生物炭對牛糞-酒糟-園林廢棄物聯(lián)合蚯蚓堆肥進程及重金屬鈍化的影響

關鍵詞：玉米芯生物炭；重金屬；赤子愛勝蚯蚓；細菌群落結構；同林廢棄物

近年來隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的畜禽糞便等有機廢棄物也急劇增加，由于其未能及時無害化、資源化處理，已成為農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源之一，對生態(tài)環(huán)境造成了巨大威脅。根據(jù)第二次全國污染源普查統(tǒng)計，僅2019年全國畜禽糞污排放量就達到30.5億t，但其資源利用率卻不足60%。同時，畜禽糞便含有豐富的有機質和植物所必需的大量和微量營養(yǎng)元素，亦是一種具有極高價值的生物質資源。因此，我國產(chǎn)生的大量畜禽養(yǎng)殖糞便亟待無害化處理和資源化利用。蚯蚓堆肥是在適宜C/N、pH值、水分含量等條件下，利用蚯蚓和微生物的協(xié)同作用將有機廢棄物降解轉化為富含腐殖質和營養(yǎng)物質的產(chǎn)物的處理技術。近年來，蚯蚓堆肥技術由于生態(tài)友好、成本低、附加值高，在有機廢物處理方面受到世界各國的關注。

畜禽糞便常殘留有多種重金屬，袁凱等研究分析發(fā)現(xiàn)，我國豬、牛、羊以及家禽糞便中重金屬超標以Cu和Zn為主。蚯蚓堆肥過程可固定和鈍化重金屬，在堆體堆肥過程中蚯蚓可通過自身吸附降低重金屬含量，同時蚯蚓通過挖掘、吞食和排泄活動能促進腐殖化過程，生成的大量腐殖質可與重金屬絡合降低重金屬生物有效性。但傳統(tǒng)蚯蚓堆肥通常難以達到充分腐熟，重金屬鈍化效果不顯著，長期施用極易造成重金屬通過食物鏈累積，進而引起人體健康損害。在堆肥系統(tǒng)中添加合適的外源性輔助劑是提高堆肥產(chǎn)品腐熟度和安全性的有效手段之一。生物炭是富碳生物質在低氧或無氧條件下緩慢熱解生成的穩(wěn)定產(chǎn)物，其具有巨大比表面積、發(fā)達孔隙結構和豐富表面官能團（羧基、酚基、羥基、羰基、醌基等），作為一種安全、高效外源添加材料被廣泛應用于不同廢棄物堆肥處理過程。如劉龍等發(fā)現(xiàn)，豬糞好氧堆肥中添加棉稈生物炭可以延長堆體高溫期，增加堆體持水性，提高最終堆體氮、磷營養(yǎng)元素含量和腐熟度。李思敏等證明在脫水污泥堆肥材料中加入水稻秸稈生物炭能夠提高最終堆肥腐殖化程度。李太魁等發(fā)現(xiàn)豬糞堆肥過程添加小麥秸稈生物炭能夠顯著降低氨氣揮發(fā)，促進NH4-N向N03-N轉化，減少氮素損失。王義祥等同樣指出在豬糞堆肥過程添加花生殼生物炭能夠顯著降低溫室氣體C02、CH4和N20排放。闞澤鑫等發(fā)現(xiàn)豬糞一小麥秸稈好氧堆肥中添加奶牛糞生物炭后，最終堆肥產(chǎn)物總養(yǎng)分（N、P、K）增加16.1%-28.1%，腐植酸含量提高5.2%-13.5%，有效態(tài)Cu、Zn、Pb、Cd．Cr、As和Ni含量降低12.8%-34.8%?，F(xiàn)階段，雖然眾多研究表明生物炭在好氧堆肥中具有積極作用，但生物炭在蚯蚓堆肥過程的應用研究相對較少，對不同生物炭在提升堆肥品質和鈍化重金屬方面的作用效果缺乏了解。

