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促腐剂对农村垃圾蚯蚓处理的影响研究 摘要 在我国，农村每年产生7 亿吨秸秆，其中约有7 0 的秸秆作为生活能源就地 焚烧或直接还田，造成了严重的资源浪费和大气污染，与此同时全国畜禽养殖粪 便的产生量也逐年增加，粪便作为有机肥在农业上的直接使用会导致大量的有害 气体释放到大气中，并且也存在病原菌污染土壤的可能性。堆肥是一种有效而安 全的方法，能减少这些有机废弃物的量和体积，破坏其中的营养物质和有机物。 有机废弃物的蚯蚓处理( v e r m i e o m p o s t i n g ) 技术则是将传统堆肥法与生物处理技 术相结合，利用蚯蚓特殊的生态学功能，与环境中微生物协同作用而加速有机物 质分解和转化的处理技术，是有机废弃物资源化的重要途径之一。 本研究选用“大平二号”赤子爱蚯蚓，以e m ( e f f e c t i v em i c r o o r g a n i s m ) 原液 和有机物料腐熟剂为促腐剂，小麦、玉米秸秆，牛粪等农村垃圾为试验材料，采 用添加促腐剂的预堆腐+ 蚯蚓处理的模式进行试验。分别研究了在相同e m 原液 添加量的条件下适合蚯蚓生存的最佳物料配比；不同促腐剂添加量对预堆腐的影 响；不同预堆腐产品对蚯蚓处理及蚯蚓生长繁殖的影响。对预堆腐和蚯蚓处理过 程中的物化指标和微生物酶指标也进行了测定，得到的试验过程参数为指导现场 实践提供了一定的理论依据。主要研究结果如下： ( 1 ) 在相同e m 原液添加量的条件下，研究了含玉米秸秆( 牛粪：玉米秸秆： 垃圾1 ：2 ：1 ，1 ：3 ：1 ，2 ：3 ：1 和0 ：2 ：3 ) 及含小麦秸秆( 牛粪：小麦秸秆：垃圾2 ：1 ：2 ， 3 ：1 ：2 ，4 ：1 ：3 ，0 ：1 ：1 0 ) 的不同堆体预堆腐产品对蚯蚓生存的影响。研究表明，在 预堆腐初始和结束时，含玉米秸秆的堆体c n 值要高于含小麦秸秆的堆体。预 堆腐结束时，八组堆体的c n 值在1 7 2 6 之间，氨氮浓度基本在2 0 0 m g k g 左右， 其中，牛粪：玉米秸秆：垃圾( 菜叶：纸干重比4 ：1 ) 1 ：3 ：l 的预堆腐产品饲养蚯 蚓的成活率最高，为8 7 5 0 。 ( 2 ) 在不同促腐剂e m 原液( 按湿重比) 和有机物料腐熟剂( f u ) ( 按干重 比) 添加量的条件下，采用牛粪：玉米秸秆：垃圾( 菜叶：纸干重比4 ：1 ) 1 ：3 ：1 的比例进行预堆腐，研究不同促腐剂添加量( 3 o e m 、4 o e m 、5 e m ；3 o f u 、 4 f u 、5 f u ；对照c k ) 对预堆腐的影响。结果表明：至预堆腐结束时，各 堆体p h 值为7 6 0 7 9 0 ，c n 比为2 8 - 3 5 ，氨氮浓度为2 7 0 m g k g - 4 4 0 m g k g ，纤 维素酶、蔗糖酶和脲酶的活性均稳定在相对较低的水平上，符合蚯蚓生长繁殖 p h 值6 0 0 8 5 0 ，c n 比2 5 3 5 的要求。同时，5 0 e m 的堆体c n 比值最低，为 2 8 0 2 ，n 0 3 - n n h 4 + - n 比值最高，为1 0 2 5 ，说明5 o e m 原液的添加量更有利于 物料中有机质的矿化。 ( 3 ) 以不同预堆腐产品为原料，进行蚯蚓处理试验，研究不同促腐剂添加量 得到的预堆腐产品对蚯蚓处理及蚯蚓生长和繁殖的影响。结果表明：添加e m 原 液的堆体蚯蚓处理过程中有机碳含量要低于添加有机物料腐熟剂的，且5 e m 组蚯蚓处理后的c n 比值最低。各组堆体蚯蚓处理后的氨氮含量在3 5 0 m g k g 左 右。5 0 e m 组中蚯蚓处理后的氨氮含量最低，为3 1 4 5 2 m g k g ：硝态氮的含量最 高，为10 8 5 7 3 6 m g k g ：n 0 3 - n n h 4 + - n 最大；脲酶活性及纤维物酶活性最低： 5 0 e m 组中蚯蚓的生长稳定，日繁殖率最高，为1 5 5 。说明5 0 e m 原液的添加 量不仅能得到适合蚯蚓处理的预堆腐产品，而且该组中微生物与蚯蚓的联合作用 更有利于促进有机质的腐熟、矿化和稳定化。 ( 4 ) 通过对4 o f u 、5 o e m 和对照c k 组蚯蚓处理初始和结束时样品进行 细菌和真菌的p c r d g g e 和系统发育分析表明：在4 9 f u 和5 o e m 组的样品 细菌群落中占有优势的种群属于滕黄单胞菌属和梭状芽孢杆属。在5 e m 组和 c k 组中出现的起主要作用的真菌种群分别是轮枝孢属和曲霉属。 