果皮、菜叶混合垃圾的蚯蚓堆制处理

摘  要: 采自南京市卫岗菜市场的果皮、菜叶，加入不同比例木屑调节碳氮比和水分含量后，接种赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）进行室内堆制处理。研究了适宜的水分含量、接种密度和温度条件下，蚯蚓的生长和繁殖特性以及堆制产物的化学性状。结果表明：蚯蚓堆制处理明显加速了有机质的矿化，促进了有机物料的降解；提高了堆制产物全氮含量，降低了堆制产物有机碳含量和C/N。木屑的加入虽然一定程度上抑制了蚯蚓的生长、繁殖，但是25%木屑和40%木屑的堆制处理赤子爱胜蚓生长良好，繁殖较旺盛。相关分析表明，接种蚯蚓和加入40%木屑对促进果皮、菜叶垃圾的降解以及提高和改善其化学性状是有效的、可行的，有利于废弃物的减量化、无害化和资源化。

关键词: 蚯蚓堆制处理；赤子爱胜蚓；果皮、菜叶混合垃圾；木屑

中图分类号: Q958.11；X705                 文献标识码:A

 

水果、蔬菜作为人们日常生活中不可缺少的食用品，随着人们生活水平的提高，以及对生活质量和健康认识的提高，人们对其需求量也越来越大，与此同时，果皮和丢弃的菜叶的量也迅速增长，在生活垃圾中所占比例越来越大。其中的小部分被用于饲养家禽，大部分则与其它的废弃物一起运至垃圾场填埋。由于果皮、菜叶含有丰富的养分，在经过堆制后可以以有机肥料的形式施入土壤，减少化肥的用量，改善土壤的物理化学性状。但是传统的堆肥方式分散、劳动强度大、生产周期长而肥效低，堆肥规模化生产始终未能得到很好的发展^[1]。因此有机废弃物的蚯蚓堆制处理（vermicomposting）^[2-3]就应运而生了，根据蚯蚓在自然生态系统中具有促进有机物质分解转化的功能而在垃圾发酵处理（composting）的基础上发展起来的一项主要针对城市有机生活垃圾和农业有机垃圾的生物处理技术。在该过程中蚯蚓不仅能促进微生物的活性，并且以其独特的生态学功能，与环境中微生物的协同作用加速了垃圾中有机物质的分解转化，达到垃圾的资源化、无害化和减量化，同时能有效除去或抑制堆制过程中产生的臭味^[4-7]。果皮、菜叶的蚯蚓堆制处理会产生双重效益：一方面，废弃物转化成了较高质量有机肥；另一方面，有效降低了环境污染，达到消除二次污染、保护生态环境、促进农业生产中物质良性循环的目的^[8-9]。

本研究旨在探讨蚯蚓在果皮、菜叶和木屑混合堆制处理中的生长和繁殖情况，明确蚯蚓在堆制过程中的作用，同时初步评价堆制产物的化学性状，筛选出果皮、菜叶与木屑的最优比例组合，为更充分更有效地利用果皮、菜叶等有机废弃物资源提供理论依据。

1材料与方法

1.1供试材料

1.1.1 供试蚯蚓 

赤子爱胜蚓（Eisenia foetida），由南京市大厂区长芦镇蚯蚓养殖场提供。

1.1.2 供试有机物料

蚓粪：为南京农业大学奶牛场的新鲜牛粪经蚯蚓堆制处理后的产物，挑出蚯蚓与蚓茧，自然风干，过2 mm筛，备用。

果皮、菜叶：取自南京市卫岗菜市场，均为新鲜样品。

木屑：取自南京农业大学后勤木工厂，风干过5 mm筛，备用。

供试有机物料的基本理化性质见表1。

 

表1  供试有机物料的基本理化性质

试验材料	含水量/ (g·kg-1)	pH	有机碳/ (g·kg-1)	全氮/ (g·kg-1)	C/N
菜叶1)	928.3	5.82	597.97	38.16	15.7
果皮2)	872.7	4.35	155.94	5.89	26.5
木屑	71.7	7.16	374.98	0.63	595.1
蚓粪	553.6	7.37	665.07	38.19	17.4

1.2 试验设计

试验采用上口直径为28cm，下底直径为20cm，高20cm，底部有透水孔的塑料钵，底部放有细纱网防止蚯蚓逃逸。每钵内放蚓粪500g（干重），并接种大小相当且处于生殖期的蚯蚓40条^[10-11]，总生物量在7.5g左右。蚓粪上面放有粗纱网（孔径5 mm），以便于分离垃圾，且蚯蚓可以自由穿过。按不同处理加200g（干重）的果皮、菜叶和木屑混合物于粗纱网上，在钵口蒙上细纱布，防止蚯蚓逃逸。试验设8个处理，每个处理设4个重复，共32盆。于室内阴暗处培养，控制水分含量在600g·kg^-1~800g·kg^-1，温度控制在22℃~28℃左右^[12-13]。具体试验处理见表2。