在進行蚯蚓堆肥時，由于畜禽糞便成分具有高氮、低碳特點，常與高碳、低氮材料（綠化廢棄物、秸稈等）混合以調節(jié)堆肥材料至適宜C/N，同時多種材料共同堆肥還具有調節(jié)堆肥材料pH、水分含量、通氣性，降低有害成分含量，共享處理設備、場地，節(jié)約處理成本等優(yōu)勢。因此，本研究擬以牛糞、酒糟、園林廢棄物為原料，研究3種生物炭（竹炭、木屑生物炭和玉米芯生物炭）添加對蚯蚓堆肥過程中理化性質變化、重金屬含量和賦存形態(tài)特征、細菌群落組成結構的影響，以期為生物炭在農(nóng)業(yè)廢棄物蚯蚓堆肥中的應用提供理論基礎和數(shù)據(jù)參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗在西南科技大學校內試驗溫室進行。堆肥發(fā)酵原料為園林廢棄物、酒糟和牛糞。園林廢棄物采集自西南科技大學校園龍山綠化廢棄物處理中心，由校園內綠化養(yǎng)護產(chǎn)生的樹枝修剪物、植物自然凋落物組成，預先采用粉碎機粉碎為粒徑小于0.5cm的顆粒。白酒酒糟采集自綿陽市涪城區(qū)青義鎮(zhèn)某釀酒廠，為玉米和高粱混合殘渣。風干牛糞采集自綿陽市安州區(qū)雎水鎮(zhèn)某家庭養(yǎng)牛場。

3種生物炭為竹炭、木屑生物炭、玉米芯生物炭，均在缺氧條件下，500℃左右熱裂解2h制得，使用前研磨過80目篩備用。

試驗用蚯蚓品種為愛勝蚓（Eiseniafoetida），購自于綿陽市安州區(qū)雎水鎮(zhèn)某蚯蚓養(yǎng)殖基地。試驗選取質量為275-384mg、體長6-10cm、生物活性較高，具有生殖環(huán)的成年蚯蚓進行堆肥。本實驗供試原料基本理化性質見表1。

1.2試驗設計

試驗共設置4個處理：（1）CK，空白對照；（2）BB，添加竹炭；（3）CB，添加玉米芯生物炭；（4）WB，添加木屑生物炭。每個處理設置3個重復。將園林廢棄物、酒糟和牛糞3種原材料按照1：1：1（質量比）配比混合均勻后，取3kg（干質量）混合均勻材料置于圓柱形塑料堆肥反應桶中（直徑25cm，高27cm，反應桶底部設置2個直徑1cm滲濾液孔用以排除多余水分，并鋪設1mm尼龍網(wǎng)以防止蚯蚓逃逸），按照試驗設計加入不同類型生物炭。根據(jù)本課題組前期研究，選取生物炭添加比例為堆肥原材料干質量的5%，即0.15kg。通過添加蒸餾水調節(jié)堆肥材料含水率至60%，并在整個試驗過程中通過定期稱量加水保持堆肥材料含水率保持在此水平。

堆肥材料首先進行14d預堆肥，以使材料初步降解，提高堆肥材料的適口性，同時避免初期材料產(chǎn)生高溫不利于蚯蚓生存。預堆肥結束后，每個堆肥反應桶加入按100條·kg-1密度加入300條赤子愛勝（Eise-niafetida）蚯蚓，進行蚯蚓堆肥。試驗過程所有處理管理方法保持一致。

分別于蚯蚓堆肥試驗開始后第0、15、30、45天和60天翻堆時進行采樣。采樣時，從堆體材料上層、中層和下層，每層選取3個點，共9個點進行取樣。通過人工篩選方法，將樣品材料中蚯蚓和蚯蚓卵選出，并放返堆肥反應桶。采集約200 9堆肥樣品混合均勻后，分為兩份，一份堆肥樣品置于-80℃用于DNA提取，進行微生物群落結構分析；另一份堆肥樣品風干后粉碎過100目篩，用于pH、電導率（EC）、總有機碳（TOC）、全氮（TN）、硝態(tài)氮（N03-N）、腐植酸（HA）和發(fā)芽指數(shù)（GI）等指標和重金屬（Cu和Zn）的總量及其形態(tài)測定。

1.3分析方法

1.3.1理化性質測定

TOC含量采用重鉻酸鉀容量法一稀釋加熱法測定，TN含量采用凱氏定氮法測定，HA含量采用焦磷酸鈉浸提一重鉻酸鉀容量法測定，具體測定步驟參照鮑士旦《土壤農(nóng)化分析（第三版）》。N03-N含量采用2mol·L-1 KCl振蕩提取后，采用紫外分光光度計法測定。C/N值由TOC和TN測定結果計算而得。

