚯蚓的日增殖倍数和日产茧数变化
Ｆｉｇ．１　 Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｄａｉｌｙ ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｃｏｏｎ ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ
ｅａｒｔｈｗｏｒｍ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．
Ａ： 牛粪＋菌渣 Ｃａｔｔｌｅ ｍａｎｕｒｅ ａｎｄ ｍｕｓｈｒｏｏｍ ｒｅｓｉｄｕｅ； Ｂ： 牛粪＋药渣
Ｃａｔｔｌｅ ｍａｎｕｒｅ ａｎｄ ｈｅｒｂ； Ｃ： 牛粪＋茶渣 Ｃａｔｔｌｅ ｍａｎｕｒｅ ａｎｄ ｔｅａ⁃ｌｅａｆ； Ｄ：
菌渣＋药渣 Ｍｕｓｈｒｏｏｍ ｒｅｓｉｄｕｅ ａｎｄ ｈｅｒｂ； Ｅ： 菌渣＋茶渣 Ｍｕｓｈｒｏｏｍ ｒｅｓｉ⁃
ｄｕｅ ａｎｄ ｔｅａ⁃ｌｅａｆ； Ｆ： 药渣＋茶渣 Ｈｅｒｂ ａｎｄ ｔｅａ⁃ｌｅａｆ ； １）２５％＋７５％；２）
５０％＋５０％； ３） ７５％＋２５％． 不同小写字母表示处理间差异显著（Ｐ＜
０． ０５） Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｍａｌｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｔｒｅａｔ⁃
ｍｅｎｔｓ ａｔ ０．０５ ｌｅｖｅｌ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
２􀆰 ２􀆰 １蚯蚓堆肥 ｐＨ、ＥＣ 的动态变化 　 从表 １ 可以
看出，６种物料经过蚯蚓消化处理后，所得到的蚓粪
ｐＨ都趋于中性，这是因为废弃物中 Ｎ 和 Ｐ 被高度
矿化为硝酸盐、亚硝酸盐和正磷酸盐［１７］，使堆制物
ｐＨ值减小，而且蚯蚓的活动使硝化细菌大量繁殖，
改变 ＮＨ４
＋与 ＮＯ３
－之间的平衡，使 ｐＨ 趋于中性．各
处理经蚯蚓堆肥后 ＥＣ 值基本呈增加趋势，这表明
蚯蚓活动促进了各种速效矿物质盐的释放，使得蚯
蚓堆肥后蚓粪中可溶性离子含量有不同程度的增
加［１７］ ．
２􀆰 ２􀆰 ２蚯蚓堆肥有机质、全量氮、磷、钾的动态变化
　 从图 ２ 可以看出，３种处理全氮和全磷的含量在 ３
个时期呈上升趋势，到末期较初期来说，全氮涨幅在
２０．０％～７５．９％，这可能与堆置过程中有机物质矿化
分解以及水分蒸发引起干物质减少有关；另外，在堆
置后期，固氮菌的固氮作用也有助于增加堆置产物
的全氮含量［１８－１９］ ．全磷涨幅在 ０．１％～９６．０％，全钾含
量到中期时有所增加，但到末期时又有所下降．这与
王艳等［２０］研究蚯蚓处理有机废弃物的结果一致，全
钾后期含量降低，原因可能是蚯蚓和微生物共同作
用加速了矿质钾溶解为速效钾．各处理的有机质含
量在 ３个时期均呈下降趋势，有机质含量减少的原
因是蚯蚓的活动加速了微生物的分解作用和有机残
余物的同化，并改善了微生物小气候，从而加速了物
料中 Ｃ 素的损失，而蚯蚓对微生物繁殖的促进作
用，进一步加速了有机废弃物降解为更为稳定的腐
殖酸［２１］ ．
２􀆰 ２􀆰 ３蚯蚓堆肥速效氮、磷和钾的动态变化　 从表 ２
可以看出，速效氮、磷、钾含量的变化趋势与全量含
量变化一致． 速效氮含量的涨幅为 ２９２． ４％ ～
７４５􀆰 ９％，原因是因为各处理在堆肥后期 ｐＨ 为偏酸
性，蚯蚓活动能够促进混合物中酸环境的形成，在向
酸性环境转变过程中铵态氮被氧化成更稳定的、不
易挥发的硝态氮，减少了速效氮损失［２２］；速效磷含
量涨幅为 ６９．６％ ～ ２５４．４％，这主要是由于蚓粪以及
