豬糞、牛糞搭配平菇廢菌渣飼喂蚯蚓效果的研究

李艷華，羅 杰，胡 佳, 顧昌華，羅 剛

(1. 銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院 農(nóng)學(xué)院，銅仁 554300； 2. 銅仁市特種水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展與提升工程技術(shù)研究中心，銅仁 554300； 3. 銅仁市梵凈山食用菌菌種繁育工程技術(shù)研究中心，銅仁 554300)

隨著我國畜牧業(yè)的大力發(fā)展，2014年我國豬肉產(chǎn)量達(dá)到5 671萬噸，豬糞產(chǎn)生數(shù)量為35.61億噸[1]。大量豬糞未經(jīng)處理而直接堆置到農(nóng)田等外環(huán)境中，任其腐敗變質(zhì)產(chǎn)生大量有害微生物，造成嚴(yán)重的生態(tài)污染[2]。食用菌目前也已成為我國第五大農(nóng)作物，年產(chǎn)量已超過3 597萬噸，占世界總產(chǎn)量的70%以上[3]，按照40%的生物轉(zhuǎn)化效率，保守估計(jì)我國年產(chǎn)廢菌渣1 438.8萬噸[4-5]，食用菌廢菌渣大部分暴露擱置于地面，傳統(tǒng)的處理方式也只是將其直接作為肥料或燃料，致使廢菌渣中豐富的有機(jī)質(zhì)、蛋白質(zhì)，以及氮、磷、鉀等礦物質(zhì)元素未能被充分利用，利用方式粗放低效[6-8]。目前，采用蚯蚓處理食用菌菌渣的研究在國外沒有研究報道，在國內(nèi)的研究也是屈指可數(shù)，有關(guān)學(xué)者[9-10]對不同食用菌菌渣組合牛糞飼養(yǎng)蚯蚓開展了相應(yīng)研究，但還鮮見食用菌菌渣搭配豬糞飼養(yǎng)蚯蚓的研究。蚯蚓號稱地球上最有價值的動物，它終生以腐殖質(zhì)為食，能對畜禽糞便和食用菌菌渣進(jìn)行很好的生物降解，獲得高質(zhì)量的蚯蚓蛋白和生物有機(jī)肥[11-13]。在資源日益枯竭的背景下，如何將這些農(nóng)業(yè)廢棄物變“廢”為寶，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，是行業(yè)熱點(diǎn)更是亟待解決的科學(xué)問題。鑒于此，作者對食用菌菌渣搭配豬糞飼養(yǎng)蚯蚓開展研究，以期為綜合利用農(nóng)業(yè)廢棄物提供基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料

新鮮平菇廢菌渣采自銅仁市梵凈山食用菌菌種資源工程技術(shù)研究中心生態(tài)試驗(yàn)大棚；大平二號蚯蚓由銅仁市特種水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展與提升工程技術(shù)研究中心提供；新鮮的豬糞和牛糞由銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院生態(tài)養(yǎng)殖場提供。試驗(yàn)用的平菇廢菌渣、豬糞和牛糞的基本性狀見表1。

表1 基質(zhì)原料成分性狀

1.2 方法

1.2.1 原材料的處理

取新鮮的平菇廢菌渣、豬糞和牛糞，挑出霉變和雜質(zhì)。平菇菌渣新鮮或晾干備用，牛糞堆漚發(fā)酵10 d，豬糞堆漚發(fā)酵15 d，發(fā)酵結(jié)束翻堆敞氣3 d備用。

1.2.2 試驗(yàn)分組與設(shè)計(jì)

(1)平菇廢菌渣搭配豬糞、牛糞試驗(yàn)分組與設(shè)計(jì)。豬糞和牛糞分別按照與平菇廢菌渣的質(zhì)量比例為0∶5、1∶4、2∶3、3∶2、4∶1和0∶5進(jìn)行搭配，混合后調(diào)節(jié)各處理組基質(zhì)含水量在70%～80%，每組取6個重復(fù)，每個重復(fù)取750 g混合基料放于塑料盒中(上口徑15 cm，高12 cm，塑料盒的蓋子和底部打有小孔)，同一處理每個盒子中放入大小均勻的性將成熟蚯蚓15條(總重2.5 g±0.28 g)。試驗(yàn)期間保持基質(zhì)水分70%～80%，試驗(yàn)周期為60 d。

