蚯蚓堆肥技術(shù)處理泔腳產(chǎn)物的還田效果評價

田印琪　鄒長武　信欣

摘要：分別添加體積比為0、10%、20%、30%、40%和50%的稻稈作為調(diào)理劑對泔腳進行蚯蚓堆肥處理，然后以堆肥產(chǎn)物中的總氮（TN）含量、總磷（TP）含量、總鉀（TK）含量、過氧化氫酶（CAT）活性4個指標和堆肥產(chǎn)物中種植小白菜1個月后的株高、葉面積指數(shù)、根長、干重及鮮重5個指標建立起評價指標體系，采用因子分析法結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)模型對添加不同比例稻稈調(diào)理劑的泔腳堆肥產(chǎn)物的還田效果進行評價。結(jié)果表明，當?shù)径捈尤氡壤秊?～30%時，堆肥產(chǎn)物的還田效果一直處于Ⅲ、Ⅳ級之間并無明顯變化；當?shù)径捈尤氡壤鲋?0%時，堆肥產(chǎn)物的還田效果提高到Ⅰ級；而繼續(xù)增加至50%時，綜合還田效果又降低為Ⅱ級。說明蚯蚓堆肥技術(shù)處理泔腳時加入40%的稻稈調(diào)理劑其堆肥產(chǎn)物還田效果最佳。

關(guān)鍵詞：蚯蚓堆肥技術(shù)；泔腳；稻稈；因子分析法；灰色關(guān)聯(lián)分析法；還田效果

中圖分類號：S144 文獻標識碼：A 文章編號：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

蚯蚓堆肥技術(shù)是近年發(fā)展起來的一項能耗低、投入少且可實現(xiàn)廢物資源化的有機固體廢物處理技術(shù)，已經(jīng)在多種有機生活垃圾處理中得到應(yīng)用[1-3]。目前蚯蚓堆肥技術(shù)處理有機固體廢物的副產(chǎn)物大多被用于還田處理，但對其還田效果的全面評價卻并未開展。已有研究表明，蚯蚓堆肥技術(shù)處理有機固體廢物過程中蚯蚓可對有機固體垃圾進行吞食，利用自身的酶及協(xié)同的微生物將垃圾分解轉(zhuǎn)化以達到無害化的目的[4]；垃圾經(jīng)蚯蚓堆肥處理后N、P等營養(yǎng)元素水溶性更好，更易被植物吸收[5]。Gómez等[6]用蚯蚓堆肥法處理番茄莖與造紙污泥1∶1的混合物，發(fā)現(xiàn)堆肥的碳氮比顯著下降，微生物活性增強，種子發(fā)芽率指數(shù)達100%以上。因此，綜合這些研究對蚯蚓堆肥技術(shù)處理有機固體廢物的副產(chǎn)物還田效果進行全面評價，可為其還田處理奠定基礎(chǔ)。

蚯蚓堆肥技術(shù)處理的有機垃圾種類較多，筆者所在課題組前期已經(jīng)對該技術(shù)處理泔腳的效果進行了一定的研究[7，8]，故本研究以蚯蚓堆肥技術(shù)處理泔腳的副產(chǎn)物作為研究對象，對添加不同比例水稻秸稈調(diào)理劑的堆肥副產(chǎn)物的還田效果進行綜合評價。土壤肥力或堆肥產(chǎn)物還田效果的評價采用單一指標難以反映其真實情況，通常會建立多元評價體系對其進行綜合評價[9-12]，綜合前人的研究，本研究選擇堆肥產(chǎn)物中的營養(yǎng)元素水平、微生物活性指標和堆肥產(chǎn)物中種植植物的生長狀況等建立評價指標體系。在評價方法的選擇上，由于還田效果、土壤質(zhì)量的優(yōu)劣屬于灰色問題，而灰色關(guān)聯(lián)評價法是一種劃分幅度小、精度高的綜合評價方法[13-15]，并且已經(jīng)在肥力評價中得到廣泛應(yīng)用[16-18]，因此本研究選用灰色關(guān)聯(lián)評價法。但是，已有的堆肥產(chǎn)物還田效果評價研究大部分都是直接基于層次分析法、判斷矩陣法[16]對評價體系中的指標劃分權(quán)重，而未仔細討論指標篩選對評價結(jié)果造成的影響。事實上，評價指標需具有一定代表性，并非越多越好[13]。因此，本研究首先采用因子分析法對添加不同比例稻稈的泔腳蚯蚓堆肥還田效果評價體系進行降維，優(yōu)選出代表性的指標，然后才利用優(yōu)選出的指標體系采用灰色關(guān)聯(lián)模型對還田效果進行評價，嘗試從副產(chǎn)物還田效果角度優(yōu)選出蚯蚓堆肥技術(shù)處理泔腳中稻稈的最佳添加比例。

