（植物营养学专业论文）蚯蚓消解稻麦秸秆的效果与蚓粪的初步利用研究.pdf

陈峰蚯蚓消解稻麦秸秆的效果与蚓粪的初步利用研究 蚯蚓消解稻麦秸秆的效果与蚓粪的初步利用研究 摘要 作物秸秆是农业有机固体废弃物，更是可以综合利用的重要资源。秸秆可用作 肥料、饲料、燃料及工业生产的原材料。随着我国农业生产的快速发展和农村能源 结构的变化，作物秸秆大量剩余问题日益突出。许多地区农民往往就地焚烧或随意 堆积，不但浪费资源，而且造成大气污染、土壤退化、甚至引发交通事故等，对人 畜健康和生态环境造成不良影响。使这些废弃物经过无害化处理，成为优质有机肥， 则不仅减轻环境污染，而且极有利于农业的可持续发展。 蚯蚓能消解农业废弃物，使之转化为蚓粪并收获大量蚯蚓。蚓粪是优质有机肥， 适合作各种农作物的肥料。 本试验利用蚯蚓对小麦、水稻秸秆进行消解。蚯蚓消解小麦秸秆的试验设4 个 处理：( 1 ) 接种4 k g 蚯蚓，秸秆堆中间夹有污泥层；( 2 ) 接种2 k g 蚯蚓，中间夹有 污泥层；( 3 ) 接种4 k g 蚯蚓，中间没有污泥层；( 4 ) 接种2 k g 蚯蚓，中间没有污泥 层；( 5 ) 空白，不加蚯蚓，没有污泥层。 蚯蚓消解水稻秸秆的试验设4 个处理：( 1 ) 接种6 k g 蚯蚓，秸秆为整齐的状态； ( 2 ) 接种4 k g 蚯蚓，秸秆为打碎的状态；( 3 ) 接种4 k g 蚯蚓，秸秆为整齐的状态； ( 4 ) 接种2 k g 蚯蚓，秸秆为整齐的状态；( 5 ) 空白，不加蚯蚓。消解6 0 天后测定 处理后秸秆与蚯蚓粪混合物的全n 、p 、k 含量；测定处理后产出蚯蚓粪的全n 、p 、 k 含量与有机质含量；测定处理完后蚯蚓数量、未腐烂秸秆的数量以及蚯蚓粪的数 量。 蚯蚓粪在蔬菜上的应用采用盆栽试验，试验共设5 个处理。( 1 ) l k g 土；( 2 ) 0 2 5 k g 蚯蚓粪+ 0 7 5 k g 土；( 3 ) o 5 k g 蚯蚓粪+ o 5 k g 土；( 4 ) 0 7 5 k g 蚯蚓粪+ 0 2 5 k g 土；( 5 ) l k g 蚯蚓粪。到苗龄2 0 天时统一调查其幼苗的株高、茎粗、茎高，青菜和 苋菜收获期的株高、茎粗、茎高、青菜可溶性糖的含量、青菜和苋菜可溶性固形物 的含量、青菜、苋菜n 0 。一的含量。所得出的主要结论如下： ( 1 ) 经过一段时间的堆放，稻麦秸秆中的全n 、p 、k 含量都会减少。 2 扬 i , l 大学硕士学位论文 ( 2 ) 蚯蚓消解后残留小麦秸秆与蚯蚓粪混合物全n 含量有一定程度的增加效果。 在相同蚯蚓投入量的条件下，有污泥层处理的混合物全n 含量高于没有污泥层处理 的。在有无污泥相同处理下，蚯蚓投入量少的处理混合物的全n 、p 含量高于蚯蚓 投入量多的处理。经过蚯蚓活动后，混合物全p 含量普遍上升。在相同蚯蚓投入量 的处理下，有污泥层处理的混合物的全p 含量明显高于没有污泥层的。蚯蚓消解后 残留水稻秸秆与蚯蚓粪混合物全p 含量有一定程度的增加效果。 ( 3 ) 蚯蚓消解小麦秸秆后产生的蚯蚓粪全n 、p 含量，有污泥层的处理比没有污泥 层的处理要高。而蚯蚓粪全k 含量，有污泥层的处理比没有污泥层的处理要低。 ( 4 ) 有机质含量的大小与有无污泥层有很大的关系，有污泥层处理其有机质含量 明显大于没有污泥层的处理。 ( 5 ) 施用适量比例的蚯蚓粪有利于青菜和苋菜的出苗与幼苗生长。在粪土比为1 ： 1 时，青菜和苋菜的出苗率最高。青菜在幼苗期的株高、茎高以及根茎粗都随着粪 土比的增加呈先增加后减少的趋势，在粪土比为l ：l 时，达到最高值。青菜苋菜 在成熟期的株高、茎高以及茎粗都随着粪土比的增加呈先增加后降低的趋势。在粪 土比为1 ：1 时，达到最高值。 ( 6 ) 青菜中可溶性糖的含量在粪土比为3 ：1 时达到最高。青菜和苋菜中可溶性固 形物的含量随着蚯蚓粪投入比例的增加，里先增加后减少的趋势，在粪土比为1 ：1 时，其含量最高。青菜和苋菜中硝态氮含量都随着蚯蚓粪投入比例的增加，呈上升 的趋势。 关键词：秸秆、蚯蚓、青菜、苋菜 陈峰蚯蚓消解稻麦秸秆的效果与蚓粪的初步利用研究 3 d i g e s t i o no f r i c ea n dw h e a ts t r a w sb ye a r t h w o r m sa n d u s ev a l u e so fe a r t h w o r mc a s t s a b s t r a c t c r o ps t a l k sa r en o to n l ya g r o n o m i co r g a n i cs o l i dw a s t e s ，b u ta l s oi m p o r t a n t r e s o u r c e sf o rc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n ，s u c ha so r g a n i cf e r t i l i z e r s ，f e e d s t u f f , f u e la n d i n d u s t r i a lm a t e r i a l s