在添加剂处理下对牛粪和羊粪堆肥与蚯蚓堆肥过程中理化与结构变化的综合评估

把畜栏废物变成土壤资源

全球范围内，农场会产生大量牛粪和羊粪。如果任其堆放或随意摊撒，这些废物会流失养分、产生异味并释放温室气体。本研究探讨如何通过优化堆肥和蚯蚓堆肥——利用微生物和蚯蚓——把问题转为解决方案，产出更清洁、更稳定的土壤改良剂。研究者测试了几种能够帮助农民更安全管理粪肥并促进作物生长的简单矿物和碳素添加剂。

从原粪到可控堆体

研究团队采集了牛粪和羊粪，并在120天内以两种方式处理：以高温生长型微生物为主导的传统堆肥，以及加入蚯蚓的蚯蚓堆肥。他们在不同剂量下混入三类添加剂：一种多孔类炭材料（生物炭）、细粒耐火黏土和一种活性矿物二氧化锰。通过监测温度、质量损失和基本化学性质随时间的变化，他们能够观察每种配方如何改变两种动物粪肥的分解速度和质量。

温度、质量损失及其真正含义

所有堆体都经历了典型的堆肥过程：升温、旺热期，然后慢慢冷却。高剂量黏土处理的堆体达到了最高温度，牛粪超过65°C、羊粪超过70°C，显示出特别强烈的微生物活性和良好的通气性。生物炭也提高并延长了高温期，尤其在高剂量时，而二氧化锰的影响较为温和。加入蚯蚓后，堆体总体失重更多——在某些含生物炭或低剂量黏土的羊粪混合物中，失重可达约70%——因为蚯蚓机械破碎物料并增强微生物作用。然而，富黏土的混合物尽管失重较少，却形成了更稳定、充分“熟化”的堆肥，这提醒我们如果目标是长期有效的土壤改良剂，更快的消失速度并非总是更好。

打造更好的“养分海绵”

为评判堆肥质量，研究者关注其保持钙、镁和钾等养分阳离子的能力。这个性状称为阳离子交换容量，它表明成品在土壤中能成为多大程度的“养分海绵”。高黏土含量的蚯蚓堆肥羊粪表现出最强的改善，测得的容量和模型预测值都指向长期稳定性。生物炭也以剂量依赖的方式增强了这一特性，归功于其巨大的内部比表面积。相比之下，二氧化锰的增益较为有限，因为它更多像是促进反应的化学助力，而非真正的养分载体。总体上，含蚯蚓的体系始终优于仅堆肥体系，因为蚯蚓的活动有助于在有机质中形成能够吸附和释放养分的酸性与酚类基团。

分解顽固植物纤维

团队还细察了粪肥中的顽固植物成分：半纤维素、纤维素和木质素。这些是稻草等植物残体的骨架，通常分解缓慢。利用数学模型，他们显示半纤维素分解最快，尤其在含黏土和生物炭的处理下，这些添加剂保持堆体通气并利于微生物。纤维素以中等速率降解。最耐降解的木质素主要在二氧化锰存在时有所减少，表明其提供了化学上的助力，帮助微生物攻破这种粘结性强的成分。在含蚯蚓的牛粪和羊粪体系中，二氧化锰与中等剂量黏土的组合对这些顽固纤维的分解尤其有效；而高剂量黏土或过量碳有时会通过阻碍通气或改变微生物群落而放慢分解过程。

对农户和园丁的实用启示

总体而言，结果表明每种添加剂都扮演着不同但互补的角色。生物炭使堆体更透气、更有利于微生物，能加快新鲜物料的早期净化；耐火黏土有助于生成稳定、腐殖质丰富的产物，能抓住养分并逐步释放给作物；二氧化锰则为分解最顽固的植物残片提供额外推动力。经过审慎组合并配合蚯蚓，这些简单材料能将原始的牛粪和羊粪转化为更安全、更高效的堆肥和蚯蚓堆肥。对普通读者而言，关键信息是：只要配方得当并有生物助力，即便是混乱的畜栏废物也能转变为可靠且更有利于气候的肥料，支持长期的土壤健康。

引用: Karimi, S., Shariatmadari, H. & Nourbakhsh, F. Integrated assessment of physicochemical and structural changes during composting and vermicomposting of cattle and sheep manure with additive treatments. Sci Rep 16, 10128 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40802-1

关键词: 堆肥, 蚯蚓堆肥, 生物炭, 粪肥处理, 土壤肥力