pH、EC值和GI測定：將風干堆肥樣品與去離子水按照1：10（固液比）比例混勻后，在振蕩機上以200r·min-1往復振蕩1h，立即用定量濾紙過濾，獲得待測浸提液。浸提液pH和EC值分別用PHS-3C型pH計和DDS-IIA型電導率儀進行測定。GI測定參照《有機肥料：NY/T 525-2021》標準方法，在墊有濾紙的9cm玻璃培養(yǎng)皿中加入10mL浸提液，均勻放入20粒小白菜種子，以去離子水處理為空白對照。將培養(yǎng)皿放于恒溫培養(yǎng)箱25℃黑暗培養(yǎng)48h后，統(tǒng)計白菜種子發(fā)芽率并測定根長，按照以下公式計算：種子發(fā)芽指數(shù)（%）=（樣品浸提液發(fā)芽率×樣品浸提液根長）／（空白對照發(fā)芽率×空白對照根長）X100%。

重金屬（Cu和Zn）的總量及其形態(tài)分級采用BCR連續(xù)提取法提取，采用原子吸收光譜儀（AA700，美國PE儀器公司）定量分析堆肥樣品各重金屬形態(tài)的含量。重金屬各形態(tài)分配率及有效態(tài)鈍化率分別由下式計算：①分配率=不同形態(tài)重金屬質量分數(shù)／該重金屬總質量分數(shù)×100%；②鈍化率（有效態(tài)）=（堆前分配率一堆后分配率）／堆前分配率X100%。

1.3.2 DNA提取和微生物高通量測序分析

本研究委托上海派森諾生物科技股份有限公司進行16S rRNA高通量測序。首先，使用OMEGA SoilDNA Kit（D5635-02）（Omega Bio-Tek， Norcross， GA，美國）試劑盒提取堆肥樣品微生物總DNA。并對提取獲得的DNA質量和濃度使用0.8%瓊脂糖凝膠電泳和Nanodrop2000光譜儀進行測定。之后，采用細菌通用引物338F（5’-ACTCCTACGGGAGGCAG-CAG-3'）和806R（5’-GGACTACHVGGGTWTCTA-AT-3’）擴增16S rDNA V3-V4高變區(qū)序列，然后在Il—lumina NovaSeq機器上利用NovaSeq 6000 SP ReagentKit（500 cycles）進行2x250bp的雙端測序。使用QI-IME2管道對原始測序數(shù)據(jù)進行處理和分析，以獲得擴增子序列變異體（ASV）征性序列及豐度數(shù)據(jù)表格。最后，通過Greengenes 13.8數(shù)據(jù)庫，將ASV特征序列與數(shù)據(jù)庫中的參考序列相比對，基于99%相似性水平，獲取每個ASV所對應的分類學信息。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用單因素方差分析（One-way ANOVA）和Dun-can多重比較進行不同處理組堆肥理化性質、重金屬總量、重金屬形態(tài)分布和微生物差異分析，并在分析前對數(shù)據(jù)進行正態(tài)性分布分析和方差齊性檢驗，顯著性水平定為Plt;0.05。采用皮爾遜相關系數(shù)法（Pear-son）進行相關分析。數(shù)據(jù)整理和分析采用Excel 2019和SPSS 22.0軟件。繪圖采用Origin 2022軟件。

2結果與討論

2.1蚯蚓堆肥理化性質變化

2.1.1 pH和EC值變化

在堆肥過程中，對照組CK和添加生物炭的WB、BB和CB處理組具有相似的pH變化趨勢，均表現(xiàn)為前期快速上升后期緩慢下降（圖1a）。堆肥前期pH上升，可能是由于含氮有機化合物分解產(chǎn)生NH3積累導致，而堆肥后期氨氣不斷揮發(fā)逸出、氨化作用減弱以及產(chǎn)生大量無機酸、有機酸，因而導致堆體pH下降。堆肥結束時CK、WB、BB和CB處理堆體的pH分別為7.86、8.12．8.03和8.08，均達到腐熟堆肥pH值在8.0-9.0的標準要求。

EC值反映堆肥過程中可溶性鹽離子濃度的變化，如圖1b所示，所有處理堆體EC值變化趨勢大體一致，均隨著堆肥時間增加逐漸升高。堆肥結束時，對照CK和添加生物炭的WB、BB和CB處理堆體EC值分別為1809、2150、2329uS·cm-1和2593uS．cm-1。本試驗所有處理堆肥結束時EC值均小于4.0mS·cm-1，達到腐熟標準，施用時對農(nóng)作物無毒害作用。不同處理之間，WB、BB和CB處理堆體最終EC值顯著高于對照CK，說明3種生物炭添加提高了蚯蚓堆肥最終堆體可溶性鹽離子濃度。這一現(xiàn)象可能原因是3種生物炭添加提高微生物和蚯蚓活性，促進有機質降解，進而提高堆體可溶性鹽離子含量。

