Mixing garden wastes and spent mushroom compost of different ratios for vermicomposting

供试园林绿化废弃物：当季园林绿化废弃物（植物凋落物、树枝修剪物和草坪修剪物等）取自北京市海淀区香山植物园。供试蘑菇渣：取自北京市海淀区上庄蘑菇园。供试蚯蚓为‘大平2号’Eisenia fetida‘Daping 2’，取自中国农业大学蚯蚓生产基地。

粉碎后的园林绿化废弃物和蘑菇渣单独成堆后进行21 d预堆肥，处理后理化性质见表 1。

堆肥试验于北京林业大学科技股份有限公司的温室大棚中进行。试验设计见表 2。

分别将经过好氧堆肥的园林废弃物和蘑菇渣物料按表 2比例混合，将2 kg物料分置于1个塑料反应容器（长40.5 cm，宽30.5 cm，高14.5 cm，底部具有4个1.0 mm排水口）中，各处理重复3次，调节材料水分至65%~70%，之后各个反应容器中加入20条‘大平2号’蚯蚓（无生殖环，总生物量约4 g）进行蚯蚓堆肥。为防止蚯蚓逃逸，用1.0 mm孔径的塑料网覆盖在各个容器上方及底部孔处，并用橡皮条固定。整个堆制过程维持水分在65%~70%，100 d后蚯蚓堆肥停止。除配比不同外，其他因素均保持一致。

蚯蚓堆肥过程中，隔10 d对反应容器中成熟蚯蚓数量、成熟蚯蚓质量、蚯蚓卵数量和幼年蚯蚓数量进行人工计数和称量。

分别于蚯蚓堆肥试验开始和结束时采集样品，进行电导率值、pH值、全氮、全钾、全磷、有机碳、腐殖酸、铜、锌、锰、铁测定。

种子发芽试验：取饱满的白菜Brassica pekinensis种子，均匀播种在园林废弃物和蘑菇渣混合堆肥基质花盆内，播种深度1.0 cm，播种子20粒·盆^-1，各处理设置3次重复，放入人工气候培养箱内进行培养，昼夜温度为25 ℃/20 ℃，昼夜时长为16 h/8 h，光强度3 000 1x，湿度为70%，并于播种第2天开始记录发芽种子数，发芽以展开子叶为准，第7天结束发芽，测定发芽幼苗根长，计算种子发芽指数。

电导率值、pH值的测定：利用蒸馏水和物料以10:1比例震荡浸提30 min，过滤后，分别用电导率仪和pH计测定。全氮的测定^[11]：半微量凯氏定氮法。全钾的测定^[11]：浓硫酸-过氧化氢消煮，火焰光度计法。全磷的测定^[11]：浓硫酸-过氧化氢消煮，钒钼黄比色法。有机碳的测定^[11]：重铬酸钾容量法-外加热法。腐殖酸的测定^[11]：重铬酸钾氧化法。钙、镁、铜、锌、锰^[11]：原子吸收分光光度法（AAS法）。铁的测定^[11]：DTPA溶液浸提-原子吸收光谱法。种子发芽指数（I_G）计算方式：I_G=[（处理的种子发芽率×处理的种子平均根长）/（对照的种子发芽率×对照的种子平均根长）]/100%。成熟蚯蚓平均质量=测定时成熟蚯蚓总质量/成熟蚯蚓数量。成熟蚯蚓死亡率=（初始时成熟蚯蚓数量-测定时成熟蚯蚓数量）/初始时成熟蚯蚓数量。

利用Excel 2010和SPSS 20.0进行试验数据处理与分析。

蚯蚓存活率、蚯蚓质量及蚯蚓繁殖率是反映蚯蚓堆肥进程的重要指标^[12]。不同处理的成熟蚯蚓数量在堆肥过程变化如图 1A所示。成熟蚯蚓数量在不同处理间变化趋势不同，A₁，A₄和A₅的成熟蚯蚓数量在整个周期内均呈下降趋势，A₂在1~7和8~9周内呈下降趋势，在7~8和9~10周内呈上升趋势。处理A₃在1~7和9~10周内呈下降趋势，在7~9周内呈上升趋势。其中A₂和A₃呈上升趋势的原因可能是堆肥内环境良好，蚯蚓卵孵化生长，使得成熟蚯蚓数量上升，这与唐健等^[13]的研究结果一致。

Figure 1.  Effects of different treatments on number of mature earthworms, juveniles, cocoons and weight of single mature earthworm