关键词：赤子爱蚯蚓；蚯蚓处理；促腐剂；e m 原液；有机物料腐熟剂 i n f l u e n c eo ft r a n s f o r m a t i o np r o m o t e ro nv e r m i c o m p o s t i n go f r a t a lg a r b a g e 一一 a b s t r a c t i nc h i n a , a b o u t7 0m i l l i o nt o n so fs t r a wa r ea n n u a l l yp r o d u c e di nr u r a la r e a s ，a n d a b o u t7 0p e r c e n to fs t r a wa r eb u r n i n gi n s i t ua sl i f ee n e r g yo rd i r e c ta p p l i c a t i o n , c a u s i n gs e r i o u sr e s o u r c ew a s t ea n da i rp o l l u t i o n a tt h es a m et i m e ，t h ea m o u n to f a n i m a lm a n u r eo ft h ew h d ec o u n t r yi si n c r e a s i n gy e a ra f t e ry e a r m a n u r ea so r g a n i c f e r t i l i z e ri na g r i c u l t u r ew i t h o u ta n yp r e l i m i n a r yt r e a t m e n tc a l ll e a dt oac o n s i d e r a b l e e m i s s i o no fh a r m f u lg a s e sr e l e a s e di n t oa t m o s p h e r e ，a n dc o n t a m i n a t i o no fs o i lw i t h p a t h o g e n si sp o s s i b l e c o m p o s t i n gi sa ne f f e c t i v ea n ds a f ew a yf o rr e d u c t i o no ft h e m a n u r e sm a s sa n dv o l u m e ，f o rd e s t r u c t i o no fp a t h o g e n sa n ds t a b i l i z a t i o no fn u t r i e n t s a n do r g a n i cm a t t e ri n i t o r g a n i cw a s t ev e r m i c o m p o s f i n gc o m b i n e st r a d i t i o n a l c o m p o s t i n gw i t hb i o l o g i c a lt r e a t m e n t ，i t sab i o o x i d a t i o na n ds t a b i l i z a t i o no fo r g a n i c m a t e r i a li n v o l v i n gt h ej o i n ta c t i o no fe a r t h w o r m sa n dm i c r o o r g a n i s m s ，i th a sb e e na n i m p o r t a n ta p p r o a c h o nt h et r a n s f o r m a t i o no fo r g a n i cs o l i dw a s t e si n t ou s e f u l t h ee i s e n i af o e t i d a ，t r a n s f o r m a t i o np r o m o t e rs u c ha se ms o l u t i o n ( e f f e c t i v e m i c r o o r g n i s m ) a n do r g a n i cm a t e r i a l sc o m p o s tp r o m o t e r , w h e a to rc o r ns t a l k s ，c a t t l e m a n u r ea n ds oo na r eu s e da st h ee x p e r i m e n t a lm a t e r i a l s ，p r e c o m p o s t i n gb ya d d i n g t r a n s f o r m a t i o np r o m o t e ra n dv e r m i c o m p o s t i n ga r ea p p l i e da st h ee x p e r i m e n t a l m e t h o d i nt h er e s e a r c ho ft h eb e s tm a t e r i a lr a t i os u i t a b l ef o re a r t h w o r ms u r v i v a l u n d e rt h ec o n d i t i o no fa d d i n gt h es a m ea m o u n to fe ms o l u t i o n ，t h ee f f e c to f p