表2  试验各处理初始物料的含量

(1）括号内数字为该处理初始物料的百分含量；(2）新鲜果皮和菜叶的比例是1：3(干重)；(3）GC表示果皮、菜叶；(4）MX表示木屑；(5）E表示蚯蚓；(6）为蚓粪、果皮菜叶和木屑混合物料的C/N。

分别在堆制15、30、45、60 d时进行蚯蚓计数和称重。计数时先将上层堆制垃圾缓慢倒出，仔细挑出上层垃圾和粗网下蚓粪中的成蚓、幼蚓和蚓茧，对成蚓和幼蚓进行计数和称重，对蚓茧进行计数。堆制60d后，收集粗网上的残留的果皮、菜叶物料并风干称重。经蚯蚓处理完全的垃圾会通过蚯蚓的取食、排泄和携带等作用进入粗网下，将粗网下的垃圾处理物与蚓粪充分混匀作为堆制产物，测定其有机碳和全氮含量，进而初步评价堆制产物的化学性状。而未接种蚯蚓的处理，粗网上的有机物料因为未经筛分和物料湿度比较大，所以不会通过粗网落入网下。

1.3蚯蚓生长、繁殖的测定方法^[14]

    蚯蚓日增重倍数：（堆制一定天数后蚯蚓总重量－初始蚓重）/（初始蚓重×堆制天数）

蚯蚓日增殖倍数：（堆制一定天数后蚯蚓总条数－初始蚯蚓条数）/（初始蚯蚓条数×堆制天数）

    式中蚯蚓总条数包括成蚓数、幼蚓数和蚓茧数，每个蚓茧按1条蚯蚓计算，处理时间以d计，蚓重以g计。

1.4 样品测试项目及方法

水分含量及干物质重，pH值和全氮的测定采用常规法^[15-16]；有机碳测定采用固体稀释法^[17]，即：称取0.500 g过100目的风干样和4.500 g过100目的灼烧土，混合均匀，从混合样中称取0.0500 g~0.1100 g放入硬质玻璃管中，K₂CrO₄-H₂SO₄外加热氧化法，FeSO₄回滴，邻啡罗啉作指示剂。

2结果与讨论

2.1 蚯蚓在果皮、菜叶垃圾堆制过程中的生长特性分析

由于在利用蚯蚓处理有机废弃物时，蚯蚓的生长和繁殖直接影响到处理效果^[18]，因而有必要对蚯蚓的生长和繁殖进行统计。

由图1可以看出，各个处理时期，蚯蚓的日增重倍数未加木屑的处理均高于加入木屑的处理，加入木屑的处理以25%木屑最高，其次是40%木屑，50%木屑的最低。混合有机物料在堆制15 d时，蚯蚓在0~15 d的日增重倍数未加木屑处理显著高于其它各处理，且随着木屑所占比例的增加而减小，其原因可能有两个：其一是由于木屑含较多的芳烃类有机物质，刺激性气味较浓^[18]，蚯蚓在刚刚接种后需要时间适应，一定程度上抑制了蚯蚓的生长；其二是加入木屑的处理在堆制初期C/N比过高，氮素营养缺乏，使得蚯蚓发育不良 ^{[10, 19]}，故加入木屑的处理蚯蚓生长缓慢。混合有机物料在堆制30 d时，蚯蚓在0~30d的日增重倍数还是以未加木屑处理为最高，加入木屑的处理以25%木屑处理的日增重倍数最大为0.0483，40%木屑处理次之，但是两处理差异不显著。其原因，首先是木屑对蚯蚓的抑制作用，使得加入木屑处理的蚯蚓日增重倍数显著低于对照；其次是果皮、菜叶在堆制降解过程产生大量的渗滤液，适当的木屑的加入使得部分渗滤液被木屑固持吸收，为蚯蚓和微生物的生长提供养分，因此，加入木屑处理中25%木屑和40%木屑两处理的蚯蚓在0~30 d的日增重倍数均显著高于50%木屑处理。堆制45d时，各个处理的蚯蚓在0~45d的日增重倍数显著低于0~30d时对应处理的蚯蚓日增重倍数，堆制60d时与45d时差异不显著，说明蚯蚓的日增重倍数在堆制45d时基本稳定。随着堆制时间的延长，蚯蚓的日增重倍数在未加木屑处理中逐渐减小，而25%木屑处理和40%木屑处理中蚯蚓的日增重倍数则是先逐渐增大，且在堆制30d时，两处理在前30d的日增重倍数均达到最大，与李辉信等^[20]的研究结果一致，但是此时25%木屑处理和40%木屑处理间的差异不显著，随后又减小，并在堆制45d时趋于稳定，50%木屑处理在各个堆制时期蚯蚓的日增重倍数均是最小，且从堆制一开始就逐渐降低，在堆制30d时就趋于稳定。