1 材料與方法

1.1 評價指標體系的建立

影響蚯蚓堆肥技術(shù)處理泔腳副產(chǎn)物還田效果的因素主要包括堆肥產(chǎn)物中的營養(yǎng)元素水平、微生物活性指標和堆肥產(chǎn)物中種植植物的生長狀況等，因此選擇堆肥產(chǎn)物中的總氮（TN）含量、總磷（TP）含量、總鉀（TK）含量、過氧化氫酶（CAT）活性以及堆肥產(chǎn)物中種植小白菜1個月后其株高、葉面積指數(shù)、根長、干重和鮮重共9個指標建立副產(chǎn)物還田效果評價指標體系。

1.2 評價指標數(shù)據(jù)測定

1.2.1 蚯蚓堆肥技術(shù)處理泔腳及副產(chǎn)物還田試驗 以紅磚砌成邊長為37.6 cm正方體容器6個，內(nèi)壁由紗網(wǎng)圍繞防止蚯蚓逃逸，分別加入含0、10%、20%、30%、40%和50%（體積比）的稻稈和泔腳的混合基質(zhì)28.3 L，其上鋪約10 cm的篩除蚓繭的土壤作為緩沖層，每個容器加入50條質(zhì)量相當?shù)某赡牝球鹃_始進行堆肥。堆肥55 d后混合基質(zhì)基本腐熟[8]，得到堆肥產(chǎn)物，取樣對其中TN含量、TP含量、TK含量、CAT活性進行測定，然后在陰涼處放置一周[19]，調(diào)節(jié)產(chǎn)物濕度，種植16顆小白菜種子以模擬還田，每天澆水，1個月后測定小白菜的株高、葉面積指數(shù)、根長、干重和鮮重。

1.2.2 指標測定方法 堆肥產(chǎn)物所取鮮樣用于測定CAT活性，鮮樣烘干所得干樣再經(jīng)硫酸-過氧化氫消煮所得消煮液用來測定TN、TP、TK含量[8]。CAT活性的測定采用容量法，利用高錳酸鉀進行滴定[7]。TN含量測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636-2012）；TP含量測定采用鉬酸銨分光光度法（GB 11893-89）；TK含量測定采用有機無機復(fù)混肥料測定方法中的總鉀含量（GB/T 17767.3-2010）測定。小白菜葉面積指數(shù)是用直尺測量其葉片葉長及最大葉寬，并由式（1）確定。小白菜株高、根長用直尺測定；小白菜鮮重是取干凈的小白菜植株直接稱重；小白菜干重是將小白菜植株在65 ℃烘干至恒重后稱重。

2 結(jié)果與分析

進行因子分析時采用主成分分析法實現(xiàn)TN含量（x1）、TP含量（x2）、TK含量（x3）、CAT活性（x4）、小白菜株高（x5）、葉面積指數(shù)（x6）、根長（x7）、小白菜干重（x8）及鮮重（x9）等9個還田效果評價指標的信息重組，提取出的各因子的特征根、方差貢獻率及累積貢獻率如表2所示。從表2可以看出，提取出的前3個因子的方差累積貢獻率達到90.651%，已經(jīng)能夠代表所有9個還田效果評價指標反映的主要信息，因此，選擇這3個因子作為主成分進行還田效果評價。

采用方差最大正交旋轉(zhuǎn)進行正交旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)5次后迭代收斂，得到3個主成分的成分矩陣及得分系數(shù)矩陣如表3所示。由表3可以看出，第一個主成分的高貢獻指標為株高、葉面積指數(shù)及植株干重、鮮重，可解釋小白菜的地上生長情況；第二個主成分的高貢獻指標為TP含量、CAT活性及根長，可反映小白菜的根系生長水平；第三個主成分的高貢獻指標為TN含量及TK含量，可反映小白菜的新陳代謝水平。

將得分系數(shù)代入式（4）計算出各試驗組的主成分得分如表4所示，可以得到劃分的灰色關(guān)聯(lián)評價標準如表5所示。

將各試驗組主成分得分代入灰色關(guān)聯(lián)模型，計算出與各評價等級之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，所得結(jié)果如表6所示。由表6可以看出，各組別的還田效果分別為較好、較好、一般、較好、極好和好。由此可見，當?shù)径捈尤氡壤?～30%時，泔腳蚯蚓堆肥副產(chǎn)物的綜合還田效果在一般與較好之間浮動，對稻稈的刺激不敏感；當?shù)径捈尤氡壤秊?0%時，泔腳蚯蚓堆肥副產(chǎn)物的還田效果最好；當進一步加大稻稈加入比例到50%時，泔腳蚯蚓堆肥副產(chǎn)物的還田效果又開始下降。周文新等[20]用稻草單獨還田，研究了其微生物學(xué)過程，結(jié)果表明適中水平的稻稈還田后土壤細菌數(shù)量顯著高于較低和較高水平的稻稈還田，本研究中加入不同量稻稈的泔腳蚯蚓堆肥副產(chǎn)物的還田效果變化趨勢與其類似。

3 結(jié)論

在本研究條件下，當?shù)径捈尤氡壤秊?0%時，泔腳蚯蚓堆肥副產(chǎn)物的綜合還田效果最好。試驗證明，因子分析-灰色關(guān)聯(lián)評價法應(yīng)用于泔腳蚯蚓堆肥副產(chǎn)物的綜合還田效果評價是可行的。

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