全 文 ：蚯蚓处理猪粪与秸秆的最适碳氮比
及混合物腐熟度评价*
高摇 娟摇 杨京平**摇 杨摇 虎
(浙江大学紫金港校区环境与资源学院环境保护研究所, 杭州 310058)
摘摇 要摇 以猪粪和水稻秸秆混合作饵料,通过 90 d的室内培养试验,用平均体质量、日均质量
增加倍数、日均产茧量和累计繁殖量等指标衡量 4 个处理(C / N 20、C / N 25、C / N 30 和 C / N
35)中蚯蚓的生长繁殖状况,并通过 35 d的混合物(C / N 25、C / N 30 和 C / N 35)腐熟试验,采
用 pH、C / N和水溶性有机碳(DOC)3 个指标综合评定混合物腐熟度.结果表明: 处理 C / N 30
的蚯蚓生长繁殖状况显著优于其他处理. 35 d 的混合物腐熟试验以 21 d 为拐点,pH 和 DOC
均呈现先下降后上升的趋势,C / N则呈现持续下降趋势;但综合 3 个指标衡量,混合物至试验
结束尚未完全腐熟.处理 C / N 25 在 7 ~ 35 d时 C / N<20,表明 C / N<20 不适宜作为衡量混合物
腐熟与否的单一指标,应结合其他指标综合判定混合物的腐熟情况.
关键词摇 猪粪摇 水稻秸秆摇 蚯蚓摇 碳氮比摇 生长繁殖摇 腐熟度
文章编号摇 1001-9332(2012)03-0765-07摇 中图分类号摇 X713摇 文献标识码摇 A
Optimal C / N ratio of pig manure鄄rice straw mixture for its composting with earthworm and
maturity assessment of the mixture compost. GAO Juan, YANG Jing鄄ping, YANG Hu (College
of Environmental & Resource Sciences, Zijingang Campus, Zhejiang University, Hangzhou 310058,
China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(3): 765-771.
Abstract: Taking the pig manure鄄rice straw mixtures with different C / N ratios (20, 25, 30, and
35) as the feed of earthworm (Eisenia fetida), a 90鄄day incubation test was conducted to study the
growth and reproduction of E. fetida, with the average body mass, daily body mass increase, daily
cocoon production, and accumulated cocoon production as the indicators. In the meantime, a 35鄄
day composting experiment was arranged to assess the maturity of the same mixtures with C / N 25,
30, and 35, using pH, dissolved organic carbon (DOC), and C / N as the indicators. In the 90鄄day
incubation test, the mixture with a C / N ratio 30 was most suitable for the growth and reproduction
of E. fetida. In the 35鄄day composting experiment, the mixtures爷 pH and DOC decreased in the
first 21 days and increased thereafter, while the C / N decreased persistently during the 35 days.
With the comprehensive consideration of the three indicators, the mixtures were still not fully ma鄄
tured by the end of the experiment. For the mixture with a C / N ratio 25, its C / N ratio was < 20 in
the 7-35 days. Traditionally, the mixture was considered as composted matured when the C / N ratio
was below 20, but based on the assessment of pH and DOC, the mixture was still under immature
condition. Therefore, C / N<20 alone was not a proper indicator for the maturity assessment on the
composting of pig manure鄄rice straw mixture.
Key words: pig manure; rice straw; earthworm; C / N ratio; growth and reproduction; maturity index.
*国家水体污染控制与治理科技重大项目(2008ZX07101鄄006鄄07)资
助.
**通讯作者. E鄄mail: jpyang@ zju. edu. cn
2011鄄06鄄15 收稿,2011鄄12鄄30 接受.
摇 摇 蚯蚓处理废弃物的过程,既是个物理过程也是
个生物化学的过程[1] . 物理过程包括钻孔、粉碎、混
合、吞食磨碎等,生物化学过程主要包括蚯蚓肠道内
微生物对废弃物的有氧降解以及蚯蚓吞食有机物和
微生物等.这些过程若是通过传统的堆肥方式实现,
将需各种机械及化学手段,成本较高.蚯蚓的介入则
可省去这些投入,且大量试验表明,蚯蚓堆制后产物
蚓体和蚯蚓粪都具备相当大用途:蚓体是优质动物
蛋白,蚯蚓粪中富含植物必须的 N、P、K养分.因此,
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): 765-771
选用蚯蚓处理农业废弃物既可以降低成本,又可产
生多种用途的蚓体和蚓粪[2-4] .