由表 3可见：各处理之间的成熟蚯蚓死亡率差异显著（P＜0.05），各处理最终成熟蚯蚓死亡率表现为：A₁（56.7%±1.7%）＞A₅（53.3%±3.3%）＞A₄（36.7%±14.5%）＞A₃（1.7%±14.8%）=A₂（1.7%±6.7%）。可见，A₂和A₃较A₁，A₄和A₅处理的蚯蚓存活率更高。甘洋洋^[14]研究表明：随着有机物料碳氮比增加，成年蚯蚓死亡率降低，但本研究中，碳氮比最大的A₁处理具有最高死亡率，说明蚯蚓的生存状况不仅受到有机物料有机碳和氮素的影响，还受其他因素的影响。

蚯蚓平均质量变化如图 1B所示。5个处理的蚯蚓质量在周期内均呈先上升后下降的趋势，并且蚯蚓质量最大值出现在试验的第20~40天。这可能是由于培养前期，蚯蚓处于生长期，有机物料中营养和空间都充足，使蚯蚓的生长加快^[15]。魏佳伦^[16]认为：随着培养天数增加，一方面蚯蚓达到成熟，繁殖能力增强，蚯蚓幼苗逐渐增多，导致物料与空间资源逐渐减少，蚯蚓存在种内竞争关系；另一方面由于赤子爱胜蚓Eisenia foetida具有母子两代不愿同居的习惯，所以个体质量逐渐下降。

由表 3可见：各处理之间单条成熟蚯蚓最大质量和单条成熟蚯蚓最终质量差异显著（P＜0.05），各处理单条成熟蚯蚓最大质量表现为：A₁（465.7 ± 12.8）mg·条^-1＞A₂（463.8 ± 20.5）mg·条^-1＞A₃（435.7 ± 23.2）mg·条^-1＞A₄（334.5 ± 9.1）mg·条^-1＞A₅（286.0 ± 34.7）mg·条^-1，有机物料碳氮比为A₁＞A₂＞A₃＞A₄＞A₅。这一结果与甘洋洋^[14]的研究结果相一致：成熟蚯蚓最大质量与有机物料碳氮比之间存在显著正相关关系。单条成熟蚯蚓最终质量表现为：A₃（306.4 ± 8.5）mg·条^-1＞A₂（224.5 ± 15.1）mg·条^-1＞A₄（195.8 ± 15.8）mg·条^-1＞A₅（186.2 ± 22.1）mg·条^-1＞A₁（166.2 ± 46.1）mg·条^-1。综上可知：A₁，A₂和A₃较A₄和A₅的蚯蚓生长量大，更适合蚯蚓生长。

蚯蚓幼苗变化如图 1C所示。A₁，A₂和A₃的蚯蚓幼苗从第4周开始出现，并且A₂和A₃的蚯蚓数量在整个周期内呈上升趋势，A₁在7周前呈上升趋势，在7周后呈下降趋势，A₄和A₅的蚯蚓幼苗数量在整个周期内基本为0，AIRA等^[17]的研究发现：高碳氮比对蚯蚓的繁殖更有利，所以A₄和A₅为幼苗数量为0的原因可能是A₄和A₅的碳氮比较其他处理低，不利于蚯蚓卵的生长和孵化。

由表 3可见：各处理之间蚯蚓幼苗最大数量存在显著差异（P＜0.05），各处理蚯蚓幼苗最大数量表现为：A₂（677.7 ± 11.9）条＞A₁（548.0 ± 22.5）条＞A₃（199.3 ± 42.9）条＞A₄（2.7 ± 1.5）条＞A₅（1.7 ± 0.8）条。综上可知：A₄和A₅不适合蚯蚓幼苗的存活；A₁，A₂和A₃均适合蚯蚓幼苗存活，其中A₂最佳。

从图 1D可知：试验中所有处理蚯蚓卵数呈现先增加后减少的趋势。在整个周期内A₁，A₂和A₃处理的蚯蚓卵从第2周开始出现，A₄和A₅处理从第5周开始出现，并且各处理蚯蚓卵数形成1个峰值后在末期回归至0，这与袁嘉铭^[15]的研究结果相一致。A₁于第4周最先达到最大值，A₂于第5周达到最大值，A₃，A₄和A₅于第6周达到最大值。

