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    蚯蚓堆肥處理園林廢棄物及其與牛糞的比較研究

    李英凱  
    【摘要】:隨著中國城市綠化的快速發展,園林廢棄物的處置成為亟待解決的問題。蚯蚓堆肥是利用蚯蚓與微生物的協同作用,將有機廢棄物進行快速有效的分解,并將其轉化為優質肥料的一種方法。與其他有機廢棄物的處理方法相比,蚯蚓堆肥具有簡單易行,價格低廉,產物肥效高等特點。然而,在過去關于園林廢棄物處理的研究中,更多是采用常規堆肥或將其作為添加劑與其他物料混合進行蚯蚓堆肥,而僅使用園林廢棄物作為單一物料進行蚯蚓堆肥的研究鮮有報道。牛糞被認為是優秀的蚯蚓堆肥物料,已經進行了較為廣泛的研究。本文通過蚯蚓堆肥技術處理園林廢棄物,并與牛糞處理進行比較研究,探討60天蚯蚓堆肥過程中園林廢棄物及牛糞中理化性質的變化情況以及兩種物料對蚯蚓生長與繁殖的影響;然后對蚯蚓堆肥產物的物理學性質進行表征,并探究其細菌群落結構的變化情況。最終明確了采用園林廢棄物作為單一物料進行蚯蚓堆肥的可行性,并初步闡明了園林廢棄物蚯蚓堆肥的機理及其與牛糞處理的異同,以期為蚯蚓堆肥處理園林廢棄物以及蚯蚓堆肥產物的農業利用提供理論基礎和技術支持。主要研究結果如下:(1)蚯蚓堆肥處理能夠提高園林廢棄物中p H和電導率(EC),加速有機質的礦化,使不溶性微粒轉變為可溶性形態。60天堆肥處理后,園林廢棄物的pH和EC分別是8.48和2.00 mS·cm~(-1)。于此同時,蚯蚓堆肥過程能夠增加園林廢棄物中總氮、總磷、總鉀以及有效磷、鉀的百分含量,但園林廢棄物中以上指標含量均低于牛糞。此外,蚯蚓的掘穴行為能夠改善物料中的有氧條件,促進硝化作用,堆肥60天后的無機氮均有顯著提高。以上結果表明,蚯蚓堆肥過程能夠改善園林廢棄物的理化性質、提高其營養價值,且堆肥產物的營養價值取決于原料的特性。雖然園林廢棄物的堆肥產物在總養分和有效養分等方面均低于牛糞,但同樣具備較高的土地利用價值。(2)園林廢棄物堆肥過程中,未發現蚯蚓出現死亡或逃逸現象,蚯蚓的平均體質量在前40天維持在0.4 g左右,第60天時降至0.277 g。牛糞處理組中,蚯蚓存活率表現出緩慢下降的趨勢,最終維持在56.7%左右,平均體質量則呈現先上升后下降的規律。兩種物料中蚯蚓的產繭量均隨處理時間先增加后下降,第30天達到峰值。其中,第30天時園林廢棄物中產繭量在200個左右,而牛糞中產繭量更高為265個,呈顯著差異。蚯蚓的生物學參數表明園林廢棄物同樣適宜蚯蚓生長繁殖,蚯蚓堆肥技術處理園林廢棄物具有可行性。理化性質中影響蚯蚓生長繁殖的主要因素是有機質、碳氮比、EC等指標。因此,對于物料中養分含量以及碳氮比、EC和pH適宜范圍的控制對高效的堆肥過程有重要意義。(3)掃描電鏡圖像顯示,原始物料中含有較大的片狀和棒狀結構,而堆肥產物中以上結構被劇烈破壞并降解成蓬松、顆粒狀碎片物質。園林廢棄物與牛糞一樣,蚯蚓堆肥能有效地將緊密的物理結構降解成碎片化的多孔顆粒,提高其農業應用價值。比表面積分析表明,所有樣品中的吸附-脫附等溫線均屬于Ⅲ型,是由松散的聚合物片狀顆粒組成的狹縫狀孔。雖然園林廢棄物的表面積、孔體積和孔大小均小于牛糞,但蚯蚓堆肥過程同樣能提高其表面積和孔隙度,使蚯蚓堆肥產物具有更好的持水能力。由熱重分析可知,園林廢棄物中由于芳香族化合物的增加,較牛糞存在更多耐熱成分。此外,蚯蚓堆肥產物經熱降解后的殘留質量分數較原料更高,同時其質量損失速率的峰值強度降低,表明蚯蚓堆肥產物中易降解的化合物轉變為更復雜的化合物,具有更高的穩定性。(4)蚯蚓堆肥能夠增加細菌群落的豐富度和多樣性。園林廢棄物經過堆肥過程后具有更高的細菌群落豐富度,而牛糞具有更高的細菌群落多樣性。在門水平上,占優勢的類群主要是變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和放線菌門(Actinobacteria)。其中,變形菌門是相對豐度最高的門,且在園林廢棄物中的占比遠高于牛糞。堆肥結束后,在園林廢棄物及牛糞中均觀察到變形菌門的顯著減少,酸桿菌門(Acidobacteria)和浮霉菌門(Planctomycetes)相對豐度的增加。在屬水平,兩種物料以及堆肥前后的類群組成均差異較大,占優勢的類群主要是異根瘤菌屬(Allorhizobium)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、新鞘脂菌屬(Novosphingobium)、黃桿菌屬(Flavobacterium)、鏈霉菌屬(Streptomyces)等為主。聚類分析表明,物料來源是影響細菌群落相似程度的主要影響因素,不同物料的蚯蚓堆肥產物在細菌群落結構上具有一定的相似性。此外,蚯蚓堆肥過程中物料理化性質顯著影響著細菌群落結構的動態變化。


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