研究表明,蚯蚓的生长繁殖主要受混合物性质、
温度、接种密度、湿度及土壤盐分的影响[5-6] . 混合
物的性质是影响蚯蚓生长繁殖的主要因素[6] . 如有
机碳、无机氮在生物细胞的合成、生长和代谢中发挥
着关键性的作用.蚯蚓的生长繁殖受有机碳和无机
氮的比值即碳氮比(C / N)的影响较大[7-9],C / N 较
高时,食物营养可能不足,较低时又容易引起蛋白质
中毒、氨中毒等. 在农业废弃物中,植物废弃物的
C / N高于动物废弃物,为寻求处理效率最好的 C / N,
有必要将两者以一定的比例混合.
猪粪和水稻秸秆是南方常见农业废弃物,有关
蚯蚓处理农业废弃物的报道很多[2,6,10],但涉及到猪
粪和水稻秸秆混合的并不多,且两者的混合方式大
都采用体积比或质量比[10-11],但混合物真正对蚯蚓
生长和繁殖产生影响的却是 C / N. 本文研究不同
C / N猪粪和水稻秸秆混合物对蚯蚓生长繁殖的影
响,旨在找到最适合蚯蚓生长的 C / N,并记录蚯蚓生
长繁殖规律,以期为采用蚯蚓更好地处理农业废弃
物提供理论和试验依据.
腐熟度是衡量有机混合物降解程度的指标.衡
量腐熟度的指标一般有 3 种:一是混合物中微生物
的活动指标;二是混合物的化学指标;三是利用混合
物培植植物,通过植物生长状况衡量其腐熟度.其中
化学指标相对简单而且易于测定,大多数研究选取
pH、C / N[1,12-14],也有部分研究选取水溶性有机碳
(dissolved organic carbon, DOC) [15] . 本文选取 pH、
C / N和 DOC 3 个指标综合衡量混合物腐熟度的变
化,以便合理的界定蚯蚓处理后的混合物腐熟度.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试材料
供试农业有机废弃物为猪粪和水稻秸秆,猪粪
取自浙江大学华家池校区养殖厂,水稻秸秆取自浙
江大学华家池校区水稻试验田.猪粪在 40 益下发酵
15 d后 105 益烘干至恒量,磨碎过 2 mm 孔径筛备
用[13,16] .水稻秸秆 90 益烘干至恒量,剪短后磨碎过
2 mm孔径筛备用[10] . 有机废弃物的基本理化性质
为:发酵后猪粪总有机碳(TOC)260郾 5 g·kg-1,总氮
(TN) 16郾 5 g · kg-1, pH 为 6郾 69; 稻草秸秆 TOC
414郾 6 g·kg-1, TN 10郾 3 g·kg-1,pH 为 6郾 14. 供试
蚯蚓为赤子爱胜蚓(Eisenia fetida),取自浙江蓝天生
态农业园,由有经验的工作人员选取同一品种的蚯
蚓.试验前对蚯蚓进行驯化,使其适应猪粪和秸秆的
混合物环境.
1郾 2摇 试验设计
本研究分两个试验分别研究蚯蚓的生长繁殖状
况和混合物腐熟情况.因为在测量蚯蚓生长指标时,
需要将蚯蚓从混合物中取出,冲洗干净并用滤纸吸
干蚯蚓体表水分,测量完成之后再将蚯蚓放回原混
合物中.该过程耗时较长,且蚯蚓会产生一定的应
激,尤其是蚯蚓体表水分被吸干后,需要一段时间才
可再次适应混合物环境.所以,为减少由于蚯蚓应激
带来的试验误差,测得更为准确的腐熟度数据,单独
设置腐熟度试验.在测量腐熟度指标的同时不进行
蚯蚓生长指标的相关测量.
1郾 2郾 1 蚯蚓生长繁殖试验摇 每个花盆中混合物干质
量 250 g,根据猪粪和秸秆的 C / N 将其以不同的质
量比分别混合成 C / N 20、C / N 25、C / N 30 和 C / N 35
等 4 个处理,每个处理设 3 个重复.加入去离子水使
混合物均匀混合,每个处理含水率为 70% . 混合物
均匀盛放塑料花盆中,花盆底部有 3 个出水孔,在人
工气候箱中放置 7 d[10]后接种蚯蚓.人工气候箱温
度设置为 20 益,湿度设定为 70% .