2.1.2 TOC、TN、N03-N和HA含量的變化

在整個堆肥過程中，所有處理堆體TOC含量總體呈下降趨勢（圖2a）。堆肥結束時，CK、WB、BB和CB處理組TOC含量分別為328.80、320.44、312.12g·kg-1和299.05g·kg-1。不同處理之間，WB（32.34%）、BB（31.70%）和CB（33.26%）處理組TOC降解率顯著（Plt;0.05）高于CK（24.26%）。試驗結果表明，WB、BB和CB3種生物炭添加有助于提高堆體有機質降解，可能原因是生物炭的多孔結構和巨大比表面積能夠為微生物的生長、繁殖提供有利的條件，提高微生物活性；同時，生物炭可以改善堆肥微環(huán)境，如增加材料孔隙度、降低容重、增加持水力、吸附有害物質等，有利于蚯蚓生長和活動，進而提高有機質分解效率。

在整個堆肥過程中，所有處理堆體TN含量整體呈現(xiàn)上升趨勢（圖2b）。堆體TN含量上升主要原因是富集濃縮效應，即堆肥過程有機質分解礦化導致堆體質量減少，其減少的速度比氮素減少的速度更快，致使堆肥后堆體TN質量分數(shù)因被濃縮而增加。此外，蚯蚓堆肥過程蚯蚓分泌黏液、脫落組織和死亡個體也將引起堆體全氮含量提高。堆肥結束時，CK、WB、BB和CB處理組TN含量分別為24.84、27.50、28.01g·kg-1和28.13g·kg-1。不同處理之間，WB、BB和CB處理組TN增加顯著（Plt;0.05），相比CK分別提高10.72%、13.00%和13.20%。試驗結果表明，WB、BB和CB 3種生物炭添加有助于提高堆體TN含量，可能原因是3種生物炭添加能改善堆體通氣狀況，減少厭氧環(huán)境，從而抑制反硝化菌作用，減少氮以N20形式損失。此外，生物炭能為微生物的活動提供附著點，有利于微生物作用下將無機氮轉變成穩(wěn)定性更高的腐殖質態(tài)有機氮，進而減少氮損失。

在整個堆肥過程中，N03-N的含量變化如圖2c所示，所有處理堆體N03-N含量變化趨勢基本一致，均表現(xiàn)為前期緩慢增加，而后期急劇提高。N03-N含量這一變化趨勢可能原因是堆肥前期有機氮的分解產(chǎn)生大量NH3強烈抑制了硝化細菌活性，而隨著堆肥進行NH3含量減少，硝化細菌活性提高，硝化作用增強，加速NH4-N轉化為N03-N，堆體N03-N含量快速升高。堆肥結束時，CK、WB、BB和CB的N03-N含量分別為452.84、695.79、683.33mg·kg-1和644.74mg·kg-1，生物炭添加處理組的N03-N含量顯著高于對照。相比于對照，WB、BB和CB處理組的N03-N含量分別提高54.29%、50.49%和41.91%。試驗結果表明，WB、BB和CB3種生物炭的添加有助于提高堆體N03-N含量。這一結果的可能原因是生物炭多孔結構改善堆肥通氣供氧條件，進而提高硝化細菌活性，增強蚯蚓堆肥過程堆體中硝化作用，最終增加堆肥N03-N含量。此外，本研究結果（圖4）表明WB、BB和CB 3種生物炭的添加可以降低蚯蚓堆肥過程反硝化Devosia菌屬相對豐度，因而降低堆體中N03-N通過反硝化作用以N20形式損失。

