全 文 ：蚯蚓堆制处理对农业有机废弃物的化学
及生物学影响的主成分分析*
刘摇 婷1,2 摇 任宗玲1 摇 张摇 池1 摇 陈旭飞1 摇 周摇 波1 摇 戴摇 军1**
( 1华南农业大学资源环境学院, 广州 510642; 2广东省生态环境与土壤研究所, 广州 510650)
摘摇 要摇 在实验室可控条件下,以碳氮比 28. 7 颐 1 的农业有机废弃物(牛粪和稻秆)为赤子爱
胜蚓(Eisenia foetida)的培养基质,研究蚯蚓的堆制作用对有机物料的化学及生物学特性的影
响.结果表明: 蚯蚓堆制处理 30 d后,基质 pH值、碳氮比显著降低,全磷显著升高,而全氮、碱
解氮、可溶性碳、速效磷、微生物生物量碳、呼吸速率和微生物熵分别提高 8. 5% 、2. 6% 、
1郾 8% 、6郾 3% 、21郾 2% 、4郾 4%和 30郾 0% ,有机质、呼吸熵分别降低 5. 0%和 21. 9% .蚯蚓堆制处
理后物料具有较高的转化酶、酸性和碱性磷酸酶活性,较低的过氧化氢酶和脲酶活性.多元数
据分析结果显示,自然堆制和蚯蚓堆制处理物料的化学和生物学特性均呈现显著的差异性.
蚯蚓堆制处理优于自然堆制处理,可以明显改善有机物料的化学、生物学性质,是一种高效率
处理农业有机废弃物的技术.
关键词摇 蚯蚓堆制摇 有机废弃物摇 化学性质摇 生物学性质摇 主成分分析
文章编号摇 1001-9332(2012)03-0779-06摇 中图分类号摇 X705摇 文献标识码摇 A
Effects of composting with earthworm on the chemical and biological properties of agricul鄄
tural organic wastes: A principal component analysis. LIU Ting1,2, REN Zong鄄ling1, ZHANG
Chi1, CHEN Xu鄄fei1, ZHOU Bo1, DAI Jun1 ( 1 College of Natural Resources and Environment,
South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 2Guangdong Institute of Eco鄄envi鄄
ronment and Soil Sciences, Guangzhou 510650, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(3): 779-
784.
Abstract: Taking mixed agricultural organic wastes cattle manure and rice straw (C:N = 28. 7:1)
as the substrate of earthworm Eisenia foetida, an experiment was conducted to study the effects of
earthworm on the changes of the chemical and biological properties of wastes during vermi鄄compos鄄
ting. After 30 days of vermi鄄composting, the substrate爷 s pH and C / N decreased while the total P
content increased significantly, and the total N, available N, dissolved organic carbon, available P
content, microbial biomass鄄C, respiration rate, and microbial quotient increased by 8郾 5% , 2郾 6% ,
1郾 8% , 6郾 3% , 21郾 2% , 4郾 4% , and 30郾 0% whereas the organic matter content and metabolic
quotient decreased by 5. 0% and 21. 9% , respectively, as compared with natural composting. Ver鄄
mi鄄composting made the substrate have higher invertase, acid phosphatase, and alkaline phospha鄄
tase activities but lower catalase and urease activities. Principal component analysis and discrimi鄄
nant analysis confirmed the significant differences in the substrate爷s chemical and biological proper鄄
ties between vermi鄄composting and natural composting. This study indicated that vermi鄄composting
was superior to natural composting, which could obviously improve the chemical and biological
properties of composted organic materials, being a high efficient technology for the management of
agricultural organic wastes.
Key words: composting with earthworm; organic waste; chemical property; biological property;
principal component analysis.
*农业部生态农业重点开放实验室项目 ( 2009K14 )、广东省科技厅农业攻关项目 ( 2007B080703011 ) 和广东省科技计划项目
(2008B080703010)资助.
