蚯蚓堆资源化处理畜禽粪便

第29卷第3期 沈阳大学学报（自然科学版）
Vol .29，No . 32 0 1 7 年 6 月 Journal of Shenyang University (Natural Science ) Jun . 2 0 17
文章编号：2095-5456(2017)03-0201-05
蚯蚓堆资源化处理畜禽粪便
徐盛洪，程全国
(沈阳大学区域污染环境生态修复教育部重点实验室，辽宁沈阳1 10044)
摘
要：采用蚯蚓堆处理方式对养殖场产生的畜禽粪便进行资源化处理，添加废弃稻草、添加E M 菌、发
酵剂设计4种不同配比组合实验.结果表明发酵剂与E M 菌联合蚯蚓堆处理效果最佳，发酵剂蚯蚓堆处理效 果较好于E M 菌蚯蚓堆处理效果，直接进行蚯蚓堆处理效果最差.关键词：畜禽粪便；堆肥发酵；蚯蚓堆肥；赤子爱胜蚓 中图分类号：S 81
文献标志码：八
随着我国改革开放实行的诸多惠民政策，畜 禽业从副产业逐渐发展成为独立的行业，规模化、集约化养殖场急速增加，养殖场规模与产值的年 增长速率大于10%.据统计，全国肉类、禽蛋总产 量分别为8 535万吨和2 876万吨，分别比前一年 增长1.8%和0.5%,已数年保持着猪肉、禽肉、蛋 类产量世界第一[1]，作为第一大畜禽产品国的同 时，我国也成为世界上第一大污染国.研究表明，我国畜禽粪便产生量在2011年是21. 21亿吨，随 着畜禽产业的逐步扩大，预计到2020年将达到 28. 75亿吨、2030年将达到37. 43亿吨，由于不同 地区产生畜禽粪便的量存在很大差异，不仅能够 导致恶臭污染，而且由于含有较多的氮、磷、重金 属、
微生物病毒等物质，容易造成大气、水体、农 田、微生物等环境污染.因为养殖场获得利润相对 较低，大多数场主对产生的畜禽粪便没有经过无 害化处理，加之管理意识不到位，不经处理的畜禽 粪便等污染物胡乱排放，造成了农业环境严重的 污染.排放量在前5名的地域其单位面积中粪便 的所能容量远远超过最适负荷量[2]，因此对畜禽 粪便的处理已刻不容缓.
国内外对于畜禽粪便的处理，主要原则是减 量化、无害化和资源化，目前最需要解决的就是对 畜禽粪便的资源化处理，对畜禽粪便的资源化按 照处理机制可分为：物理法、化学法和生物法三大
收稿日期：2016
12
22
基金项目：辽宁环境科研“23工程”资助项目（CEPF2014 - 123 - 2 - 10);沈阳大学创新项目（SYCXZ2015052). 作者简介：徐盛洪（991 )，男，辽宁庄河人，沈阳大学硕士研究生；程全国（966 )，男，辽宁沈阳人，沈阳大学
教授.
类.物理法主要有分离、脱水、离心等，化学法主要 有吸附、焚烧等，生物法主要有堆肥发酵、利用蝇 姐、蚯蚓处理等.蚯蚓堆（vermicomposting )被认 为是一种新型的、有前景的符合可持续发展的一 种生物处理法.通过将传统的堆肥与生物相结合进 行处理，利用蚯蚓吞食过腹消化和微生物的分解作 用对有机废弃物进行处理，并以蚓粪的形式排 出[3].蚯蚓和微生物的联合作用可以促进蚯蚓体内 与环境中具有分解作用的相关酶的合成以及发挥 出活性，从而对有机物起到破碎作用，在分解过程 中，可以将有机物中的氮、磷、钾等养分转化为可被 植物利用的形态，最终形成强有效态养分的蚓粪， 可作为优质有机肥应用于农业生产中[45].
蚯蚓堆处理的关键是蚯蚓能否良好的生活， 保证生物量的积累达到更好的处理效果.由于新 鲜的畜禽粪便不适宜直接进行蚯蚓堆处理，因此 需要对其进行预发酵后才能处理.因此本实验以 预发酵后的新鲜畜禽粪便为研究对象，探究蚯蚓 堆处理对畜禽粪便的转化过程，一方面对面源污 染中的畜禽粪便的治理有重要意义，另一方面对 实现畜禽粪便的资源化利用意义重大.