由表 3可见：各处理之间蚯蚓卵最大数量差异显著（P＜0.05），各处理蚯蚓卵最大数量表现为：A₁（147.0 ± 3.5）粒＞A₂（135.0 ± 11.0）粒＞A₃（125.3 ± 4.5）粒＞A₄（81.0 ± 13.0）粒＞A₅（73.3 ± 14.4）粒。研究表明：蚯蚓卵数量与有机物料碳氮比呈正相关关系，这一结果与LOEHR等^[18]研究结果相一致。综上可知：A₁，A₂和A₃较A₄和A₅更适合蚯蚓卵的存活。

上述结果表明：园林废弃物能促进蚯蚓生长繁殖，A₁，A₂和A₃蚯蚓生长和繁殖的较好，A₂最优。

从图 2A可知：堆肥结束时各处理的pH值与堆肥初始时相比有增有减。pH值降低有两方面原因，一是氮、磷矿化成亚硝酸盐/硝酸盐和正磷酸盐；二是由于有机质通过微生物作用转化成了有机酸中间产物^[19]。pH值上升可能是由于微生物没有将有机氮降解完全，而以铵盐的形式释放^[20]，也可能是堆肥过程中蚯蚓释放出了碱性分泌物，从而提高了堆肥的pH值。其中A₅降低的幅度最大，为6.24%，A₄次之，为4.10%，A₂再次，为2.24%。由此可见：随着蘑菇渣比例的增加，蚯蚓堆肥的pH值降低幅度增大。堆肥初始时的pH值为8.24~8.66，均在最适合蚯蚓生长的pH范围（pH 8.00~9.00）内^[21]，堆肥结束后pH值为8.12~8.45，均在农业应用要求范围pH 7.00~8.05内^[22]。

Figure 2.  Variation of pH and EC of the materials before and after vermicomposting treatment

电导率值是基质浸提液中可溶性盐浓度指标，反映基质当中可溶性养分总量。电导率过高会构成渗透逆境，导致植物盐害，电导率过低会导致营养不足，难以维持植物正常生长^[19]。从图 2B可知：在蚯蚓堆肥处理后，所有处理的电导率值均升高。电导率值升高很大一部分原因是有机质的降解导致可溶性盐浓度升高，还有部分原因是蚯蚓活动加快了降解过程中磷酸盐、铵盐、钾盐及其他矿物离子的释放^[23]。由图 2B可知：随着蘑菇渣比例的增大电导率值越大，且上升幅度越大，其中A₅的电导率值增加幅度最大，为75.93%，其次A₃为73.25%，A₄再次，为71.60%。这也是与蘑菇渣自身电导率值高直接相关的。农业生产上栽培基质对中等灵敏度植物的电导率耐受水平的上限值为4 dS·m^-1[24]，可见A₁和A₂均在理想水平内。A₃，A₄和A₅处理偏高。

由表 4可知：堆肥结束后所有处理的有机碳质量分数均下降，A₁~A₅的下降百分率为8.76%~16.72%，其中A₄和A₅的降率最高。堆制过程是有机质的矿质化和腐殖化过程，在此过程中微生物将有机质作为主要碳源，产生二氧化碳和水，导致部分有机碳的损失。同时蚯蚓的存在能够通过蚯蚓肠道分泌一些酶、肠道黏液和抗生素等加快和强化对大分子有机物的分解作用，使其成为小颗粒物质，从而增加了微生物降解的表面积，导致更多的有机碳损失^[25]。这与李燕等^[26]的研究结果一致。

腐植酸质量分数反映了栽培基质的保肥供肥能力。由表 4可知：在堆肥初期，随着蘑菇渣的增加堆肥中腐植酸质量分数也增加，这与陈广银等^[27]的研究结果相同。堆肥结束后所有处理的腐植酸质量分数均升高，A₁~A₅增加的百分率为5.02%~22.93%。不同处理中A₂的腐植酸增率最高，与A₁和A₄有显著差异（P＜0.05），表明利用蚯蚓堆肥可以显著提高A₂的保肥供肥能力。A₃的增率次之，A₅再次。

由表 5可知：堆肥结束后，所有处理的全氮质量分数均升高。A₁~A₅的全氮质量分数依次递增，增加百分率也依次递增，增加的范围为0.53%~21.91%，其中A₃，A₄和A₅增率显著高于A₁和A₂。SUBRAMAMAN等^[28]研究表明：全氮含量上升的原因可能是堆肥过程中非氮有机物矿化分解引起的干物质减少，蚯蚓分泌的黏液、酶和排放的含氮粪便，及堆制后期固氮菌的固氮作用。

