蚯蚓堆肥進(jìn)程影響因素及其生態(tài)應(yīng)用價(jià)值的探討

劉歆 張?jiān)朴?王將旭 侯國(guó)喜 閆秋良

（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料研究所 136100）

日益頻繁強(qiáng)化的農(nóng)業(yè)和工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生了大量的有機(jī)廢棄物，如果不及時(shí)處理，導(dǎo)致有毒的微量金屬、鹽和病原體逐漸沉積到土壤中，為生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康埋下隱患。蚯蚓堆肥作為處理有機(jī)廢棄物的重要研究技術(shù)之一，其最終有機(jī)肥產(chǎn)品對(duì)環(huán)境友好，在農(nóng)業(yè)中有許多潛在用途，如已證明的土壤固碳、平衡pH、增加陰陽(yáng)離子、保留微營(yíng)養(yǎng)素供應(yīng)等[1]，一些研究人員將不同的有機(jī)材料添加至蚯蚓堆肥過(guò)程中來(lái)補(bǔ)充平衡宏觀養(yǎng)分濃度。本文著重介紹了蚯蚓堆肥過(guò)程中重要的影響因素、蚯蚓堆肥生態(tài)價(jià)值和應(yīng)用前景，為蚯蚓堆肥生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)安全有機(jī)肥料提供理論依據(jù)。

1 蚯蚓堆肥過(guò)程的影響因素

1.1 環(huán)境因素

大多數(shù)種類(lèi)的蚯蚓都喜歡在有機(jī)質(zhì)比較豐富的土壤表層生存，環(huán)境里土壤的結(jié)構(gòu)、溫度、pH 值、含水量、通氣性及食物來(lái)源等都是制約蚯蚓分布和數(shù)量的重要因素。據(jù)成鋼等報(bào)道，對(duì)幾種畜禽糞便養(yǎng)殖蚯蚓的研究中發(fā)現(xiàn)，20～28℃是糞便養(yǎng)殖蚯蚓的適宜溫度，在此溫度條件下蚯蚓活躍度、采食量和孵化率都比在其他溫度條件高[2,3]。高文等研究表明，蚯蚓是利用體表大量微血管網(wǎng)通過(guò)氣體擴(kuò)散來(lái)進(jìn)行呼吸作用的，蚯蚓養(yǎng)殖溫床在20℃條件下，濕度在60%左右時(shí)生長(zhǎng)繁殖發(fā)育狀況較好[4]。王軍委以牛糞與玉米秸稈作為基質(zhì)時(shí)，蚯蚓堆肥過(guò)程中pH 值基本在7.6～8.6 區(qū)間波動(dòng)，后期穩(wěn)定在8.0～8.2 之間[5]，由此推斷，蚯蚓在5～30℃時(shí)都能正?；顒?dòng)，在20～27℃時(shí)生長(zhǎng)趨勢(shì)較好，并利于產(chǎn)繭繁殖，生存的最佳濕度在70%左右，生長(zhǎng)在pH 在6～9 范圍內(nèi)較好。

1.2 碳與氮的含量

蚯蚓堆肥過(guò)程一方面需要碳C 和氮N 等元素的平衡供應(yīng)，這是每個(gè)生物蛋白質(zhì)形成、能量產(chǎn)生和繁殖所需的主要元素。因此，在堆肥開(kāi)始前調(diào)整基料中C 和N 適宜比例至關(guān)重要。研究表明，蚯蚓堆肥C/N 值在25～30 之間被證明是最合適的，這支持了有害有機(jī)物每單位的N 需要30 個(gè)C 的一般觀點(diǎn)[6]。另一方面，蚯蚓堆肥過(guò)程中用作有機(jī)來(lái)源的材料質(zhì)量和種類(lèi)也起到關(guān)鍵作用，不同材料的生物降解組分差異會(huì)影響堆肥進(jìn)程。Ravindran 和Mnkeni 在家禽糞便中加入廢紙來(lái)修正C/N值，最終表明，初始C/N 值為40 最適合于家禽糞便引入蚯蚓堆肥[7]。而Raj 和Antil 評(píng)估發(fā)現(xiàn)，將不同農(nóng)場(chǎng)和農(nóng)產(chǎn)工業(yè)廢棄混合物堆肥的初始C/N 值設(shè)定為30，在堆制150d 后發(fā)現(xiàn)濃縮污泥和家禽廢棄物的堆肥成品C/N 值小于15，成熟度和穩(wěn)定性更好[8]。因此，初始C/N 值需要以堆肥初始基料組成而定。