上述结果表明木屑所占比例的增加，虽然增加了果皮、菜叶的通气性，调节了由于果皮、菜叶的腐烂产生的过量水分，避免了因渗滤液的流失带来的环境的污染，但是却使蚯蚓的生长一定程度上受到抑制^[21]。尽管如此，本试验中加25%木屑处理和40%木屑处理的蚯蚓仍然生长良好。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图 1  蚯蚓堆制过程中赤子爱胜蚓日增重倍数

 

2.1 蚯蚓在果皮、菜叶垃圾堆制过程中的繁殖特性分析

由图2可以看出，各个处理时期，未加木屑处理的蚯蚓日增殖倍数均高于加入木屑处理，加入木屑处理中又以25%木屑处理和40%木屑处理日增殖倍数较高，这是因为25%木屑处理和40%木屑处理初始物料的C/N分别为20.2和24.2，比较适合有机物料的堆制和蚯蚓的生长。这与刘艳玲等^[22]认为物料的C/N在20左右，蚯蚓可以获得较高的生殖率，以及Ndewa PM 等^[23]在对蚯蚓处理造纸厂污泥的研究认为，在物料C/N为25时，蚯蚓可以获得最高的生殖率的研究结果一致。图2显示蚯蚓的繁殖在堆制15d时即已开始，此时，未加木屑的处理在0~15d的日增殖倍数最大为0.077，显著高于加入木屑各处理，而加入木屑各处理的日增殖倍数几乎没有差异，均在0.055左右，其原因与堆制15d时蚯蚓的日增重倍数相似，也是木屑的抑制作用。在堆制30d时，加入木屑的各处理在0~30d的日增殖倍数以25%木屑处理为最大达到0.057，其次是40%木屑处理为0.055，其日增殖倍数与25%木屑处理几乎没有差异，而50%木屑处理最小，表明在堆制30d时随着木屑含量的增加即随着果皮、菜叶垃圾所占比例的降低，蚯蚓的日增殖倍数逐渐减小，与Kaushik 等^[13]的结论相同。可能原因是木屑中纤维素、木质素含量较高，不容易在短期内降解，因而抑制了蚯蚓的生长繁殖；同时，果皮、菜叶垃圾在堆制降解过程产生大量的渗滤液，25%木屑处理和40%木屑处理中适量木屑的加入固持吸收了部分渗滤液，为蚯蚓的繁殖和微生物的生长提供了养分。随着堆制时间的延长，未加木屑处理蚯蚓的日增殖倍数逐渐减小，因为随着堆制时间的延长，渗滤液大量的流出，使该处理养分含量降低，尽管在堆制时间内调节了有机物料的水分含量，但是由于堆制后期未加木屑处理的堆制产物剩余量较小，再加上其保水性较差使得水分含量变化较大，抑制了蚯蚓的繁殖^[21]，从而使得蚯蚓的繁殖率降低。而25%木屑处理与40%木屑处理的赤子爱胜蚓各个时期日增殖倍数均随着堆制时间的延长而逐渐增大，在堆制30d时达到最大，在0~45d和0~60d的堆制时间里又迅速减小，与蚯蚓的日增重倍数规律相似。50%木屑处理则从堆制一开始就逐渐降低，在堆制45d时就趋于稳定。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图 2  蚯蚓堆制过程中赤子爱胜蚓日增殖倍数

从蚯蚓在果皮、菜叶垃圾堆制过程中的生长和繁殖特性分析可看出，加入木屑后蚯蚓的日增重倍数和日增殖倍数均小于未加木屑的处理，但是25%木屑和40%木屑的堆制处理赤子爱胜蚓总体上生长良好，繁殖较旺盛，且在堆制30d时，在加入木屑的各处理中达到最大。在60d的堆制时间内蚯蚓的生长和繁殖，未加入木屑的处理呈明显的减小趋势，而加入木屑的处理则经历了一个先增大后略有减小最后趋于平稳的过程。尽管有些相关报道：农业有机废弃物对蚯蚓的生长和繁殖有不利影响^[13]，但是本试验中从蚯蚓的生长和繁殖情况看，在果皮、菜叶垃圾和木屑的堆制处理中接种蚯蚓是有效的，与Maboeta等^[24]的研究结果一致。表明适量木屑的加入不仅可以调节有机物料的C/N和水分含量，使赤子爱胜蚓生长良好，繁殖较旺盛，同时还可以固持一定量的渗滤液减少环境污染。

3 结  论

（1）从蚯蚓在果皮、菜叶垃圾堆制过程中的生长和繁殖特性分析可看出，加入木屑的处理其蚯蚓的日增重倍数和日增殖倍数均小于未加木屑的处理，但是25%木屑和40%木屑的堆制处理赤子爱胜蚓总体上生长良好，繁殖较旺盛。

（2）经过60d的堆制，接种蚯蚓的处理其残留的果皮、菜叶物料干重显著小于未接种蚯蚓的对应处理。由于蚯蚓的接种，使得40%木屑处理的堆制产物干重减少的最多。

 

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