r e c o m p o s t i n gp r o d u c t i o n w i t hd i f f e r e n ta m o u n to ft r a n s f o r m a t i o np r o m o t e ro n v e r m i c o m p o t i n ga n de a r t h w o r mg r o w t ha n dr e p r o d u c t i o n i nt h ee x p e r i m e n t ，p h y s i c a l ， c h e m i c a la n dm i c r o o r g a n i s me n z y m ei n d e xh a v eb e e nd e t e r m i n e d e x p e r i m e n t a l p r o c e s sp a r a m e t e r so b t a i n e dc a l lb eu s e dt og u i d et h ef i e l de x p e r i m e n t sa n dp r o v i d e s c i e n t i f i cb a s i c t h em a i nr e s u l t sh a v eb e e no b t a i n e da sf o l l o w s ： ( 1 ) t h eb e s tm a t e r i a lr a t i oo fr a i s i n ge a r t h w o r mw i t hp r e e o m p o s t i n gp r o d u c t i o n w a si n v e s t i g a t e d ，b yt h ee f f e c to fd i f f e r e n te i g h tr a t i op r e - e o m p o s t i n gp r o d u c t i o n ( d u n gm a n u r e ：c o ms t a l k s ：g a r b a g e = 1 ：2 ：1 ，1 ：3 ：1 ，2 ：3 ：1 ，0 ：2 ：3a n dd u n gm a n u r e ： w h e a ts t a l k s ：g a r b a g e = 2 ：1 ：2 ，3 ：1 ：2 ，4 ：1 ：3 ，0 ：1 ：1 0 ) o ne a r t h w o r ms u r v i v a lr a t i ou n d e r t h es a m ea d d i n ga m o u n to fe ms o l u t i o n t h ec nv a l u eo f p i l e sc o n t a i n i n gc o r ns t r a w i sh i g h e rt h a nt h ep i l e sc o n t a i n i n gw h e a ts t r a wa tt h eb e g i n n i n ga n de n do ft h e p r e c o m p o s t i n g a tt h ee n do fp r e - e o m p o s t i n g ，t h ec nv a l u eo fd i f f e r e n te i g h tp i l e s i s17 - 2 6 ，n h 4 + - nc o n c e n t r a t i o nb a s i c a l l ym a i n t a i n sa b o u t2 0 0 m g k g , a n dc a t t l e m a n u r e ；c o ls t r a w ：r a b b i s h ( v e g e t a b l el e a v e s ：p a p e r = 4 ：1b yd r yw e i g h t ) 1 ：3 ：1h a s t h eh i g h e s te a r t h w o r ms u r v i v a lr a t i oo f8 7 5 0 ( 2 ) t h ee f f e c t o fd i f f e r e n ta d d i n ga m o u n to ft r a n s f o r m a t i o np r o m o t e ro n p r e c o m p o s t i n gi ss t u d i e da c c o r d i n g t ot h er a t i oo fd u n gm a n u r e ：c o l t ls t a l k s ：r u b b i s h 1 ：3 ：1 ，u n d e rt h ed i f f e r e n ta d d i n ga m o u n to fe ms o l u t i o n ( w e tr a t i o ) a n do r g a n i c m a t e r i a l sc o m p o s tp r o m o t e