w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n e s ea g r i c u l t u r ea n dt h eg r e a t c h a n g eo fr u r a le n e r g ys t r u c t u r e s ，t h ee x c e s sc r o ps t a l k si sb e c o m i n gas e r i o u sp r o b l e m s a f et r e a t m e n t so fc r o ps t a l k si sh e l p f u lt ot h ed e c r e a s eo fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n dt o t h ea g r i c u l t u r a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h ee a r t h w o r m sc a l lc o n v e r ta g r o n o m i co r g a n i cs o l i dw a s t e st oc a s t s ，w h i c hi sg o o d o r g a n i cf e r t i l i z e r sf o rv a r i o u sc r o p s t h ee a r t h w o r m sw e r e u s e di nt h i se x p e r i m e n tt od e c o m p o s et h es t r a w so fw h e a ta n d r i c e f o rw h e a ts t r a w sf i v et r e a t m e n t sw e r ec a r r i e do u t ：1 ) s t r a wh e a pw a si n o c u l a t e d 晰t h 4 k ge a r t h w o r m sa n di n t e r m i n g l e d w i t hs l u d g el a y e r ；2 ) i n o c u l a t e dw i t h2 k g e a r t h w o r m sa n da l s oi n t e r m i n g l e d 淅t hs l u d g el a y e r ；3 ) i n o c u l a t e dw i t h4 埏e a r t h w o r m s a n dn os l u d g el a y e re x i s t e d ；4 ) i n o c u l a t e dw i n l2 k ge a r t h w o r m sa n dn os l u d g el a y e r e x i s t e d ；5 ) i n o c u l a t e d 谢mn oe a r t h w o r m sa n dn os l u d g el a y e re x i s t e d ( a st h ec o n t r 0 1 ) t h ee x p e r i m e n t a lt r e a t m e n t so fr i c es t r a w si n c l u d e d ：1 ) s t r a wh e a pw a si n o c u l a t e d 谢t h6 k ge a r t h w o r m sa n ds t r a wm a i n t a i n e di n t e g r a t e d ；2 ) i n o c u l a t e d 谢也6 k g e a r t h w o r m sa n ds t r a ww e r ep u l v e r i z e d ；3 ) i n o c u l a t e dw i t h4 k ge a r t h w o r m sa n ds t r a w m a i n t a i n e di n t e g r a t e d ；4 ) i n o c u l a t e d 埘t l l2 k ge a r t h w o r m sa n ds t r a wm a i n t a i n e d i n t e g r a t e d ；5 ) i n o c u l a t e d 、i 也n oe a r t h w o r m s ( a st h ec o n t r 0 1 ) a f t e r6 0d a y so f d e c o m p o s i t i o n ，a m o u n to fe a r t h w o r m s ，c a s t sa n du n r o t t e ns t r a w sw e r em e a s u r e d ，a n d t o t a ln ，p ，ki ne a r t h w o r mc