取体质量、体长相近的蚯蚓放入培养皿中,喷洒
去离子水,让蚯蚓将内容物吐纳干净,然后于混合物
均衡 7 d后称量并接种入混合物中. 每个盆内接种
蚯蚓 10 条(ind),试验周期 90 d,每 10 d 取样 1 次,
每次 3 个重复.若出现蚯蚓死亡现象,则如实记录.
混合物中猪粪和水稻秸秆组成如表 1 所示.
摇 摇 与其他试验中让蚓茧继续在混合物中孵化不
同[13,17],本试验将蚯蚓繁殖所产生的蚓茧人工从混
合物中取出,与原混合物分离,目的在于准确测定被
试蚯蚓的生长繁殖状况. 因为蚓茧的孵化需要消耗
混合物,引起 C / N 的改变,影响到被试蚯蚓的生长
繁殖.
表 1摇 各处理猪粪水稻秸秆混合物组成
Table 1摇 Composition of the mixture pig manure and rice
straw in different treatments
处理
Treatment
(C / N)
发酵猪粪
Fermented
pig
manure
(g)
水稻秸秆
Rice
straw
(g)
质量比
(猪粪 /秸秆)
Mass ratio
(pig manure /
rice straw)
混合物
总质量
Gross
mass
(g)
20 207郾 88 42郾 12 4郾 94 250
25 148郾 04 101郾 96 1郾 45 250
30 98郾 76 151郾 24 0郾 65 250
35 57郾 54 192郾 46 0郾 30 250
667 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
1郾 2郾 2 混合物腐熟度试验摇 混合物腐熟度试验是在
生长繁殖试验完成后进行的,所用猪粪水稻秸秆及
试验条件同生长繁殖试验. 由于 C / N 为 20 时蚯蚓
累计产茧量仅为处理 C / N 30 的 51% ,在 4 个处理
中最低.相对于生长指标,繁殖指标对蚯蚓更为重
要,因此取消了 C / N 20 处理.腐熟度试验共设 C / N
25、C / N 30、C / N 35 3 个处理,每处理 18 个重复.蚯
蚓初始平均体质量分别为:174郾 7、175郾 7 和 177郾 5
mg.试验周期 35 d,每 7 d 取样 1 次,为保证所测数
据的准确性,每次随机取各处理中的 3 个重复.测定
pH、C / N和 DOC.
1郾 3摇 测定方法
1郾 3郾 1 pH测定摇 称取(1依0郾 001) g 鲜样,按照 1 颐
10(W 颐 V) 的比例稀释后,放入 120 rpm摇床震荡 1
h,然后过滤,将上清液倒入小烧杯后,用 PHS鄄2 型
pH计测定[10] .
1郾 3郾 2 总有机碳(TOC)测定 摇 取 100 mg 以内风干
样品置于坩埚内,用 0郾 1 mol·L-1盐酸浸泡干样,刚
刚没过样品即可,在 105 益下反应 4 h,之后用元素
分析仪(Flash EA 1112)测定总碳.因为前期的盐酸
反应已经消解掉样品中无机碳,因此后来测定的总
碳即为总有机碳(total organic carbon, TOC).
1郾 3郾 3 总氮(TN)测定摇 采用快速定氮仪(Rapid NI鄄
II / vario, ELEMENTAR 公司)测定,取 100 mg 左右
的风干样品用锡箔纸包好,待机器预热后放入孔洞
内测量.
1郾 3郾 4 DOC 测定 摇 取(1依0郾 001) g 左右风干样品,
加水 20 mL,于 20 益下在振荡仪上振荡 1 h,取上清
液 5 mL,定容至 25 mL.用 TOC测定仪(TOC鄄VCPH /
GPN)进行测定.
1郾 4摇 数据处理
平均体质量=总蚯蚓体质量 /蚯蚓数;日均质量
增加倍数=(终末体质量-初始体质量) / (初始体质
量伊饲养天数) [18];日均产茧量=总产茧量 / (蚯蚓数
伊产茧时间);累计产茧量 =前一期累计产茧量+本
期产茧量(初始值为 0);C / N=TOC / TN[18] .
使用 Excel 2007 建立样品数据库及绘制表格,
用 Origin 7郾 0 绘制曲线图,用 SPSS 16郾 0 分析数据,
Duncan法检验差异显著性.