有机碳的减少和总氮量的增加导致碳氮比的降低。PADMAVATHIAMMA等^[29]提出碳氮比小于20时的堆肥产品腐熟度是可以接受的，但是小于15更佳且适宜于农业应用。由表 5可知：本试验中堆肥结束后所有处理碳氮比均降低，降幅为9.47%~31.60%。A₃，A₄和A₅的碳氮比均小于15，且降幅最高，相比A₁和A₂有差异显著（P＜0.05）。

由表 5可知：经蚯蚓堆肥后，各处理全磷、全钾质量分数都增加。全磷、全钾质量分数的增加主要是由于有机质的矿化而使得磷、钾浓缩。这一结果与魏佳伦^[16]的研究结果相一致。起始的全磷质量分数为2.99~9.51 g·kg^-1，堆肥结束后的全磷质量分数为3.62~12.50 g·kg^-1，增加的百分率为18.94%~40.56%。全磷增加百分率为A₅最大，A₄次之，A₁~A₅间全磷增加百分率无显著性差异。各处理堆肥起始的全钾质量分数为6.94~13.25 g·kg^-1，堆肥结束后的全钾质量分数为8.14~16.02 g·kg^-1，增加的百分率为17.24%~28.32%，A₄的增加率最高，A₃次之。各处理间的增率无显著性差异。

由表 6可知：蚯蚓堆肥结束后各处理铁、铜、锌和锰的质量分数均增加。与全磷相同，各元素质量分数增加的原因主要是有机质的矿化，而使得堆肥的质量和体积下降，导致养分质量分数增加。

各处理起始的铁质量分数为2 526.59~3 732.00 mg·kg^-1，堆肥结束后的铁质量分数为2 783.08~ 3 750.03 mg·kg^-1，增加的百分率为0.48%~12.89%，其中A₄的铁增加量最高，与A₁和A₂相比差异显著。各处理起始的铜质量分数为19.75~27.59 mg·kg^-1，堆肥结束后的铜质量分数为23.49~32.18 mg·kg^-1，增加的百分率为16.65%~34.08%，A₄的铜增加量显著高于其他处理。A₃的铜增加量次之。各处理起始的锌质量分数为169.04~199.58 mg·kg^-1，堆肥结束后的锌为214.68~230.90 mg·kg^-1，增加的百分率为15.76%~32.76%，其中A₄的锌增加量最大，显著高于A₁和A₂。A₃的锌增加量次之。各处理起始的锰质量分数为176.17~221.98 mg·kg^-1，堆肥结束后的锰质量分数为196.97~236.41 mg·kg^-1，增加的百分率为6.69%~19.93%，其中A₄锰的增加量显著高于A₁，A₂次之。可能是由于处理后pH值的降低使得铁、铜、锌、锰元素有效性增加或微生物的活动加快了有机物的降解进而提高了微量元素质量分数，FERNÁNDEZ-GÓMEZ等^[30]的研究结果也表明可能是由于有机物矿化导致干物质减少从而提高了各元素质量分数。

发芽指数（I_G）是判断堆肥腐熟程度的指标之一。ZUCCONI等^[31]研究表明：I_G值大于50%时表明堆肥已基本腐熟，堆肥对种子基本无毒性。由图 3可知，蚯蚓堆肥结束后，处理A₃和A₄的I_G值大于50%，已基本腐熟。因此，适当配比的园林废弃物和蘑菇渣堆肥能够提高蚯蚓堆肥腐熟度。

Figure 3.  Effects of different treatments on germination index

利用‘大平2号’蚯蚓对园林绿化废弃物和蘑菇渣进行堆肥处理[园林废弃物+蘑菇渣（干质量比）]：A₂（75%+25%）和A₃（50%+50%）配比的堆肥蚯蚓生长和繁殖的最好，但蘑菇渣质量分数过高的A₄（25%+75%）和A₅（0%+100%）堆肥限制蚯蚓的生长，不利于蚯蚓卵的成长。

经过蚯蚓堆肥处理后，有机物料的养分质量分数均有显著变化。蚯蚓能显著提高A₃，A₄和A₅配比堆肥的氮素质量分数，因而显著降低A₃，A₄和A₅配比堆肥的碳氮比，A₃和A₄的养分（全钾、铜、锌）增加率最大，达到了腐熟标准，因此混合堆肥比园林绿化废弃物或蘑菇渣单一堆肥产品品质更好。

本试验中，蘑菇渣添加的比例过高可能会造成堆肥内电导率值偏高，所以实际生产中建议采取园林废弃物与蘑菇渣50%+50%的方式进行混合堆肥，并且将该堆肥产品用于低灵敏度植物的栽培基质，或者采用淋洗措施降低该堆肥产品基质的电导率后使用。