r ( d r yr a t i o ) b a s e do nt h er e s u l t so fs t u d y , i tw a s c o n c l u d e dt h a t 也ep hi s7 6 0 - 7 9 0 ，c ni s2 8 35 ，n i - 1 4 + - nc o n c e n t r a t i o ni s 2 7 0 m g k g - 4 4 0 m g k g ，c e l l u l o s e ，s u c r a s ea n du r e a s es t a b l e da tl o wl e v e l si ne v e r y c o m p o s tp i l ea tt h ee n do fp r e e o m p o s t i n g ，m e e t i n gt h ec o n d i t i o no fe a r t h w o r mg r o w a n dr e p r o d u c t i o nw i t ht h ep h v a l u eo f6 0 0 8 5 0a n dc nv a l u eo f2 5 - 35 a tt h es a m e t i m e ，t h ec nv a l u eo f5 e mi st h el o w e s to f2 8 0 2 ，n 0 3 - n n h r nv a l u ei st h e h i g h e s to f10 2 5 ，w h i c hi l l u s t r a t et h ea m o u n to f5 o e ms o l u t i o ni sm o r ec o n d u c i v et o m i n e r a l i z a t i o n ( 3 ) d i f f e r e n tp r e - e o m p o s t i n gp r o d u c t i o ni su s e di nv e r m i c o m p o s t i n g t h ee f f e c t o fd i f f e r e n tp r e c o m p o s t i n gp r o d u c t i o no na t t r t h w o r n lg r o w t ha n dr e p r o d u c t i o ni s i n v e s t i g a t e d i tc o n c l u d e st h a to r g a n i cc a r b o nc o n t e n to ft h ep i l e sa d d i n ge m s o l u t i o n i sl o w e rt h a n a d d i n go r g a n i c m a t e r i a l s c o m p o s tp r o m o t e ri n t h ec o u r s eo f v e r m i e o m p o s t i n g , t h ec nv a l u eo f5 0 e mg r o u pi s t h el o w e s ta n dn h 4 + - n c o n c e n t r a t i o ni sa b o u t3 5 0 m g k go fe v e r yp i l ea tt h ee n do fv e r m i c o m p o s t i n g i nt h e g r o u po ft h e5 e m ，a tt h ee n do fv e r m i c o m p o s t i n g ，n h 4 - nc o n c e n t r a t i o ni s 3 1 4 5 2 m g k g ，w h i c hi s t h el o w e s t ；t h en 0 3 - nc o n c e n t r a t i o ni s 1 0 8 5 7 3 6 m g k g , w h i c hi st h eh i g h e s t ；a n dn 0 3 。- n n i - h + - nv a l u ei sa s l ot h eh i g h e s t ；t h ea c t i v i t yo f c e l l u l o s ea n ds u c r o s ea r e t h el o w e s t e a r t h w o r mg r o w ns t e a d i l yi nt h eg r o u po f 5 o e m ，a n dh a st h eh i g h e s tr e p r o d u c t i o nr a t i oo f1 5 5 ，w h i c hi n d i c a t e st h a tt h e5 0 a d d i n ga m o u n to fe ms o l u t i o nn o to n l yo b t a i n sp r e c o m p o s t i n gp r o d