影響蚯蚓處理糞污因素的研究進(jìn)展

馬曉勇，姜國(guó)均，岳世林

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院/中獸醫(yī)學(xué)院，河北 保定 071001）

近年來，國(guó)家大力支持畜牧業(yè)的發(fā)展，我國(guó)各地畜牧業(yè)蓬勃發(fā)展，養(yǎng)殖業(yè)也進(jìn)入快速發(fā)展階段，各種規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)不斷出現(xiàn)［1］。然而隨著豬、牛、羊、雞等畜禽的養(yǎng)殖總量和養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，其產(chǎn)生的糞便給環(huán)境帶來了很大的污染，主要包括惡臭氣體對(duì)空氣的污染，以及糞便中氮、磷、藥物、添加劑、有害病原微生物、重金屬元素殘留對(duì)水體和土地的污染等［2-3］。蚯蚓是一種雜食性的無脊椎動(dòng)物，具有食性廣泛、采食量大的特點(diǎn)。經(jīng)過發(fā)酵處理后的有機(jī)廢棄物，通過蚯蚓體內(nèi)的機(jī)械研磨，利用其自身消化系統(tǒng)內(nèi)各種消化酶的化學(xué)消化，在微生物的共同作用下，可以被分解、轉(zhuǎn)化成為能夠被蚯蚓自身或者其他微生物利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。據(jù)報(bào)道，蚯蚓采食的對(duì)象包括養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物、農(nóng)作物廢棄物、污水廠污泥、水果廢棄物等；蚯蚓的采食量也很大，其采食量相當(dāng)于自身體重。因此，利用蚯蚓處理糞便，不僅可以解決當(dāng)前面臨的畜禽糞便、污水廠、農(nóng)作物廢棄物污染問題，還可獲得優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料和動(dòng)物源性蛋白飼料，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義［4］。將蚯蚓養(yǎng)殖作為近年來新型的糞污資源化利用的有效途徑，具有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，故近年來對(duì)蚯蚓處理糞污技術(shù)的研究成為熱點(diǎn)［5］。

而根據(jù)蚯蚓喜陰、喜潮、喜食腐殖質(zhì)、怕噪音、對(duì)周圍環(huán)境特別敏感的特性，該文綜述了蚯蚓品種、環(huán)境因素、糞便腐熟程度、糞便組合及輔料成分等影響蚯蚓處理分解糞污能力的主要因素，旨在為后期進(jìn)一步探索蚯蚓處理糞便的最佳方式提供參考。

1 蚯蚓品種的選擇

蚯蚓有12個(gè)科181個(gè)屬6 000多種［6］。根據(jù)蚯蚓的生活特性及其對(duì)環(huán)境的處理功能，通常可將蚯蚓分為3類——表?xiàng)?、?nèi)棲類和深棲類。不同種類的蚯蚓所喜好的食物和適宜的環(huán)境也有很大不同。其中，表?xiàng)愹球緦?duì)有機(jī)廢棄物的處理有較好效果，因其對(duì)環(huán)境條件要求不高、喜愛食用有機(jī)物且生長(zhǎng)繁殖能力強(qiáng)，是分解處理有機(jī)廢棄物的最適合品種［7］。表?xiàng)愹球咎幚碛袡C(jī)廢棄物能力優(yōu)于內(nèi)棲類和深棲類蚯蚓，這可能與表?xiàng)愹球灸c道中菌群和酶的種類及活性有關(guān)［4］。目前，愛勝蚓屬為國(guó)內(nèi)外專家研究使用最多的蚯蚓種類，同時(shí)也是實(shí)際應(yīng)用中最廣泛的蚯蚓品種，主要是由于其具有食性廣、生長(zhǎng)速度快、繁殖率高、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)、處理畜禽廢棄物效果好的特點(diǎn)［8］。在廖新俤等［9］用愛勝蚓屬的太平2號(hào)和澳洲1號(hào)蚯蚓處理牛糞時(shí)的結(jié)果也證明，愛勝蚓屬的太平2號(hào)蚯蚓比澳洲1號(hào)生長(zhǎng)繁殖、適應(yīng)力強(qiáng)。而汪孫軍［10］利用太平2號(hào)處理牛糞的研究中發(fā)現(xiàn)，太平2號(hào)處理后的牛糞不僅有效態(tài)重金屬含量減少，并且處理后的牛糞對(duì)臭味氣體有一定吸收作用。同時(shí)宋修超［11］利用太平2號(hào)處理糞污及廢棄物的研究中也證明，處理后的糞料中有效重金屬含量降低，且糞大腸桿菌數(shù)與蛔蟲卵死亡率達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)以上結(jié)果可看出，愛勝蚓屬中的太平2號(hào)蚯蚓是目前利用蚯蚓處理糞污技術(shù)中研究材料的不錯(cuò)選擇。