**通讯作者. E鄄mail: jundai@ scau. edu. cn
2011鄄05鄄12 收稿,2011鄄12鄄20 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 3 月摇 第 23 卷摇 第 3 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Mar. 2012,23(3): 779-784
摇 摇 随着农村产业结构调整、畜牧业规模化和集约
化的发展,广东省内养殖场有机废弃物排放数量日
益巨大,其中养猪场、养鸡场、养牛场年排放总量已
达 4842 万 t.同时,广东秸秆资源丰富,据不完全统
计,每年农作物种植面积有 480 多万 hm2,秸秆总量
达 3594 万 t [1] .大量禽畜粪便和秸秆成为急需处理
的废弃物,随意堆置或露天焚烧的处理方法不仅带
来环境污染问题,也造成了严重的资源浪费. 因此,
提高禽畜粪便和秸秆等农业有机废弃物的利用率、
变废为宝的技术越来越受到人们的关注.
蚯蚓堆制处理技术是一种将传统的堆肥法与生
物处理法相结合的经济、社会及环境效益俱佳的新
型农业废弃物处理技术.该技术通过蚯蚓的取食、消
化、排泄和掘穴等活动,改变有机物料的生物、化学
和物理特征,从而将废弃物转化为无害的、高品质的
肥料[2] .在堆制过程中,蚯蚓大量吞食有机物料,不
仅促进了有机废弃物料分解过程的水汽循环,加速
其充分混合,而且通过肠道机械研磨和各种酶的生
物化学作用,将有机物及无机盐类分解并部分矿化
和转化为氨、尿素、碳酸、尿嘌呤以及速效性的磷钾
矿质养分等可给态化合物,并将这些代谢产物大部
分以蚓粪的形式排泄出来[3] . 另外,蚯蚓选择性食
用物料中的微生物[4],通过和肠道内微生物的协同
作用影响有机物料的分解效率[5],因此蚯蚓堆制处
理影响有机废弃物的微生物量和活性,而目前有关
蚯蚓对微生物具有促进还是抑制作用的研究仍存在
很大的争议[6] .
赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)具有运动活跃、食
性广、性成熟周期短、产茧率高、适应环境温度和湿
度范围广等特征[7] .由于该蚯蚓肠道内纤维素酶活
性较高,能有效分解植物残体[8],因而被广泛运用
于蚯蚓处理废弃物工艺中. 本研究运用室内培养技
术,以赤子爱胜蚓及碳氮比为 28郾 7 颐 1 的农业有机
废弃物牛粪和稻秆混合基质(质量比 3 颐 2)为对象,
系统研究经过赤子爱胜蚓堆制处理后,有机物料的
养分释放、微生物学以及生物化学特征的变化,揭示
蚯蚓消化作用对有机物料的影响及其作用机理,以
期为农业废弃物蚯蚓处理技术的广泛运用提供理论
支持.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试材料
1郾 1郾 1 供试蚯蚓 摇 选择具有成熟环、健康活泼的赤
子爱胜蚓作为供试蚓种.蚯蚓平均鲜质量约 0郾 25 g、
长约 5 cm.
1郾 1郾 2 供试物料摇 选择牛粪和稻秆作为供试农业有
机废弃物.有机物料均采自华南农业大学宁西实验
基地,其中牛粪在自然条件下堆制后,风干磨碎过 2
mm筛,取筛下物;稻草风干后剪成 2 ~ 3 cm 长;物
料基本理化性质如表 1 所示.
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 试验设计摇 采用高约 16 cm,上口直径 18 cm
和下底直径 12 cm 的塑料盆钵培养蚯蚓. 盆底部粘
贴纱网,以防止蚯蚓逃逸.试验选用 60%牛粪+40%
稻秆组合(以干基计)为蚯蚓的培养基质,设置 2 个
处理:不接种蚯蚓的自然堆制处理(CK)和接种蚯蚓
的堆制处理(EW). 每个处理物料总质量 400 g, 4
次重复,物料的含水量在 60% ~ 70% . 蚯蚓堆制处
理(EW)每盆接种 60 条蚯蚓,平均质量约每条 0郾 3
g,其总生物量约 18 g.在室温条件下培养且每隔 2 d
用称量法保持物料湿度,整个试验持续 30 d.
