美洲大蠊養(yǎng)殖廢棄物有氧堆肥研究

中圖分類號：S141.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-060X（2025）06-0032-04

引用格式：孔令芳，李文萍，李云飛，等.美洲大蠊養(yǎng)殖廢棄物有氧堆肥研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2025（6）：32-35，51.DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2025.006.006

Aerobic Composting of Periplaneta americana Farming Waste

KONG Ling-fang1，2.34，LI Wen-ping3，LI Yun-fei3， ZHU Yuan3

（1.YunnanProvincialKeyLaboratoryofEntomologicalBiopharmaceuticalRamp;D，Dali University，Dali 6，C; 2.National-LcalJointEngineeringResearchCenterofntomoceutics，DaliUvesityDali6，RC;3.Cllgeof Agriculture andBiologyScience，Dali University，Dali 67oo3，PRC; 4.KeyLaboratoryforAgroecologyinErhai Lake Watershed of the Department of Education of Yunnan Province，Dali 671oo3，PRC）

Abstract：This study aims to develop amethod for harmless treatmentof Periplaneta americana farming waste.Two compost treatments of P. americana farming waste and P. americana farmingwaste + straw were designed.The dynamic changes in temperature，nutrientcontent，organic matercontent，seed germination index，and deathrateofascarid eggs beforeandafter composting were monitored. The results showed that the composting of P. americana farming waste + strawdemonstrated a good temperature-rising effect， with the highest temperature reaching 67% . After composting， the content of total nitrogen， total phosphorus， andtotal potassiuminthecompostofachtreatmentincreased，whiletatofrganicmaterdecreased.Allompostproductswere fullydecomposed.Theseed germinationindexandthedeathrateofascarideggsineachtreatmentaftercompostingmaturitymethe standards for organic fertilizer.The product of the P. americana farmingwaste + straw treatment reached the organic matter content of 71.36% and total nutrient content of 11.81% （total nitrogen 5.60% ， total phosphorus 3.69% ， and total potassium 2.52% ），and thus it can be used as a safe and reliable organic fertilizer.

Keywords：Periplanetaamericana farmingwaste;straw;compostingmaturity;seedgerminationindex;compostingquality

美洲大蠊（PeriplanetaamericanaL.），俗稱蟑螂、菜婆蟲、偷油婆，是蜚蠊科大蠊屬昆蟲[1-3]。美洲大蠊雖攜帶癇疾、傷寒、霍亂和阿米巴病等多種疾病的病原體[4，但現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明其體內(nèi)活性成分具有抗腫瘤、抗肝損傷、促進(jìn)組織修復(fù)和提高免疫力等功效[5-7]。目前以美洲大蠊提取物為主要成分的康復(fù)新液、心脈隆注射液和肝龍膠囊等制劑已廣泛應(yīng)用于燒燙傷、胃潰瘍及心腦血管疾病的臨床治療[8。此外，美洲大蠊蟲體蛋白質(zhì)含量高達(dá) 70% 其蟲體和卵莢可作為優(yōu)質(zhì)蛋白源，為水產(chǎn)養(yǎng)殖和畜禽養(yǎng)殖提供高檔飼料來源。由于美洲大蠊繁殖能力強(qiáng)、易于養(yǎng)殖且應(yīng)用前景廣泛，我國美洲大蠊人工養(yǎng)殖業(yè)迅速興起并蓬勃發(fā)展[

美洲大蠊養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值的同時，也產(chǎn)生了大量養(yǎng)殖廢棄物，主要包括制藥提取后的殘渣和養(yǎng)殖過程中的排泄物。這些養(yǎng)殖廢棄物在堆積過程中不僅會產(chǎn)生難聞的氣味，而且含有大量蟲卵、幼蟲和病原菌。目前這些副產(chǎn)物的處理方式以直接丟棄、還田和飼料化利用為主，這些粗放的處理方式存在環(huán)境污染風(fēng)險。美洲大蠊糞便中氮磷鉀含量和有機(jī)質(zhì)含量豐富，是極具開發(fā)潛力的生物資源，然而，國內(nèi)尚未建立安全、經(jīng)濟(jì)的無害化處理體系，這些潛在的生物資源未能得到有效利用。雖然堆肥化處理是最常見的有機(jī)廢棄物處理方式[10]，但現(xiàn)有技術(shù)仍存在資源利用率低、開發(fā)不充分等問題，因此，亟需開發(fā)科學(xué)高效的資源化利用技術(shù)。

