影响蚯蚓处理粪污因素的研究进展

马晓勇，姜国均，岳世林

（河北农业大学动物医学院/中兽医学院，河北 保定 071001）

近年来，国家大力支持畜牧业的发展，我国各地畜牧业蓬勃发展，养殖业也进入快速发展阶段，各种规模养殖场不断出现［1］。然而随着猪、牛、羊、鸡等畜禽的养殖总量和养殖规模不断扩大，其产生的粪便给环境带来了很大的污染，主要包括恶臭气体对空气的污染，以及粪便中氮、磷、药物、添加剂、有害病原微生物、重金属元素残留对水体和土地的污染等［2-3］。蚯蚓是一种杂食性的无脊椎动物，具有食性广泛、采食量大的特点。经过发酵处理后的有机废弃物，通过蚯蚓体内的机械研磨，利用其自身消化系统内各种消化酶的化学消化，在微生物的共同作用下，可以被分解、转化成为能够被蚯蚓自身或者其他微生物利用的营养物质。据报道，蚯蚓采食的对象包括养殖场废弃物、农作物废弃物、污水厂污泥、水果废弃物等；蚯蚓的采食量也很大，其采食量相当于自身体重。因此，利用蚯蚓处理粪便，不仅可以解决当前面临的畜禽粪便、污水厂、农作物废弃物污染问题，还可获得优质有机肥料和动物源性蛋白饲料，对促进农业可持续发展具有现实意义［4］。将蚯蚓养殖作为近年来新型的粪污资源化利用的有效途径，具有较大的实际应用价值，故近年来对蚯蚓处理粪污技术的研究成为热点［5］。

而根据蚯蚓喜阴、喜潮、喜食腐殖质、怕噪音、对周围环境特别敏感的特性，该文综述了蚯蚓品种、环境因素、粪便腐熟程度、粪便组合及辅料成分等影响蚯蚓处理分解粪污能力的主要因素，旨在为后期进一步探索蚯蚓处理粪便的最佳方式提供参考。

1 蚯蚓品种的选择

蚯蚓有12个科181个属6 000多种［6］。根据蚯蚓的生活特性及其对环境的处理功能，通常可将蚯蚓分为3类——表栖类、内栖类和深栖类。不同种类的蚯蚓所喜好的食物和适宜的环境也有很大不同。其中，表栖类蚯蚓对有机废弃物的处理有较好效果，因其对环境条件要求不高、喜爱食用有机物且生长繁殖能力强，是分解处理有机废弃物的最适合品种［7］。表栖类蚯蚓处理有机废弃物能力优于内栖类和深栖类蚯蚓，这可能与表栖类蚯蚓肠道中菌群和酶的种类及活性有关［4］。目前，爱胜蚓属为国内外专家研究使用最多的蚯蚓种类，同时也是实际应用中最广泛的蚯蚓品种，主要是由于其具有食性广、生长速度快、繁殖率高、对环境的适应能力强、处理畜禽废弃物效果好的特点［8］。在廖新俤等［9］用爱胜蚓属的太平2号和澳洲1号蚯蚓处理牛粪时的结果也证明，爱胜蚓属的太平2号蚯蚓比澳洲1号生长繁殖、适应力强。而汪孙军［10］利用太平2号处理牛粪的研究中发现，太平2号处理后的牛粪不仅有效态重金属含量减少，并且处理后的牛粪对臭味气体有一定吸收作用。同时宋修超［11］利用太平2号处理粪污及废弃物的研究中也证明，处理后的粪料中有效重金属含量降低，且粪大肠杆菌数与蛔虫卵死亡率达到国家标准。根据以上结果可看出，爱胜蚓属中的太平2号蚯蚓是目前利用蚯蚓处理粪污技术中研究材料的不错选择。

2 环境因素

2.1 温度

蚯蚓体温不恒定，温度对蚯蚓的生长发育、后代繁殖、活动强度和新陈代谢有不可忽视的影响作用，间接地对蚯蚓处理有机废弃物的能力起到影响，因此，蚯蚓处理畜禽粪便时温度的控制也是影响效果的重要条件之一。例如，利用赤子爱胜蚓处理畜禽粪便，高温时，会产生大量含氮和硫的气体，使粪便中氮的含量降低，从而使处理效率下降，且蚯蚓的日增重、繁殖率等也会下降。一般情况下，蚯蚓在5～30℃都能正常生长和繁殖，最适宜的活动温度为15～25℃；5℃以下时，则进入休眠状态；40℃以上，蚯蚓开始逃离或死亡［4］。沈明星等［12］通过利用太平2号蚯蚓进行试验表明，控制温度在8～32℃这一范围内时，蚯蚓生长环境温度与蚯蚓对牛粪处理效率为极显著相关关系，且温度为25.4℃时达到最好效果；在高温季节时，蚯蚓对牛粪的消化能力明显下降，所以在夏季需要采取相应的降温措施。而成钢等［13］通过使用太平3号蚯蚓进行试验表明，在20～28℃温度范围内时蚯蚓处理牛粪有较好效果，这一温度范围内蚯蚓的存活数量高，且蚯蚓活力、采食量和排便量都明显上升，生长变快，产蚓率达80%以上，幼蚓发育到成蚓耗时减少，同时也得出在低温或高温环境会影响其处理粪污效果的结论。所以使用蚯蚓处理牛粪的温度要求比较统一，无论是使用太平2号蚯蚓还是太平3号蚯蚓处理牛粪时所适宜温度都应保持在15～25℃范围内，且冬季、夏季应采取相应的措施，从而在处理牛粪时使温度保持在蚯蚓生长、发育、繁殖的最适温度。