培养 30 d 后,将盆中的物料倒出,仔细分离出
蚯蚓并测定其生物量和数量.然后,将培养后的物料
充分混匀,在自然条件下风干,粉碎研磨,分别过 2
和 0郾 5 mm筛,并测定基本理化性质、基础呼吸、微
生物碳、酶活性,以及全氮、全磷、全钾含量.
1郾 2郾 2 测试指标方法 摇 1)化学性质:含水率用 105
益, 24 h烘干法测定;pH 值选用 pH 计电位法(土
水比 1 颐 10);有机质用重铬酸钾容量法鄄外加热氧
化法测定;全氮用硫酸鄄过氧化氢消煮法,半微量开
氏法(KDN鄄102C 定氮仪)测定;全磷用硫酸鄄过氧化
氢消煮,矾钼黄法(岛津 UV鄄1700 紫外分光光度计)
测定;全钾用硫酸鄄过氧化氢消煮,原子吸收法(HI鄄
TACHI Z鄄5300 原子吸收分光光度计)测定;碱解氮
用碱解扩散法测定;速效磷为 0郾 5 mol·L-1 NaHCO3
法测定;可溶性碳为 0郾 5 mol·L-1 K2SO4浸提,重铬
酸钾外加热法测定.
2)微生物学性质:微生物生物量碳用熏蒸浸提
表 1摇 供试有机废弃物的基本理化性质
Table 1 摇 Basic physicochemical properties of agro鄄organic
wastes
物料
Material
pH 含水率
Water
moisture
(% )
有机质
Organic
matter
(% )
全氮
Total N
(% )
碳氮比
C / N
全磷
Total P
(% )
全钾
Total K
(% )
牛粪
Cattle manure
8郾 42 11郾 6 63郾 9 1郾 70 21郾 8 0郾 74 1郾 55
稻秆
Rice straws
7郾 76 12郾 7 76郾 6 0郾 94 47郾 2 0郾 03 2郾 22
087 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
法测定[9],取 5 g风干样品,保持其含水量在 60% ~
70% ,室温条件下培养 7 d,用无酒精氯仿在 28 益黑
暗真空条件下熏蒸 24 h,同时取不熏蒸的对照样品,
用 0郾 5 mol·L-1 K2SO4按 1 颐 6 土液比振荡浸提(30
min),过滤. 滤液中的有机碳采用重铬酸钾消化法
测定. 微生物生物量碳(MBC)按下式计算:MBC =
Ec / 0郾 38,其中 Ec为熏蒸和不熏蒸样品的浸提液中
有机碳的差值.
基础呼吸采用封闭式 NaOH 吸收法[10],取 5 g
风干样品调至 60%田间持水量并稳定 24 h 后,在
28 益黑暗条件下 500 mL塑料瓶中密封培养 7 d.用
NaOH吸收瓶中产生的 CO2,适量 1 mol·L-1 BaCl2
沉淀碱吸收瓶的 CO3 2-,标准酸滴定剩余的 NaOH,
计算 CO2含量.
呼吸速率为单位时间内单位有机碳含量的呼吸
量;呼吸熵为基础呼吸与微生物生物量碳之比值;微
生物熵为微生物生物量碳与有机碳之比值.
3)酶活性:过氧化氢酶用 0郾 004 mol·L-1高锰
酸钾容量法测定;脲酶采用苯酚钠比色法测定;转化
酶用 0郾 1 mol·L-1硫代硫酸钠容量法测定;磷酸酶
采用磷酸苯二钠比色法测定[11] .
1郾 3摇 数据处理
利用 SAS 9郾 0 和 R(ADE鄄4 library) [12]统计软件
对试验数据进行分析.其中,采用 T检验分别对第 0
天和第 30 天蚯蚓生物量,自然堆制和蚯蚓堆制处理
后物料的化学和生物学变量进行差异显著性分析
(琢=0郾 05).另外,通过 ADE鄄4 多元数据分析软件对
试验数据进行主成分分析 ( principal components
analysis, PCA);利用判别检验对不同处理间化学和
生物学整体性质进行判别、分组和差异显著性比较;
相关分析则用来比较各指标变量间的相互关系.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 蚯蚓的生长和繁殖情况
蚯蚓的生长和繁殖情况直接影响物料的消解程
度.从表 2 可以看出,培养 30 d 后,物料中蚯蚓生长
良好,其总生物量显著增加了 51郾 1% (P = 0郾 002);
试验期间无幼蚓出现,因此蚯蚓的总数量不变.