(2)堆肥自由選擇分組與試驗(yàn)設(shè)計(jì)。根據(jù)平菇廢菌渣搭配豬糞、牛糞試驗(yàn)分組的試驗(yàn)結(jié)果，把堆肥自由選擇試驗(yàn)分為A、B、C共3組。 A組為100%(純)平菇菌渣，不做處理；B組在平菇菌渣中加入40%最佳比例的牛糞混合飼喂；C組在平菇菌渣中加入最佳比例20%的豬糞混合飼喂。在直徑1 m的圓圈地面上放上防逃網(wǎng)，并在正中位置放置一直徑為15 cm，高20 cm的圓柱體大孔篩網(wǎng)，以篩網(wǎng)為中心，將圓圈地面均分為3等份，每等份放入40 kg含水量為70%～80%的A、B、C 3種基質(zhì)，共3個重復(fù)，在每個重復(fù)的中心圓篩位置放入1 kg的蚓種。試驗(yàn)期間每天補(bǔ)充適當(dāng)水分，保持基質(zhì)水分70%～80%，試驗(yàn)周期為75 d。

1.2.3 指標(biāo)的測定方法

試驗(yàn)結(jié)束后將各組中的成蚓、幼蚓分別進(jìn)行計(jì)數(shù)、稱重，記錄蚓繭數(shù)；收集與稱重各組蚓糞和蚯蚓，烘干后用于測定蚓糞的肥效指標(biāo)、蚯蚓中的重金屬含量。涉及的各指標(biāo)定義及檢測方法如下：

基質(zhì)轉(zhuǎn)化效率=試驗(yàn)結(jié)束時的基質(zhì)重量×100%/ 試驗(yàn)開始時的基質(zhì)重量；

蚯蚓增重倍數(shù)=(試驗(yàn)結(jié)束時蚯蚓的總質(zhì)量-試驗(yàn)開始時的蚯蚓質(zhì)量)/試驗(yàn)開始時的蚯蚓質(zhì)量(單個蚓繭重量按0.02 g計(jì)算)；

增殖倍數(shù)=(試驗(yàn)結(jié)束時幼蚓總條數(shù)+2×蚓繭數(shù))/初始種蚓條數(shù)(單個蚓繭按孵化2條蚯蚓折合計(jì)算)；

有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化法測定；全氮采用半微量凱氏定氮法；全磷采用磷鉬酸喹啉重量法；全鉀采用四苯硼酸鉀重量法；速效氮采用鋅粉-硫酸亞鐵還原法；速效磷采用硫酸浸提釩鉬黃比色法；速效鉀采用硫酸浸提火焰光度法。碳素(C/N)的測定采用K2Cr2O7—外熱源法測定；氮素的測定采用硫酸-過氧化氫消煮后，蒸餾滴定法。蚯蚓體內(nèi)重金屬銅、鋅參照《GB/T14540—2003》測定；鉻、砷、汞、鉛參照《GB/T 23349—2009》測定；鎳參照《NY/T 3161—2017》測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 平菇廢菌渣搭配豬糞、牛糞試驗(yàn)

表2表明豬糞搭配平菇廢菌渣試驗(yàn)在20%豬糞搭配下蚯蚓的生長繁殖效果最好，其他各組明顯低于該組，60%豬糞搭配甚至出現(xiàn)負(fù)增長；牛糞搭配平菇廢菌渣以40%配比蚯蚓的生長繁殖效果最優(yōu)，但是與60%和20%配比無顯著差異。