a s t sa n dm i x t u r eo fs t r a wa n de a r t h w o r mc a s t s ，o r g a n i c m a t e r i a lc o n t e n ti nc a s t sw e r ea l s oa n a l y z e d p o te x p e r i m e n t sw e r eu s e dt os t u d yt h ee f f e c t so fe a r t h w o r mc a s t so nt h ev e g e t a b l e 4 扬罔大学硕士学位论文 g r o w t h f i v et r e a t m e n t sw e r ed e s i g n e d ：1 ) 0k gc a s t s + 1k gs o i la n dn oc a s t s ；2 ) 0 2 5k g c a s t s + 0 7 5k gs o i l ；3 ) 0 5 蚝c a s t s + 0 5k gs o i l ；4 ) o 。7 5k gc a s t s + 0 2 5 埏s o i l ；5 ) t 埏 c a s t s 十0k gs o i l 2 0d a yo l ds e e d l i n g sw e r es a m p l e dt om e a s u r ep l a n th e i g h t ，s t e m d i a m e t e r , s t e mh e i g h t ，s o l u b l es u g a re o 戒e 继i ng r e e nv e g e t a b l e ，e o n 专e 嫩so fs o l u b l es o l i d a n dn i t r a t ei ng r e e nv e g e t a b l ea n da m a r a n t h t h er e s u k si n d i c a t e dt h a t ： ( 1 ) t o t a ln ，p ，kc o n t e n ti ns t r a w sd e c r e a s e d 埘t ht h ec o m p o s tt r e a t m e n t ； ( 2 ) 乳i t a ln ，pc o m e n ti n 饿em i x t u r eo fr e s i d u a lw h e a ts t r a wa n de a r t h w o r mc a s t s i n c r e a s e dw i t ht h ed i g e s t i o no fe a r t h w o r m s 鼢t h es a m ea m o u n to fe a r t h w o r m i n o c u l a t i o n , t o t a ln ，pc o n t e n ti nt h em i x t u r ew i t hs l u d g el a y e rw a sh i g h e rt h a nt h a t w i t h o ms l u d g el a y e r t o t a ln ，pc o n t e n ti nt h em i x t u r ew i t hl e s se a r t h w o r m sw a sh i 曲e r t h a nt h a tw i t hm o r ee a r t h w o r m s 。 ( 3 ) e a r t h w o r mc a s t s 谢t 1w h e a ts t r a wd e c o m p o s i t i o nh a sh i g h e rt o t a ln ，pc o n t e n tw h e n s l u d g el a y e re x i s t e d ，c o m p a r e dw i t ht h et r e a t m e n to fn os l u d g el a y e r t o t a lkc o n t e n dj u s t e x h i b i t e dt h ec o n t r a r yt e n d e n c y ( 4 ) c o m p a r e dw i t ht h et r e a t m e n to f n os l u d g el a y e r , o r g a n i cm a t e r i a l sc o n t e n tw a sh i g h e r w h e ns l u d g el a y e re x i s t e d ( 5 ) a p p r o p r i a t ee a r t h w o r mc a s t sw e r eh e l p f i 羹t ot h eg r o w t ho fg r e e nv e g e t a b l ea n d a m a r a n t h w h e nt h er a t i o no