2摇 结果与讨论
2郾 1摇 不同 C / N混合物中蚯蚓生长状况
2郾 1郾 1 蚯蚓平均体质量摇 在 90 d 的生长试验中,蚯
蚓体质量在前 40 d内快速增长,呈现先快速上升之
后稳步提高的趋势. 从图 1 可以看出,在 70 ~ 90 d
时蚯蚓平均体质量达到最大值.处理 C / N 20 和C / N
30 的蚯蚓呈现相似的生长规律,且生长较平稳. 处
理 C / N 25 和 C / N 35 则呈现较为波折的生长规律,
尤其是处理 C / N 25,显示出蚯蚓对混合物的不断适
应过程. Gunadi等[13]研究不同堆制时间蚯蚓的生长
情况,其结果与本试验蚯蚓的生长曲线相似.表明赤
子爱胜蚓在不同废弃物中呈现相似的生长规律:先
快速增长,随后增长速度放缓,达到最大值后体质量
开始有所下降.
摇 摇 采用单因素方差分析对同一天内不同碳氮比的
混合物中蚯蚓生长状况进行分析,发现不同处理蚯
蚓的平均体质量差异显著,表明混合物 C / N影响蚯
蚓的平均体质量.试验结束时 4 个处理平均蚯蚓体
质量分别是其初始体质量的 34郾 7、24郾 4、35郾 3 和
29郾 2 倍,从第 40 天至试验结束,处理 C / N 30 蚯蚓
的平均体质量均显著高于其他 3 个处理. 表明以平
均蚯蚓体质量衡量,4 个处理中最适宜蚯蚓生长的
处理为 C / N 30.试验中未出现蚯蚓死亡现象.
2郾 1郾 2 蚯蚓日均质量增加倍数摇 10 ~ 30 d,处理 C / N
30 蚯蚓日均质量增加倍数略低于处理 C / N 25;30 ~
90 d,处理 C / N 30 蚯蚓日均质量增加倍数在 4 个处
理均最高,且与其他 3 个处理差异显著. 表明处理
C / N 30 最适宜蚯蚓生长.
与本试验结果不同,Ndewa等[9]研究发现,在废
纸中,随着 C / N 的升高,蚯蚓日均质量增加倍数呈
下降趋势.这可能与废纸和本研究的猪粪水稻秸秆
混合物性质不同有关. 仓龙等[6]研究表明,蚯蚓在
C / N为 20 的牛粪中生长较好,在 C / N为 17 的猪粪
中生长最快.本研究依据蚯蚓平均体质量和蚯蚓日
均质量增加倍数两个指标衡量,C / N为 30 猪粪和水
稻秸秆混合物最适宜蚯蚓生长.
图 1摇 不同碳氮比下赤子爱胜蚓的生长
Fig. 1摇 Growth of Eisenia fetida under different C / N ratios.
7673 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 高摇 娟等: 蚯蚓处理猪粪与秸秆的最适碳氮比及混合物腐熟度评价摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 蚯蚓日均产茧量
Table 2摇 Amount of production of cocoon per earthworm per day ( ind·d-1)
处理
Treatment
处理时间 Vermicomposting time (d)
20 ~ 30 30 ~ 40 40 ~ 50 50 ~ 60 60 ~ 70 70 ~ 80 80 ~ 90
平均
Average
C / N 20 0郾 04d 0郾 10d 0郾 14c 0郾 68b 0郾 36c 0郾 42c 0郾 61c 0郾 33d
C / N 25 0郾 23a 0郾 53b 0郾 08d 0郾 41c 0郾 34d 0郾 52b 0郾 67b 0郾 40c
C / N 30 0郾 20b 0郾 71a 0郾 96a 0郾 73a 0郾 65a 0郾 64a 0郾 73a 0郾 66a
C / N 35 0郾 11c 0郾 43c 0郾 76b 0郾 75a 0郾 54b 0郾 65a 0郾 75a 0郾 57b
同列不同字母表示显著差异(P<0郾 05) Different letters in the same column meant significant statistical difference at 0郾 05 level.