堆肥化處理是將要堆腐的有機(jī)物料與填充料按一定比例混合，在適宜的水分和通氣條件下，通過微生物作用將有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定腐殖質(zhì)的過程[11-2]。在各類堆肥系統(tǒng)中，條垛式堆肥系統(tǒng)因操作簡便、成本低且堆肥產(chǎn)品穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢棄物處理[13]。堆肥過程中，碳氮比是影響有機(jī)物分解的重要因素[14]。研究表明，發(fā)酵物料的最佳碳氮比應(yīng)保持在 20：1～30：1^[15] ，碳氮比過高或過低都會降低堆肥效率。

本研究以美洲大蠊養(yǎng)殖廢棄物為原料，系統(tǒng)考察了添加輔料對堆肥過程及產(chǎn)物品質(zhì)的影響，旨在為美洲大蠊藥用開發(fā)產(chǎn)生的廢棄物提供環(huán)保處理方案，以及通過高效資源化技術(shù)開發(fā)新型有機(jī)肥料，促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

美洲大蠊養(yǎng)殖廢棄物來源于云南省大理州巍山縣云南京新生物科技有限公司，水稻秸稈來源于大理大學(xué)實(shí)踐教學(xué)基地，曬干粉碎后使用。

1.2 試驗設(shè)計

堆肥試驗在大理大學(xué)實(shí)踐教學(xué)基地進(jìn)行，室溫，防雨，通風(fēng)良好。試驗設(shè)置了單一養(yǎng)殖廢棄物和養(yǎng)殖廢棄物 + 秸稈（碳氮比為 25：1 ）2個處理。將美洲大蠊養(yǎng)殖廢棄物與水稻秸稈粉末按比例混合，利用攪拌器充分混勻；堆料時進(jìn)行調(diào)水使含水量保持在 50%～70% ，即向混合物中添加水直至物料可以手握成團(tuán)、有水滲出而不滴下；將物料堆積成條垛狀，條垛斷面呈三角形，條垛高度和底部寬均控制在1m左右，覆蓋塑料薄膜并用石塊壓緊邊緣。在堆肥初期，2d翻堆1次；堆肥至高溫期結(jié)束且溫度降至30～35^°C 時，3d翻堆1次；當(dāng)堆體溫度降至與環(huán)境溫度基本一致且維持穩(wěn)定時，停止翻堆，堆肥結(jié)束。

1.3 測定指標(biāo)及方法

堆肥后每天定時測定堆體溫度，將5根溫度計分別插入堆體的上、中、下及兩側(cè)，插入深度大于25cm ，以5個點(diǎn)測量的平均值作為堆體發(fā)酵溫度，同時記錄環(huán)境溫度。每周采樣1次，測定堆體pH值、含水量、養(yǎng)分含量、有機(jī)質(zhì)含量、種子發(fā)芽指數(shù)和蛔蟲卵死亡率。參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T8576—2010[測定含水量，參照標(biāo)準(zhǔn)NY/T525—2021[測定pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量和種子發(fā)芽指數(shù)，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T19524.2—2004[18]測定蛔蟲卵死亡率。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同堆肥處理的溫度動態(tài)變化

由圖1可知，堆肥初期，各處理堆體溫度迅速上升。養(yǎng)殖廢棄物處理前期溫度波動上升，第14天達(dá)到 50% ，進(jìn)入高溫期，高溫持續(xù)12d且最高溫度為 55^°C ，期間溫度波動較大；養(yǎng)殖廢棄物 + 秸稈處理在堆肥第5天進(jìn)入高溫期，高溫持續(xù)22d且最高溫度達(dá) 67^°C 。2個處理均在堆肥27d后開始降溫，最終溫度趨于環(huán)境溫度。