2.2 湿度

蚯蚓利用体表进行呼吸，通过体表的含水层将氧气溶解，并扩散进入蚯蚓体内。适宜的湿度是维持蚯蚓正常生理活动的基础，同时又可调节蚯蚓体温。因此，物料湿度过高或过低，均会影响蚯蚓的活性，湿度严重失调时可造成蚯蚓的死亡。所以，维持物料的湿度在合适范围内对蚯蚓的代谢活动、生长繁殖极为重要［4］。

一般情况下，蚯蚓适应的湿度范围是30%～80%，最佳湿度范围 60%～80%［14］。而 Reinecke 等［15］研究发现，蚯蚓能够适应湿度为75%以上的牛粪。Gunadi等［16］研究发现，蚯蚓在牛粪中，达最高生长和繁殖率时所对应的湿度分别为90%和75%。仓龙等［17］通过利用蚯蚓处理未腐熟的牛粪和药渣组成的混合物时，发现处理效果最佳时的湿度为79%。

由以上研究结果可看出，蚯蚓处理粪便时适宜的湿度目前没有固定范围值，主要是因为当粪便腐熟程度、配合使用辅料、使用蚯蚓品种不同时，蚯蚓所适应的湿度会有不同。今后对于具体情况下蚯蚓最适的湿度仍需进一步研究。

2.3 pH值

蚯蚓对生活环境的pH值很敏感，当物料的pH值＜5或＞9时，都会造成蚯蚓的死亡。蚯蚓的生长和繁殖跟生活环境的pH值有着密切的关系，物料的pH值是蚯蚓处理畜禽粪便需要考虑的重要参数之一［4］。孙振军等［18］利用发酵的牛粪与木屑为物料进行研究表明，蚯蚓的最适生长pH值是8～9，当pH值为6～9时，可获得最佳繁殖率。刘亚纳等［19］等人的研究也指出，pH值为中性或弱酸性更有利于蚯蚓的生长和繁殖。且近年来屈江陵［20］、李亮［2］研究所得结果也基本与过去试验相同，即pH值为中性时蚯蚓处理粪污的效果较好。因此在实际应用中pH值应该控制在中性范围内，从而使蚯蚓能够快速地生长繁殖。

3 粪便腐熟程度

通常认为新鲜畜禽粪便含有大量水分、寄生虫虫卵、致病菌等，但经过好氧发酵后，可通过高温将寄生虫虫卵和致病菌杀死［4］，并将过多的水分蒸发从而为蚯蚓生长提供适宜条件。同时粪便中的有机质是蚯蚓生存的最主要条件之一。不少研究认为［21］，物料的C/N值对蚯蚓生长有较大影响，且还是反映蚯蚓的处理粪污效率和适应性的综合指标。而粪便的腐熟程度会影响着粪便中有机质C/N值，因此C/N值常作为发酵腐熟程度的常用指标。微生物发育过程需要碳元素和氮元素，微生物合成一份蛋白质的过程消耗25～30份碳，因此对于发酵程度来讲，C/N值在25～30时是一个较好范围。当C/N值高于35时，微生物要通过更多次的代谢循环过程，从而氧化过多的碳。相反，当C/N值低于20时，在发酵过程中碳含量较低，微生物发育代谢所需碳源不足，导致氮素过剩，以氨气的形式散发到环境中，利用蚯蚓处理该种形式的粪便时会导致蚯蚓受到毒害［22］。物料的C/N值过高，氮元素缺乏，蚯蚓补充的蛋白质量少，生长就会迟缓；而C/N值过高，会毒害蚯蚓。屈江陵［20］认为太平2号蚯蚓喜欢食用发酵腐熟的畜粪。廖威等［23］的试验也说明当牛粪发酵完全时蚯蚓才喜爱，虽然未发酵牛粪、半发酵牛粪蚯蚓也可以被蚯蚓取食，但最终处理效果不好。而赵瑞廷［24］在同样使用太平2号进行试验时，发现蚯蚓处理未发酵的牛粪和发酵30 d的牛粪均有较好的效果，而且用蚯蚓处理未发酵的牛粪在操作上会更简单、成本上更低廉。这一结论与上述试验结论有所不同。由以上可看出当使用不同种畜禽粪便组合及辅料时，蚯蚓处理粪便的最适C/N值不同，且目前试验中大部分相关试验使用的蚯蚓为太平2号蚯蚓，而太平3号蚯蚓与粪便腐熟情况间的关系并未有明确研究，并且目前仅有的试验结果不统一，所以未来关于该方面需要进一步研究。