2郾 2摇 不同 C / N混合物中蚯蚓繁殖状况
2郾 2郾 1 日均产茧量摇 从表 2可以看出,不同 C / N混合
物对蚯蚓繁殖具有显著差异.各处理 90 d 内日均产
茧量分别为 0郾 33、0郾 40、0郾 66 和 0郾 57 ind·d-1,C / N
20、C / N 25 和 C / N 35 处理分别为 C / N 30 处理的
50郾 0% 、60郾 6%和 86郾 4% . 对于处理 C / N 30, 40 ~
90 d期间其日均产茧量都高于 0郾 6 ind·d-1,70 d
中有 50 d(30 ~ 80 d)其日均产茧量显著高于处理
C / N 20 和 C / N 25. 可见高 C / N 30 更适宜蚯蚓繁
殖. Aria等[19]的研究显示,高 C / N 中蚯蚓繁殖数量
是低 C / N蚯蚓数量的近 7 倍.同时,C / N 35 日均产
茧量显著低于 C / N 30,显示并不是 C / N 越高其繁
殖情况就越好.
2郾 2郾 2 累计产茧量摇 统计结果显示,从 50 d 开始至
试验结束,4 个处理间的累计蚯蚓产茧量差异达极
显著水平(P<0郾 01),可见用水稻秸秆和猪粪混合物
饲喂蚯蚓,不同 C / N对赤子爱胜蚓的累计产茧量有
极显著影响. 50 ~ 90 d,蚯蚓累计产茧量为处理 C / N
20蚯蚓累计产茧量在 90 d 达到 46 个,其与其他 3 处
理差异极显著(图 2).
摇 摇 综合以上生长和繁殖指标发现,当混合物 C / N
为30时最适宜蚯蚓生长繁殖 . Elvira等[20]认为,由
图 2摇 不同处理蚯蚓累计产茧量
Fig. 2摇 Accumulated cocoon reproduction per earthworm under
different treatments.
于 C / N在 28 左右时发酵最快,故正常情况下,C / N
为 25 ~ 35 最佳. Ndewa等[9]在对蚯蚓处理造纸厂污
泥的研究中认为,蚯蚓在 C / N 为 25 时可获得最高
的生殖率.与本试验结果不同,Dom侏nguez 等[21-22]研
究了在不同混合物中蚯蚓的生长繁殖情况,结果显
示,根据混合物性质不同,蚯蚓要么将能量优先用于
生长或优先用于繁殖,没有出现生长、繁殖同时获得
最佳的情况.本试验研究发现,在猪粪和水稻秸秆的
混合物中,当 C / N为 30 时,蚯蚓可同时获得最佳生
长和最佳繁殖量.这对于处理农业废弃物有重要意
义,当 C / N 为 30 时,猪粪与秸秆的质量比为 0郾 65.
即处理 0郾 65 kg 的猪粪需要有 1郾 00 kg 的秸秆与之
混合,这样就既解决了猪粪和水稻秸秆的污染问题,
同时蚯蚓也可获得最佳生长和繁殖量.
2郾 3摇 混合物腐熟度的变化
2郾 3郾 1 pH变化摇 pH 值是衡量土壤理化性质的重要
指标,同时也是衡量混合物腐熟度的重要指标.从表
3 可以看出,3 个处理的 pH 均呈现先下降后上升的
趋势. 21 d时,3 个处理的 pH值都达到最小值,21 d
后各处理 pH 值略有上升,即 21 d 是 pH 出现转折
的分界点. 35 d时,3 个处理的 pH值在 8郾 25 左右.
大量试验表明,经过蚯蚓处理混土合物的 pH
会降低, 最终稳定在中性偏碱性 ( 7郾 0 < pH <
8郾 0) [10,15,23] . pH 的改变主要是由于混合物中有机
质的降解和降解过程中中间产物(如铵盐、腐植酸、
棕黄酸等)的产生[15] .另外,蚯蚓的活动改善了混合
物的通气性,有利于硝化细菌将铵态氮转化为硝态
氮,降低混合物 pH 值[10] . pH 值的升高主要是由于
CO2 的挥发和挥发性脂肪酸的消耗. Yadav 等[15]和
Komilis等[24]研究显示,在采用蚯蚓处理混合物过
程中 pH呈现先上升后下降的趋势. 出现这些差异
的原因可能在于初始混合物的 C / N不同,以及微生
物处理混合物中物质的先后顺序不同:Yadav 等[15]
研究中的混合物初始 C / N为 10郾 5,TN含量很高,试
验开始时微生物先分解含氮化合物,产生大量中间
产物铵态氮,导致pH升高,之后才是有机碳的微生
867 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
表 3摇 各处理混合物腐熟度指标 pH、DOC 和 C / N变化