蚓体分泌物具有较高的磷酸酶活性，可促进缓效磷
转化为速效磷［２２］ ．速效钾的含量变化趋势随全钾含
量变化而变化，也是到中期时增加，到末期减少．
２􀆰 ３　 蚯蚓堆肥三维荧光光谱特征及 ＤＯＭ 的动态
变化
２􀆰 ３􀆰 １蚯蚓堆肥各处理不同时期光谱特征　 三维荧
光光谱是 λＥｘ和 λＥｍ同时改变光谱图，它不仅可获得
λＥｘ和 λＥｍ同时变化时的荧光强度信息，并且可对多
组分复杂体系中重叠的对象进行光谱识别，能将
３８１３１０期　 　 　 　 　 　 　 　 　 杨　 巍等： 不同有机物料的蚯蚓堆肥及可溶性有机物的三维荧光光谱特征　 　 　 　 　
表 １　 蚯蚓堆肥 ｐＨ、ＥＣ的动态变化
Ｔａｂｌｅ １　 Ｃｈａｎｇｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｐＨ ａｎｄ ＥＣ ｏｆ ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
ｐＨ
２０１３⁃１０⁃０１ ２０１３⁃１０⁃２０ ２０１３⁃１１⁃１０
ＥＣ （ｍｓ·ｃｍ－１）
２０１３⁃１０⁃０１ ２０１３⁃１０⁃２０ ２０１３⁃１１⁃１０
Ｂ１ ７．６９±０．０６Ａａ ７．４３±０．０７Ｂａ ６．６０±０．１２Ｃｄ １．３２±０．０４Ｃｂ １．８１±０．０９Ｂａ ３．８９±０．１７Ａｂ
Ｂ２ ７．６７±０．０６Ａａ ７．６２±０．２０Ａａ ７．１２±０．０１Ｂａ １．２６±０．０７Ｃｂ １．３１±０．４０Ｂｂ ２．０７±０．０４Ａｅ
Ｂ３ ７．６４±０．０８Ａａ ７．３５±０．０９Ｂａｂ ６．９８±０．１４Ｃａｂ １．８０±０．０４Ｂａ １．１４±０．２３Ｃｂ ２．４４±０．１１Ａｄ
Ｃ１ ７．２８±０．０８Ａｂ ７．２３±０．３２ＡＢｂ ６．８５±０．０３Ｂｂｃ １．９４±０．１５Ｂａ １．０７±０．０５Ｃｂ ４．０７±０．０７Ａａ
Ｃ２ ７．１７±０．０５Ａｂ ７．２４±０．２２Ａａｂ ６．７７±０．０７Ｂｃ １．４３±０．１０Ｂｂ １．０４±０．１６Ｃｂ ２．１３±０．０４Ａｅ
Ｃ３ ７．７２±０．１０Ａａ ７．３７±０．１７Ｂａｂ ６．９５±０．０２Ｃｂ １．０６±０．１２Ｃｃ １．２２±０．１４Ｂｂ ３．１９±０．０７Ａｃ
Ｂ： 牛粪＋药渣 Ｃａｔｔｌｅ ｍａｎｕｒｅ ａｎｄ ｈｅｒｂ； Ｃ： 牛粪＋茶渣 Ｃａｔｔｌｅ ｍａｎｕｒｅ ａｎｄ ｔｅａ⁃ｌｅａｆ； １）２５％＋７５％； ２）５０％＋５０％； ３） ７５％＋２５％．不同大写字母表示
同一处理不同时期差异显著，不同小写字母表示同一时期不同处理间差异显著（Ｐ＜０．０５） Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃａｐｉｔａｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａ⁃
ｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｅｒｉｏｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ， ｗｈｉｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｍａｌｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｐｅｒｉｏｄ ａｔ
０．０５ ｌｅｖｅｌ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
图 ２　 蚯蚓堆肥全量氮、磷、钾及有机质含量的动态变化
