蚯蚓堆資源化處理畜禽糞便

徐盛洪, 程全國(沈陽大學 區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點實驗室, 遼寧 沈陽 110044)

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蚯蚓堆資源化處理畜禽糞便

徐盛洪, 程全國
(沈陽大學 區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點實驗室, 遼寧 沈陽 110044)

采用蚯蚓堆處理方式對養(yǎng)殖場產(chǎn)生的畜禽糞便進行資源化處理,添加廢棄稻草、添加EM菌、發(fā)酵劑設(shè)計4種不同配比組合實驗.結(jié)果表明發(fā)酵劑與EM菌聯(lián)合蚯蚓堆處理效果最佳,發(fā)酵劑蚯蚓堆處理效果較好于EM菌蚯蚓堆處理效果,直接進行蚯蚓堆處理效果最差.

畜禽糞便; 堆肥發(fā)酵; 蚯蚓堆肥; 赤子愛勝蚓

隨著我國改革開放實行的諸多惠民政策,畜禽業(yè)從副產(chǎn)業(yè)逐漸發(fā)展成為獨立的行業(yè),規(guī)模化、集約化養(yǎng)殖場急速增加,養(yǎng)殖場規(guī)模與產(chǎn)值的年增長速率大于10%.據(jù)統(tǒng)計,全國肉類、禽蛋總產(chǎn)量分別為8 535萬噸和2 876萬噸,分別比前一年增長1.8%和0.5%,已數(shù)年保持著豬肉、禽肉、蛋類產(chǎn)量世界第一[1],作為第一大畜禽產(chǎn)品國的同時,我國也成為世界上第一大污染國.研究表明,我國畜禽糞便產(chǎn)生量在2011年是 21.21億噸,隨著畜禽產(chǎn)業(yè)的逐步擴大,預(yù)計到2020年將達到28.75億噸、2030年將達到37.43億噸,由于不同地區(qū)產(chǎn)生畜禽糞便的量存在很大差異,不僅能夠?qū)е聬撼粑廴?而且由于含有較多的氮、磷、重金屬、微生物病毒等物質(zhì),容易造成大氣、水體、農(nóng)田、微生物等環(huán)境污染.因為養(yǎng)殖場獲得利潤相對較低,大多數(shù)場主對產(chǎn)生的畜禽糞便沒有經(jīng)過無害化處理,加之管理意識不到位,不經(jīng)處理的畜禽糞便等污染物胡亂排放,造成了農(nóng)業(yè)環(huán)境嚴重的污染.排放量在前5名的地域其單位面積中糞便的所能容量遠遠超過最適負荷量[2],因此對畜禽糞便的處理已刻不容緩.

國內(nèi)外對于畜禽糞便的處理,主要原則是減量化、無害化和資源化,目前最需要解決的就是對畜禽糞便的資源化處理,對畜禽糞便的資源化按照處理機制可分為:物理法、化學法和生物法三大類.物理法主要有分離、脫水、離心等,化學法主要有吸附、焚燒等,生物法主要有堆肥發(fā)酵、利用蠅蛆、蚯蚓處理等.蚯蚓堆(vermicomposting)被認為是一種新型的、有前景的符合可持續(xù)發(fā)展的一種生物處理法.通過將傳統(tǒng)的堆肥與生物相結(jié)合進行處理,利用蚯蚓吞食過腹消化和微生物的分解作用對有機廢棄物進行處理,并以蚓糞的形式排出[3].蚯蚓和微生物的聯(lián)合作用可以促進蚯蚓體內(nèi)與環(huán)境中具有分解作用的相關(guān)酶的合成以及發(fā)揮出活性,從而對有機物起到破碎作用,在分解過程中,可以將有機物中的氮、磷、鉀等養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為可被植物利用的形態(tài),最終形成強有效態(tài)養(yǎng)分的蚓糞,可作為優(yōu)質(zhì)有機肥應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[4-5].

蚯蚓堆處理的關(guān)鍵是蚯蚓能否良好的生活,保證生物量的積累達到更好的處理效果.由于新鮮的畜禽糞便不適宜直接進行蚯蚓堆處理,因此需要對其進行預(yù)發(fā)酵后才能處理.因此本實驗以預(yù)發(fā)酵后的新鮮畜禽糞便為研究對象,探究蚯蚓堆處理對畜禽糞便的轉(zhuǎn)化過程,一方面對面源污染中的畜禽糞便的治理有重要意義,另一方面對實現(xiàn)畜禽糞便的資源化利用意義重大.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

畜禽糞便:取自沈陽市于洪區(qū)解放村畜禽養(yǎng)殖場已混合后的牛糞、羊糞、雞糞,由于新鮮的畜禽糞便含水量極高,使用前將其風干使其含水率降至60%～70%,備用.

發(fā)酵劑:主要微生物是放線菌屬、酵母菌屬、木霉菌屬等多種微生物及其各自分泌性孢外酶類.產(chǎn)地山東君德生物科技有限公司.發(fā)酵劑配置比例是發(fā)酵劑原液與水的體積比為1∶50.