Table 3 摇 Changes of compost maturity using indices pH,
DOC and C / N in different treatments
处 理
Treatment
处理时间
Vermicomposting
time (d)
pH DOC
(mg·g-1)
TOC
(% )
TN
(% )
C / N
C / N 25 0 8郾 28 4郾 60 35郾 70 1郾 52 25郾 00
7 8郾 40 5郾 48 30郾 64 1郾 59 19郾 38
14 8郾 26 3郾 89 31郾 29 1郾 71 19郾 26
21 8郾 06 3郾 42 30郾 83 1郾 80 17郾 40
28 8郾 32 3郾 83 31郾 74 1郾 74 18郾 57
35 8郾 23 4郾 76 29郾 54 1郾 82 16郾 75
C / N 30 0 8郾 17 3郾 93 40郾 41 1郾 44 30郾 00
7 8郾 32 4郾 69 32郾 53 1郾 49 23郾 37
14 8郾 14 4郾 48 30郾 62 1郾 60 19郾 55
21 7郾 94 3郾 44 30郾 85 1郾 63 19郾 95
28 8郾 42 5郾 16 29郾 67 1郾 71 18郾 86
35 8郾 28 4郾 96 29郾 40 1郾 71 18郾 28
C / N 35 0 8郾 13 2郾 99 45郾 50 1郾 39 35郾 00
7 8郾 06 5郾 65 31郾 75 1郾 44 24郾 57
14 7郾 92 3郾 73 30郾 64 1郾 48 22郾 14
21 7郾 74 3郾 15 31郾 75 1郾 51 22郾 47
28 8郾 03 4郾 89 29郾 78 1郾 52 20郾 44
35 8郾 21 4郾 83 30郾 14 1郾 50 20郾 70
物降解.本试验初始 C / N逸25,TOC 含量高,试验开
始时,混合物中的部分有机碳发生降解,导致 pH 降
低,然后含氮物质的消耗会产生中间产物铵态氮,呈
碱性而导致 pH 升高. 21 d 正处于微生物处理对象
发生转变的临界点.仅由 pH 来衡量,本试验 3 个处
理的最终 pH值均>8郾 0,混合物尚未达到腐熟状态.
2郾 3郾 2 DOC 变化 摇 DOC 是衡量堆制物中最易降解
的有机物含量的指标,同时也是衡量堆制物腐熟度
的指标[26] .因为易于溶于水,DOC 是最容易被微生
物利用的那部分碳源. Ramos 等[26]认为,混合物水
溶性物质日趋减少标志着混合物渐趋腐熟.
由表 3 可以看出,0 ~ 7 d,3 个处理的 DOC含量
均有所上升, 7 d之后有所下降.这是因为在发酵过
程中,不同的微生物群落交替作用,微生物通过胞外
酶分解混合物中的有机质,使之降解为可溶性的成
分,DOC 含量增加[27] . 7 ~ 21 d,随着微生物利用
DOC合成自身物质并转化为 CO2,DOC 含量随之减
少.此时,有机质的消耗使得微生物的能量增多,更
多的微生物利用碳源和氮源进行生长繁殖,此过程
促使氮的矿物质化.因此时期内 pH值下降,并在 21
d下降到最低点. 21 ~ 35 d,DOC 含量上升,原因同
0 ~ 7 d,更多的 TOC 被降解为可溶性成分,被微生
物利用.
处理 C / N 25 在试验开始时 DOC 为 4郾 60
mg·g-1,35 d时为 4郾 76 mg·g-1(表 3).由此可见,
并不是 DOC值较低就表明腐熟度较高.不同的微生
物对有机质的降解及合成的效率有着较大的差异,
这就造成了混合物的 DOC 变化很大程度上受到微
生物的影响.在混合物堆制初期,用 DOC 值衡量混
合物腐熟度存在较大波动性. 在相同时期内可对不
同混合物的 DOC值进行比较,但对不同时期的 DOC
值进行比较时则要注意其波动性. 当混合物腐熟度
很高或接近腐熟时,DOC 含量趋于稳定[18] . Yadav
等[15]认为,混合物腐熟度可用 DOC 和氧气消耗率
来衡量,当 DOC含量为(2郾 4依0郾 43) mg·g-1、氧气
消耗率为(0郾 15依0郾 09) mg·g-1·VS-1·h-1时,混
合物便达到成熟.因此,从最终 DOC 判断,3 个处理
的混合物都未达到腐熟状态.