2 環(huán)境因素

2.1 溫度

蚯蚓體溫不恒定，溫度對(duì)蚯蚓的生長(zhǎng)發(fā)育、后代繁殖、活動(dòng)強(qiáng)度和新陳代謝有不可忽視的影響作用，間接地對(duì)蚯蚓處理有機(jī)廢棄物的能力起到影響，因此，蚯蚓處理畜禽糞便時(shí)溫度的控制也是影響效果的重要條件之一。例如，利用赤子愛勝蚓處理畜禽糞便，高溫時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量含氮和硫的氣體，使糞便中氮的含量降低，從而使處理效率下降，且蚯蚓的日增重、繁殖率等也會(huì)下降。一般情況下，蚯蚓在5～30℃都能正常生長(zhǎng)和繁殖，最適宜的活動(dòng)溫度為15～25℃；5℃以下時(shí)，則進(jìn)入休眠狀態(tài)；40℃以上，蚯蚓開始逃離或死亡［4］。沈明星等［12］通過利用太平2號(hào)蚯蚓進(jìn)行試驗(yàn)表明，控制溫度在8～32℃這一范圍內(nèi)時(shí)，蚯蚓生長(zhǎng)環(huán)境溫度與蚯蚓對(duì)牛糞處理效率為極顯著相關(guān)關(guān)系，且溫度為25.4℃時(shí)達(dá)到最好效果；在高溫季節(jié)時(shí)，蚯蚓對(duì)牛糞的消化能力明顯下降，所以在夏季需要采取相應(yīng)的降溫措施。而成鋼等［13］通過使用太平3號(hào)蚯蚓進(jìn)行試驗(yàn)表明，在20～28℃溫度范圍內(nèi)時(shí)蚯蚓處理牛糞有較好效果，這一溫度范圍內(nèi)蚯蚓的存活數(shù)量高，且蚯蚓活力、采食量和排便量都明顯上升，生長(zhǎng)變快，產(chǎn)蚓率達(dá)80%以上，幼蚓發(fā)育到成蚓耗時(shí)減少，同時(shí)也得出在低溫或高溫環(huán)境會(huì)影響其處理糞污效果的結(jié)論。所以使用蚯蚓處理牛糞的溫度要求比較統(tǒng)一，無論是使用太平2號(hào)蚯蚓還是太平3號(hào)蚯蚓處理牛糞時(shí)所適宜溫度都應(yīng)保持在15～25℃范圍內(nèi)，且冬季、夏季應(yīng)采取相應(yīng)的措施，從而在處理牛糞時(shí)使溫度保持在蚯蚓生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖的最適溫度。

2.2 濕度

蚯蚓利用體表進(jìn)行呼吸，通過體表的含水層將氧氣溶解，并擴(kuò)散進(jìn)入蚯蚓體內(nèi)。適宜的濕度是維持蚯蚓正常生理活動(dòng)的基礎(chǔ)，同時(shí)又可調(diào)節(jié)蚯蚓體溫。因此，物料濕度過高或過低，均會(huì)影響蚯蚓的活性，濕度嚴(yán)重失調(diào)時(shí)可造成蚯蚓的死亡。所以，維持物料的濕度在合適范圍內(nèi)對(duì)蚯蚓的代謝活動(dòng)、生長(zhǎng)繁殖極為重要［4］。

一般情況下，蚯蚓適應(yīng)的濕度范圍是30%～80%，最佳濕度范圍 60%～80%［14］。而 Reinecke 等［15］研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓能夠適應(yīng)濕度為75%以上的牛糞。Gunadi等［16］研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓在牛糞中，達(dá)最高生長(zhǎng)和繁殖率時(shí)所對(duì)應(yīng)的濕度分別為90%和75%。倉(cāng)龍等［17］通過利用蚯蚓處理未腐熟的牛糞和藥渣組成的混合物時(shí)，發(fā)現(xiàn)處理效果最佳時(shí)的濕度為79%。

由以上研究結(jié)果可看出，蚯蚓處理糞便時(shí)適宜的濕度目前沒有固定范圍值，主要是因?yàn)楫?dāng)糞便腐熟程度、配合使用輔料、使用蚯蚓品種不同時(shí)，蚯蚓所適應(yīng)的濕度會(huì)有不同。今后對(duì)于具體情況下蚯蚓最適的濕度仍需進(jìn)一步研究。