2.2 不同堆肥處理的 pH 值動態(tài)變化

由圖2可知，2個處理的堆體初始pH值均為8.08。堆肥開始后，隨著堆肥時間增加，養(yǎng)殖廢棄物處理的pH值先降低后升高，最低降至6.44；養(yǎng)殖廢棄物 + 秸稈處理的 pH 值隨堆肥時間增加先升高后降低，35d后達(dá)到最大pH值9.13。堆肥結(jié)束后，養(yǎng)殖廢棄物和養(yǎng)殖廢棄物 + 秸稈處理的pH值分別為8.49和 8.91 。

2.3 不同堆肥處理的含水量動態(tài)變化

由圖3可知，養(yǎng)殖廢棄物和養(yǎng)殖廢棄物 + 秸稈處理的含水量變化趨勢一致，其初始含水量分別為60.49% 和 64.87% 。堆肥0＼～21d時，2個處理的含水量均隨堆肥時間增加而降低；21d后，2個處理的含水量均先升高后降低；堆肥結(jié)束后，養(yǎng)殖廢棄物和養(yǎng)殖廢棄物 + 秸稈處理的含水量分別為 60.24% 和58.65% ，其中養(yǎng)殖廢棄物 + 秸稈處理的含水量下降得更為明顯。

2.4不同堆肥處理的堆體養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量變化

2.4.1堆體全氮含量由表1可知，堆肥前后2個處理的全氮含量均無顯著差異，相較初始全氮含量，2個處理的全氮含量均提高了 11.33% 。

2.4.2堆體全磷含量由表2可知，堆肥前后2個處理的全磷含量均無顯著差異。養(yǎng)殖廢棄物和養(yǎng)殖廢棄物 + 秸稈處理堆肥結(jié)束后的全磷含量分別為3.97% 和 3.69% ，相較初始全磷含量，堆肥后2個處理的全磷含量分別提高了 36.90% 和 19.42% 。

2.4.3堆體全鉀含量由表3可知，堆肥前后2個處理的全鉀含量均無顯著差異。養(yǎng)殖廢棄物和養(yǎng)殖廢棄物 + 秸稈處理堆肥結(jié)束后的全鉀含量分別為2.17% 和 2.52% ，相較初始全鉀含量，堆肥后2個處理的全鉀含量分別提高了 33.13% 和 30.57% 。

2.4.4堆體有機(jī)質(zhì)含量由表4可知，堆肥前養(yǎng)殖廢棄物和養(yǎng)殖廢棄物 + 秸稈處理的初始有機(jī)質(zhì)含量分別為 81.39% 和 80.71% ，兩者無顯著差異；堆肥結(jié)束后，2個處理的有機(jī)質(zhì)含量分別降至 79.41% 和71.36% ，且養(yǎng)殖廢棄物 + 秸稈處理的有機(jī)質(zhì)含量顯著低于養(yǎng)殖廢棄物處理。

2.5 不同堆肥處理的種子發(fā)芽指數(shù)動態(tài)變化

由圖4可知，隨著堆肥時間增加，2個處理的種子發(fā)芽指數(shù)均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，其中養(yǎng)殖廢棄物處理在堆肥發(fā)酵第7、14和21天的種子發(fā)芽指數(shù)為 0% 。堆肥結(jié)束后，養(yǎng)殖廢棄物和養(yǎng)殖廢棄物 + 秸稈處理的種子發(fā)芽指數(shù)分別為 85% 和 90% ，均達(dá)到了堆肥腐熟標(biāo)準(zhǔn)。

2.6不同堆肥處理的蛔蟲卵死亡率動態(tài)變化由圖5可知，隨著堆肥時間增加，2個處理的蛔蟲卵死亡率均逐漸升高，堆肥28d后均達(dá)到 100% 。

3 討論與結(jié)論

目前有機(jī)肥生產(chǎn)常采用高溫好氧堆肥，其中條垛式堆肥最為常見[19]。本研究中，養(yǎng)殖廢棄物 + 秸稈處理的最高溫度為 67^°C ，明顯高于養(yǎng)殖廢棄物處理（ 55% ），2個處理均完整經(jīng)歷了升溫期、高溫期、降溫期和平穩(wěn)期4個階段，但添加水稻秸稈可加快堆肥進(jìn)程，提高發(fā)酵溫度。堆肥過程中，含氮有機(jī)物分解產(chǎn)生氨氣，溶于水形成氨水，可提高堆體的pH值[20]；加之微生物代謝作用[21]，堆肥結(jié)束時2個處理的 pH 值均高于初始 pH 值。此外，堆肥起始含水量一般控制在 40%～60% ，過高易導(dǎo)致堆肥材料厭氧發(fā)酵，過低則不利于微生物生長繁殖，影響有機(jī)物分解和腐熟進(jìn)程[15]。本研究中2個處理的初始含水量為 60% 左右，由于堆肥過程中翻堆通風(fēng)和內(nèi)部微生物活動，堆肥結(jié)束時2個處理的含水量均有所下降。