Ｆｉｇ．２　 Ｃｈａｎｇｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｔｏｔａｌ Ｎ， Ｐ， Ｋ ａｎｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ．
表 ２　 蚯蚓堆肥速效氮、磷、钾的动态变化
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｃｈａｎｇｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｎ， Ｐ ａｎｄ Ｋ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｖｅｒｍｉｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ
处理
Ｔｒｅａｔ⁃
ｍｅｎｔ
速效氮 Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｎ （ｇ·ｋｇ－１）
２０１３⁃１０⁃０１ ２０１３⁃１０⁃２０ ２０１３⁃１１⁃１０
速效磷 Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｐ （ｇ·ｋｇ－１）
２０１３⁃１０⁃０１ ２０１３⁃１０⁃２０ ２０１３⁃１１⁃１０
速效钾 Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｋ （ｇ·ｋｇ－１）
２０１３⁃１０⁃０１ ２０１３⁃１０⁃２０ ２０１３⁃１１⁃１０
Ｂ１ ０．６０±０．０１Ｃｂ １．６１±０．１５Ｂａ ５．１７±０．１７Ａａ ２．３４±０．１７Ｃｄ ３．９９±０．２６Ｂａ ５．３２±０．０５Ａｃ ２．９５±０．１０Ｂａ ５．６５±０．３６Ａａ ２．３１±０．０８Ｃａ
Ｂ２ ０．６７±０．０１Ｃａ １．２６±０．３１Ｂａｂ ２．６１±０．０２Ａｄ ３．．３７±０．２２Ｃｂ ４．２８±０．２５Ｂａ ５．８６±０．２９Ａｃ ２．４０±０．３５Ｂｂ ６．１５±０．６２Ａａ ０．９５±０．０９Ｃｄ
Ｂ３ ０．４７±０．０３Ｃｄ １．２７±０．１２Ｂａｂｃ ３．６３±０．１５Ａｂｃ ４．１２±０．１３Ｃａ ４．９３±０．４５Ｂａ １０．２３±０．６０Ａａ ２．３５±０．０５Ｂｂ ４．７０±０．２５Ａｂ １．３３±０．０８Ｃｃ
Ｃ１ ０．５２±０．０１Ｃｃ １．２３±０．０８Ｂｂｃ ４．０６±０．５０Ａｂ １．１７±０．０３Ｃｅ １．１７±０．２６Ｂｂ ４．２６±０．４１Ａｄ １．９０±０．１５Ｂｃ ４．３０±０．５７Ａｂ １．２２±０．０３Ｃｃ
Ｃ２ ０．４１±０．０１Ｃｅ １．１１±０．１２Ｂｃ ３．３９±０．０８Ａｃ １．７５±０．１１Ｃｆ ３．４５±１．１２Ｂａ ５．２４±０．０１Ａｃ １．２５±０．１０Ｂｄ ４．４０±０．２１Ａｂ １．００±０．０５Ｃｄ
Ｃ３ ０．４５±０．０１Ｃｄ １．１４±０．０９Ｂｂｃ ３．８３±０．１７Ａｂｃ ２．７６±０．０８Ｃｃ ４．６８±０．２６Ｂａ ８．６４±０．２２Ａｂ １．２７±０．１３Ｃｄ ４．３０±１．５４Ａｂ １．８４±０．０８Ｂｂ
ＤＯＭ中的各类物质一一表征出来［２３］ ．一般将荧光物
质所在的荧光光谱分成 ５ 个区域［２４］，分别为：区域
Ⅰ（λＥｘ＜２５０ ｎｍ，λＥｍ＜３２０ ｎｍ），类酪氨酸物质；区域
Ⅱ（λＥｘ＜２５０ ｎｍ，３２０ ｎｍ＜λＥｍ＜３８０ ｎｍ ），类色氨酸物
质；区域Ⅲ（λＥｘ＜２５０ ｎｍ，λＥｍ＞３８０ ｎｍ） ，类富里酸物
质；区域Ⅳ（（λＥｘ ＞２５０ ｎｍ，λＥｍ＜３８０ ｎｍ），可溶性的
微生物副产物；区域Ⅴ（λＥｘ＞２５０ ｎｍ，λＥｍ＞３８０ ｎｍ），