4 粪料组合及辅料成分

4.1 粪料组合

目前我国畜牧业生产中鸡、猪、牛粪便量较大，是造成环境污染最为严重的污染物［25］。所以在利用蚯蚓处理粪便时往往多种动物粪便配合使用，从而更好地减少动物粪便对环境的污染。

成钢等［5］利用太平3号蚯蚓，处理不同配比下发酵腐熟后的粪料，观测、分析和比较蚯蚓在基料中的采食、排粪、逃逸数量及适应性等生物学特性指标，得出2种畜禽粪便搭配时，猪粪∶牛（羊）粪为 3∶2、鸡粪∶牛（羊）粪为 1∶4 蚯蚓处理粪料效果最为理想，与使用蚯蚓单纯处理牛粪时相比差异较小；3种畜禽粪便搭配时，猪粪∶鸡粪∶牛粪和牛粪∶鸡粪∶羊粪为 3∶2∶5、牛粪∶猪粪∶羊粪为 3∶4∶3 粪料被蚯蚓处理情况较好；4种畜禽粪便搭配时，猪粪∶鸡粪∶羊粪∶牛粪为 3∶1∶2∶4 蚯蚓处理粪料达到较好效果，当鸡粪所占比例升高时，蚯蚓逃逸和死亡数量增多。

谢飞［26］在同样利用太平3号蚯蚓的情况下，配合EM菌液进行试验时得出，蚯蚓在处理不同配比的粪料过程中平均蚓重和日增重倍数变化呈现出先升高再降低的规律。其中蚯蚓在处理牛粪与猪粪搭配组合时，牛粪∶猪粪干物质比例为1∶1再添加1%EM菌液时，蚯蚓处理效果较好。该比例与未添加EM菌液时2种粪便最佳配合比例有很大不同。

根据以上研究可看出，最适宜蚯蚓生长繁殖的粪便为牛粪。而我国其他家畜粪便量又较大，所以未来利用蚯蚓处理牛粪时应加入其他动物的粪便，形成组合粪便进行处理，从而实现牛粪循环利用的同时使得其他家畜粪便污染减小，但组合时牛粪所占比例一定最多，而具体比例情况仍要根据具体使用蚯蚓的品种以及所配合使用的辅料种类来进行进一步研究。

4.2 辅料成分

为增强蚯蚓处理粪便的效果，缩短处理时间，可用粪便配合其他辅料进行处理。目前添加的辅料主要有EM菌液、稻草、秸秆、益生菌、尿素、腐烂的水果。以上辅料中以EM菌液、稻草、秸秆配合牛粪使用较多。其中，稻草、秸秆在作为辅料进行使用时应切短［2］。康永刚［27］等通过使用腐熟好的切碎的玉米秸秆和牛粪以3∶2比例进行太平2号蚯蚓养殖，取得良好效果。而EM菌液、益生菌、尿素在作为辅料时，经廖威等［23］利用太平 2号进行试验得出，以EM液为辅料的试验组蚯蚓增重最多，其次为益生菌液试验组，最后为尿素试验组，均比单一原料时的生长情况更好。但值得注意的是，蚯蚓益生菌发酵液的价格比EM菌液低，但所产生效果与EM菌液差别不大，所以未来蚯蚓益生菌发酵液是值得开发的EM菌液的替代品。

对于以腐烂水果作为辅料目前使用不多。但太平2号蚯蚓更喜欢含糖源多的食物，所以当使用太平2号蚯蚓处理牛粪时辅料中加入一些香甜的腐烂水果，可提高蚯蚓食量，从而达到更好的牛粪处理效果［20］。

实际应用中可根据具体成本选择辅料，并且辅料的选择也影响着其他因素的变化，所以具体情况下辅料的使用情况仍然要继续探索。未来对于辅料的研究应集中在能够提高蚯蚓处理粪污效率，杀死和减少粪料中有毒有害物质（如细菌、重金属等），增加蚯蚓产量，降低产物的异味的方向进行。而对于目前蚯蚓益生菌发酵液这种高效廉价的研究也将成为未来辅料中研究的热门。

5 小结

根据以上的研究资料可以发现，目前国内试验使用的蚯蚓品种主要为太平2号蚯蚓，粪料主要以牛粪为基础。在不同蚯蚓、粪便腐熟度、粪便组合及辅料的条件下，蚯蚓最适环境变化不大，但除环境因素外的其他3项因素之间相互关联，影响相应的比例和种类的选择及搭配，所以对于除环境因素外的其他3项因素在不同情况下的选择需要进一步研究。