在整個堆肥過程中，HA含量變化如圖2d所示，所有處理堆體HA含量呈現(xiàn)逐漸增加趨勢，從開始的22.32-23.38g·kg-1增加到結束時的73.10-97.45g·kg-1，整個過程增加了3.25-4.24倍。堆肥結束時，WB、BB和CB處理組的HA含量顯著高于對照，HA含量分別提高33.44%、26.22%和28.29%。試驗結果表明，WB、BB和CB 3種生物炭的添加有助于蚯蚓堆肥過程腐殖質的形成，這與Liu等的研究結果相一致。Zhang等研究證實生物炭添加可以調節(jié)堆肥過程中微生物群落結構和代謝特征，有效促進腐殖質的合成。本研究結果（圖4）同樣證實，WB、BB和CB 3種生物炭的添加提高了蚯蚓堆肥過程Actinomadura、Ac-tinotalea、Truepera、Bacillus、Ilumatobacter和Saccharo-monospora等具有降解木質纖維素等大分子有機物的能力和參與腐殖質合成的微生物豐度。同時，Wang等研究證明生物炭表面化學氧化和其對腐殖質形成前體物質的吸附作用可以加速高分子量芳香族聚合物腐殖質的形成。

2.1.3 C/N值和GI的變化

C/N值是判斷堆肥腐熟度的重要指標之一，C/N值越低代表堆肥的腐熟程度越高。農(nóng)業(yè)應用上，堆肥C/N值低于15，即認為其達到腐熟狀態(tài)，可安全應用。在整個堆肥過程中，所有堆肥處理堆體C/N比值均呈持續(xù)下降趨勢（圖3a）。堆肥結束時，CK、WB、BB和CB處理組C/N值分別為13.23、11.17、11.02和10.76，均達到腐熟標準。同時，相比對照添加3種生物炭顯著（Plt;0.05）降低堆肥C/N值，表明WB、BB和CB添加能夠顯著提高堆肥腐熟度。

GI是衡量堆肥腐熟度的另一重要指標，一般認為堆肥GIgt;80%，堆肥就達到腐熟，施用時對植物無毒害作用。在整個堆肥過程中，所有處理堆體GI呈逐漸上升趨勢。堆肥結束時，CK、WB、BB和CB處理組GI分別為88.80%、99.07%、104.07%和107.9%，均超過腐熟堆肥要求限值標準。不同處理之間，生物炭添加處理WB、BB和CB的堆肥GI值顯著（Plt;0.05）高于對照，表明3種生物炭添加均可以顯著提高蚯蚓堆肥的腐熟度。

2.2蚯蚓堆肥微生物群落結構變化

由表2可見，在整個堆肥過程中各處理的Cover-age指數(shù)在98.33%-99.02%之間，說明測序結果能較好反映不同堆肥樣品細菌群落的真實情況。Chaol和Shannon指數(shù)分別反映了細菌群落的豐富度和多樣性，Chaol和Shannon數(shù)值越大．意味著細菌群落豐富度和多樣性越高。在整個堆肥過程，WB、BB和CB處理組細菌Chaol指數(shù)和Shannon指數(shù)呈先升高后降低趨勢，而CK處理組細菌Chaol指數(shù)和Shannon指數(shù)則呈先降低再升高趨勢。WB、BB和CB處理組細菌Chaol指數(shù)和Shannon指數(shù)在第30和45天高于CK處理組，特別是BB處理具有最高的細菌Chaol指數(shù)（5335.61）和Shannon指數(shù)（10.76）。由結果可見，3種生物炭添加均提高了蚯蚓堆肥中期細菌群落豐度和多樣性，特別是竹炭添加效果最顯著。本研究結果生物炭添加可以提高堆肥中細菌群落的多樣性及豐富度，這與前人的研究一致，可能原因是生物炭獨特的多孔結構能夠為堆肥細菌提供有利柄息繁殖地，并能改善堆肥理化性質，其含有豐富的營養(yǎng)物質可為微生物提供養(yǎng)分；同時，生物炭表面的眾多活性官能團可促進微生物種間的電子傳遞從而提高微生物的代謝活動。蚯蚓堆肥過程中，CK、WB、BB和CB處理在門水平上的細菌群落結構組成如圖4a所示。在所有處理中占據(jù)主導地位的優(yōu)勢菌門分別為變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）和厚壁菌門（Firmicutes），占總豐度的60.28%-82.70%，歸屬該優(yōu)勢門類的細菌主要參與堆肥有機質礦化、木質素降解和氮素轉化過程，其中，厚壁菌門（Firmicutes）在多糖水解和纖維素降解中發(fā)揮著至關重要的作用。生物炭添加對堆肥過程優(yōu)勢菌門相對豐度具有顯著影響，WB、BB和CB處理組堆肥變形菌門（Proteobacteria）相對豐度在第45天和第60天均高于對照，放線菌門（Actinobacteria）相對豐度在第45天均高于對照，而厚壁菌門（Firmicutes）相對豐度則在第15天均高于對照。堆肥過程中不同堆肥處理低豐度的門包括擬桿菌門（Bacteroidetes）、綠彎菌門（Chloro-flexi）、酸桿菌門（Acidobacteria）、芽單胞菌門（Gem-matimonadetes）、髕骨細菌門（Pate scibacteria）、異常球菌一柄熱菌門（Deinococcus-Thermus）和浮霉菌門（Planctomycetes）。

