蚯蚓處理熱帶農(nóng)業(yè)廢棄物木薯渣的可行性

王富強++王?；?+張禹++程華民++刁曉平

摘要：以赤子愛勝蚓（Eisenia foetida）為試驗對象，用典型熱帶農(nóng)業(yè)廢棄物木薯渣為基質(zhì)直接飼養(yǎng)蚯蚓，研究不同配比木薯渣與牛糞復(fù)合基質(zhì)對蚯蚓平均增質(zhì)量、生長率、日增質(zhì)量倍數(shù)、產(chǎn)繭量、孵化率等生長繁殖指標(biāo)及處理前后基質(zhì)速效養(yǎng)分含量的影響。結(jié)果表明：蚯蚓可以直接對熱帶農(nóng)業(yè)廢棄物木薯渣進(jìn)行生物處理，A6組最適合蚯蚓生長，A7組最適合蚯蚓繁殖；蚯蚓處理后復(fù)合基質(zhì)的速效養(yǎng)分含量均有所提高，A7組速效磷含量增幅最大，且增幅與牛糞比例有較好的相關(guān)性；A2組速效鉀含量增幅最大；A7組堿解氮含量增幅最大。綜合比較可知，A7組（90%牛糞+10%木薯渣）不僅能使蚯蚓生長繁殖效果更好，而且能最大程度提高物料的速效養(yǎng)分含量。

關(guān)鍵詞：赤子愛勝蚓；木薯渣；生長繁殖；速效養(yǎng)分

中圖分類號： X712文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0457-04

收稿日期：2015-11-11

基金項目：國家科技與支撐計劃（編號：2014BAD02B00）；海南省研究生創(chuàng)新課題（編號：Hys2014-11）。

作者簡介：王富強（1991—），男，安徽宣城人，碩士研究生，從事廢棄物資源化研究。E-mail：wabgfuqiang1991@126.com。

通信作者：刁曉平，教授，從事生態(tài)毒理和廢棄物資源化研究。木薯主要用于加工淀粉、乙醇，全球木薯年產(chǎn)量在2.68億t以上[1]。生物能源的快速發(fā)展推動木薯成為我國第六大熱帶非糧食作物，年產(chǎn)量約1 000萬t，每年產(chǎn)生的木薯渣超過150萬t[2]。新鮮的木薯渣由于富含可溶性營養(yǎng)物質(zhì)和高含水率（80%～90%），容易引起微生物孳生，短時間內(nèi)木薯渣便會被黃曲霉素污染，作為動物飼料易引起中毒，因此木薯渣深加工利用一直受到限制[3-4]。生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白是目前國內(nèi)外研究熱點[5-6]。由于木薯渣含有植酸、氫氰酸、單寧等抗?fàn)I養(yǎng)因子，大大限制了木薯渣的應(yīng)用。因此，合理利用木薯渣不僅能改善環(huán)境，而且對熱帶地區(qū)木薯產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。1974年，Graff 率先研究利用蚯蚓處理有機廢棄物[7]。蚯蚓堆肥產(chǎn)物價值高于有機廢棄物的初始營養(yǎng)價值[8]。因此通過蚯蚓和微生物的協(xié)同作用處理各種有機廢棄物應(yīng)用廣泛，包括利用蚯蚓處理畜禽糞便[9-13]、植物殘體[14]、工業(yè)廢棄物、污泥[15]、生活垃圾等[16-17]。利用蚯蚓處理農(nóng)業(yè)廢棄物的能量轉(zhuǎn)換率、資源利用率較傳統(tǒng)方式更高，為農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用提供了新思路。蚯蚓處理簡單易行而且具有效率高、無污染等優(yōu)勢，但由于海南省的熱帶氣候條件，關(guān)于利用蚯蚓直接處理木薯渣廢棄物的研究較少。本試驗初步研究蚯蚓直接處理熱帶地區(qū)木薯渣的可行性及其在處理過程中的生長繁殖情況，分析處理前后基質(zhì)的速效養(yǎng)分含量變化規(guī)律，以期為木薯渣廢棄物的資源化利用提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