u c t i o ns u i t a b l e f o rv e r m i c o m p o s t i n g ，b u ta l s ot h ei n t e r a c t i o n so ft h ee a r t h w o r m sa n dm i c r o o r g a n i s m s p r o m o t e st h em a t u r i t y , m i n e r a l i z a t i o na n ds t a b i l i t yo ft h eo r g a n i cm a t e r i a l s ( 4 ) b a s e do nt h ep c r d g g ea n dp h y l o g e n e t i ca n a l y s i so fb a c t e r i aa n df u n g io f 4 o f u ，5 e ma n dc ka tt h es t a r ta n de n do fv e r m i c o m p o s t i n g ，i tw a sc o n c l u d e d t h a tt h ed o m i n a n tb a c t e r i a l s p e c i e so f4 o f u a n d5 0 e mw a sl u t e i m o n a sa n d c l o s t r i d i u m ，t h ed o m i n a n tf u n g a ls p e c i e so f5 v e ma n dc kw a sv e r t i c i l l i u ma n d a s p e r g i l l u s k e yw o r d s ：e i s e n i a f o e t i d a ；v e r m i c o m p o s t i n g ；t r a n s f o r m a t i o np r o m o t e r ；e m s o l u t i o n ；o r g a n i cm a t e r i a l sc o m p o s tp r o m o t e r v 促腐剂对农村垃圾蚯蚓处理的影响研究 o 前言 促腐剂对农村垃圾蚯蚓堆肥的影响研究 我国是一个农村人口占多数的农业国家，改革开放以来，随着农村经济的快 速发展，农村生活污水、垃圾、农业生产及畜禽养殖废弃物排放量增大，据调查 资料显示，我国农村每年产生7 亿吨秸秆，农村人均日生活性垃圾量为0 8 6 k g ， 其中随意堆放的垃圾为0 3 2 k g 。我国1 9 8 8 年、1 9 9 5 年、2 0 0 0 年的禽畜粪便排放 量分别为1 8 8 、2 4 9 、3 6 4 亿吨【1 1 ，2 0 0 3 年我国畜禽养殖业共产生3 1 9 0 亿吨粪 便，是当年工业产生固体废物的3 2 倍：据2 0 1 0 年在北京召开的“全国农业环境 科学峰会暨农业环境协作网成立大会”的消息称，2 0 0 9 年禽畜粪便的年排放量超 过了4 0 亿吨，是工业有机污染物的4 1 倍，且大多未经处理直接排放。这些污 染物使农村地区环境状况日益恶化，环境质量明显下降，直接威胁着广大农民群 众的生存环境与身体健康，制约了农村经济的健康可持续发展，农村问题也由隐 性呈显性并愈益凸显，成为新农村建设过程中一个不可回避的难题。 因此，农村垃圾问题的合理解决迫在眉睫，其合理有效的处理方法也成为研 究的热点。作为本论文课题研究对象的南四湖地区，其禽畜粪便和秸秆资源丰富， 但管理和利用率低，因此研究符合当地实际情况的垃圾处理方法尤为重要。针对 农村地区存在的垃圾问题，结合蚯蚓处理的优点，本论文以农村有机垃圾小麦、 玉米秸秆，牛粪等为试验材料，以e m 原液和阿姆斯有机物料腐熟剂为促腐剂， 采用预堆腐+ 蚯蚓处理的试验模式，研究堆腐的过程参数，得出最优的堆腐比例， 为指导农村的实际应用提供了理论依据，对改变农村环境“脏、乱、差”状况，提 高农村环境卫生质量、改善农村的环境卫生状况和农村居民生活水平起到了重要 作用。 促腐剂对农村垃圾蚯蚓处理的影响研究 1 绪论 1 1 农村垃圾的来源 目前我国农村垃圾污染物主要是由农村居民生活、产业、企业及城市等产生 的垃圾污染物，以及农田产生的大量作物秸秆构成。 ( 1 ) 居民生活垃圾 居民生活垃圾产生的固体废弃物成为农村垃圾污染的主要来源。塑料袋、日 常生活用品、纸张、煤、衣服、电池等是居民日常生活中的必需品【2 1 ，由于人们 的环保意识比较薄弱，用完后就将其随意丢弃，这些日常固体废弃物被到处乱扔， 没有固定的堆放场所，也没有得到合理的处理，使农村生活环境受到了严重影响。 ( 2 ) 产业和企业垃圾 随着经济的发展，城市在快速发展的同时，也带动了周边农村工业化的发展， 使乡镇企业如农林业、畜牧业、造纸厂和水泥厂等的数量增多，但由于缺乏技术 支持，这些企业的设备设施还达不到相应的环保保准，在其生产过程中难免会产 生大量的固体垃圾，对农村环境造成一定的污染3 1 。目前，我国乡镇企业废水 c o d 和固体废物等主要污染物排放量已占工业污染物排放总量的5 0 以上，而 且乡镇企业布局不合理，污染物处理率也显著低于工业污染物平均处理掣4 】。 ( 3 ) 农作物秸秆 中国是一个农业大国，据调查，我国农村每年产生7 亿吨秸秆。而对秸秆资 源化利用的关键性技术难题尚未突破，目前秸秆大部分作为生活能源就地焚烧或 直接还田，焚烧过程中会产生二嗯英、c o 、c 0 2 等有毒有害气体，使大气受到 污染。另外，还有一部分被随意堆放，农村秸秆资源没有得到有效的利用，并且 在其堆放过程中，由于降雨等原因，产生的污水对农村水体和土壤造成污染，使 人们的生活环境质量下降，同时农业生产过程使用的农药，加剧了农村的环境污 染，农民群众的身心健康令人堪忧【5 1 。 ( 4 ) 城市垃圾 2 促腐剂对农村垃圾蚯蚓处理的影响研究 现在城市垃圾已成为农村垃圾污染的重要来源之一。一些经济发展比较落后 的中小城市，由于资金的不足和技术的缺乏，常常把城市垃圾未经分类或处理， 就直接运到郊区或农村，这些垃圾不仅与农村的整体村容村貌不协调，而且对农 村地区的地下水和土壤也造成了污染，影响了当地居民的身体健康。城市垃圾成 分的复杂性及排放的不合理性，使农村生活垃圾处理的难度与日俱增【6 】；而对 于缺乏环保意识的广大农村地区，城市垃圾在农村的直接排放使农村的生态环境 日益恶化，这在无形之中影响了农民日常生产和生活的各个方面【7 1 。 因此，农村垃圾的处理既需要技术上的支持，也需要政府的政策支持和明确 的管理制度，不断增加民众的环保意识，从源头减少垃圾污染物的产生量。 1 2 农村垃圾的污染危害及传统处理方法 1 2 1 农村垃圾的污染危害 随着社会经济的发展，我国农村经济也飞速发展，农民的生活水平不断提高， 消费品种越来越丰富，随之农村排放的固体废弃物的种类也逐步增多，污染情况 也日益严重，治理难度增加，并且废物之间相互掺杂，已经远远超过大自然的自 净能力。 ( 1 ) 垃圾成分复杂，数量持续增长 十几年前，农村生活垃圾以厨房剩余物为主，而且大多数厨房剩余物可作为 禽畜饲料。近些年来，农村生活来源及成分发生了明显的变化，包装废弃物、一 次性用品废弃物明显增加。另外，随着农村居住条件的改善，燃气普及，化肥用 量增加，许多有机垃圾如秸秆、果藤和稻草等未被利用和还田，而是作为垃圾随 意丢弃，使农村生活垃圾量与日俱增。据有关资料统计，农村平均的生活垃圾产 生量为o 8 6 k g ( 人天) ，全国农村一年产生的生活垃圾量接近3 亿吨。 ( 2 ) 垃圾随意堆放，难以集中处理 农村地区由于缺乏政府的政策管理和约束，再加上农民居住的比较分散，使 绝大部分的农村地区缺乏专门的垃圾收集、分类处理系统。据建设部的抽样调查， 9 6 的村庄没有任何垃圾处理设施，垃圾被随意堆放在房前屋后、坑边路旁甚至 水源地、泄洪道、村内外池塘，无人负责垃圾收集与处理【4 1 。长此以往，道路两 3 促腐剂对农村垃圾蚯蚓处理的影响研究 旁成了没有任何处理设施的垃圾填埋场，自然低洼地也变成了裸露的天然垃圾 箱。而在全国农村一年的生活垃圾量中，约有1 2 亿吨的垃圾量被随意堆放，经 过日晒雨淋，既影响村容村貌，又污染水体和空气，传播疾病，危害人们身体健 康。特别是在经济发展相对落后的地区，其农村固体废弃物一般不经处理而直接 乱堆乱放，对农村环境造成了严重的影响【8 】。与此同时，垃圾在天然堆放过程中， 可能会造成厌氧或缺氧环境产生甲烷等可燃气体，一旦遇到明火或产生自燃等现 象极易引起火灾、垃圾爆炸等事故 _ 7 1 。 因此，农村产生的垃圾如果得不到有效的处理，会在一定条件下发生化学的、 物理的或生物的转化，对周围环境造成一定的影响，如果采取的处理方法不当， 有害物将通过水、气、土壤、食物链等途径危害环境与人体健康。 1 2 2 农村垃圾传统的处理方法 农村垃圾传统的处理方法包括填埋法、焚烧法、堆肥法及资源化处理。 填埋法是将垃圾填入已备好的坑中，并盖黄土压实，利用微生物长期的分解 作用，使其发生生物、物理和化学变化，从而达到减量化和无害化的目的。由于 农村垃圾经过焚烧或其他方法处理后的残余物都送到垃圾填埋场进行填埋，因 而，填埋法成为农村垃圾的最终处理方法。 焚烧法处理垃圾是一种深度氧化的化学过程，它是利用垃圾在高温火焰的作 用下可被转化为残渣和二氧化碳、二氧化硫等气体，从而实现垃圾的减量化和无 害化 9 】。但由于焚烧垃圾时会产生大量的有毒有害气体，易造成环境污染，所以 要慎重选择焚烧炉建设的位置，并且也要对垃圾进行必要的分拣，以尽量减少对 环境的危害。 堆肥法是利用微生物的作用，通过生物和物化作用，将有机废弃物转化为稳 定的腐殖质的过程。首先需要对农村垃圾进行分类回收，对不可回收利用的进行 堆肥处理，通过将废物堆积成堆，在适宜温度条件下，借助微生物的分解作用， 将有机物分解成无机养分，从而使生活垃圾变成卫生的、无味的腐殖质。既解决 了农村垃圾的出路，又可达到再资源化的目的。 资源化处理主要是指对农村生活垃圾中的可回收利用部分进行分类，根据不 同种类的不同用途对其加以利用，从真正意义上实现垃圾的减量化、无害化和资 4 促腐剂对农村垃圾蚯蚓处理的影响研究 源化。通常情况下，一般可将垃圾分为材料垃圾组、有机垃圾组、无机垃圾组和 有毒有害垃圾组 1 0 】。 1 3 蚯蚓处理废弃物的研究进展 近年来，随着垃圾量的逐年增多，研究合理有效的处理方法成为必然。