1材料与方法
11实验材料
畜禽粪便：取自沈阳市于洪区解放村畜禽养
202沈阳大学学报（自然科学版)第29卷
殖场已混合后的牛粪、羊粪、鸡粪，由于新鲜的畜 禽粪便含水量极高，使用前将其风干使其含水率降至60%〜70%，备用.
发酵剂：主要微生物是放线菌属、酵母菌属、木霉菌属等多种微生物及其各自分泌性孢外酶类.产地山东君德生物科技有限公司.发酵剂配置 比例是发酵剂原液与水的体积比为1:50.
E M菌剂：主要由芽孢杆菌、木霉菌、乳酸菌 和放线菌属等多种微生物经特殊发酵制成的干燥 型复合菌肥.产地山东君德生物科技有限公司.
E M菌配置比例是E M菌原液与水的体积比为1 : 50.
稻草：取自沈阳于洪区解放村.将稻草粉碎使 其在1〜2 cm，备用.
赤子爱胜蚓（Eisenia foetida):购自辽宁省沈 阳市法库某蚯蚓养殖场.
1.2 试验方案
选用按表1进行组合发酵处理后的4种畜禽 粪便进行蚯蚓堆处理，每种处理重复3次，共计 12组.选用的桶为下口直径10 cm，上口直径18 cm，高12 cm，底部有透水孔，每个塑料桶中均投 放500 g发酵后的畜禽粪便，蚯蚓堆实验前用相应的畜禽粪便进行训养2周.接种的蚯蚓为每桶 40条体重、体长差别不大、环带明显的蚯蚓，均重 为160m g左右.用纱网进行遮盖以防蚯蚓逃出.
表1四组处理堆肥添加物情况
Table 1Four groups of situation of processing
composting additive
编号畜禽粪便稻草E M菌发酵剂
D1++一一
D2+++一
D3++一+
D4++++
注：+:添加；一：未添加.
1.3测试指标
有机质采用重铬酸钾容量法稀释热法;
C/N比中碳素采用K2Cr20—外热源法，氮素 采用硫酸过氧化氢消煮后，蒸馏滴定法；速效氮 测定用扩散吸收法；速效磷测定采用NaHC〇3浸 提钼锑抗比色法；测定采用NH40A C浸提火焰 光度计法.
蚯蚓体重：每周测定蚯蚓个体重量（mg/条）取平均值.
蚯蚓周增重倍数=(周末蚯蚓平均重量一初 始蚯蚓平均重量）/周数.
蚯蚓和蚓茧计数通过观察直接记录成蚓、幼蚓和蚓茧的数量.
1.4数据统计分析方法
在E x c e l2013下建立数据库，分析试验数据，制作相关图表.
2结果与分析
2.1蚯蚓堆处理对畜禽粪便中C/N比影响
C/N比普遍用于表示有机质腐熟的指标之一，由于C跟N能够间接通过微生物分解有机质 而释放出来，C/N比的大小反应出处理的效果.添加稻草相当于增加了C源，调整了初始C/N 比，在图1显示的4组蚯蚓堆处理中，C/N比随 处理天数的增加而降低.降低的百分比分别为D1: 23. 76%、D2： 24. 18%、D3： 25. 28%、D4：26. 16%.通过Seneti等[]研究表明C/N比下降 率在20%以上时，表明有机质在高度稳定状态即 说明有机质腐熟的完全程度.各组C/N比下降率 均在20%以上，表明蚯蚓堆能够有效的腐熟畜禽 粪便，处理效果为D1<D2<D3<D4
composting treatment
2.2蚯蚓堆处理对畜禽粪便中速效氮影响
图2结果显示：组蚯蚓堆处理中速效氮含量 随堆制时间的延长呈升高趋势，增加幅度为D4> D3>D2>D1，其中各组在第2周上升幅度最大.速 效氮为可以直接被植物根系吸收的氮.包括游离态、水溶态的一些氨态氮、硝态氮.氨态氮指以氨根 (N H+)形式存在的氮，硝态氮是指以硝酸根(N0-)形式存在的氮，氨态氮和硝态氮中游离、水 溶的部分就是速效氮.蚯蚓对物料中的氮素转化作 用影响较大，主要因为蚯蚓可以加速氮的矿化，使 氮素以硝态氮的形式留在物料中，由于有机质矿化 的作用能够促进结合态氮转为矿质氮，进而释放速 效氮.速效氮含量的增加说明蚯蚓及某些微生物分 泌的酶类可能会加快有机质的矿化，蚯蚓的活动使 硝化细菌、氨化细菌的活性和数量大大增加，
加快
第3期徐盛洪等：蚯蚓堆资源化处理畜禽粪便203
■ —D 1
1 2 3 4 5
取样周期/周
图4蚯蚓堆处理中速效钾化情况
Fig. 4 Changes of rapidly available potassium in
earthworm composting treatment
2.蚯蚓堆处理中蚯蚓体重变化
从图5中可以看出，在4组蚯蚓堆处理中蚯 蚓个体重变化情况先升高再平稳，在前3周蚯蚓 个体重急速增加，在第4、周趋于稳定增重，蚯蚓 在4组处理中体重增重程度最大的是D 4，D 1组 增重程度最小.表明前期堆肥的效果显著影响蚯 蚓的生长情况，进而决定最终处理效果.随着蚯蚓 堆的处理，畜禽粪便中的营养物质逐渐被消耗，蚯 蚓体重出现减缓现象.