EM菌劑:主要由芽孢桿菌、木霉菌、乳酸菌和放線菌屬等多種微生物經(jīng)特殊發(fā)酵制成的干燥型復(fù)合菌肥.產(chǎn)地山東君德生物科技有限公司.EM菌配置比例是EM菌原液與水的體積比為1∶50.

稻草:取自沈陽于洪區(qū)解放村.將稻草粉碎使其在1～2 cm,備用.

赤子愛勝蚓(Eisenia foetida):購自遼寧省沈陽市法庫某蚯蚓養(yǎng)殖場.

1.2 試驗方案

選用按表1進行組合發(fā)酵處理后的4種畜禽糞便進行蚯蚓堆處理,每種處理重復(fù)3次,共計12組.選用的桶為下口直徑10 cm,上口直徑18 cm,高12 cm,底部有透水孔,每個塑料桶中均投放500 g發(fā)酵后的畜禽糞便,蚯蚓堆實驗前用相應(yīng)的畜禽糞便進行訓養(yǎng)2周.接種的蚯蚓為每桶40條體重、體長差別不大、環(huán)帶明顯的蚯蚓,均重為160 mg左右.用紗網(wǎng)進行遮蓋以防蚯蚓逃出.

表1 四組處理堆肥添加物情況

注: +:添加; -:未添加.

1.3 測試指標

有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法----稀釋熱法; C/N比中碳素采用K2Cr2O----外熱源法,氮素采用硫酸-過氧化氫消煮后,蒸餾滴定法;速效氮測定用擴散吸收法;速效磷測定采用NaHCO3浸提鉬銻抗比色法;測定采用NH4OAC浸提火焰光度計法.

蚯蚓體重:每周測定蚯蚓個體重量(mg/條)取平均值.

蚯蚓周增重倍數(shù)=(周末蚯蚓平均重量-初始蚯蚓平均重量)/周數(shù).

蚯蚓和蚓繭計數(shù)通過觀察直接記錄成蚓、幼蚓和蚓繭的數(shù)量.

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法

在Excel 2013下建立數(shù)據(jù)庫,分析試驗數(shù)據(jù),制作相關(guān)圖表.

2 結(jié)果與分析

2.1 蚯蚓堆處理對畜禽糞便中C/N比影響

C/N比普遍用于表示有機質(zhì)腐熟的指標之一,由于C跟N能夠間接通過微生物分解有機質(zhì)而釋放出來,C/N比的大小反應(yīng)出處理的效果.添加稻草相當于增加了C源,調(diào)整了初始C/N比,在圖1顯示的4組蚯蚓堆處理中,C/N比隨處理天數(shù)的增加而降低.降低的百分比分別為D1:23.76%、D2:24.18%、D3:25.28%、D4:26.16%.通過Senesi等[6]研究表明C/N比下降率在20%以上時,表明有機質(zhì)在高度穩(wěn)定狀態(tài)即說明有機質(zhì)腐熟的完全程度.各組C/N比下降率均在20%以上,表明蚯蚓堆能夠有效的腐熟畜禽糞便,處理效果為D1

圖1 蚯蚓堆處理中C/N比變化情況

2.2 蚯蚓堆處理對畜禽糞便中速效氮影響

圖2 蚯蚓堆處理中速效氮變化情況

2.3 蚯蚓堆處理對畜禽糞便中速效磷影響

圖3中結(jié)果顯示:4組蚯蚓堆處理中速效磷含量隨堆制時間的增加呈升高趨勢,增幅為D4>D3>D2>D1.可以看出在前3周,所有處理組速效磷含量上升明顯,但差異很大,D4組與D1組差異最大,趨勢相近,說明蚯蚓可以明顯增加速效磷的產(chǎn)生,之后2周速效磷含量趨于平穩(wěn)增長狀態(tài).蚯蚓堆制處理中速效磷含量增加的原因可能是蚯蚓腸道產(chǎn)生的磷酸酶及解磷細菌活性及數(shù)量的增加,使得有機質(zhì)的礦化水解及脫磷加快,進而使更多的速效磷從結(jié)合態(tài)磷中轉(zhuǎn)化生成.Ghosh等[8]認為,速效磷含量的增加是由于蚯蚓體內(nèi)的酶和蚯蚓共生微生物共同作用于底物物料的結(jié)果,蚯蚓處理能夠明顯提高速效磷含量的增加.

圖3 蚯蚓堆處理中速效磷變化情況

2.4 蚯蚓堆處理對畜禽糞便中速效鉀影響

圖4結(jié)果顯示:4組投加蚯蚓堆處理中速效鉀含量隨時間的增加呈現(xiàn)升高趨勢,其中D2在第3周出現(xiàn)下降趨勢之后上升,而其他組均平穩(wěn)增長,上升的幅度為D4>D3>D2>D1.明顯看出D1與D4速效鉀含量差別很大.速效鉀指的是水溶性鉀和交換性鉀,水溶性鉀可被作物直接利用,因此其可作為施肥的重要指標.從結(jié)果可以看出隨著蚯蚓堆處理天數(shù)的延長各組速效鉀含量明顯增加,說明蚯蚓堆有利于物料中速效鉀的釋放.Suthar[9]認為蚯蚓處理一些廢棄物的過程中,當微生物的活性增加可使蚯蚓體內(nèi)交換性鉀濃度增高.Kavirag等[10-17]認為蚯蚓堆制時,隨著蚯蚓共生微生物增多快速進行生長代謝,能夠生成酸性物質(zhì),因此提高了速效鉀生成的速率.