fc a s t sa n ds o i lw a s1 ：1 ，t h eg e r m i n a t i o nr a t er e a c h e dh i g h e s t p l a n th e i g h t ，s t e mh e i g h ta n ds t e md i a m e t e ro ft w ov e g e t a b l e si n c r e a s e df i r s ta n dt h e n d e c r e a s e dw i t ht h em c r e a s eo fc a s t s o i lr a t i o ，a n dr e a c h e dt h eh i g h e s ta tl ：1 t h e t e n d e n c yn o to n l ye x i s t e di nt h es e e d l i n gs t a g e ，b u ta l s oi nt h eh a r v e s ts t a g e 。 ( 6 ) s o l u b l es u g a rc o n t e n ti ng r e e nv e g e t a b l e sr e a c h e sh i g h e s tw h e nc a s t s o i lr a t i ow a s3 ：1 s o i u b l es o l i dc o n t e n ti nt w oe x p e r i m e n t a lv e g e t a b l e si n c r e a s e df i r s ta n dt h e nd e c r e a s e d w i t ht h ei n c r e a s eo fc a s t s o i lr a t i o ，a n dr e a c h e dh i g h e s ta t1 ：1 n i t r a t ec o n t e n ti nt w o v e g e t a b l e si n c r e a s e d 、埔n 1t h ei n c r e a s eo fc a s t s o i lr a t i o k e yw o r d s ：s t r a ws t a l k ，e a r t h w o r m ，g r e e nv e g e t a b l e s ，a m a r a n t h 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究工作所取得的研 究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 倘、峰 签字日期：矿年6 月f 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借 阅。本人授权扬州大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国 科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过 网络向社会公众提供信息服务。 学位论文作者签名：伪、山牵 签字日期：州年6 月7 岁日 导师签名： 践眨晴 签字日期：j7 年6 月，日 陈峰蚯蚓消解稻麦秸秆的效果与蚓粪的初步利用研究 5 第一章文献综述弟一早义陬练逊 1 1 秸秆的产生与利用 1 1 1 我国秸秆的产生与利用方式 作物秸秆是废弃物，更是可以综合利用的重要资源 1 】。秸秆可用作肥料、饲料、 燃料及工业生产的原材料等。随着我国农业生产的快速发展和农村能源结构的变 化，作物秸秆大量剩余问题日益突出。许多地区农民往往就地焚烧或随意堆积， 不但浪费资源，而且造成大气污染、土壤退化，甚至引发交通事故等，对人、畜 健康和生态环境造成不良影响。 我国农作物秸秆数量巨大，年产量达到6 亿吨以上。其中，以稻、麦、玉米 秸秆为主，约占总量的3 n 甚至更多。作物秸秆含碳、氮、磷、钾、硅、钙、镁、 硫和多种微量元素，富含纤维素、半纤维素和蛋白质等有机物质【2 1 。这些有机物质 在土壤中可部分转化为土壤腐殖质，促进土壤团粒体形成、孔隙度加大、渗透能 力提高、容重变小、耕性改善，提高土壤肥力 3 】。 我国农作物秸秆在青贮、气化、还田和用于生物肥、建筑原料等方面的理论 研究与实践创新已取得显著成果，但也存在不少问题 4 培】。 1 1 2 秸秆利用存在问题与加强秸秆综合利用的重要性 1 1 2 1 秸秆利用中的存在问题 秸秆还田后，土壤微生物大量繁殖，微生物活动需要氮素作营养。秸秆本身 碳氮比远远高于适宜微生物活动的碳氮比，在秸秆还田初期，土壤中有效性氮、 磷等养分含量明显降低，微生物与作物争夺养分，引起土壤养分供应不足、作物 生长受抑而影响作物产量。一般建议在秸秆还田时，结合一定数量的速效肥料深 施 9 】，调节好土壤碳氮、碳磷比，加速微生物活动，促进秸秆腐解，提高肥效， 使秸秆还田的增产作用得到充分发挥。目前，在我国农作物秸秆综合利用比例相 对较低，尚未有很大突破性重大成果。