堆肥過程中，含氮有機(jī)物經(jīng)微生物降解產(chǎn)生氨氣，其散失途徑主要包括同化吸收、氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽以及直接逸人大氣[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，堆肥結(jié)束后2個處理的全氮含量略有提高，這是因為有機(jī)質(zhì)分解導(dǎo)致總干物質(zhì)減少，使得全氮相對含量增加[23]。磷和鉀是影響堆肥產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。堆肥過程中，磷和鉀不易揮發(fā)，因此損失相對較少，而且添加秸稈等促進(jìn)劑主要是通過調(diào)節(jié)碳氮比和改善孔隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)酵條件，對磷和鉀的影響較小[24]。堆肥過程中，有機(jī)質(zhì)通過礦質(zhì)化和腐殖質(zhì)化作用轉(zhuǎn)化為腐殖酸等新物質(zhì)[25]，這些產(chǎn)物的積累與微生物的持續(xù)降解處于動態(tài)平衡，共同影響了最終堆肥產(chǎn)品的有機(jī)質(zhì)含量。

種子發(fā)芽指數(shù)是評估堆肥腐熟度和毒性的有效指標(biāo)[2。種子發(fā)芽情況可直觀反映堆肥的生物毒性和腐熟狀態(tài)，因含較高濃度的毒性物質(zhì)，未腐熟堆肥會抑制發(fā)芽和幼苗生長，而腐熟度提高后這些抑制作用逐漸消除。標(biāo)準(zhǔn)NY/T525—2021要求有機(jī)肥種子發(fā)芽指數(shù)達(dá)到 70% 以上，本研究中養(yǎng)殖廢棄物堆肥在堆肥發(fā)酵第7、14和21天的種子發(fā)芽指數(shù)為0% ，說明此階段堆體存在較強(qiáng)的生物毒性；堆肥結(jié)束后，其種子發(fā)芽指數(shù)達(dá)到 85% ，符合腐熟標(biāo)準(zhǔn)。

美洲大蠊養(yǎng)殖廢棄物富含養(yǎng)分但含致病生物，經(jīng)高溫堆肥處理（堆肥溫度高于 55^°C 且維持3d以上）后才能用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[27]。本研究結(jié)果顯示，堆肥28d后，2個處理的蛔蟲卵死亡率均達(dá) 100% ，符合標(biāo)準(zhǔn)NY/T525—2021的有機(jī)肥料衛(wèi)生安全性要求。

本研究發(fā)現(xiàn)，美洲大蠊養(yǎng)殖廢棄物經(jīng)添加秸稈堆肥處理后，可高效轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥。養(yǎng)殖廢棄物 + 秸稈處理的產(chǎn)品有機(jī)質(zhì)含量達(dá) 71.36% ，總養(yǎng)分含量達(dá) 11.81% （全氮 5.60% 、全磷 3.69% 、全鉀2.52% ），種子發(fā)芽指數(shù)和蛔蟲卵死亡率均符合標(biāo)準(zhǔn)，可用于果蔬花卉種植。該堆肥過程操作簡便，環(huán)保經(jīng)濟(jì)，無需使用復(fù)雜設(shè)備和化學(xué)藥劑；發(fā)酵升溫快，不需額外加熱，既能加速發(fā)酵進(jìn)程，又能降低成本。綜上，美洲大蠊養(yǎng)殖廢棄物可作為優(yōu)質(zhì)堆肥原料，通過添加秸稈進(jìn)行有氧堆肥，不僅能提高堆體溫度，加速腐熟進(jìn)程，還能實(shí)現(xiàn)廢棄物的無害化處理和資源化利用。

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（責(zé)任編輯：王婷）