蚯蚓堆肥過程中，CK、WB、BB和CB處理在屬水平上的細菌群落結構演替如圖4b所示。結果顯示，在所有處理中占據(jù)主導地位的優(yōu)勢菌屬主要為高溫放線菌屬（ThermoactinomVces）、芽孢桿菌屬、鏈霉菌屬（Streptomyce.s）、Ruminofilibacter菌屬、Actinotalea菌屬和假黃單胞菌屬（Pseudoxanthomonas）等。同時，由圖4b可以看出生物炭添加對堆肥過程優(yōu)勢菌屬相對豐度具有顯著影響。堆肥前期BB、CB和WB處理組Thermoactinomyces菌屬相對豐度在第15天，Ruminofilibacter、Actinotalea、Actinomadura和Truepera菌屬相對豐度在第15天和第30天高于對照。Ke等研究發(fā)現(xiàn)在食物殘渣堆肥過程中Thermo-actinomVces菌屬具有較強產(chǎn)脫氫酶、多酚氧化酶和脲酶能力，能夠提高堆肥腐熟度。蘇鑫等研究發(fā)現(xiàn)在玉米秸稈堆肥過程，Ruminofilibacter菌屬在前期具有較高的豐度，其主要負責將小分子碳源和半纖維素分解為小分子酸和酯，以提供微生物生長所需要的營養(yǎng)物質。Lu等和Zhu等研究證實堆肥過程中Actino-madura、Actinotalea和Truepera菌屬在有機質的有效降解中起重要作用，主要參與降解木質纖維素和調控腐殖質形成。堆肥后期BB、CB和WB處理組Bacil-lus、Streptomyces、和Ilumatobacter菌屬相對豐度則在第45天和第60天高于對照。WB、BB和CB處理組堆肥Pseudoxanthomonas和Saccharomonospora菌屬相對豐度在整個堆肥周期（15-60d）均高于對照。在堆肥過程Bacillus能夠分泌蛋白酶、纖維素酶和淀粉酶等功能酶，加快難降解大分子有機物的分解，提高多酚、氨基酸及還原糖等腐殖質前驅物形成，進而促進腐殖質形成，Streptomyces菌屬則在堆肥過程中具有固氮作用。Ilumatobacter和Saccharomonospora菌屬在堆肥過程中對降解木質纖維素類復雜有機物質同樣起著關鍵作用，其促進腐殖質的形成，改善堆肥品質，Pseudoxanthomonas菌屬除能降解大分子有機物，還能增加堆肥中可溶性磷含量，提升堆肥品質。在本研究中，相關分析結果同樣表明Actino-madura、Bacillus、Pseudoxanthomonas和Saccharo-monospora菌屬與HA含量呈顯著相關關系（Plt;0.01，圖5）。相反，WB、BB和CB處理組Devosia菌屬在整個堆肥周期（15-60d）均低于對照。Devosia菌屬在堆肥過程能夠促進反硝化作用，氮以N20形式損失，從而導致N03-N含量減少。同樣，由圖5可以看出，本研究中Devosia與N03-N含量具有負相關關系（Plt;0.05）。上述結果表明，牛糞一酒糟一同林廢棄物聯(lián)合蚯蚓堆肥過程添加WB、BB和CB3種生物炭有利于提高具有木質纖維素降解能力、促進腐殖質形成、固氮、溶磷能力的菌種豐度，進而提高堆肥腐熟度和堆肥質量。

2.3HMs總量與形態(tài)分布

蚯蚓堆肥前后，不同處理堆體重金屬Cu和Zn總含量變化如圖6a和圖6b所示。蚯蚓堆肥結束后，由于富集濃縮效應，所有處理堆體Cu和Zn總含量相對起始分別增加23.71%-40.97%和44.98%-55.27%。但相對于對照處理，WB、BB和CB 3種生物添加對發(fā)酵后堆體Cu和Zn總含量無顯著影響。

