微生物辅助蚯蚓堆肥快速稳定稻秆：一种可持续资源回收策略及其对土壤健康的提升作用

《Discover Agriculture》：Microbial-assisted rapid vermistabilization of paddy straw residue: a sustainable resource recovery approach

本研究针对印度大量稻秆废弃导致的环境污染问题，开展微生物辅助蚯蚓堆肥快速稳定化研究。通过比较从预制备蚯蚓堆肥（D系列）和自然分解农场残留物（V系列）分离的微生物菌株，发现D2菌株预处理使分解周期从60天缩短至25天，并获得C:N比为10.5的优质堆肥，其中有效氮（1078.8 kg/ha）和磷（387.3 kg/ha）含量分别为对照的274%和10倍以上，为农业废弃物资源化提供了高效解决方案。

　　

每年稻谷丰收后，田间遗留的大量稻秆成为困扰农业可持续发展的难题。在印度这个全球第二大稻米生产国，每年产生约1.12亿吨稻秆，其中近80%未被有效利用。传统的焚烧处理方式不仅释放大量温室气体（CO₂、CH₄、N₂O）和细颗粒物（PM_2.5），更导致土壤有机碳降解、有益微生物群落破坏和营养流失，形成恶性循环。与此同时，"绿色革命"过度依赖化肥的遗留问题日益凸显——土壤酸化、微生物多样性下降、结构恶化等问题亟待解决。在这一背景下，寻找一种既能高效转化农业废弃物，又能改善土壤健康的可持续方法显得尤为重要。

近日发表在《Discover Agriculture》的研究中，Sharda Dhadse和Shahnoor Khan探索了一种微生物辅助蚯蚓堆肥（vermicomposting）技术，为稻秆资源化提供了创新解决方案。蚯蚓堆肥作为一种生物处理过程，利用蚯蚓和伴生微生物将有机废弃物转化为营养丰富的堆肥，但其应用一直受制于稻秆中木质纤维素（lignocellulose）的顽固结构——纤维素被木质素外层包裹，难以被微生物直接降解。研究团队创新性地通过微生物预处理破解这一瓶颈，并比较了不同来源微生物菌株的增效作用。

研究采用完全随机设计（Completely Randomized Design），设置16个处理组（包括12个单一菌株、2个混合菌群、1个生物增强剂和1个未处理对照），每个处理3次重复。关键技术方法包括：从预制备蚯蚓堆肥（D系列）和自然分解农场残留物（V系列）分离微生物；利用菌液对切碎稻秆进行15天预处理；使用蚯蚓物种Eudrilus eugeniae进行堆肥；系统分析堆肥产物的理化性质（pH、EC、TOC、C:N比等）及营养元素含量。

加速分解周期

微生物预处理显著缩短了稻秆稳定化时间（表1）。来自预制备蚯蚓堆肥的D2菌株表现最优，将分解周期缩短至25.0±2.5天（Tukey's HSD: a），较未处理对照（60.0±5.0天）减少58.3%。来自自然分解残留物的最佳菌株V5需32.5±3.0天（Tukey's HSD: c），证明微生物接种有效破解了稻秆的顽固木质纤维素结构。

理化变化与成熟度指标

最终堆肥质量通过关键成熟度和肥力参数得到显著提升（表2、3）。D2处理使pH降至6.01±0.08（Tukey's HSD: d），总有机碳（TOC）含量降至9.7%±0.4%（Tukey's HSD: d），最终获得高度稳定的C:N比10.5±0.4（Tukey's HSD: c），远低于20:1的成熟阈值。而未处理对照的C:N比高达75.0±3.7，表明未完全稳定。

大量营养元素矿化与阳离子交换量

微生物处理通过加速矿化作用，显著提高了氮（N）、磷（P）、钾（K）的生物有效性形式。D2产生的有效氮含量最高（1078.8±61.1 kg/ha，Tukey's HSD: a），是对照（288.5±14.4 kg/ha）的约274%。磷含量表现最为显著，D2达到387.3±19.4 kg/ha（Tukey's HSD: a），是V5菌株（56.3±2.8 kg/ha）的约7倍。阳离子交换量（CEC）作为养分保持能力的指标也显著改善，D2记录最高值82.8±4.1 meq/L（Tukey's HSD: a）。

D系列、V系列及混合菌群性能比较

比较两种分离源，D系列菌株（来自稳定化蚯蚓堆肥）在分解速率和最终养分浓度上通常优于V系列菌株（来自自然分解）。D2菌株在磷矿化方面表现尤为突出，其磷含量（387.3 kg/ha）是V5菌株（56.3 kg/ha）的近7倍，表明预制备蚯蚓堆肥环境作为强选择压力，富集了具有高级养分矿化（尤其是磷酸盐溶解）能力的微生物。基于观察到的磷增强（7倍增加）和最终堆肥pH（6.01±0.08）略微降低（磷酸盐溶解细菌（PSB）活性的特征），推测D2可能为高效磷酸盐溶解细菌。

研究结论与意义

该研究证实微生物辅助蚯蚓堆肥是管理顽固农业废弃物稻秆的高效可持续策略。D2菌株预处理使分解周期缩短至25天，并获得C:N比为10.5的完全成熟堆肥，其有效氮和磷含量显著提高。D系列菌株（源自蚯蚓堆肥环境）表现出优于V系列（源自自然分解）的养分矿化能力，功能证据表明蚯蚓堆肥环境选择性富集了具有高效解磷和碳降解特性的微生物。该方法为小规模农户提供了低成本、易实施的策略，支持向低碳农业转型，并通过提供残留物焚烧的可行替代方案符合国家环境目标。高效D2菌株在大规模可持续废物管理方面前景广阔。未来研究需优先进行D2菌株的分子鉴定（如16S rDNA测序）、关键功能酶的生化定量以及通过植物毒性测定确认农业安全性，然后进行大规模田间验证。