2.3 pH值

蚯蚓對(duì)生活環(huán)境的pH值很敏感，當(dāng)物料的pH值＜5或＞9時(shí)，都會(huì)造成蚯蚓的死亡。蚯蚓的生長(zhǎng)和繁殖跟生活環(huán)境的pH值有著密切的關(guān)系，物料的pH值是蚯蚓處理畜禽糞便需要考慮的重要參數(shù)之一［4］。孫振軍等［18］利用發(fā)酵的牛糞與木屑為物料進(jìn)行研究表明，蚯蚓的最適生長(zhǎng)pH值是8～9，當(dāng)pH值為6～9時(shí)，可獲得最佳繁殖率。劉亞納等［19］等人的研究也指出，pH值為中性或弱酸性更有利于蚯蚓的生長(zhǎng)和繁殖。且近年來屈江陵［20］、李亮［2］研究所得結(jié)果也基本與過去試驗(yàn)相同，即pH值為中性時(shí)蚯蚓處理糞污的效果較好。因此在實(shí)際應(yīng)用中pH值應(yīng)該控制在中性范圍內(nèi)，從而使蚯蚓能夠快速地生長(zhǎng)繁殖。

3 糞便腐熟程度

通常認(rèn)為新鮮畜禽糞便含有大量水分、寄生蟲蟲卵、致病菌等，但經(jīng)過好氧發(fā)酵后，可通過高溫將寄生蟲蟲卵和致病菌殺死［4］，并將過多的水分蒸發(fā)從而為蚯蚓生長(zhǎng)提供適宜條件。同時(shí)糞便中的有機(jī)質(zhì)是蚯蚓生存的最主要條件之一。不少研究認(rèn)為［21］，物料的C/N值對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)有較大影響，且還是反映蚯蚓的處理糞污效率和適應(yīng)性的綜合指標(biāo)。而糞便的腐熟程度會(huì)影響著糞便中有機(jī)質(zhì)C/N值，因此C/N值常作為發(fā)酵腐熟程度的常用指標(biāo)。微生物發(fā)育過程需要碳元素和氮元素，微生物合成一份蛋白質(zhì)的過程消耗25～30份碳，因此對(duì)于發(fā)酵程度來講，C/N值在25～30時(shí)是一個(gè)較好范圍。當(dāng)C/N值高于35時(shí)，微生物要通過更多次的代謝循環(huán)過程，從而氧化過多的碳。相反，當(dāng)C/N值低于20時(shí)，在發(fā)酵過程中碳含量較低，微生物發(fā)育代謝所需碳源不足，導(dǎo)致氮素過剩，以氨氣的形式散發(fā)到環(huán)境中，利用蚯蚓處理該種形式的糞便時(shí)會(huì)導(dǎo)致蚯蚓受到毒害［22］。物料的C/N值過高，氮元素缺乏，蚯蚓補(bǔ)充的蛋白質(zhì)量少，生長(zhǎng)就會(huì)遲緩；而C/N值過高，會(huì)毒害蚯蚓。屈江陵［20］認(rèn)為太平2號(hào)蚯蚓喜歡食用發(fā)酵腐熟的畜糞。廖威等［23］的試驗(yàn)也說明當(dāng)牛糞發(fā)酵完全時(shí)蚯蚓才喜愛，雖然未發(fā)酵牛糞、半發(fā)酵牛糞蚯蚓也可以被蚯蚓取食，但最終處理效果不好。而趙瑞廷［24］在同樣使用太平2號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)蚯蚓處理未發(fā)酵的牛糞和發(fā)酵30 d的牛糞均有較好的效果，而且用蚯蚓處理未發(fā)酵的牛糞在操作上會(huì)更簡(jiǎn)單、成本上更低廉。這一結(jié)論與上述試驗(yàn)結(jié)論有所不同。由以上可看出當(dāng)使用不同種畜禽糞便組合及輔料時(shí)，蚯蚓處理糞便的最適C/N值不同，且目前試驗(yàn)中大部分相關(guān)試驗(yàn)使用的蚯蚓為太平2號(hào)蚯蚓，而太平3號(hào)蚯蚓與糞便腐熟情況間的關(guān)系并未有明確研究，并且目前僅有的試驗(yàn)結(jié)果不統(tǒng)一，所以未來關(guān)于該方面需要進(jìn)一步研究。

4 糞料組合及輔料成分

4.1 糞料組合

目前我國(guó)畜牧業(yè)生產(chǎn)中雞、豬、牛糞便量較大，是造成環(huán)境污染最為嚴(yán)重的污染物［25］。所以在利用蚯蚓處理糞便時(shí)往往多種動(dòng)物糞便配合使用，從而更好地減少動(dòng)物糞便對(duì)環(huán)境的污染。