由于 蚯蚓在自然界中具有强大的分解能力，因而得到人类的关注。蚯蚓种类繁多，分 布广泛，许多蚯蚓都有处理有机物质的能力。目前国内外研究最多而且大量用于 实际处理的是爱胜属( e i s e n i a ) ，这种蚯蚓生长期短，繁殖率高，食性广泛，对有 机质的处理效果好，尤其是其中的e f o e t i d a ，e a n d r e i 和e e x c a r a t u s ，人们对其 进行了广泛的研究。依据蚯蚓的食性、习性和生态功能，一般可将自然界中的蚯 蚓分为表层种( e p i g e i c ) 、内层种( e n d o g e i c ) 和深层种( a n e c i c ) 【1 1 】，由于这三 个生态类群之间没有明显的分类学上的界限，因而经常出现一些如表一内层种 ( e p i e n d o g e i c ) 和表一深层种( e p i a n e c i e ) 【l2 】的过渡型。又由于蚓种的某些分 解能力、耐受性等方面会因其存在的地域环境的不同而不同，因而，用于处理废 弃物的蚓种要结合当地的实际情况，综合几种蚯蚓的优点，进行人工选种、驯化 和杂交培育。1 9 7 3 年，由日本学者前田古颜培育出的蚯蚓品种“大平2 号”( 赤 子爱蚯蚓e i s e n i a f o e t i d a ) ，因其具有繁殖倍数极高、适合于人工养殖的特点，使 废弃物的蚯蚓处理技术得到革命性的发展【1 3 】。 1 3 1 蚯蚓处理的原理及优势 蚯蚓是一种杂食性动物，它有促进有机物分解转化的功能。蚯蚓堆肥的基本 原理就是利用蚯蚓食腐、食性广、食量大及其消化道可分泌出大量酶的特性，将 经过预处理的有机固体废物喂食给蚯蚓，经过蚯蚓处理后转化为物理、化学以及 生物学特性都很好的蚓粪，从而达到无害化、减量化、资源化的目的。 有研究表明，蚯蚓每天能消耗占其自身体重一半以上的有机废物并使废物的 体积减少约5 0 ，从而减少了废物的占地面积、降低了废物的运输成本【l4 1 ，同 时排泄出的蚓粪，因其具有团粒状结构，能使废弃物团聚体的性质、数量和粒径 大小得到改善，提高了处理终产物的持水力和保肥能力【l5 1 。其次，蚯蚓摄食的 粗有机质，通过其肠道内微生物的作用，能促进腐殖质的形成【16 | 。另外，蚯蚓 促腐剂对农村垃圾蚯蚓处理的影响研究 在处理废弃物过程中，提高和促进了废弃物中碳、氮和磷等营养元素的含量和形 态转化 1 7 - 1 s 】，而且，蚯蚓还可消除废弃物中的病原体，富集土壤中的重金属， 达到生物净化土壤的目的【1 9 珈】。 废弃物的传统处理方法包括焚烧、填埋和堆肥，这些传统的处理方法通常只 满足了减量化，而在无害化和资源化方面则存在着严重的不足。基于蚯蚓处理的 诸多优势，用蚯蚓处理废弃物，成为继填埋、焚烧和堆肥后的另一种可行方法。 与传统方法相比，蚯蚓处理的优势在于： ( 1 ) 加速有机物质的分解转化 蚯蚓作为一种很重要的大型土壤动物，它可以改变土壤的结构、土壤团聚体 大小以及植物残体的空间分布，在农业生态系统中起着很重要的作用，被称为“生 态系统的工程师，【2 1 2 2 。此外，蚯蚓也是维持和提高土壤肥力的重要动物，对陆 生生物与土壤生物之间污染物的传递起到桥梁作用，成为农田生态系统中土壤物 质生物小循环中不可或缺的重要一环【2 引。蚯蚓的吞食量很大，一亿条蚯蚓一天 可以吞食4 0 5 0 t 垃圾，排出2 0 t 蚯蚓粪【2 4 】。r e n u k ag u p t a 和v k g a r g 在用爱胜 蚓对不可循环利用的废纸进行蚯蚓修复和营养恢复的研究中，得出蚯蚓对有机物 有较快的分解和矿化率 2 5 1 。b a n s a l 和k a p p o r 利用蚯蚓处理农作物残体以及牛粪 的混合物时，与没有蚯蚓存在的处理相比，投放蚯蚓的处理期产物中碳氮比要明 显低一些 2 6 】。m i t c h e l l 在对牛粪进行蚯蚓处理的过程中发现产物中水溶性物质 ( 水溶性碳、氮、硫、磷) 的浓度都下降了【2 7 1 。a l b a n e l l 等在对羊粪与纺织工业 产生的棉质废料进行蚯蚓处理的研究中得出，在最后产物中，与未接种蚯蚓的处 理相比，蚯蚓处理的混合物中总有机质的含量明显下降，总腐殖质的含量上升迅 速，p ，n a ，k 等矿物营养也有所增加【2 s 1 。这都充分说明了，蚯蚓的存在，对加 速和提高有机质的降解转化和矿化速度起到重要作用。 蚯蚓在加速有机质降解转化的同时，也实现了有机废弃物的稳定。刘亚纳等 在赤子爱蚯蚓处理猪粪的试验研究中，通过研究蚯蚓的生长繁殖情况及堆制前后 物料的碳氮比值、氨氮和硝态氮的变化，得出不同预处理饵料的c n 比经蚯蚓 处理后都下降，达到一个相对稳定范围；n h 4 + - n 的含量经蚯蚓处理后，含量小 于2 0 0 r a g k g ，n 0 3 - n 含量大幅上升，都大于3 0 0 0 0 m g k 9 1 。经蚯蚓处理后， 猪粪中更多的氮素转化为硝态氮的形式，有效地减少了氮素的损失，控制了臭气 6 促腐剂对农村垃圾蚯蚓处理的影响研究 的产生，起到保氮、环保的作用【2 9 1 。