主要原因在于秸秆收集相对困难，成本较 高。秸秆比较松散，难以运输和存放，运用机械打捆收集，成本较高，而秸秆的 售价偏低，再加上运输等费用，综合效益很差，除了农民自己使用或近距离运送 6 扬州大学硕士学位论文 外，农民不愿收集、出售秸秆。目前，玉米秸秆青贮大多停留在人工摘穗、机械 割倒、车辆转运、机械切碎等几道工序，采用联合收获青贮和玉米穗秸一体青贮 的比例很低。现行的方法不仅作业强度大，而且青贮质量差。国产玉米联合收获 青贮机械技术尚不过关，进口机械质量虽好，但价格昂贵。就小麦秸秆利用而言， 打捆技术也才刚刚起步。联合收割机收获完后，撒落一地秸秆，常需人工收集， 农民为图省事，往往直接焚烧，对环境造成严重危害。对焚烧秸秆的现象除法律 上加以约束外，加速秸秆打捆机的改良、创新非常迫切。秸秆还田作为一项秸秆 传统利用方式，重点是解决还田质量问题，秸秆粉碎长度过大，影响播种质量【l ， 与之配套的旋转式播种机有待研制开发 1 1 。 1 1 2 2 秸秆综合利用的重要性 值得庆幸的是，人们对农作物秸秆进行资源化利用重要性的认识正在得到迅 速提高。保护自然资源、防止环境污染的秸秆综合利用主导思想已经基本确立， 对秸秆肥料、饲料、燃料和原料价值的新认识正不断提高，农民对焚烧秸秆的危 害性和秸秆综合利用的迫切性意识开始加强。人们意识到必须实现市场化运作来 发展农作物秸秆的综合利用。秸秆的综合利用是农业生产中的一个重要环节，秸 秆的工厂化处理为秸秆综合利用提供了新途径。对广大农民来说，大量的秸秆成 了可以出售的商品，对企业来说则是很有潜力的新兴产业。目前，各级政府正充 分重视引导农民以科技为依托、市场为导向，实现产业化经营。许多高等院校、 科研院所投入重要力量从事秸秆综合利用技术的研究开发，以解决秸秆转化中的 技术难题。虽然目前可推广的秸秆综合利用项目中有的技术还不成熟，有的还需 深化研究，但随着政府重视程度的不断加强和研究开发投入的不断增加，秸秆的 综合资源化利用技术必将有更大的突破。 1 1 3 秸秆的用途 1 。1 3 1 秸秆作为肥料还田 相当一段时期以来，秸秆还田是秸秆综合利用的主渠道。秸秆还田常包括三 种方式：直接还田、间接还田和生化快速腐熟还田。直接还田就是将前茬秸秆直 接耕翻入土，又可分为粉碎还田、整秆还田及覆盖栽培还田几种方式。采用机械 陈峰蚯蚓消解稻麦秸秆的效果与蚓粪的初步利用研究 7 作业一次性将田间秸秆直接粉碎还田，生产效率较高。机械还田高效、省时、省 工，易于被农民接受。但存在耗能多、成本大、对土地平整要求高、对田间病虫 害发生要求严等缺陷，部分地区难以推广。秸秆覆盖栽培中，秸秆腐解后能够提 高土壤有机质含量，补充土壤氮、磷、钾和中、微量元素，改善土壤理化性状， 加速土壤中物质的生物循环 1 2 】。秸秆覆盖还有利于增加土壤水、热调蓄能力 1 3 】， 促进作物生长。间接还田技术包括堆、沤还田、燃灰还田、过腹还田、菇渣还田 和沼渣还田等。秸秆堆、沤还田是解决我国有机肥源短缺的重要要途径。一般是 利用高温季节积制秸秆，或采用好气发酵进行堆制，或采用厌氧发酵进行沤制i 但无论是堆制还是沤制，其优点是成本低廉，缺点是发酵进程均受环境因素影响 较大，劳动强度大【1 4 】。目前，已发展到推广应用催腐剂、酵素剂等加速秸秆腐解， 而后还田。但这受制于高效微生物复合菌种和化学制剂的筛选、严格的操作条件、 预处理等，设备成本和运行费用较高等问题【l5 i 。将秸秆作燃料焚烧成灰后还田， 操作简单方便，有效钾含量丰富，缺点是易污染空气，能源和碳、氮等养分损失 较多，一般较少采用。过腹还田是一种效益很高的秸秆利用方式。秸秆经过青贮、 氨化、微贮等处理，饲喂畜、禽，利用排出的粪便还田，实现“秸秆一饲料一禽畜肥 料一粮食”的良性循环。将秸秆作为食用菌的培养基质，培养后的下脚料还田，其营 养也比较丰富，但这种方式所消耗的秸秆数量十分有限。利用秸秆发酵产生沼气， 沼渣用于还田，也是一种优质的有机肥。但沼气发酵生产周期长，劳动强度大， 在历史上曾经推广，却没有能坚持下来。 1 1 3 2 秸秆用作饲料 秸秆的饲料化处理也是一种较好的秸秆资源化利用模式。鉴于秸秆含有较多 的粗纤维，不利于瘤胃中微生物和消化酶参与的分解，加上多数秸秆适口性和营 养性较差，无法被多数动物高效吸收利用。为此，往往需要采用物理、化学和生 物的方法进行预处理，然后再用作饲料。 秸秆的物理处理包括：粉碎软化，将秸秆粉碎，变小、变软，有利于畜、 禽取食与咀嚼，让秸秆更容易被消化吸收，减少畜、禽取食和消化过程中的能量 消耗。压块制粒，秸秆铡切成小块后烘干压制而成，便于贮存运输，但压块机 8 扬州大学硕士学位论文 散热困难，内腔易被堵塞。热喷处理，借助于热喷机的蒸汽喷爆作用实现，但 设备运行、维修成本高，且秸秆需经除石、除铁等预处理。挤压膨化饲料，在 秸秆挤压过程中，骤降压力而膨化，易于运贮，但同样要严格除石、除铁 1 6 l 。 秸秆的化学处理包括：碱化处理，通过碱化打破秸秆粗纤维中的醚键或酯 键，溶去大部分木质素和硅酸盐，提高饲料营养价值，但该过程用碱量很大，并 需大量水冲洗，对环境易造成污染。氧化剂处理，用二氧化硫、臭氧和双氧水 等氧化剂破坏木质素，溶解半纤维素，增加纤维素酶和细胞壁的接触，提高饲料 消化率。