第3周出现下降趋势之后上升，而其他组均平稳 增长，上升的幅度为D 4>D 3>D 2>D 1.明显看出 D 1与D 4速效钾含量差别很大.速效钾指的是水 溶性钾和交换性钾，水溶性钾可被作物直接利用， 因此其可作为施肥的重要指标.从结果可以看出 随着蚯蚓堆处理天数的延长各组速效钾含量明显 增加，说明蚯蚓堆有利于物料中速效钾的释放. Suthar [9]认为蚯蚓处理一些废弃物的过程中，当 微生物的活性增加可使蚯蚓体内交换性钾浓度增 高.！^^咖@等[1017]认为蚯蚓堆制时，随着蚯蚓共 生微生物增多快速进行生长代谢，能够生成酸性 物质，因此提高了速效钾生成的速率.
1
2
取样il 期/周
4 5
图3蚯蚓堆处理中速效磷变化情况
Fig.3 Changes of rapid available phosphorus in
earthworm composting treatment
2.4蚯蚓堆处理对畜禽粪便中速效钾影响
图4结果显示：4组投加蚯蚓堆处理中速效 钾含量随时间的增加呈现升高趋势，其中D 2在
1 2 3 4 5
取样周期/周
图2蚯蚓堆处理中速效氮变化情况
Fig. 2 Changes of available nitrogen in earthworm
composting treatment
2.3蚯蚓堆处理对畜禽粪便中速效磷影响
图3中结果显示：4组蚯蚓堆处理中速效磷 含量随堆制时间的增加呈升高趋势，增幅为D 4> D 3>D 2>D 1.可以看出在前3周，所有处理组速 效磷含量上升明显，但差异很大，D 4组与D 1组 差异最大，趋势相近，说明蚯蚓可以明显增加速效 磷的产生，之后2周速效磷含量趋于平稳增长状 态.蚯蚓堆制处理中速效磷含量增加的原因可能 是蚯蚓肠道产生的磷酸酶及解磷细菌活性及数量 的增加，使得有机质的矿化水解及脱磷加快，进而 使更多的速效磷从结合态磷中转化生成.Ghosh 等[8]认为，速效磷含量的增加是由于蚯蚓体内的 酶和蚯蚓共生微生物共同作用于底物物料的结 果，蚯蚓处理能够明显提高速效磷含量的增加.
了有机物质的分解，整体量减少了，速效氮含量因 此增加;也有可能是因为蚯蚓活动加快了物料中局 部酸生成，造成周围环境呈现酸性，从而铵态氮在 H +作用下被氧化成硝态氮，由于硝态氮具有稳定 性、不易挥发性，避免速效氮损失[7].
Fig.5 Changes in earthworm weight
蚯蚓堆处理中蚯蚓周增重倍数变化
由图6中显示，蚯蚓周增重倍数变化在前3
o
o
o
o
5
0 5 0
0-
0-9-9­1 1(I
l f
)/
蟹義W
義
'
懷
U 5050505A
•^
•8-8-7-7-6-6-5^
i
3-3-3-3-3-3-3-
0 (I l f )/蟹*
襲
—
o
o
o
o
8 6 4 2
2.