辛未冬在利用蚯蚓对农业废弃物分解作用 研究中得出，经过蚯蚓处理后，发酵纯牛粪的全氮、速效氮、全磷、有机质含量 和c n 都有所上升；蚯蚓在对牛粪的作用过程中起了非常重要的作用，蚯蚓的 生长和繁殖活动加速了牛粪中养分的分解和转化，促进了牛粪的稳定，提高了牛 粪作为一种有机废料的肥力【3 0 1 。a r i a 等通过研究表明，蚯蚓通过体内的新陈代谢 和分泌，使磷、钾元素富集于吞入蚯蚓体内的土壤中，并转化为活性较大的速效 养分【3 1 1 。h a i m i 和j a m e s 等的研究结果表明，蚯蚓显著促进了土壤n 的矿化， 并提高土壤有效氮的含量【3 2 3 3 1 。因而，蚯蚓在分解、同化有机物质的同时，也部 分分解土壤矿物和无机盐类，不仅能消除原废弃物可能对环境造成的危害，而且 其产物也可起到改良土壤的作用。 ( 2 ) 提高废弃物的经济效益 蚯蚓处理不仅可以有效地消除污染，实现理想的环境效益，而且还产生了两 种非常有用的产物：蚓体和蚓粪，前者为一种高蛋白质饲料和医用原料，后者为 一种高级肥料。 首先，蚓粪是一种优质的有机肥，对改良土壤有很大的帮助。蚓粪一般具有 很好的孔性、通气性和高持水性，并具有较高的水稳定性【3 4 1 ，和良好的团聚体 结构，有助于防止多种形式的土壤侵蚀，减少结壳，利于水分和空气的自由流通， 能保护和保持土壤有机物【3 5 】，而且蚓粪可以改善土壤中的孔性，这就为根系的 生长提供了一个良好的环境【3 6 1 。另外有研究证实，蚓粪颗粒具有比表面积大、 物理化学性质稳定的特点，有利于微生物的增殖和微生物活性的提高，更有利于 有机物中营养元素氮、磷、钾、钙的释放和转化。蚓粪与氮、磷、钾化肥配合施 用，还可以显著提高土壤中有效养分的含量【3 7 3 8 1 ，经简单加工后可作为除臭剂、 植物成长调节剂和污水净化剂等。此外，由于蚓粪中含有大量的微生物，有较高 的土壤酶活性、硝化和反硝化活性，富含植物必须的“荷尔蒙”，因此蚓粪可被用 为一种天然的缓效肥料。 其次，早在1 6 世纪，我国就已经有了开发利用蚯蚓的记载，它主治肌体麻 木、半身不遂、关节麻木、肺热咳嗽、高血压等疾病，在本草纲目中也记载 了蚯蚓的药用价值。蚯蚓含有丰富的蛋白质，在干物质中蛋白质的含量可以高达 7 0 左右。鲜蚯蚓是种多汁高蛋白动物饲料，喂蟹可增产3 0 ，喂对虾产卵率提 7 促腐剂对农村垃圾蚯蚓处理的影响研究 高5 0 ，成活率提高3 0 ；由鲜蚯蚓风干或烘干后粉碎加工而成的蚯蚓粉，蛋 白质含量与进口鱼粉相当，还含有较多的胡萝卜素和多种维生素及微量元素；蚯 蚓消化道中分泌的蚯蚓液含有1 0 多种蛋白水解酶及纤溶酶等，经过加工作为添 加剂可以被其他动物完整吸收，发挥其抗病促长作用。 ( 3 ) 降低了操作成本 在蚯蚓堆肥处理过程中，由于蚯蚓在物料中的活动影响了废弃物的破碎、孔 隙和团聚体的形成，进而改变了废弃物的理化性质【3 9 柏】。因而只要废弃物堆得不 太厚，完全可以由蚯蚓自身的取食活动来降解废弃物，而不需要人工翻动，与传 统堆肥相比，大大节省了劳动力。对于给料和收集蚓粪，也可以由机械化操作来 进行，降低人工和能源的消耗。 1 3 2 蚯蚓与微生物的相互作用 蚯蚓处理( v e r m i c o m p o s t i n g ) 是指利用蚯蚓特殊的生态学功能，通过与环境 中微生物的协同作用来加速有机物质分解和转化的一项新型生物处理技术【4 1 1 。 大量试验表明，蚯蚓在其新陈代谢过程中，通过砂囊的机械摩擦作用和肠道内的 生物化学作用能将吞食的大量有机物质进行分解转化【4 2 】。在蚯蚓处理中，蚯蚓 的引入有以下好处：( 1 ) 蚯蚓能有选择性的摄取垃圾中的有机物质；( 2 ) 蚯蚓借 助于砂囊和消化道，对吞食的食物具有研磨和破碎的功能；( 3 ) 通过蚯蚓消化道 的作用后，垃圾中的有机物质最后以颗粒状结构排出体外，有利于垃圾中有机物 与其它物质组分的分离；( 4 ) 蚯蚓的活动改善垃圾中的通气性，同时也使得垃 圾中的微生物得以生长繁殖，为微生物提供了适宜的生存环境；( 5 ) 蚯蚓通过自 身的同化和代谢作用能将垃圾中的有机物质逐渐分解，并释放出可为作物所利用 的n 、p 、k 等；( 6 ) 利用蚯蚓，可以对整个垃圾处理过程及其产品进行毒理监 测【4 3 ：( 7 ) 蚯蚓消化道分泌的纤维分解酶、淀粉酶等各类分解酶，对绝大多数 有机废弃物具有很强的吞噬能力m j 。 因此，利用蚯蚓的特殊功能，对废弃物进行资源化处理是当今可持续发展的 重要思路，也被认为是一种经济、易行的处理方法。但由于农业废弃物复杂的特 性，用于蚯蚓处理的农业废弃物如何满足蚯蚓生长繁殖的需要也成为关键。已有 研究报道，微生物与蚯蚓的协同作用能提高蚯蚓处理的效率，因此考虑到秸秆产 8 促腐剂对农村垃圾蚯蚓处理的影响研究 量大、难腐熟，农村禽畜粪便资源丰富等特点，可以通过引入外源微生物，有目 的向废弃物中接种某些有效微生物，既可起到抑制腐生菌等有害菌、消除异味的 作用，又能增加蚯蚓与微生物的联合作用，促进有机质的分解和矿质营养的释放。 1 3 3 蚯蚓处理农业废弃物的研究现状 农村垃圾处理的关键是有机垃圾的处理。中国是一个农业大国，目前由于在 饲料、造纸、还田等领域对秸秆的利用还存在着一些技术上的难题，如秸秆作为 饲料，其消化率只有4 0 左右，而氨化技术中氨源的损失可达7 0