赤子愛勝蚓（Eisenia fetida）取自海南大學(xué)環(huán)植學(xué)院蚯蚓養(yǎng)殖場。木薯渣取自海南省瓊中縣某淀粉廠，自然風(fēng)干，經(jīng)粉碎器研磨過2 mm尼龍篩備用。牛糞取自海南大學(xué)農(nóng)學(xué)院秀英基地，自然風(fēng)干，經(jīng)粉碎器研磨過2 mm尼龍篩備用。供試木薯渣、牛糞的理化性質(zhì)見表1。

1.2方法

根據(jù)基質(zhì)含水率，按干物質(zhì)質(zhì)量（共200.0 g）對木薯渣、牛糞兩兩組合進(jìn)行不同比例混合，共分為8種處理組合：100%木薯渣（A1）、90%木薯渣+10%牛糞（A2）、80%木薯渣+20%牛糞（A3）、60%木薯渣+40%牛糞（A4）、40%木薯渣+60%牛糞（A5）、20%木薯渣+80%牛糞（A6）、10%木薯渣+90%牛糞（A7）、100%牛糞（A8）。每個處理設(shè)3個重復(fù)，共24盒，調(diào)整含水率至70%左右，放入規(guī)格為上口 16.5 cm×10.0 cm、下底13.5 cm×8.0 cm、高6.5 cm的PVC塑料盒中，每盒接種20條體質(zhì)量在300 mg左右、環(huán)帶明顯的赤子愛勝蚓。試驗期間每隔1～2 d霧狀噴水1次，物料濕度控制為70%左右，溫度控制為25 ℃左右，每隔7 d將所有蚯蚓挑出，計數(shù)稱質(zhì)量后放回，同時挑出蚓繭并記錄個數(shù)，處理周期為35 d。處理后各組合基質(zhì)自然風(fēng)干，取適量樣品，按照分析測定的要求研磨過篩，留作基質(zhì)速效養(yǎng)分分析用。

1.3方法

1.3.1生長繁殖的測定方法相關(guān)公式為：

蚯蚓平均增質(zhì)量=（終末蚓質(zhì)量-初始蚓質(zhì)量）/蚯蚓條數(shù)；

生長率=（最終蚓質(zhì)量-初始蚓質(zhì)量）/（蚯蚓條數(shù)×養(yǎng)殖時間）；

蚯蚓日增質(zhì)量倍數(shù)=（養(yǎng)殖一定時間后蚓質(zhì)量-初始蚓質(zhì)量）/（初始蚓質(zhì)量×養(yǎng)殖時間）；

孵化率=幼蚓條數(shù)/蚓繭個數(shù)。

以上各式中，養(yǎng)殖時間以d計，蚓質(zhì)量以g或mg計。

1.3.2樣品分析方法參見鮑士旦的方法[18]測定樣品速效磷、速效鉀、堿解氮含量。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用 Excel 2013、SPSS 19.0軟件處理數(shù)據(jù)和進(jìn)行單因素方差分析，每個數(shù)據(jù)取平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理對蚯蚓生長狀況的影響

2.1.1蚯蚓平均增質(zhì)量和生長率如圖1所示，除A3組外，各處理蚯蚓平均增質(zhì)量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，A1組下降趨勢最為明顯，試驗結(jié)束時平均增質(zhì)量最少（83.52±3678）mg；A1、A2、A4、A5組蚯蚓平均增質(zhì)量最大值分別為（264.05±5.20）、（291.01±46.37）、（279.69±100.55）、（299.47±48.63）mg，均出現(xiàn)在2周后；A6、A7、A8組平均增質(zhì)量最大值分別為 （319.64±16.91）、（280.85±104.88）、（320.34±42.29）mg，均出現(xiàn)在3周后。與處理1、2、3周不同，處理4、5周A5、A6、A7、A8組蚯蚓平均增質(zhì)量均高于A1、A2、A3、A4組，即試驗前期木薯渣與牛糞均能促進(jìn)蚯蚓生長，但試驗后期，牛糞比例高的處理組蚯蚓生長較好，增質(zhì)量較多，更能促進(jìn)蚯蚓體質(zhì)量增加。對8個處理組木薯渣含量與蚯蚓平均增質(zhì)量進(jìn)行雙變量相關(guān)分析可知，P=0.006，r=-0864，說明木薯渣含量與蚯蚓增質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)，對蚯蚓的增質(zhì)量有極顯著影響（P<0.01）。