成鋼等［5］利用太平3號(hào)蚯蚓，處理不同配比下發(fā)酵腐熟后的糞料，觀測(cè)、分析和比較蚯蚓在基料中的采食、排糞、逃逸數(shù)量及適應(yīng)性等生物學(xué)特性指標(biāo)，得出2種畜禽糞便搭配時(shí)，豬糞∶牛（羊）糞為 3∶2、雞糞∶牛（羊）糞為 1∶4 蚯蚓處理糞料效果最為理想，與使用蚯蚓單純處理牛糞時(shí)相比差異較小；3種畜禽糞便搭配時(shí)，豬糞∶雞糞∶牛糞和牛糞∶雞糞∶羊糞為 3∶2∶5、牛糞∶豬糞∶羊糞為 3∶4∶3 糞料被蚯蚓處理情況較好；4種畜禽糞便搭配時(shí)，豬糞∶雞糞∶羊糞∶牛糞為 3∶1∶2∶4 蚯蚓處理糞料達(dá)到較好效果，當(dāng)雞糞所占比例升高時(shí)，蚯蚓逃逸和死亡數(shù)量增多。

謝飛［26］在同樣利用太平3號(hào)蚯蚓的情況下，配合EM菌液進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)得出，蚯蚓在處理不同配比的糞料過程中平均蚓重和日增重倍數(shù)變化呈現(xiàn)出先升高再降低的規(guī)律。其中蚯蚓在處理牛糞與豬糞搭配組合時(shí)，牛糞∶豬糞干物質(zhì)比例為1∶1再添加1%EM菌液時(shí)，蚯蚓處理效果較好。該比例與未添加EM菌液時(shí)2種糞便最佳配合比例有很大不同。

根據(jù)以上研究可看出，最適宜蚯蚓生長(zhǎng)繁殖的糞便為牛糞。而我國(guó)其他家畜糞便量又較大，所以未來利用蚯蚓處理牛糞時(shí)應(yīng)加入其他動(dòng)物的糞便，形成組合糞便進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)牛糞循環(huán)利用的同時(shí)使得其他家畜糞便污染減小，但組合時(shí)牛糞所占比例一定最多，而具體比例情況仍要根據(jù)具體使用蚯蚓的品種以及所配合使用的輔料種類來進(jìn)行進(jìn)一步研究。

4.2 輔料成分

為增強(qiáng)蚯蚓處理糞便的效果，縮短處理時(shí)間，可用糞便配合其他輔料進(jìn)行處理。目前添加的輔料主要有EM菌液、稻草、秸稈、益生菌、尿素、腐爛的水果。以上輔料中以EM菌液、稻草、秸稈配合牛糞使用較多。其中，稻草、秸稈在作為輔料進(jìn)行使用時(shí)應(yīng)切短［2］?？涤绖偅?7］等通過使用腐熟好的切碎的玉米秸稈和牛糞以3∶2比例進(jìn)行太平2號(hào)蚯蚓養(yǎng)殖，取得良好效果。而EM菌液、益生菌、尿素在作為輔料時(shí)，經(jīng)廖威等［23］利用太平 2號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)得出，以EM液為輔料的試驗(yàn)組蚯蚓增重最多，其次為益生菌液試驗(yàn)組，最后為尿素試驗(yàn)組，均比單一原料時(shí)的生長(zhǎng)情況更好。但值得注意的是，蚯蚓益生菌發(fā)酵液的價(jià)格比EM菌液低，但所產(chǎn)生效果與EM菌液差別不大，所以未來蚯蚓益生菌發(fā)酵液是值得開發(fā)的EM菌液的替代品。

對(duì)于以腐爛水果作為輔料目前使用不多。但太平2號(hào)蚯蚓更喜歡含糖源多的食物，所以當(dāng)使用太平2號(hào)蚯蚓處理牛糞時(shí)輔料中加入一些香甜的腐爛水果，可提高蚯蚓食量，從而達(dá)到更好的牛糞處理效果［20］。

實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)具體成本選擇輔料，并且輔料的選擇也影響著其他因素的變化，所以具體情況下輔料的使用情況仍然要繼續(xù)探索。未來對(duì)于輔料的研究應(yīng)集中在能夠提高蚯蚓處理糞污效率，殺死和減少糞料中有毒有害物質(zhì)（如細(xì)菌、重金屬等），增加蚯蚓產(chǎn)量，降低產(chǎn)物的異味的方向進(jìn)行。而對(duì)于目前蚯蚓益生菌發(fā)酵液這種高效廉價(jià)的研究也將成為未來輔料中研究的熱門。

5 小結(jié)

根據(jù)以上的研究資料可以發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)試驗(yàn)使用的蚯蚓品種主要為太平2號(hào)蚯蚓，糞料主要以牛糞為基礎(chǔ)。在不同蚯蚓、糞便腐熟度、糞便組合及輔料的條件下，蚯蚓最適環(huán)境變化不大，但除環(huán)境因素外的其他3項(xiàng)因素之間相互關(guān)聯(lián)，影響相應(yīng)的比例和種類的選擇及搭配，所以對(duì)于除環(huán)境因素外的其他3項(xiàng)因素在不同情況下的選擇需要進(jìn)一步研究。