该方法成本很高。氨化处理，在密封厌氧条件下，用尿素或氨水等溶 液按一定比例均匀喷洒于秸秆，常温下保存一段时间，破坏连接木质素与多糖之 间的酯键，也可提高秸秆消化率 1 7 】。方法简单，成功率高，但氨利用率低、有污 染，且成本较高。复合化学处理，将碱化和氨化处理相结合，复合处理成本相 对较低，有一定应用前景【l8 1 。 秸秆的生物处理包括：秸秆青贮，将乳熟期全株秸秆铡短，青贮秸秆保持 7 0 左右的含水量，发挥微生物的乳酸发酵作用，青绿秸秆无杂茵密封贮藏，青绿 多汁、适口性好、营养丰富。技术简单，制作成本低，但因青贮对纤维素消化率 提高不大，只适于反刍动物 19 1 。微贮，在农作物秸秆中加入微生物发酵菌剂及 辅料，在密闭设施中，经一定发酵过程，将秸秆转化为湿润膨胀、柔软酸香的饲 料。微贮消化率高、原料来源广泛，无季节限制。酒糟调制，在干秸秆粉中添 加一定比例的鲜酒糟一水混和物，拌匀、装池压实，覆盖密封，一段时间后开封饲 喂。简单方便，成本低，适于于有酒糟来源的农区推广应用 2 0 1 。鸡粪调制，与 酒糟调制相似，在秸秆粉中加入新鲜鸡粪一水混合物，拌匀、装池压实，覆盖密封， 段时间后开封饲喂。开封后酸味很浓，但无恶臭，成本低，应用前景较好【2 1 。 实践中，物理处理虽简单易行，容易推广，但一般不能提高饲料的营养价值 和转化效率；化学处理可以提高秸秆的动物采食量和体外消化率，但易发生化学 物质过量事故，且使用范围狭窄、推广费用较高；生物处理可以提高秸秆的营养 价值，但技术要求较高，处理不好容易造成腐烂变质。 1 1 3 3 秸秆用于农村能源 陈峰蚯蚓消解稻麦秸秆的效果与蚓粪的初步利用研究 9 农作物秸秆纤维中，碳元素占很大比例，小麦、玉米等主要粮食作物秸秆的 含碳量都在4 0 以上。秸秆具有较高的能源密度。作为农村主要的生活燃料，其 能源化用量可占到农村生活用能的1 3 。秸秆直接燃烧供热作为传统的能量转化方 式，具有经济方便、成本低廉、合乎大众习惯等特点。在秸秆丰富区为企事业单 位、机关、学校和人口相对稠密的乡镇居民区提供生产、生活热水和冬季采暖。 荷兰、英国、丹麦等欧洲国家已采用大型秸秆锅炉供暖、发电或热电联产【2 2 1 。秸 秆气化集中供气是高效率利用秸秆资源的一种生物能转化方式。产生的可燃性气 体经降温、除尘和除焦油等净化与浓缩工艺后，压送至储气柜，用管道供应用户 使用。目前我国已建成数百处秸秆气化集中供气示范点。秸秆气化经济方便、干 净卫生，在经济条件较好的村镇建设中较受欢迎。秸秆厌氧发酵可产出沼气，通 过将秸秆与人畜粪配合，在厌氧条件下发酵产生出含甲烷为主要成分的沼气，在 稍高于常压的状态下，通过管道供应用户 2 3 1 。秸秆既可直接用于沼气发酵，也可 通过做饲料，经牲畜转化成粪便后用于沼气发酵。秸秆沼气发酵，具有良好的经 济、环境和生态效益。但在沼气发酵过程中，需定期投入发酵基质及清理沼渣。 秸秆的基本组成是纤维素、半纤维素和木质素。秸秆粉碎后，添加适量的粘结剂 和水加以混合，施加一定的压力使其固化成型，可得到所谓的“秸秆炭”，再利用炭 化炉加工处理成具有一定机械强度的“生物煤”。生物煤具有近似于中质烟煤的燃烧 性能，使用方便，且含硫量低、灰分小、干净、卫生、污染小。其特点为制作工 艺简单，可加工成多种规格，体积较小、贮运方便，利用率可明显提高。除民用 和烧锅炉外，还可用于热解气化产生煤气、生产活性炭和各类“成型”炭。自上世纪 八十年代末期丹麦建成第一座秸秆发电厂以来，秸秆发电越来越受到全世界的关 注。这类发电厂具有一整套针对秸秆而设计的处理装置，可机械化、高效率地完 成秸秆发电的全部工序。蒸汽锅炉系统还装有炉灰自动回收装置，将秸秆灰烬集 中回收，用作肥料。整个过程几乎不产生污染物和工业垃圾。近年来，利用小麦、 玉米等秸秆为原料可以生产出酒精等重要精细化学产品【2 4 1 ，从小麦秸秆中提炼出 的乙醇可用作机动车燃料，能在一定程度上缓解矿物燃料的短缺。以农作物秸秆 为原料，通过分层多级转化生产液体燃料【25 l ，比较适合我国国情，有着广阔的发 展前景。 1 0扬州大学硕士学位论文 1 。1 3 4 秸秆用作工业原料 除了用于能源工业外，作物秸秆的其他工业用途也十分广泛。例如，秸秆可 作为保温材料、纸浆原料、食用菌培养基、各种轻质板材、包装材料和编织业、 酿造业等行业的原材料。秸秆的工业利用，不仅使大量的废弃秸秆得以减量化， 在一定程度上消除了潜在的污染源，而且有着良好的经济效益。秸秆用于编织业 较为常见。稻草编织的草帘、草苫可广泛用于蔬菜温室大棚；草席、草垫既可保 温防冻，又可吸汗防湿；草编织品、工艺品和装饰品，自然、精巧，透气、保暖， 装饰性佳，深受消费者喜爱。秸秆用于栽培食用菌，适用于平菇、金针菇、草菇 等多种食用菌的栽培，成本低廉。利用秸秆一般可以产出相同质量的鲜食用菌 2 6 i ， 氮素转化效率平均得到2 0 左右，高于羊肉和牛肉的转化效率，是开发食用蛋白 质资源、提高人民物质生活水平的重要途径。利用麦秸、稻草、玉米秸等能生产 出可降解性包装材料，如保鲜膜、一次性餐具等，质轻、安全、无毒、无臭、通 气性好，同时又有一定的柔韧性和强度，制造成本大大低于纸制品和木制品。用 秸秆和淀粉制成快餐包装新材料，保温时间更长。