1.3 蚯蚓飼養(yǎng)密度

理論上講，蚯蚓堆肥過(guò)程中若加大投放密度可以提高單位容積內(nèi)的處理效率，但實(shí)際情況是密度過(guò)高會(huì)加大種群內(nèi)生存空間及食物競(jìng)爭(zhēng)，從而影響蚯蚓的處理效率。Sahariah 和Das等分別使用不同的工業(yè)廢棄物及磨坊廢棄物進(jìn)行堆肥試驗(yàn)，都用每千克底物接種10 條蚯蚓的投放密度，發(fā)現(xiàn)最終堆肥產(chǎn)品中宏觀營(yíng)養(yǎng)礦化的優(yōu)化和有毒重金屬相對(duì)減少，N、P、K、腐殖化參數(shù)和微生物生物量的生物利用度有所增加[9,10]。在另一項(xiàng)研究中，劉順會(huì)等在蚯蚓堆肥處理有機(jī)垃圾混合剩余污泥的比較研究中發(fā)現(xiàn)，蚯蚓的生長(zhǎng)和繁殖都與其接種密度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[11]。因此，應(yīng)更多地從底物質(zhì)量及生物降解分?jǐn)?shù)方面來(lái)準(zhǔn)確定位蚯蚓種類(lèi)和飼養(yǎng)密度。

2 蚯蚓堆肥的生態(tài)價(jià)值

2.1 改善堆肥環(huán)境條件

在蚯蚓堆肥過(guò)程中，蚯蚓活動(dòng)增加了堆肥基質(zhì)的通氣性，保證了堆肥的氧氣和水分條件，為其他微生物提供了活動(dòng)空間，加快有機(jī)質(zhì)分解速度，加快營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)，結(jié)合蚯蚓體內(nèi)的各種生物酶，一定程度的促進(jìn)了氮礦化和硝化等過(guò)程，最終轉(zhuǎn)化為更易于作物利用的可給化養(yǎng)分[12,13]。

2.2 提高堆肥產(chǎn)品質(zhì)量

蚯蚓堆肥的最終產(chǎn)品養(yǎng)分含量普遍高于傳統(tǒng)堆肥，蚯蚓堆肥處理可使生物轉(zhuǎn)化過(guò)程加快2～5 倍[14]，從而加速?gòu)U棄物轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料。有機(jī)肥料施于土壤中能促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量和產(chǎn)品品質(zhì)。據(jù)張寧報(bào)道，蚯蚓堆肥產(chǎn)品施用于西瓜和番茄地，結(jié)果表明，作物的莖粗、株高和葉片數(shù)等明顯高于對(duì)照組，同時(shí)植株葉綠素含量增高，果實(shí)VC、番茄紅素和可溶性蛋白等指標(biāo)大幅提高，西瓜和番茄產(chǎn)量分別提高40%和35%左右[15]。

2.3 降解堆肥有害物質(zhì)

畜禽糞便和其他有機(jī)廢棄物通過(guò)傳統(tǒng)手段發(fā)酵堆制完成后，可能含有一些可以對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響的污染物質(zhì)，包括抗生素和各種有害重金屬等，這給堆肥產(chǎn)品帶來(lái)一定的環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)[16]。而蚯蚓對(duì)某些污染物具備降解轉(zhuǎn)化和富集作用，從而使蚯蚓在有機(jī)廢棄物資源無(wú)害化處理、土壤生態(tài)修復(fù)及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中發(fā)揮著重要作用[17]。蚯蚓通過(guò)自身蓄積能改變重金屬在堆肥過(guò)程中的存在形態(tài)，對(duì)Cu、Zn、Cr、Pb、Cd、As 等有害元素有不同的轉(zhuǎn)移和去除作用[18]。高溫堆肥和蚯蚓聯(lián)合處理的綜合系統(tǒng)可作為降低廣譜抗生素土霉素及其代謝物濃度的一種策略，最終土霉素去除率可達(dá)到70%以上[19]。

3 蚯蚓堆肥的應(yīng)用前景

綠色農(nóng)業(yè)成為我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然選擇，大幅增加有機(jī)肥料生產(chǎn)與使用，提高資源循環(huán)利用率，提升土壤有機(jī)質(zhì)水平將是我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措。目前雖然推廣有機(jī)肥料已成為我國(guó)基本國(guó)策，改善生態(tài)環(huán)境勢(shì)在必行，但有機(jī)肥料行業(yè)科技落后、有機(jī)（類(lèi)）肥料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不完善、生產(chǎn)有機(jī)肥成本高等問(wèn)題仍然存在。而隨著對(duì)蚯蚓堆肥研究的深入和技術(shù)的改進(jìn)，蚯蚓堆肥作為優(yōu)質(zhì)安全的天然有機(jī)肥，而同時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)品，如蚓糞、蚯蚓濃縮液、蚯蚓干、蚯蚓粉、蚯蚓氨基酸等不僅可用于農(nóng)業(yè)的作物種植和畜禽的飼料方面，而且在保健品和化妝品等行業(yè)作用凸顯。將蚯蚓堆肥有機(jī)肥料引入農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中是一個(gè)長(zhǎng)期的循序漸進(jìn)的過(guò)程，完善蚯蚓有機(jī)肥相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和政策措施，蚯蚓堆肥產(chǎn)品前景廣闊。