圖4 蚯蚓堆處理中速效鉀化情況

2.5 蚯蚓堆處理中蚯蚓體重變化

從圖5中可以看出,在4組蚯蚓堆處理中蚯蚓個體重變化情況先升高再平穩(wěn),在前3周蚯蚓個體重急速增加,在第4、5周趨于穩(wěn)定增重,蚯蚓在4組處理中體重增重程度最大的是D4,D1組增重程度最小.表明前期堆肥的效果顯著影響蚯蚓的生長情況,進而決定最終處理效果.隨著蚯蚓堆的處理,畜禽糞便中的營養(yǎng)物質(zhì)逐漸被消耗,蚯蚓體重出現(xiàn)減緩現(xiàn)象.

圖5 蚯蚓體重變化情況Fig.5 Changes in earthworm weight

2.6 蚯蚓堆處理中蚯蚓周增重倍數(shù)變化

由圖6中顯示,蚯蚓周增重倍數(shù)變化在前3周呈現(xiàn)增長趨勢,之后第4、5周呈現(xiàn)下降,蚯蚓在4組處理中體重增重最大的是D4,D1增重最小.周增長倍數(shù)與蚯蚓體重密切相關(guān),可以看出蚯蚓的生長情況與蚯蚓堆腐熟情況呈正相關(guān).蚯蚓周增重倍數(shù)變化在前3周呈現(xiàn)增長趨勢,在第4、5周呈現(xiàn)下降,周增重倍數(shù)與蚯蚓體重呈正相關(guān).

圖6 蚯蚓周增重倍數(shù)情況Fig.6 Multiples of weekly weight gains of earthworm

2.7 蚯蚓堆處理中蚓繭數(shù)變化

由圖7中可知,前3周蚓繭個數(shù)逐漸增多,在第4、5周出現(xiàn)減少的情況,蚓繭數(shù)在D4組處理中最多,D1組最少.蚓繭數(shù)與蚯蚓體重、周增重倍數(shù)密切相關(guān),表明D4組中蚯蚓生長狀況最好,D1最差.前期蚓繭數(shù)的增加說明蚯蚓繁殖能力良好,之后蚓繭數(shù)出現(xiàn)下降原因是物質(zhì)消耗.

圖7 蚓繭數(shù)變化情況Fig.7 Changes in the number of cocoon

3 結(jié) 論

(1) 蚓堆養(yǎng)分含量變化中:4組處理的C/N比下降率均在20%以上,說明處理效果好,同時各種速效氮含量、速效磷含量、速效鉀含量均明顯升高,各組升高差異明顯,說明處理效果D4>D3>D2>D1.

(2) 蚯蚓體重變化:4組蚯蚓堆處理中,蚯蚓個體重呈現(xiàn)先升高并在3周趨于平穩(wěn)、蚯蚓周增重倍數(shù)、蚓繭數(shù)呈現(xiàn)先升高并在3周出現(xiàn)小幅度下降,增重的大小為D4>D3>D2>D1.

(3) 蚯蚓堆處理中未發(fā)現(xiàn)蒼蠅及其他蟲卵,蚯蚓長勢良好,處理3周左右,由于蚯蚓的代謝及蚓糞的產(chǎn)生,各組畜禽糞便檢測出的養(yǎng)分含量明顯增加,能夠進行資源化利用,但各組存在差異,D4處理效果最好,D3、D2、D1次之,說明發(fā)酵劑與EM菌聯(lián)合蚯蚓堆處理效果最佳,發(fā)酵劑蚯蚓堆處理效果較好于EM菌蚯蚓堆處理效果,直接進行蚯蚓堆處理效果最差.

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【責任編輯: 肖景魁】

Resourceful Treatment of Livestock and Poultry Manure by Earthworm Composting

XuShenghong,ChengQuanguo

(Key Laboratory of Regional Environment and Eco-Remediation(Ministry of Education), Shenyang University, Shenyang 110044, China)

The livestock and poultry manure produced in farm is recycled by earthworm composting. Four different matching tests are designed by adding waste straw, adding EM bacteria and leavening agent. The results show that, the effect of the combination of leavening agent and EM bacteria was the best; the effect of leavening agent treatment was better than that of EM bacteria; the effect of direct earthworm composting treatment was the worst.

livestock and poultry manure; composting fermentation; earthworm composting;Eeiseniafetida

2016-12-22

遼寧環(huán)境科研“123工程”資助項目(CEPF2014-123-2-10); 沈陽大學創(chuàng)新項目(SYCXZ2015052).

徐盛洪(1991-),男,遼寧莊河人,沈陽大學碩士研究生; 程全國(1966-),男,遼寧沈陽人,沈陽大學教授.

2095-5456(2017)03-0201-05

S 181

A