包装盒用后扔到肥料堆中，即 可转化为肥料，应用前景很好。工业上，秸秆用作建筑材料的原材料，粉碎后掺 入一定比例的粘合剂、阻燃剂和其他配料，通过机械搅拌、挤压成型、恒温固化， 可制得高质量的轻质建材，成本低、重量轻、美观大方，生产过程无污染，秸秆 用于建材领域，减量大、附加值高，节约木材，广受用户欢迎【2 7 】。许多中低档造 纸厂已逐渐开发利用稻草、麦秸和玉米秸秆等用作造纸原料，替代部分木材。作 为工业原料，玉米秸、豆荚皮、稻草、麦秸、谷类秕壳等都含有大量淀粉，从中 提取的淀粉不仅可作饲料，还可以酿酒、制醋、制糖和加工各种糕点食品。由玉 米秸秆制成的环保覆盖剂可以治理施工工地扬尘。用玉米秸秆为原料制得纤维素 2 8 1 ，经化学改性、提纯等工序可制得羧甲基纤维素产品 2 9 1 。将玉米秸秆经过预处 理、水解、净化、催化氢化、浓缩和结晶等步骤可制取食品级木糖醇。以稻草和 麦秸为原料，用复合添加法制取糖醛 3 0 】，出醛率高，废渣可全部用作复合肥料 3 1 此外，利用秸秆为原料，采用发酵工艺可制成多种菌剂，用于灭茬和病虫害防治， 有时效果甚至优于化学杀菌剂【3 2 | 。 陈峰蚯蚓消解稻麦秸秆的效果与蚓粪的初步利用研究 1 i 1 1 4 秸秆生物消解及其产物的利用 1 1 4 1 利用蚯蚓消解秸秆 在田间将作物秸秆就地收集、相对集中堆放，当季或适当推迟接种适宜的嗜 秸秆蚯蚓品种，保持秸秆堆基部适宜物料、温度、湿度条件，使蚯蚓大量繁殖， 蚯蚓在秸秆堆基部不断吞食其上部的腐熟秸秆并转化为蚓粪。利用蚯蚓消解秸秆 的方法是，根据地形地貌、参考农民习惯与喜好，在田头或地块中选择地势相对 低洼，离水源较近的地点，依作物种类、秸秆数量多少确定秸秆的堆放方式，具 体的操作规程包括挖池、筑埂、铺膜隔离、垫底、浸润、接种、码堆、覆盖等工 艺流程，辅以必要的日常管理，即可实现蚯蚓对秸秆的消解。随着秸秆堆基部腐 熟秸秆被蚯蚓不断吞食，秸秆堆不断下沉，蚯蚓则不断上行。等蚯蚓接近顶部秸 秆时，即可收获、出售成蚓，而将蚓粪和其他残余物作肥料和土壤改良剂归还土 壤。顶部未完全转化的秸秆可用作下一季蚯蚓养殖的垫底材料，空出的土池仍可 再继续使用。 1 1 4 2 蚓粪还田对有机污染及肥力退化土壤的修复 在田间作物收获时，同步收获成蚓。将剩下的蚓粪和其他残余物及时还田， 翻埋。蚓粪与其他残余物中含有大量的微生物与多种活性酶，这些微生物与酶进 入土壤后，可以加速土壤养分的释放及土壤有机污染物的分解 n - 3 5 。同时，由于 蚓粪与其他残余物中含有大量的高品质有机物质、多种有益微生物菌群和活性物 质，归还土壤后不仅可以有效地更新土壤有机质，改良土壤物理、化学与生物性 状，促进土壤养分转化，提高土壤综合肥力，还能增强作物抗逆能力和减轻田间 土传病害的发生等。 1 2 蚯蚓的养殖与利用 1 2 1 太湖红蚯蚓的生长条件 大平二号，又称太湖红蚯蚓，源于美国红正蚓和日本花蚯蚓的杂交种。太平 二号蚓一般体长5 0 7 0 毫米，体腔直径3 6 毫米，个体大的体长可达9 0 1 5 0 毫米， 成蚓体重0 4 5 1 1 2 克。体上刚毛细而密，体色紫红，但随饲料、水分等条件改变 1 2 扬州大学硕士学位论文 体色也有深浅的变化。太湖红蚯蚓具有体腔壁厚、肉多，寿命长和繁殖率高等特 点，非常适合人工养殖。 1 2 1 1 食料 红蚯蚓是腐食性动物，喜欢生活在含有大量有机质的土壤里，难以在一般耕 地中见到。所以利用动植物的有机废弃物可以大量人工养殖。它食性广，畜禽的 粪便以及稻草、各种鲜、干青草，树叶、瓜果、菜皮、甚至泔脚等经发酵后都能 食用。蚯蚓一天的摄食量与自己的体重大致相等，其中一半作为蚓粪排出。生产 一吨鲜蚯蚓，约要摄食7 0 8 0 吨有机垃圾。 1 2 1 2 温度 蚯蚓是喜温动物，野生蚓在久旱、严冬及高温季节会钻入深土层潜伏休眠。 人工养蚓，要调节好温度，使蚯蚓全年都能生长繁殖。红蚯蚓的最适生长温度在 2 5 c 左右。蚯蚓是雌雄同体的动物，但必须异体交配。性成熟的蚯蚓( 即出现生 育环) 在交配1 周后各自产卵。但产卵频率与温度有很大关系。温度低于1 0 时， 要3 5 天左右才产卵一粒；温度在1 8 2 5 c ，湿度3 0 - 5 0 ，通风换气好时，一 般1 5 , - , 4 5 天就产卵一粒；当温度高达3 5 时，产卵数量下降。卵茧孵化与温度也 有很大关系。当温度低于8 c ，卵茧停止孵化；1 5 c 时，卵茧约3 3 天孵化出幼蚓， 孵化率9 7 ，平均每个卵茧孵出幼蚓6 8 条；当平均温度在2 0 c 时，1 9 天孵化幼 蚓；3 2 时，1 0 天便可孵出，但孵化率仅3 3 ，平均每个卵茧孵出幼蚓2 3 条。 孵化过程中，当卵茧积温达到2 2 0 - - - , 2 6 0 。c 时，幼蚓便可孵出( 卵茧积温指每日扣 除卵茧在8 以下停止孵化的无效温度后逐日积累的能使卵胚胎发育的有效温度 总和) 。所以把温度控制在1 8 2 5 c 最利于蚓产卵孵化。幼蚓生长3 8 天左右达到 性成熟，全生育期6 0 天左右。一条蚯蚓一个月内产的卵茧，先后能孵出5 0 8 0 条 小蚯蚓。 1 2 1 3 湿度 湿度与蚯蚓的生长、产卵及卵茧孵化的关系很密切。