蚯蚓堆肥技术处理泔脚产物的还田效果评价

田印琪　邹长武　信欣

摘要：分别添加体积比为0、10%、20%、30%、40%和50%的稻秆作为调理剂对泔脚进行蚯蚓堆肥处理，然后以堆肥产物中的总氮（TN）含量、总磷（TP）含量、总钾（TK）含量、过氧化氢酶（CAT）活性4个指标和堆肥产物中种植小白菜1个月后的株高、叶面积指数、根长、干重及鲜重5个指标建立起评价指标体系，采用因子分析法结合灰色关联模型对添加不同比例稻秆调理剂的泔脚堆肥产物的还田效果进行评价。结果表明，當稻秆加入比例为0～30%时，堆肥产物的还田效果一直处于Ⅲ、Ⅳ级之间并无明显变化；当稻秆加入比例增至40%时，堆肥产物的还田效果提高到Ⅰ级；而继续增加至50%时，综合还田效果又降低为Ⅱ级。说明蚯蚓堆肥技术处理泔脚时加入40%的稻秆调理剂其堆肥产物还田效果最佳。

关键词：蚯蚓堆肥技术；泔脚；稻秆；因子分析法；灰色关联分析法；还田效果

中图分类号：S144 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2018）03-0041-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.03.010

Abstract： Byproduct from hogwash was treated by vermicomposting with different volume proportion （0，10%，20%，30%，40%，50%） of rice straws as amendments firstly，and then the evaluation index system was established with Total N（TN） content，total P（TP） content，total K（TK） content，catalase （CAT） activity，plant height，leaf area index，root length，dry weight and fresh weight of plant as evaluation indexes. Factor analysis combined with gray correlation model was employed to evaluate the fertilizer effect of byproduct from hogwash. The results indicated that the fertilizer effect of byproduct from hogwash had been fluctuating between level Ⅲ or level Ⅳ without obviously change when rice straws were added to 0～30%，while fertilizer effect was increased to levelⅠwith 40% rice straws content. However，the fertilizer effect was decreased to levelⅡ when the addition of rice straws continued to increase to 50%. The results concluded that when 40% of rice straws as amendments，fertilizer effect of byproduct from hogwash reached the best performance.

Key words： vermicomposting technology； hogwash waste； rice straws； factor analysis； gray correlation model； fertilizer effect

蚯蚓堆肥技术是近年发展起来的一项能耗低、投入少且可实现废物资源化的有机固体废物处理技术，已经在多种有机生活垃圾处理中得到应用[1-3]。目前蚯蚓堆肥技术处理有机固体废物的副产物大多被用于还田处理，但对其还田效果的全面评价却并未开展。已有研究表明，蚯蚓堆肥技术处理有机固体废物过程中蚯蚓可对有机固体垃圾进行吞食，利用自身的酶及协同的微生物将垃圾分解转化以达到无害化的目的[4]；垃圾经蚯蚓堆肥处理后N、P等营养元素水溶性更好，更易被植物吸收[5]。Gómez等[6]用蚯蚓堆肥法处理番茄茎与造纸污泥1∶1的混合物，发现堆肥的碳氮比显著下降，微生物活性增强，种子发芽率指数达100%以上。因此，综合这些研究对蚯蚓堆肥技术处理有机固体废物的副产物还田效果进行全面评价，可为其还田处理奠定基础。

蚯蚓堆肥技术处理的有机垃圾种类较多，笔者所在课题组前期已经对该技术处理泔脚的效果进行了一定的研究[7，8]，故本研究以蚯蚓堆肥技术处理泔脚的副产物作为研究对象，对添加不同比例水稻秸秆调理剂的堆肥副产物的还田效果进行综合评价。土壤肥力或堆肥产物还田效果的评价采用单一指标难以反映其真实情况，通常会建立多元评价体系对其进行综合评价[9-12]，综合前人的研究，本研究选择堆肥产物中的营养元素水平、微生物活性指标和堆肥产物中种植植物的生长状况等建立评价指标体系。在评价方法的选择上，由于还田效果、土壤质量的优劣属于灰色问题，而灰色关联评价法是一种划分幅度小、精度高的综合评价方法[13-15]，并且已经在肥力评价中得到广泛应用[16-18]，因此本研究选用灰色关联评价法。但是，已有的堆肥产物还田效果评价研究大部分都是直接基于层次分析法、判断矩阵法[16]对评价体系中的指标划分权重，而未仔细讨论指标筛选对评价结果造成的影响。事实上，评价指标需具有一定代表性，并非越多越好[13]。因此，本研究首先采用因子分析法对添加不同比例稻秆的泔脚蚯蚓堆肥还田效果评价体系进行降维，优选出代表性的指标，然后才利用优选出的指标体系采用灰色关联模型对还田效果进行评价，尝试从副产物还田效果角度优选出蚯蚓堆肥技术处理泔脚中稻秆的最佳添加比例。