类胡敏酸物质．由图 ３ 可以看出，在堆肥初期，区域
Ⅰ和区域Ⅱ都检测到较强的类蛋白荧光峰；到了
堆肥中期，在区域Ⅲ和区域Ⅴ开始检测到类腐殖酸
４８１３ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
图 ３　 不同处理三维荧光光谱特征的动态变化
Ｆｉｇ．３　 Ｃｈａｎｇｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ３ＤＥＥＭ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．
ａ） ２０１３⁃１０⁃０１； ｂ） ２０１３⁃１０⁃２０； ｃ） ２０１３⁃１１⁃１０．
５８１３１０期　 　 　 　 　 　 　 　 　 杨　 巍等： 不同有机物料的蚯蚓堆肥及可溶性有机物的三维荧光光谱特征　 　 　 　 　
荧光峰；到了堆肥末期，类蛋白峰已经隐没不现，类
腐殖酸峰强度增加．这与 Ｘｉｎｇ 等［２５］研究结果一致，
Ｘｉｎｇ等［２５］通过蚯蚓堆肥处理牛粪和污泥发现，蚯蚓
堆肥导致牛粪和污泥中类蛋白峰逐渐减弱，类腐殖
酸增强． Ｍａｒｈｕｅｎｄａ⁃Ｅｇｅａ 等［１０］认为，堆肥过程就是
一个类酪氨酸类物质和类色氨酸类物质不断减少、
而类富里酸物质和类胡敏酸物质不断增多的过程．
郭峰等［２６］研究发现，有机固体废物堆肥过程中，蛋
白类物质的含量逐步下降，腐殖酸类物质和富里酸
类物质的含量整体均呈上升趋势．因此，从本试验可
以看出，蚯蚓和微生物的共同作用改变了 ＤＯＭ 的
组成和结构，从而导致荧光峰的位置和荧光强度的
变化． Ｃｈｅｎ 等［２７］研究认为，荧光峰强度减弱反映
ＤＯＭ 中多酚类组分增加，而碳水化合物组分相对减
少．Ｐｒｏｖｅｎｚａｎｏ 等［２８］研究发现，在生活垃圾的堆腐过
程中，随荧光峰 Ｅｘ ／ Ｅｍ ＝ ３３０ ｎｍ ／ ４２５ ｎｍ 和 ２８０ ｎｍ ／
３３０ ｎｍ 的荧光强度逐渐减弱，ＤＯＭ 中多聚糖和脂
肪族类物质显著减少．Ｓｅｎｅｓｉ 等［２９］发现，荧光峰波长
较短和强度较强与有机质中低分子量、低芳香缩聚
程度和低腐殖化程度有关；相反，波长较长源于伸展
的、聚合度较高的线形芳香环结构，以及其他含有共
轭不饱和键高度腐殖化的大分子．分子结构越接近
于芳香型基团，分子中内部猝灭而去除激发态活性
的机率就越大，从而导致荧光强度减弱．蚯蚓堆肥也
是如此，在蚯蚓活动和微生物共同作用下，有机质稳
定度增大，堆肥腐熟度提高，蛋白质、脂肪和碳水化
合物等有机物被分解，部分被合成为大分子量的类
腐殖酸荧光物质．由图 ３ 可以明显观察到这种现象，
蚯蚓堆肥完全腐熟后，类胡敏酸类和类富里酸类物
质成为 ＤＯＭ的主体部分．
２􀆰 ３􀆰 ２蚯蚓堆肥各处理 ＤＯＭ 各成分含量动态变化
　 荧光峰的位置和荧光强度的变化，反映蚯蚓堆肥
过程中 ＤＯＭ 的组成和结构的改变．由于蚯蚓堆肥中
物质结构复杂，荧光峰叠加现象严重，不易解析，因
此采用 ＦＲＩ（荧光区域指数）方法进行分析． ＦＲＩ 是
一种新的研究 ３ＤＥＥＭ 数据的分析方法，可以最大
限度地利用了三维荧光光谱提供的大量信息进行定
量研究［３０］ ．
从图 ４可以看出不同时期 ＤＯＭ 各成分含量的
变化趋势．在蚯蚓堆肥过程中，Ⅰ（类酪氨酸物质）、
Ⅱ（类色氨酸物质）和Ⅳ（可溶性微生物副产物）含
量所占 ＤＯＭ比例均呈下降趋势，而Ⅲ（类富里酸物
质）和Ⅴ（类胡敏酸物质）所占 ＤＯＭ 比例均呈上升
趋势．除 Ｂ２和 Ｃ２在堆肥末期时类富里酸物质含量最
高外，其余 ４个处理在堆肥末期均为类胡敏酸物质
含量最高．Ｌｖ等［３１］通过 ＦＲＩ方法分析蚯蚓堆肥处理