2. 2. 2.(I l f )/蟹
*
篇—如/«拉
雪
204沈阳大学学报（自然科学版)第29卷
■ —D 1
1 2 3 4 5
取样周期/周
图7蚓茧数变化情况
Fig. 7 Changes in the number of cocoon
3结 论
(1)蚓堆养分含量变化中：4组处理的C /N 比下降率均在20%以上，说明处理效果好，同时 各种速效氮含量、速效磷含量、速效钾含量均明显 升高，各组升高差异明显，说明处理效果D 4>D 3 >D 2>D 1.
()蚯蚓体重变化：4组蚯蚓堆处理中，蚯蚓 个体重呈现先升高并在3周趋于平稳、蚯蚓周增 重倍数、蚓茧数呈现先升高并在3周出现小幅度 下降，增重的大小为D 4>D 3>D 2>D 1.
2 3 4 5
取样周期/周
图6蚯蚓周增重倍数情况
Fig. 6 Multiples of weekly weight gains of earthworm
2.7蚯蚓堆处理中蚓茧数变化
由图7中可知，前3周蚓茧个数逐渐增多，在 第4、周出现减少的情况，蚓茧数在D 4组处理 中最多，D 1组最少.蚓茧数与蚯蚓体重、周增重倍 数密切相关，表明D 4组中蚯蚓生长状况最好，D 1 最差.前期蚓茧数的增加说明蚯蚓繁殖能力良好， 之后蚓茧数出现下降原因是物质消耗.
周呈现增长趋势，之后第4、周呈现下降，蚯蚓在 4组处理中体重增重最大的是D 4，D 1增重最小. 周增长倍数与蚯蚓体重密切相关，可以看出蚯蚓 的生长情况与蚯蚓堆腐熟情况呈正相关.蚯蚓周 增重倍数变化在前3周呈现增长趋势，在第4、5 周呈现下降，周增重倍数与蚯蚓体重呈正相关.
(3)蚯蚓堆处理中未发现苍蝇及其他虫卵， 蚯蚓长势良好，处理3周左右，由于蚯蚓的代谢及 蚓粪的产生，各组畜禽粪便检测出的养分含量明 显增加，能够进行资源化利用，但各组存在差异， D 4处理效果最好，D 3、D 2、D 1次之，说明发酵剂 与E M 菌联合蚯蚓堆处理效果最佳，发酵剂蚯蚓 堆处理效果较好于E M 菌蚯蚓堆处理效果，直接 进行蚯蚓堆处理效果最差.
参考文献：
[ 1 ]
中华人民共和国农业部.中国农业年鉴[M ].北京：中国 农业出版社，2003.
(M in istry of Agriculture.
China agriculture yearbook
[M ]. Beijing ： China Agriculture P r e s s ，2003.)
[2] 朱宁，马骥.中国畜禽粪便产生量的变动特征及未来发展
展望[].农业展望，2014,10(1) :46 48.
(Z H U N , M A J. China’s change of poultry and animal feces discharge characteristic and future development prospects [ J ]. Agricultural O u tlo o k ， 2014，10 ( 1 ) ： 46
48.)
[3
] 廖新俤，吴银宝，汪植三，等.堆体大小对猪粪堆肥影响和
袋装堆肥的研究[].农业工程学报，2003,19 (4) 287290.
(L I A O X T ,W U Y B ,W A N G Z S ，t al. Heap size effect on pig manure composting and compost bags [J ]. Journal of Agricultural En gineering ，2003,19(4) ： 287 - 290.)
[4
] 李传红，朱文转.集约化禽畜养殖业废弃物污染及其综合
防治[].环境保护，2001(12)32 34.
(L I C H ,Z H U W Z. Intensive livestock farming pollution and its comprehensive prevention and control [ J ]. Environm ental P ro te ctio n ，2001(12) ：32
34.)
[5
]
辛世杰.微生物菌剂在有机废弃物堆肥中的作用及其机
理研究[D ].上海：上海交通大学，2012.
(X I N S J. T h e role of microbial agents in composting of organic wastes and its mechanism [ D ]. Sh anghai ：
Shanghai Jiaotong U n iversity ，2012.)
[6 ] S A N T IN I J M , S L Y L I , S C H N A G L R D ，et al. A new chemolithoautotrophic
arsenite-oxidizing
bacterium
isolated from a gold mine ： phylogenetic ， physiological ， and preliminary biochemical studies [J ]. Applied & Environm ental M icrobiology ，2000,66(1) ： 92
97.