2郾 2摇 蚯蚓对物料化学性质的影响
从表 3 可以看出,与自然堆制处理相比,蚯蚓堆
制处理的物料 pH 值显著下降 0郾 07 个单位 (P =
0郾 04),碳氮比显著降低了 13郾 0% (P = 0郾 04),全磷
含量显著提高(P = 0郾 04);而可溶性碳、全氮、碱解
氮、速效磷及有机质、全钾含量变化不显著,前四者
相对于自然堆制处理分别上升 1郾 8% 、8郾 5% 、2郾 6%
和 6郾 3% ,而有机质、全钾含量则分别降低 5郾 0%和
0郾 5% .
物料化学性质主成分分析结果表明(图 1a),第
一主成分(AX1)的贡献率为 50郾 8% ,其依次与 pH
值、有机质、C / N、全氮、全磷和速效磷相关,其中 pH
值与有机质、C / N正相关,而 pH值、有机质、C / N 与
全氮、全磷、速效磷呈负相关关系;第二主成分
(AX2)的贡献率为 18郾 5% ,依次与可溶性碳、全钾
和碱解氮相关,且各变量之间均呈正相关关系.主成
分得分显示(图 1b),蚯蚓堆制及自然堆制处理间物
料化学性质差异达到显著水平(P = 0郾 026),二者差
异主要来源于第一主成分相关因子,蚯蚓堆制处理
能够加速有机质降解,减低物料的 C / N、pH值,并提
高物料的全磷、速效磷和全氮含量.
2郾 3摇 蚯蚓对有机物料生物学性质的影响
从表4可以看出,蚯蚓堆制30 d后,与自然堆
表 2摇 有机物料中蚯蚓的生物量和数量变化
Table 2 摇 Changes of earthworm biomass and quantity in
agro鄄organic wastes (mean依SD)
总生物量
Total biomass (g)
总数量
Total quantity ( ind)
0 d 18郾 0依0郾 03 60
30 d 27郾 2依1郾 75 60
t 10郾 68 -
P 0郾 002 -
表 3摇 不同处理有机物料的化学性质
Table 3摇 Chemical parameters of agro鄄organic wastes under different treatments (mean依SD)
pH 有机质
Organic matter
(% )
全氮
Total N
(% )
全磷
Total P
(% )
全钾
Total K
(% )
可溶性碳
DOC
(g·kg-1)
碱解氮
Available N
(g·kg-1)
速效磷
Available P
(g·kg-1)
碳氮比
C / N
CK 8郾 47依0郾 02 63郾 4依0郾 33 2郾 00依0郾 11 0郾 73依0郾 03 2郾 14依0郾 07 11郾 1依0郾 28 1郾 14依0郾 06 1郾 11依0郾 07 18郾 5依1郾 03
EW 8郾 40依0郾 05 60郾 2依2郾 65 2郾 17依0郾 08 0郾 81依0郾 02 2郾 13依0郾 06 11郾 3依0郾 43 1郾 17依0郾 05 1郾 18依0郾 04 16郾 1依0郾 65
t -3郾 46 -2郾 38 1郾 92 3郾 57 -0郾 18 0郾 62 0郾 65 1郾 41 -3郾 21
P 0郾 04 0郾 10 0郾 15 0郾 04 0郾 86 0郾 58 0郾 56 0郾 25 0郾 04
CK:自然堆制处理 Natural composting treatment; EW:蚯蚓堆制处理 Vermicomposting treatment with earthworm郾 下同 The same below郾
1873 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘摇 婷等: 蚯蚓堆制处理对农业有机废弃物的化学及生物学影响的主成分分析摇 摇 摇 摇 摇
表 4摇 不同处理有机物料的生物学性质
Table 4摇 Biological parameters of agro鄄organic wastes under different treatments (mean依SD)
微生物生物量碳
Microbial
biomass鄄C
(g·kg-1)
呼吸速率
Respiration
rate
(g·kg-1·d-1)
呼吸熵
Metabolic
quotient
微生物熵
Microbial
quotient
过氧化氢酶