1 材料與方法

1.1 评价指标体系的建立

影响蚯蚓堆肥技术处理泔脚副产物还田效果的因素主要包括堆肥产物中的营养元素水平、微生物活性指标和堆肥产物中种植植物的生长状况等，因此选择堆肥产物中的总氮（TN）含量、总磷（TP）含量、总钾（TK）含量、过氧化氢酶（CAT）活性以及堆肥产物中种植小白菜1个月后其株高、叶面积指数、根长、干重和鲜重共9个指标建立副产物还田效果评价指标体系。

1.2 评价指标数据测定

1.2.1 蚯蚓堆肥技术处理泔脚及副产物还田试验 以红砖砌成边长为37.6 cm正方体容器6个，内壁由纱网围绕防止蚯蚓逃逸，分别加入含0、10%、20%、30%、40%和50%（体积比）的稻秆和泔脚的混合基质28.3 L，其上铺约10 cm的筛除蚓茧的土壤作为缓冲层，每个容器加入50条质量相当的成年蚯蚓开始进行堆肥。堆肥55 d后混合基质基本腐熟[8]，得到堆肥产物，取样对其中TN含量、TP含量、TK含量、CAT活性进行测定，然后在阴凉处放置一周[19]，调节产物湿度，种植16颗小白菜种子以模拟还田，每天浇水，1个月后测定小白菜的株高、叶面积指数、根长、干重和鲜重。

1.2.2 指标测定方法 堆肥产物所取鲜样用于测定CAT活性，鲜样烘干所得干样再经硫酸-过氧化氢消煮所得消煮液用来测定TN、TP、TK含量[8]。CAT活性的测定采用容量法，利用高锰酸钾进行滴定[7]。TN含量测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ 636-2012）；TP含量测定采用钼酸铵分光光度法（GB 11893-89）；TK含量测定采用有机无机复混肥料测定方法中的总钾含量（GB/T 17767.3-2010）测定。小白菜叶面积指数是用直尺测量其叶片叶长及最大叶宽，并由式（1）确定。小白菜株高、根长用直尺测定；小白菜鲜重是取干净的小白菜植株直接称重；小白菜干重是将小白菜植株在65 ℃烘干至恒重后称重。

2 结果与分析

进行因子分析时采用主成分分析法实现TN含量（x1）、TP含量（x2）、TK含量（x3）、CAT活性（x4）、小白菜株高（x5）、叶面积指数（x6）、根长（x7）、小白菜干重（x8）及鲜重（x9）等9个还田效果评价指标的信息重组，提取出的各因子的特征根、方差贡献率及累积贡献率如表2所示。从表2可以看出，提取出的前3个因子的方差累积贡献率达到90.651%，已经能够代表所有9个还田效果评价指标反映的主要信息，因此，选择这3个因子作为主成分进行还田效果评价。

采用方差最大正交旋转进行正交旋转，旋转5次后迭代收敛，得到3个主成分的成分矩阵及得分系数矩阵如表3所示。由表3可以看出，第一个主成分的高贡献指标为株高、叶面积指数及植株干重、鲜重，可解释小白菜的地上生长情况；第二个主成分的高贡献指标为TP含量、CAT活性及根长，可反映小白菜的根系生长水平；第三个主成分的高贡献指标为TN含量及TK含量，可反映小白菜的新陈代谢水平。

将得分系数代入式（4）计算出各试验组的主成分得分如表4所示，可以得到划分的灰色关联评价标准如表5所示。

将各试验组主成分得分代入灰色关联模型，计算出与各评价等级之间的关联系数，所得结果如表6所示。由表6可以看出，各组别的还田效果分别为较好、较好、一般、较好、极好和好。由此可见，当稻秆加入比例在0～30%时，泔脚蚯蚓堆肥副产物的综合还田效果在一般与较好之间浮动，对稻秆的刺激不敏感；当稻秆加入比例为40%时，泔脚蚯蚓堆肥副产物的还田效果最好；当进一步加大稻秆加入比例到50%时，泔脚蚯蚓堆肥副产物的还田效果又开始下降。周文新等[20]用稻草单独还田，研究了其微生物学过程，结果表明适中水平的稻秆还田后土壤细菌数量显著高于较低和较高水平的稻秆还田，本研究中加入不同量稻秆的泔脚蚯蚓堆肥副产物的还田效果变化趋势与其类似。

3 结论

在本研究条件下，当稻秆加入比例为40%时，泔脚蚯蚓堆肥副产物的综合还田效果最好。试验证明，因子分析-灰色关联评价法应用于泔脚蚯蚓堆肥副产物的综合还田效果评价是可行的。

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