表2 豬糞、牛糞搭配平菇廢菌渣飼喂蚯蚓生長繁殖結(jié)果

2.2 自由堆肥組中蚯蚓的生長繁殖情況及基質(zhì)轉(zhuǎn)化率

由表3可知,C組蚯蚓末總重和性成熟蚯蚓數(shù)量均極顯著(P<0.01)高于A組，A和B、B和C組間差異均不顯著；A、B、C 3組幼蚓數(shù)量、蚓繭數(shù)量和增殖倍數(shù)的排序?yàn)镃 >B > A，且各組間差異均極顯著。

表3和圖1表明各組物質(zhì)轉(zhuǎn)化率由高到低的順序?yàn)镃 >B > A，加入牛糞、特別是豬糞能顯著提高蚯蚓的生長繁殖性能，且能提高基質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。

圖1 蚯蚓對基質(zhì)轉(zhuǎn)化情況Figure 1 The change of matrix by earthworms

表3 蚯蚓自由選擇條件下生長繁殖情況

2.3 蚯蚓體內(nèi)金屬元素含量測定結(jié)果

表4結(jié)果表明在萬分之一的檢測精度下未檢測到蚯蚓體內(nèi)的汞和鉛含量。蚯蚓體內(nèi)鎳含量在C組中含量最高，且與A、B 2組差異極顯著。蚯蚓體內(nèi)的銅、鋅、鉻、砷的含量排序均為C>B>A，且各組間含量差異均為極顯著。

表4 各基質(zhì)組蚯蚓體內(nèi)及基質(zhì)原料金屬元素的檢測結(jié)果

2.4 蚓糞養(yǎng)分成分變化結(jié)果

由表5結(jié)果可知，A、B、C組的有機(jī)質(zhì)含量均有極顯著下降，分別下降29.34%、28.43%和27.77%；A組蚯蚓消解前后全氮含量極顯著提高，升高11.76%，B組蚯蚓消解前后全氮含量升高6.58%，但前后差異不顯著，C組蚯蚓消解前后全氮極顯著降低，降低9.42%；A、B、C 3組蚯蚓消解前后的全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀含量都有顯著或極顯著的提高，碳氮比都有極顯著的降低。

表5 各處理組試驗(yàn)前后養(yǎng)分成分檢測結(jié)果

3 討論

3.1 平菇廢菌渣搭配豬糞、牛糞試驗(yàn)

結(jié)果表明平菇廢菌渣搭配20%豬糞時蚯蚓的生長和繁殖效果最好，其次為40%豬糞配比。平菇廢菌渣搭配牛糞在各種配比下都能達(dá)到較佳的生長和繁殖效果，尤其以40%和60%配比效果最佳，這一結(jié)果與有關(guān)學(xué)者[14-15]的研究結(jié)果較為一致。

3.2 自由堆肥組中蚯蚓的生長繁殖情況及基質(zhì)轉(zhuǎn)化率

已有研究[16]表明蚯蚓適宜堆肥餌料的C/N比范圍為16～25。20%豬糞配比基質(zhì)C/N比為22.7，40%牛糞基質(zhì)C/N比為28.6，100%平菇廢菌渣基質(zhì)C/N比為33.7。蚯蚓在20%豬糞配比組生長與繁殖最好，其次為40%牛糞配比組，最差的為100%平菇廢菌渣組。因此，本研究結(jié)果較好地印證了劉亞納[16]的研究結(jié)果。豬糞的搭配顯著地降低了基質(zhì)的碳氮比，豐富了基質(zhì)的氮素營養(yǎng)，從而更利于蚯蚓的生長繁殖。但是也有研究表明在促進(jìn)赤子愛勝蚓生長方面豬糞要好于牛糞，而在促進(jìn)赤子愛勝蚓繁殖方面牛糞較豬糞更有利[17-18]。研究還表明基質(zhì)轉(zhuǎn)化率與蚯蚓的生長繁殖利用率存在明顯負(fù)相關(guān)，牛糞、特別是豬糞的添加能顯著提高基質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，從而獲得更多的蚓糞有機(jī)肥，而低營養(yǎng)組的純菌渣組只通過重復(fù)攝食利用、增加餌料攝食效果、降低基質(zhì)轉(zhuǎn)化率來維持不斷生長繁殖。