Catalase
(mL·g-1)
脲摇 酶
Urease
(mg·g-1)
转化酶
Invertase
(mL·g-1)
酸性磷酸酶
Acid phosphatase
(mg·g-1)
碱性磷酸酶
Alkaline
phosphatase
(mg·g-1)
CK 6郾 61依1郾 56 3郾 64依0郾 16 2郾 60依0郾 75 0郾 010依0郾 00 15郾 8依0郾 09 13郾 2依0郾 81 1郾 47依0郾 11 8郾 09依1郾 74 9郾 32依1郾 72
EW 8郾 01依0郾 71 3郾 80依0郾 16 2郾 03依0郾 33 0郾 013依0郾 00 15郾 5依0郾 13 11郾 8依0郾 67 1郾 68依0郾 30 8郾 19依0郾 53 9郾 52依2郾 19
t 1郾 88 2郾 38 -1郾 62 2郾 45 -5郾 35 -1郾 95 1郾 38 0郾 10 0郾 16
P 0郾 16 0郾 10 0郾 20 0郾 09 0郾 01 0郾 15 0郾 26 0郾 93 0郾 88
制处理相比,蚯蚓堆制处理的物料微生物生物量碳、
呼吸速率、微生物熵分别提高了 21郾 2% 、4郾 4% 、
30郾 0% ,而呼吸熵则降低了 21郾 9% ;但处理间差异
均未达到显著水平.与自然堆制处理相比,蚯蚓堆制
处理的过氧化氢酶和脲酶活性分别降低了 1郾 9% 和
10郾 6% ,而转化酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶活性分
别上升了 14郾 3% 、1郾 2%和 2郾 1% ;处理间过氧化氢
酶活性差异达到显著水平(P=0郾 01).
摇 摇 物料生物学性质主成分分析结果(图 2a)表明,
第一主成分(AX1)的贡献率为 47郾 2% ,依次与微生
物生物量碳、微生物熵、呼吸熵、脲酶、过氧化氢酶、
酸性磷酸酶相关,其中脲酶和过氧化氢酶、以及微生
物生物量碳、微生物熵和酸性磷酸酶呈正相关,而呼
吸熵、过氧化氢酶、脲酶分别与微生物生物量碳、微
生物熵和酸性磷酸酶呈负相关关系;第二主成分
( AX2)的贡献率为27郾 5% ,其依次与转化酶、呼吸
图 1摇 有机物料的化学性质主成分分析
Fig. 1摇 Principal component analysis of chemical parameters of
agro鄄organic wastes郾
a) AX1 和 AX2 主成分载荷 Load of variables on AX1 and AX2 princi鄄
pal components; 图中 X轴代表第一主成分 AX1,Y 轴代表第二主成
分 AX2,每个箭头代表一个性质的矢量. 2 个矢量间的余弦角度大小
代表两者间的关系,角度越小,相关性越高. 矢量在 2 个主成分轴上
的投影长短代表该变量与主成分的关系,投影越长,贡献越大 X鄄axis
and Y鄄axis represented the first principal component and the second prin鄄
cipal component, respectively; each variable was symbolized by a vector;
smaller angles between variables meant better correlation, and longer pro鄄
jection onto axis reflected bigger contribution to the principal components;
b) AX1 和 AX2 主成分得分 Scores of two treatments on AX1 and AX2;
图中黑圆圈代表各处理在得分图上的位置;黑圆圈周围连接的是该
处理的 4 个重复的位置 The black dots represented location of two treat鄄
ments and four replicates on AX1 and AX2郾 下同 The same below郾
图 2摇 有机物料生物学性质的主成分分析
Fig. 2摇 Principal component analysis of biological parameters of
agro鄄organic wastes.