蚯蚓堆肥前后，Cu的形態(tài)變化如圖6c所示。堆肥初始，不同處理堆體Cu形態(tài)分配比例大小為氧化態(tài)（40.15%-40.68%》殘渣態(tài)（29.47%-31.01%》可交換態(tài)（18.24%-18.59%）gt;還原態(tài)（10.53%-11.46%）。堆肥結束時，堆體Cu氧化態(tài)比例增加，上升至44.98%-55.27%；殘渣態(tài)比例變化不明顯，占比為30.49%-32.47%；而可交換態(tài)、還原態(tài)比例降低，分別下降至7.84%-14.36%和6.40%-8.66%。不同處理之間，WB、BB和CB3種生物炭添加處理堆肥結束時堆體Cu鈍化率顯著高于CK，分別提高16.24、27.94個和27.55個百分點。蚯蚓堆肥前后，Zn的形態(tài)變化如圖6d所示，堆肥初始，不同處理堆體Zn形態(tài)分配比例大小為可交換態(tài)（47.45%-48.43%）gt;氧化態(tài)（20.32%-23.50%）gt;殘渣態(tài)（15.65%-20.48%》還原態(tài)（10.75%-12.59%）。堆肥結束時，堆體Zn氧化態(tài)和殘渣態(tài)比例增加，分別上升至31.50%-40.09%和17.81%-23.90%；還原態(tài)比例無明顯變化，占比為10.28%-11.32%；而可交換態(tài)比例顯著降低，下降26.63%-39.38%。不同處理之間，WB、BB和CB 3種生物炭添加處理堆肥結束時堆體Zn鈍化率顯著高于CK，分別提高13.57、19.44個和13.62個百分點。試驗結果表明WB、BB和CB 3種生物炭可促進蚯蚓堆肥Cu和Zn由可交換態(tài)向更加穩(wěn)定的氧化態(tài)轉化，降低Cu和Zn的生物可利用性。這一結果的可能原因是生物炭具有高電負性，高陽離子交換量，表面有豐富的官能團，可以通過靜電吸引、離子交換、絡合、沉淀等直接作用改變重金屬形態(tài)。同時，生物炭的添加能夠提高堆肥過程微生物活性，促進堆肥腐殖質物質的形成，而腐殖質具有大量羧基、酚羥基等官能團，能夠通過絡合、吸附、氧化還原等作用降低重金屬活性。本研究中，相關分析結果表明Cu氧化態(tài)與HA含量和Bacillus、Ruminofilibacter、Pseudoxanthomonas、Actino-madura.Saccharomonospora、ChryseoLinea、Amaircoccu.s等木質纖維素降解菌屬呈顯著正相關關系（Plt;0.05），Zn氧化態(tài)與HA和Ruminofilibacter、Saccharomonospo-ra、Chryseolinea、Amaircoccu.s之間存在顯著相關關系（Plt;0.05），支撐了這一結果（圖5）。此外，本研究中WB、BB和CB生物炭添加處理提高了堆體pH，同時pH與可交換態(tài)Cu和Zn呈顯著負相關關系（Plt;0.05，Plt;0.01）。Swati等指出pH增加會導致堆體材料中有機／無機膠體和黏粒帶負電荷、增加對重金屬離子吸附能力，也會使重金屬形成氫氧化物沉淀，從而導致重金屬有效性降低。

3結論

（1）添加（竹炭、木屑生物炭和玉米芯生物炭）3種生物炭均能促進pH、EC、C/N和GI等達到堆肥腐熟標準，能提高堆肥有機質的降解和腐植酸的形成，增強了堆肥硝化作用和固氮效果，其中，添加玉米芯生物炭能提高有機質降解率和TN含量；添加木屑生物炭對提高堆體N03-N含量和腐植酸含量效果較好。

（2）竹炭、木屑生物炭和玉米芯生物炭的添加提高了蚯蚓堆肥中細菌的豐度和多樣性，同時顯著增加堆肥中具有降解木質纖維素、促進腐殖質形成、固氮和溶磷能力的細菌的相對豐度。

（3）添加竹炭、木屑生物炭和玉米芯生物炭對蚯蚓堆肥重金屬Cu和Zn總含量影響不顯著，但均能顯著提高Cu和Zn的鈍化效率，但添加竹炭處理對Cu和Zn的鈍化率最高，能較好地促進Cu和Zn從活性較高的可交換態(tài)向著穩(wěn)定更高的氧化態(tài)轉化。