如表2所示，所有處理組蚯蚓均在1周后生長最快，最大值出現(xiàn)在第1周A6組，隨后呈逐漸下降趨勢。A1組的蚯蚓個體生長率在處理5周最低，下降幅度最大。A6組的蚯蚓個體生長率在處理5周相對其他組最大，蚯蚓的生長仍有很大潛力，說明在合適的木薯渣與牛糞比例下蚯蚓生長更快。多個獨立樣本非參數(shù)檢驗結(jié)果顯示，試驗期間不同處理下蚯蚓個體生長率之間差異顯著。

2.1.2蚯蚓平均日增質(zhì)量倍數(shù)如圖2所示，所有處理下蚯蚓平均日增質(zhì)量倍數(shù)均隨時間延長而逐漸下降，A1組最后下降明顯，其余配比逐漸趨于平穩(wěn)；所有配比的蚯蚓平均日增質(zhì)量倍數(shù)最大值均出現(xiàn)在第1周，其中A6組達(dá)到了整個試驗期間的最大值（0.113 1）。試驗期間蚯蚓平均日增質(zhì)量倍數(shù)始終大于零，表明試驗過程中蚯蚓的體質(zhì)量相對于試驗前均有所增加。單因素方差分析表明，處理1周A6組顯著高于A7、A8組；2—4周8個處理中蚯蚓平均日增質(zhì)量倍數(shù)之間無顯著差異；處理5周A6組蚯蚓平均日增質(zhì)量倍數(shù)相對其他配比最高，顯著高于A1組，最適合蚯蚓生長。

2.2不同處理對蚯蚓繁殖狀況的影響

2.2.1蚯蚓產(chǎn)繭量由圖3可以看出，蚯蚓產(chǎn)繭量均隨時間延長而呈先升高后降低的趨勢，處理3周達(dá)到峰值，而后產(chǎn)繭量逐漸下降；A7組蚯蚓每周的產(chǎn)繭量均最高，A6—A8組從處理1周開始產(chǎn)繭，其余處理組均從處理2周開始產(chǎn)繭，35 d總產(chǎn)繭量從大到小依次為A7>A8>A6> A4>A5> A3>A2>A1（總產(chǎn)繭數(shù)分別為276.33、254.33、242.00、212.33、206.67、175.67、131.00、119.33個），表明牛糞含量相對高的配比利于蚯蚓產(chǎn)繭，產(chǎn)繭量最大值為A7組。Duncans多重比較結(jié)果表明，A7組與其他處理組蚯蚓總產(chǎn)繭量之間存在顯著差異，A7配比蚯蚓總產(chǎn)繭量最大，最適合蚯蚓繁殖。

2.2.2蚓繭孵化率由圖4可以看出，A7組蚯蚓繭孵化率最高（91.12%），其次是A8組（89.21%），A1—A6組隨木薯渣比例下降，蚯蚓繭孵化率逐漸升高，分別為69.53%、7134%、81.22%、81.87%、82.81%、85.88%，都超過了65%，表明蚯蚓處理木薯渣后所產(chǎn)蚯蚓繭能夠正常孵化，與木薯渣含量呈負(fù)相關(guān)，但最高蚯蚓繭孵化率出現(xiàn)在A7組，表明復(fù)合基質(zhì)可能更適合蚯蚓繁殖。

2.3蚯蚓處理對基質(zhì)速效養(yǎng)分的促進(jìn)情況

速效磷是植物能直接吸收利用的一種磷的形態(tài)，速效養(yǎng)分的供應(yīng)狀況對于有機肥農(nóng)用有著直接的指導(dǎo)意義。由圖5可以看出，與處理前相比，各處理速效磷含量均有明顯提高，增幅分別為4.04%、5.51%、10.32%、14.71%、15.50%、1601%、27.01%、8.62%，這可能是由于基質(zhì)經(jīng)蚯蚓處理時，蚯蚓腸道分泌物具有較高的磷酸酶活性，可促進(jìn)緩效磷轉(zhuǎn)化為速效磷[19]。t檢驗比較結(jié)果表明，A2、A5處理組處理前后速效磷含量差異顯著；A3、A4、A6、A7、A8處理組處理前后速效磷含量差異極顯著，A7組速效磷含量提高幅度最大。