蚯蚓体内含有约8 0 左 右水分。如久不浇水，会造成蚓体萎缩，影响产卵，甚至自溶死亡。在蚓床含水 分3 0 左右时，蚯蚓吃食多、生长快、产卵多、孵化率高。 陈峰蚯蚓消解稻麦秸秆的效果与蚓粪的初步利用研究 1 3 1 2 1 4 空气 蚯蚓的生长发育需要充足的氧气条件。据上海市金山区钱锦康的试验，用空 气流通和不流通的二种不同条件饲养蚯蚓3 0 天，它的产卵数分别是7 8 粒和1 4 粒，差距较大。空气中一般含氧2 0 ，含二氧化碳0 0 3 0 0 6 。若二氧化碳含 量超过1 ，就会影响蚯蚓的产卵。 1 2 1 5p h 值 蚯蚓生长环境的酸碱度过高或过低都会危害蚯蚓生长，一般以p h 值6 8 为宣。 1 2 2 蚯蚓的综合利用 最早养殖蚯蚓的国家是新西兰和美国，美国养殖蚯蚓已有七、八十年的历史。 日本在1 9 7 4 年才正式开始养蚯蚓，但仅几年时间，交易额就达2 0 亿日元，是目 前世界上最大的蚯蚓消费国之一。日本、加拿大、菲律宾、印度、新加坡等国在 研究蚯蚓和发展蚯蚓养殖生产上都做了大量工作，如菲律宾首都马尼拉就有五万 多养蚯蚓专业户。随着蚯蚓商品化生产的发展，世界蚯蚓贸易也不断增加，近几 年，世界年贸易额已达2 0 亿美元左右，而且每年还在以2 0 n 2 5 的速度递增。 我国7 0 年代末才开始养蚯蚓，8 0 年代在全国推广，现已得到定发展。 蚯蚓养殖业之所以在世界范围内得到如此迅速的发展，不仅是因为蚯蚓本身 具有多方面的价值，而且是因为人们越来越认识到蚯蚓在环境保护，变废为宝， 发展生态农业中的不可忽视的作用。 1 2 1 1 蚯蚓是优质动物蛋白饲料 蚓体的蛋白质含量约占干重的5 3 5 6 5 ，l ，脂肪含量为4 4 1 7 4 ，碳 水化合物1 1 0 1 7 4 ，灰分7 8 - - - 2 3 0 。据日本专家对“大平二号”蚯蚓分析， 鲜体中水分8 5 8 ，粗蛋白8 5 ，粗脂肪2 5 ，碳水化合物2 2 。据钱锦康 分析，大平二号干体蛋白质含量5 7 0 2 。蚯蚓蛋白质中含1 8 - 2 0 种氨基酸，有 人体必需的8 种氨基酸及家禽必需的1 2 种氨基酸，且含量较丰富，其有效能量 与鱼粉相当。蚯蚓体内还含有丰富的维生素d ( 约占鲜体重的0 0 4 0 0 7 3 ) ， 以及钙和磷( 约占鲜体重的o 1 2 4 0 1 8 8 ) 等矿物质元素。对蚯蚓组成的分 析表明，蚯蚓是不可多得的优质动物蛋白质饲料，它可以替代鱼粉作为禽、畜、 1 4 扬州大学硕士学位论文 鱼及特禽、特种水产品的饲料添加剂。在猪的饲料中添加煮熟切碎的蚯蚓( 不 超过曰粮总量的5 8 ) ，猪增重多，气温3 0 c 以上，仍继续正常生长。在养 鱼饲料中掺入鲜蚯蚓( 二般掺入5 较好) ，其体液为配合饲料吸收，可提高适 口性及饲料效率。1 9 8 0 年，日本有用淀粉类粘着剂固定的冷冻加工蚯蚓出售， 其营养价值与鲜蚯蚓相近，可保存，不易变质，养鳗时在白仔鳗期单独使用， 黑仔鳗期在配合饲料中掺入1 0 ，中期掺入2 3 ，效果显著。用蚯蚓喂黄鳝， 黄鳝的产卵率高，成活率高，生长速度快。总之，蚯蚓可作为许多特种水产品 如甲鱼、对虾、罗氏沼虾、鳟鱼、牛蛙以及特禽火鸡等饲料添加剂，还可作为 经济动物如水貂的饲料添加剂，据报道，一只貂1 天加2 0 克鲜蚯蚓比1 天吃 1 5 0 克鲜鱼还长得快。 1 2 1 2 蚓粪是优质有机肥料 据日本食品分析中心对蚓粪进行的分析，在含水份3 2 5 时，其全氮含量为 1 2 1 ，在含水分1 1 左右时，其全氮含量约为3 6 。蚓粪的氮、磷、钾等养分 含量均比土壤高，其保水性、保肥性及通气性都比较好。在农业生产上应用具有 明显的增产效果。如锡山市东北塘镇朱巷村农业综合服务站王国清1 9 9 4 年进行了 蚓粪增产小麦效果试验，结果表明，增施蚓粪作小麦盖籽肥，可显著提高小麦产 量。此外，蚓粪具有增肥改良土壤的长期效应，即当季增产、后茬得益的良好效 果。 1 2 1 3 蚯蚓具有很高的药用价值 蚯蚓在中医学上名叫地龙，性寒，味微咸，是传统的中药。本草纲目中就 开列了4 0 种蚯蚓药方。用现代先进的科学技术对蚯蚓的药用成分进行分析，表明 蚯蚓体内含有地龙素、地龙解热素、地龙毒素、黄嘌呤、抗组织胺、维生素b 等 多种药用成份。我国医学界通过长期临床实践证明，蚯蚓有解热、镇静、平喘、 降压等药理作用。 我国医学利用蚯蚓制成地龙注射液，临床治疗支气管哮喘及哮喘性支气管炎， 特别是“热喘 病，疗效较高。后来制成的复方地龙注射液( 与黄芩素复合) 疗 效更高。据报道，1 9 9 6 年“百奥蚓激酶”技术获火炬计划证书。从特种蚯蚓中分 陈峰蚯蚓消解稻麦秸秆的效果与蚓粪的初步利用研究 1 5 离纯化的一种蛋白水解酶具有直接和间接溶解纤维蛋白的双重功能。这种酶可降 低血液粘度，改善血小板聚集功能，可用来制造治疗和预防血管栓塞性心脏疾病 的药物。 另外，蚯蚓还是人类的健康食品。国外蚯蚓食品大都以蒸、炒、炸、煎为主， 红烧蚯蚓味道鲜美，胜过海味。日本食品工业运用现代技术研制成的蚯蚓保健食 品含蛋白质5 8 5 ，脂质6 3 等。经临床服用表明可调节身体疲劳状况，可除去 血管内过多胆固醇成分，特别适于高血压患者。无锡市某生物化工厂