2郾 3郾 3 C / N变化摇 碳是微生物重要的能量来源,也
是微生物的重要组成部分.在实验室条件下,混合物
中的有机碳在蚯蚓和微生物的作用下逐渐分解为无
机碳,并有相当一部分以 CO2 形式散失,导致 TOC
含量降低(表 3).同时,随着干物质总体呈现减少趋
势,导致 TN百分含量增高,最终导致 C / N下降.
从试验开始至结束,TOC 的含量变化整体呈现
下降趋势.处理 C / N 25 TOC含量下降 17郾 3% ,处理
C / N 30 下降 27郾 2% ,处理 C / N 35 下降 33郾 8% . 处
理间差异显著. 不同研究 TOC 的下降范围为
26% ~66% [15],TOC 的下降主要是由于混合物中有
机碳在蚯蚓和微生物的共同作用下发生降解.
TN含量整体呈现上升的趋势,35 d 时,处理
C / N 25 TN含量是 0 d的 1郾 20 倍,处理 C / N 30 是 0
d的 1郾 19 倍,处理 C / N 35 是 0 d的 1郾 10 倍.处理间
差异不显著. Garg 等[28]和 Kaushik 等[29]研究显示,
经过蚯蚓处理混合物总氮含量上升 1郾 8 ~ 2郾 5 倍.处
理 C / N 25 从 21 d 到 28 d,TN 含量下降,这是由于
当总氮百分含量较高时,部分氮素将以氨气的形式
挥发,并且蚯蚓生长也消耗部分混合物中的氮.
处理 C / N 25 的 C / N 由试验开始时的 25 下降
至 35 d 时的 16郾 75,下降幅度为 45郾 8% ;处理 C / N
30 的下降幅度为 39郾 1% ;处理 C / N 35 为 40郾 9% . 3
个处理 C / N下降幅度依次为 C / N 25>C / N 35>C / N
30,经统计分析,C / N 25 与其他处理差异显著,C / N
35 和 C / N 30 差异不显著.初始 C / N 为 25 时,碳氮
比下降速度最快.
由本试验来看,7 ~ 35 d 处理 C / N 25 碳氮比
<20;14 ~ 35 d处理 C / N 30 碳氮比也<20.较多研究
者认为, 当 C / N 低于 20 时混合物就达到腐
熟[6,10,24] .但由其最终 pH和 DOC含量判断,所有处
9673 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 高摇 娟等: 蚯蚓处理猪粪与秸秆的最适碳氮比及混合物腐熟度评价摇 摇 摇 摇 摇 摇
理混合物均尚未腐熟.表明 C / N并不是衡量混合物
腐熟度的确切指标. Yadav 等[15]研究认为,当混合
物富含氮素时,不适宜用 C / N 来衡量其腐熟度. 本
试验结果显示,在蚯蚓堆制猪粪和水稻秸秆混合物
过程中,C / N低于 20 不适宜作为衡量混合物是否达
到腐熟的单一标准.
3摇 结摇 摇 论
在蚯蚓生长繁殖试验中,以猪粪和水稻秸秆混
合物饲喂蚯蚓,无论是从生长指标平均体质量、日均
质量增加倍数,还是从繁殖指标日均产茧量和累计
产茧量衡量,最适宜蚯蚓生长繁殖的都是处理 C / N
30.即当混合物 C / N为 30 时,蚯蚓可获得最佳生长
繁殖量.
在混合物腐熟度试验中,以 21 d 为拐点,各处
理 pH呈现先下降后上升趋势. 由最终 pH 值(呈碱
性)看,混合物尚未腐熟;各处理 DOC 值呈现与 pH
相似的趋势,由最终 DOC值看,各处理尚未腐熟;各
处理 TOC含量逐渐下降,TN含量逐渐上升,C / N 呈
下降趋势.两个处理的 C / N 在一定阶段低于 20,按
照一般观点看,混合物处于腐熟状态.但综合 pH 值
和 DOC来衡量,混土合物尚未腐熟. 表明在蚯蚓堆
制猪粪和水稻秸秆混合物中,C / N低于 20 不适宜作
为衡量其是否腐熟的单一指标,应综合其他腐熟度
指标综合判定.
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作者简介摇 高摇 娟,女,1985 生,硕士研究生.主要从事农业
生态环境研究. E鄄mail: juan523. gao@ gmail. com
责任编辑摇 肖摇 红
1773 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 高摇 娟等: 蚯蚓处理猪粪与秸秆的最适碳氮比及混合物腐熟度评价摇 摇 摇 摇 摇 摇