由圖6可以看出，蚯蚓堆肥處理前后速效鉀含量與速效磷含量變化趨勢較為一致。與處理前相比，處理后速效鉀含量均有所提高，增幅分別為7.14%、10.50%、3.36%、398%、3.12%、1.32%、4.57%、8.99%。t檢驗結(jié)果表明，各組處理前后速效鉀的含量無顯著性差異。

由圖7可以看出，與處理前相比，處理后基質(zhì)的堿解氮含量均有所提高，增幅分別為12.71%、1.94%、1.53%、1914%、6.16%、3.60%、47.14%、3.78%。t檢驗結(jié)果表明，A1、A4組處理后堿解氮含量與處理前相比差異顯著，A7組處理后達(dá)到極顯著差異，其余處理組差異均不顯著，A7組能最大幅度提高堿解氮含量。

3結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，A1處理組（100%木薯渣）中蚯蚓的存活率為95%，說明蚯蚓可以直接處理木薯渣，蚯蚓在不同配比基質(zhì)中均能正常生長、繁殖；隨著牛糞含量逐漸增加，蚯蚓平均增質(zhì)量和平均日增質(zhì)量倍數(shù)均呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，但2項指標(biāo)的最大值均出現(xiàn)在A6組而不是A8組，這與高娟等的研究結(jié)果[19-20]相似，即蚯蚓在牛糞和秸稈物料中，蚯蚓的日增質(zhì)量、最大質(zhì)量均高于純牛糞組合，即食物的可利用性影響蚯蚓生長。木薯渣中粗纖維含量高達(dá)10%以上[3]。Hendriksen研究認(rèn)為，纖維素和多酚類可以對蚯蚓的生長和繁殖產(chǎn)生負(fù)面影響[21]，這與本試驗中木薯渣含量與蚯蚓增質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)的結(jié)論相似。本試驗結(jié)果表明，A7組除處理1周后外，蚯蚓每周的產(chǎn)繭量及總產(chǎn)繭量均最多，即90%牛糞+10%木薯渣的配比更有利于蚯蚓的繁殖，這與楊文霞等研究結(jié)果[13，22]一致。

木薯渣和牛糞配比基質(zhì)在蚯蚓處理后，各處理速效磷含量均有所增加，這一結(jié)論已經(jīng)被多位學(xué)者研究證實[23-25]，蚯蚓消化道分泌的磷酸酶[26]和體內(nèi)存在的磷細(xì)菌加快了有機磷的脫磷速度，引起速效磷含量的上升，提高其生物有效性[27]。木薯渣和牛糞混合物中堿解氮的含量在蚯蚓處理后有所增加，A1、A4、A7組處理前后均達(dá)到了顯著差異，這是因為氮素和磷素一樣，大部分處于有機化合態(tài)，蚯蚓與其體內(nèi)微生物的協(xié)同作用加速有機質(zhì)分解，從而促進(jìn)氮的礦化。A1～A8組速效鉀含量隨著木薯渣比例下降逐漸減少，說明木薯渣是基質(zhì)中速效鉀含量主要來源，這可能與木薯生長需要較多的鉀元素有關(guān)[28-29]，蚯蚓處理后速效鉀含量高于處理前但差異不顯著，這是因為植物殘體中的鉀元素與氮、磷不同，并不緊密結(jié)合于有機化合物中，所以鉀的釋放微生物并不起主要作用，但仍會釋放一部分[30-31]。

本研究結(jié)果表明，蚯蚓可以直接對熱帶農(nóng)業(yè)廢棄物木薯渣進(jìn)行生物處理，A6組最適合蚯蚓生長，A7組最適合蚯蚓繁殖。蚯蚓處理后復(fù)合基質(zhì)的速效養(yǎng)分含量均有所提高，速效磷含量以A7組增幅最大，達(dá)27.01%，且增幅與牛糞比例有較好的相關(guān)性；速效鉀含量以A2組增幅最大，達(dá)10.50%；堿解氮含量以A7組增幅最大，達(dá)47.14%。綜合而言，A7組（90%牛糞+10%木薯渣）不僅能使蚯蚓生長繁殖效果更好而且能最大程度提高物料的速效養(yǎng)分含量。海南省利用蚯蚓處理熱帶農(nóng)業(yè)廢棄物不僅操作簡單、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、二次污染小，而且可實現(xiàn)廢棄物資源化利用，提高產(chǎn)品附加值，具有實際推廣意義。

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