玉:呼吸速率 Respiration rate; 域:呼吸熵 Metabolic quotient; 芋:微生
物熵Microbial quotient; 郁:微生物生物量碳Microbial biomass鄄C; 吁:
转化酶 Invertase; 遇:酸性磷酸酶 Acid phosphatase; 喻:碱性磷酸酶
Alkaline phosphatase; 峪:过氧化氢酶 Catalase; 御:脲酶 Urease.
速率和碱性磷酸酶活性相关,且碱性磷酸酶分别与
转化酶和呼吸速率呈负相关关系. 主成分得分图
(图 2b)显示,蚯蚓堆制与自然堆制处理间物料生物
学性质存在显著差异(P = 0郾 05),差异主要来源于
第一主成分因子.自然堆制处理(CK)明显偏向呼吸
熵、过氧化氢酶和脲酶活性较高的方向,而蚯蚓堆制
处理(EW)则偏向微生物熵、微生物生物量碳含量、
酸性磷酸酶活性较高的方向.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 蚯蚓堆制后物料化学性质变化的原因
本研究结果表明,经蚯蚓堆制处理 30 d 后,物
料的 pH值显著降低(表 3). 这与前人研究结果[13]
一致,再次证明蚯蚓堆制处理有助于物料 pH 值趋
向中性.造成这一现象的主要原因是:1)蚯蚓能够
促进有机物料中氮磷的矿化,大量硝酸盐、亚硝酸盐
和正磷酸盐[14]以及微生物新陈代谢中间产物———
有机酸和 CO2 [15]的产生降低了 pH 值;2)蚯蚓活动
改善了有机物料中的氧气供应状况,使好氧的硝化
细菌大量繁殖,NH4 +被氧化为 NO3 -速度加快,使得
pH值趋于中性[16] . 3)蚯蚓调节 pH 值的能力与蚯
蚓食道分布的钙腺有密切关系,钙腺能分泌过剩的
287 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
钙或碳酸盐,中和有机酸,调节体内的酸碱平衡,钙
腺可以自动调节外部环境和食物条件[17] .
蚯蚓吞食分解有机质,加速了有机质的矿化和
养分的释放[18] . 本研究结果显示,蚯蚓堆制处理的
物料中有机质含量降低,全磷、全氮、碱解氮、可溶性
碳、速效磷含量不同程度地提高(表 3),这与前人研
究结果一致[19] . 另外,物料速效养分的增加说明蚯
蚓直接或间接的影响微生物活性、数量及群落结构,
通过微生物的协同作用,强化微生物降解有机物,提
高有机物的降解效率[4-5] . 而全氮含量的增加则可
能是由于蚯蚓活动过程不仅使有机氮转变成硝态氮
保留在基质中[20],同时,蚯蚓自身分泌富氮排泄物
引起氮含量的增加[21] .另外,pH值降低减缓了氮的
损失,也可能是氮保留的重要因素[22] . 全磷的显著
增加则可能归于总固形物的降低而导致的“浓缩效
应冶 [23] .
碳氮比反映的是堆制物料矿化和稳定化的程
度,表征其腐熟度. 物料中有机质含量下降,全氮含
量上升,则碳氮比下降.自然堆制和蚯蚓堆制处理物
料中的碳氮比差异显著(表 3),蚯蚓堆制处理的碳
氮比下降幅度更高. 这表明接种蚯蚓能加快物料腐
熟的进度.