[7 ]
s A n
C H E Z O M O N E
D
E R O M A ,R O I G A ,P A R E D E S C ，
et al.
Nitrogen transform ation during organic waste
composting by the R utgers system and its effect on p H ， E C and maturity of the composting mixtures [ J ]. Bioresource T ech n o log y ，2001,78(3)301
308.
[8]
G H O S H M , C H A T T O P A D H Y A Y G N ，B A R A L K. T ransform ation of phosphorus duringvermicomposting [J ]. Bioresource T e ch n o log y ，1999,69(2) ： 149
154.
[9 ] S U T H A R S. Nutrient changes andbiodynamics of epigeic earthworm P e r io n y x excavatus (P e r r i e r) during recycling of some agriculture wastes [J ]. Bioresource T e ch n o log y ， 2007,98(8)1608
1614.
u
5
o
5 o
0 2 2 11S I
哿
第3期
徐盛洪等：蚯蚓堆资源化处理畜禽粪便
205
[0]
K A V I R A G ，
S H A R M A
S.
Municipal
solid
waste
man agement through vermicomposting employing exotic and local species of earthw orm s [ J ]. Bioresource
T ec h n o log y , 2003.90(2) ：169 - 173.
[1
] 赵明安.畜禽场废弃物的分类处理[].中国禽业导刊，2014(1)75
75.
(Z H A O M A. Livestock and poultry waste classification processing^J ]. Guide to Chinese P o u ltr y ， 2014 (11): 75 75.)
[2
] 方亚曼.复合微生物菌剂的研制及其在堆肥上的应用研
究[D ].上海：上海师范大学，2011.(F A N G Y M.
T h e development of the composite
microbial agents and their application in compost [ D ].Shanghai ： Shanghai Norm al University. 2011.)
[3
] 赵瑞廷.以牛粪为基质蚯蚓饵料的研制[D ].哈尔滨：东
北农业大学，2010.
(Z H A O R T. T h e development of the cow dung as m atrix of earthw orm bait [ D ]. H a r b in ： Northeast Agricultural U n ive rsity , 2010.)
[4
] 王康英，王黎虹，马成.不同基料对日本大平2号蚯蚓生
长及繁殖的影响[].贵州农业科学，2013,41(10):135137
Resourceful Treatment of Livestock
and Poultry Manure by
Earthworm Composting
X u S h e n g h o n g , C h e n g Q u a n g u o
(K e y L a b orat o r y of R e g iona l En vir o n m e nt a n d E c o-R c m c d iatio n (M inistr y of Ed uc a tio n) , Sh c ny an g U nivcrsit y ，Sh e nya n g 1 1 0044 , Ch in a .)
Abstract ： The livestock and poultry manure produced in farm i s 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 .Key word s ： livestock and poultry manure ; composting fermentation ； earthworm composting ；
Eeisenia fetida
(W A N G K Y .W A N G L H .M A C. Different binders for Japanese level 2 earthw orm growth and re p rod u c tio n [J]. (;u iz h o u A g ri c u l t u m l S c i e n c e s , 2013,41( 10) : 135 — 137 )
[5
]
丛林.微生物菌剂对畜禽粪便堆肥过程中养分及腐熟度
动态变化规律的研究[D ].长春：吉林农业大学，2013. (C O N G L. In the process of livestock and poultry manure composting microbial agents to study the dynamic change law of nutrient and rotten d e g r e e [D ]. C hangch un ： Jilin Agricultural U n iversity, 2013.)
[6
]
袁顺全，曹婧，张俊峰，等.蔬菜秧与牛粪好氧堆肥试验研
究[].中国土壤与肥料，2010(4)61-64.(Y U A N S Q ，C A O J , Z H A N G J F ，et a l
Vegetable
seedling and cow dung aerobic composting experiment research [J ]. Soil and Fertilizer Sciences in C'hina, 2010 (4):61
64.)
[7
]
李文圣.不同组群奶牛粪便堆积过程中温室气体排放及
碳氮转化规律[D ].杨凌：西北农林科技大学，2015.(LI W S. Different group cow dung in the process of accumulation of greenhouse gas emissions and carbon and nitrogen transformation rule [ D ]. Y a n g lin g ： Northwest A &F U n iversity, 2015.)
【责任编辑：肖景魁】。