牛粪发现，区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ类物质所占 ＤＯＭ 比例下
降，说明蚯蚓堆肥过程中类蛋白物质含量减少，而区
图 ４　 各处理 ＤＯＭ各成分含量动态变化
Ｆｉｇ．４　 Ｃｈａｎｇｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ＤＯＭ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．
Ⅰ： 类酪氨酸物质 Ａｍｒｏｍａｔｉｃ ｐｒｏｔｅｉｎ； Ⅱ： 类色氨酸物质 Ａｒｏｍａｔｉｃ ｐｒｏｔｅｉｎ； Ⅲ： 类富里酸物质 Ｆｕｌｖｉｃ ａｃｉｄ⁃ｌｉｋｅ； Ⅳ： 可溶性微生物副产物 Ｓｏｌｕｂｌｅ
ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｂｙｐｒｏｄｕｃｔ⁃ｌｉｋｅ； Ⅴ： 类胡敏酸物质 Ｈｕｍｉｃ ａｃｉｄ⁃ｌｉｋｅ．
６８１３ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
域Ⅲ、Ⅴ所占比例增大，说明类腐殖酸物质不断增
大．Ｍａｒｈｕｅｎｄａ⁃Ｅｇｅａ 等［１０］研究发现，牛粪堆肥 ＤＯＭ
中荧光峰（Ｅｘ ／ Ｅｍ ＝ ２５０ ｎｍ ／ ４３８ ｎｍ）与堆肥过程中
产生的类富里酸有关．Ｓｏｌｅｒ⁃Ｒｏｖｉｒａ 等［３２］在研究污水
污泥和木屑共堆肥时发现，荧光峰 （ Ｅｘ ／ Ｅｍ ＝ ３３０
ｎｍ ／ ４３８ ｎｍ）源于类胡敏酸物质；Ｈｅｒｎáｎｄｅｚ 等［３３］也
报道了猪粪胡敏酸中存在荧光峰（Ｅｘ ／ Ｅｍ ＝ ３２５ ｎｍ ／
４３７ ｎｍ）．本试验表明，在蚯蚓和微生物的共同作用
下，不同配比的茶渣、药渣和牛粪经堆肥后生成了大
量类胡敏酸物质和类富里酸物质．
３　 结　 　 论
牛粪和药渣、牛粪和茶渣的物料配比适宜蚯蚓
生长，尤其以 ７５％牛粪＋２５％药渣和 ７５％牛粪＋２５％
茶渣的配比下蚯蚓长势最好，可推荐作为蚯蚓堆肥
处理有机固体废弃物的物料组合．随着时间的增加，
不论是牛粪和药渣、还是牛粪和茶渣不同配比下的
蚯蚓堆肥，其 ｐＨ 值都趋于中性，ＥＣ 均增加；全氮、
全磷、速效氮和速效磷含量均不同程度地增加；而全
钾和速效钾呈现先上升后降低的趋势．速效养分的
供应状况对于有机肥农用有着重要意义．堆肥过程
中，各处理的有机质含量都呈现下降趋势，这是因为
蚯蚓活动促进了有机物的分解，形成了稳定的腐殖
质．随着堆肥时间的增加，不同处理蚯蚓堆肥的
ＤＯＭ中类蛋白物质含量逐步下降，腐殖酸类物质和
富里酸类物质的含量整体均呈上升趋势，表明蚯蚓
堆肥促使不稳定的 ＤＯＭ转变为稳定的物质．在有机
废弃物蚯蚓堆肥过程中，ＤＯＭ 三维荧光光谱特征可
以作为评价蚯蚓堆肥成熟度的一个重要指标．
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ｐｉｇ ｓｌｕｒｒｙ ａｎｄ ａｍｅｎｄｅｄ ｓｏｉｌｓ ｂｙ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏ⁃
ｐｙ． Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ， ２００６， １４３： ２１２－２２０
作者简介　 杨　 巍，男，１９８９ 年生，硕士研究生．主要从事废
弃物生物处理及资源化利用研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ３１６９０９５５８＠ ｑｑ．
ｃｏｍ
责任编辑　 肖　 红
８８１３ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