3.3 蚯蚓體內(nèi)金屬元素含量測定

蚯蚓處理完畜禽糞便等有機(jī)廢棄物后常被制作成重要地龍、飼料蛋白等，因此對蚯蚓體內(nèi)重金屬含量的檢測不容忽視。眾多研究表明，蚯蚓對基質(zhì)中的重金屬元素具有很強(qiáng)的富集作用[19]，除了Cu和As略有富集(富集系數(shù)<1)，蚯蚓對基質(zhì)中的Zn、Cr、Ni、Hg和Pb均沒有出現(xiàn)富集，Hg和Pb的含量甚至低于檢測精度，除As略超出標(biāo)準(zhǔn)限額外，其他重金屬含量都在飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)《GB13078—2017》限額內(nèi)。這與孫茂紅[20]、吳國英[21]等報道的蚯蚓對牛糞和豬糞中Cu、Zn的富集量比Hg明顯的結(jié)果相一致，也與陳玉成等[22]研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓易富集金屬元素As，而不易富集 Hg的結(jié)果相一致。但是本研究的蚯蚓對重金屬的低富集系數(shù)應(yīng)該與蚯蚓在基質(zhì)中的試驗(yàn)暴露時間有密切關(guān)系，相關(guān)研究也證明了這點(diǎn)[20-21]，而且有關(guān)研究也表明蚯蚓對重金屬的吸收能力與物料 C/N 比、溫度、濕度和蚯蚓接種密度等相關(guān)[20]。

3.4 蚓糞養(yǎng)分的變化

結(jié)果表明各組基質(zhì)經(jīng)蚯蚓消解后，有機(jī)質(zhì)含量和碳氮比均有明顯下降，這與蚯蚓生長過程中利用了基質(zhì)有機(jī)質(zhì)來提供能源和碳源，并有一部分碳以CO2的形式排放消耗有關(guān)，也與很多學(xué)者[15,23-24]的研究結(jié)果相一致。A組試驗(yàn)前后的全氮與A、B、C 3組基質(zhì)實(shí)驗(yàn)前后的全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀的含量均有明顯或極明顯升高，這與很多學(xué)者[14,23-25]的研究結(jié)果一致，但與王惠敏等[23]的研究結(jié)果相反。造成這一差異的原因可能是本研究是在室內(nèi)進(jìn)行，養(yǎng)分不受雨水影響，而王惠敏等[23]的研究是在室外露天進(jìn)行，難免有雨水流淋，造成養(yǎng)分丟失。B組基質(zhì)試驗(yàn)前后全氮含量略有上升，但是無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；C組基質(zhì)試驗(yàn)前后的全氮是唯一發(fā)生顯著下降的組別，可能跟豬糞中氮素較充足，并以氨氣形式釋放逃逸有關(guān)，這種情況在一些學(xué)者[15]的研究中也有發(fā)生。因此，總體上各類基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)和碳氮比明顯下降、養(yǎng)分含量有明顯提升，蚓糞肥略經(jīng)調(diào)配適合做優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥[15,17]。

4 結(jié)論

綜上分析表明，為合理解決食用菌產(chǎn)業(yè)和畜牧業(yè)的快速發(fā)展帶來的大量農(nóng)業(yè)廢棄物，對畜禽糞便和食用菌菌渣進(jìn)行合理搭配養(yǎng)殖蚯蚓是生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的較佳路徑。牛糞適宜搭配的推薦比例以40%為宜，豬糞適宜搭配比例以20%為宜，各類基質(zhì)經(jīng)為期75 d的蚯蚓消解后，可以獲得優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥和蚯蚓蛋白，且蚯蚓中重金屬并未發(fā)生明顯富集，適合飼用或者藥用。