3郾 2摇 蚯蚓堆制后物料生物学性质变化的原因
微生物在有机质降解的过程中发挥重要作用,
但蚯蚓通过直接吞食有机质和微生物或者间接与微
生物相互作用等方式影响有机质的降解效率. 本试
验结果表明,与自然堆制相比,蚯蚓堆制的微生物生
物量碳和呼吸速率均呈升高趋势(表 4),说明蚯蚓
作用后物料不仅具有更多的微生物生物量,而且微
生物的代谢更强.这与郑金伟[24]用赤子爱胜蚓堆制
奶牛粪的研究结果相一致.一方面,蚯蚓对物料具有
加速矿化和降解作用,改善物料的环境且为微生物
提供养分,使得蚓穴和蚓粪的微生物生物量增
高[25];另一方面,过腹的有机物料更有利于微生物
浸染和繁殖[26] . Aira 和 Dominguez[27]研究表明,物
料的可溶性碳含量的降低限制了微生物的生长和繁
殖.而本研究中,物料经过蚯蚓作用后,可溶性碳含
量呈现一定程度的上升趋势(表 3),可能有利于微
生物生长和繁殖.
微生物熵(qMB,MBC / TOC)体现的是有机碳的
活性部分,是有机质品质和有效性的一项指标,其比
值越大,说明有机碳周转速率越快. 本研究中,蚯蚓
作用后物料的微生物熵提高(表 4),且其与有机质
含量显著正相关( r=0郾 73,P = 0郾 04).表明微生物与
蚯蚓共同矿化分解有机质,随着有机质含量的降低,
微生物熵上升,蚯蚓在一定程度上提升了有机碳的
周转速度,即加速有机物料的降解速率. 呼吸熵
(qCO2)是基础呼吸与微生物生物量碳之比,表征单
位微生物的代谢能力. 张宝贵等[8]研究表明,蚯蚓
能提高呼吸熵,使物料微生物群落年轻化,与本研究
结果不一致.造成这种现象的原因可能是在自然堆
制物料中,微生物受到环境胁迫[28-29],消耗了更高
的能量,以利于生存,但其机理还有待进一步研究.
酶是物质代谢的重要参与者,特定酶活性的变
化可以反映特定物质代谢速度. 本研究选取与物料
分解和养分(N、P)释放、转化密切相关的过氧化氢
酶、脲酶、转化酶、酸性和碱性磷酸酶,以反映蚯蚓对
物料分解、养分转化的影响. 结果表明,呼吸速率分
别与过氧化氢酶活性呈负相关,与转化酶活性呈正
相关关系(图 2). 这说明酶活性受微生物活性的影
响.蚯蚓堆制物料过氧化氢酶活性降低,可能是由于
在蚯蚓堆制处理中,物料具有更好的环境,酶的底物
浓度低;而转化酶活性上升,则表明转化酶活性能够
反映呼吸强度.物料的有机质含量与脲酶活性显著
相关( r = 0郾 79,P = 0郾 02),蚯蚓作用后,有机质含量
一定程度的降低(表 3)可能是脲酶活性降低的主要
原因.此外,蚯蚓堆制处理的物料具有较高的酸性和
碱性磷酸酶活性.在碱性环境下,蚯蚓堆制处理的碱
性磷酸酶的提高幅度比酸性磷酸酶更大(表 4). 磷
酸酶活性的提高主要是因为微生物与磷酸酶存在密
切关系[30],蚯蚓通过堆肥材料的混合、吞咽及排粪
等行为影响微生物,进而影响酶的产生与释放;另一
方面,蚯蚓本身也可产生某些酶[5] .
4摇 结摇 摇 论
蚯蚓堆制处理农业有机废弃物 30 d 后,蚯蚓生
长良好.与自然堆制处理相比,蚯蚓堆制处理促使有
机废弃物 pH值趋向中性、加速有机质分解和矿化,
不同程度的提高了氮磷养分的释放;经蚯蚓消化后,
物料的微生物生物量、微生物活性、转化酶、酸性和
碱性磷酸酶活性增强. 多元数据统计分析也进一步
证实,自然堆制和蚯蚓堆制处理有机废弃物的化学
和生物学特性的显著差异.与自然堆制处理相比,蚯
蚓堆制处理明显改善了有机物料的化学、生物学性
质,是一种合理的、无害化和资源化的农业有机废弃
物处理技术.
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作者简介摇 刘摇 婷,女,1984 年生,硕士. 主要从事农业有机
废弃物资源化研究,发表论文 1 篇. E鄄mail: tingliuge@ 126.
com
责任编辑摇 肖摇 红
487 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