中药渣搭配牛粪对蚯蚓生长及物料理化性质的影响_李杨.pdf

湖北农业科学2023 年收稿日期：2022-01-02基金项目：河北省二期现代农业产业技术体系项目（HBCT2018130205）作者简介：李杨（1997-），女，河北沧州人，在读硕士研究生，研究方向为肉牛绿色发展与废弃物资源化，（电话）15369116041（电子信箱）；通信作者，姜国均（1971-），男，教授，博士，主要从事肉牛绿色发展与废弃物资源化利用研究，（电子信箱）。第 62 卷第 3 期2023 年 3 月湖北农业科学Hubei Agricultural SciencesVol.62 No.3Mar.，2023李杨，马占飞，马晓勇，等.中药渣搭配牛粪对蚯蚓生长及物料理化性质的影响 J.湖北农业科学，2023，62（3）：52-57随着养殖业的迅猛发展，养殖过程中存在的粪污过剩现象成了制约养殖业发展和环境友好的一个重要因素1。中国作为世界畜产品第一大生产和消费国，其养殖过程中粪污问题严重，超过了土地所能容纳的最适负荷量2。粪污的大量堆积造成大量温室气体以及臭味气体的排放，给空气质量造成了很大影响3。牛粪中含有大量的氮、磷、钾等元素，在堆积过程中粪便经过淋溶会影响土壤养分，并使水体受到污染4；另外，粪便中还含有一定量的病原微生物、药物残留和重金属等，给人民生命健康带来了中药渣搭配牛粪对蚯蚓生长及物料理化性质的影响李杨，马占飞，马晓勇，康俊港，王亚博，朱云迪，左金艳，姜国均（河北农业大学动物医学院（中兽医学院），河北 保定071000）摘要：为解决畜牧生产中大量粪污和中药渣对环境污染的问题，探索中药渣和牛粪资源化利用的新途径，试验设处理A 牛粪+黄藿口服液药渣（黄芪和淫羊藿煎煮后的药渣）、处理B（牛粪+黄芪）、处理C（牛粪+淫羊藿）和处理D（牛粪，对照）对蚯蚓的后期幼蚓进行饲喂，观察各处理对蚯蚓的体重、体长以及最终的产茧量、蚓茧孵化时间和孵化率的影响。结果表明，4个处理下蚯蚓的生长趋势均为先升高后降低，黄藿口服液药渣可显著提高蚯蚓的生长和繁殖性能；蚯蚓堆肥可提高物料全氮含量和pH，降低有机碳含量，黄藿口服液药渣搭配牛粪进行堆肥还可提高堆肥产物全磷含量。关键词：牛粪；中药渣；蚯蚓；生长繁殖；理化性质中图分类号：S899.8；S141.4文献标识码：A文章编号：0439-8114（2023）03-0052-06DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2023.03.010开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Effects of traditional Chinese medicine residue with cow dung on earthworms growth andmaterial physicochemical propertiesLI Yang，MA Zhan-fei，MA Xiao-yong，KANG Jun-gang，WANG Ya-bo，ZHU Yun-di，ZUO Jin-yan，JIANG Guo-jun（College of Veterinary Medicine（Traditional Chinese Veterinary Medicine），Hebei Agricultural University，Baoding 071000，Hebei，China）Abstract：In order to solve the problem of environmental pollution caused by fecal waste in livestock production and traditional Chinese medicine residues，and to explore a new way of resource utilization of traditional Chinese medicine residues and cow manure，theexperiment set treatment A（cow manure+residues of radix Astragalus and Epimedium after decoction），treatment B（cow manure+Astragalus），treatment C（cow manure+Epimedium）and treatment D（cow manure，control）to feed the late larvae of earthworms.The effects of these treatments on the weight，body length，cocoon production，incubation time and hatching rate of earthworms wereobserved.The results showed that the growth trend of earthworms increased first and then decreased under the four treatments.The residue of radix Astragalus and Epimedium after decoction could significantly improve the growth and reproductive performance of earthworms.Earthworm composting could increase the content of total nitrogen and pH of materials，and reduce the content of organic carbon.The composting of residues of radix Astragalus and Epimedium after decoction with cow manure could also increase the content oftotal phosphorus.Key words：cow manure；traditional Chinese medicine residue；earthworm；growth and reproduction；physical and chemical properties第 3 期威胁5。据统计，中国每年中药产量为7 000万t，产生药渣约3 000万t。中药生产过程中产生的药渣多采取露天堆放、卫生填埋、焚烧等方式处理，可能造成环境污染。然而，经提取后的中药渣仍然含有药用成分，其药用活性成分残留一般在30%50%6。这些随意堆置的大量药渣不仅影响环境，更造成药渣中营养及药用成分的极大浪费。蚯蚓堆肥处理粪污作为一项传统技术能有效处理畜禽粪便以及植物垃圾，将其应用到牛粪与中药渣的处理中具有很大的潜力，不仅可以使农业废弃物得到资源化利用，更保护了生态环境，拓展了畜牧业可持续发展的方式。黄藿口服液是由黄芪（Astragalus）和淫羊藿（Epimedium）提取制成，具有补气扶正、助阳固本的功效，临床上用于提高鸡的免疫力，促进鸡生长发育，防治蛋鸡产蛋率的下降。本试验利用牛粪与黄藿口服液药渣进行蚯蚓堆肥处理试验，探究中药渣对蚯蚓适应性和生长发育的影响，研究其对物料理化性质的影响，为利用蚯蚓堆肥处理牛粪与药渣提供理论依据。1材料与方法1.1材料试验动物为赤子爱胜蚯蚓的后期幼蚓（若蚓），体质健康，体重在 200400 mg，购自河北省石家庄市蚯蚓养殖基地。试验中药为黄芪和淫羊藿，购自保定冀中药业有限公司。试验所用试剂有二氧化硅、30%过氧化氢、邻啡啰啉指示剂、二硝基酚指示剂、重铬酸钾、硫酸亚铁、硼酸、浓硫酸、钒钼酸铵、偏钒酸铵、浓盐酸、浓硝酸、磷酸二氢钾、氯化钾、氢氧化钠等，均为分析纯，购于上海贤鼎生物科技有限公司；氯仿、异丙醇、无水乙醇，购于 TRIZOL Ivvitogen 公司；DEPC 水，购于 Sigma-Aldrich公司。1.2方法1.2.1试验处理试验选用体质健康的赤子爱胜蚯蚓的后期幼蚓（若蚓），用中药渣、牛粪配比为3 7的物料饲喂，室外养殖 32 d。试验设 A 牛粪+黄藿口服液药渣（黄芪和淫羊藿煎煮后的药渣）、B（牛粪+黄芪）、C（牛粪+淫羊藿）和D（牛粪，对照）4个处理。各处理用牛粪和中药或中药渣（一层中药或药渣，一层牛粪）铺设蚯蚓床完成后，洒水 3 遍使其完全润湿，再将10条若蚓放置养殖床上，观察其状态，确定养殖床适宜。状态适宜后，每组放入100 g蚯蚓，室外养殖 32 d，每 2 d检查 1次，定期洒水以保证养殖床湿度在60%70%，常规养殖。0、8、16、24、32 d将盆内基料和蚯蚓全部倒出，每组随机取 20条蚯蚓，处理A、处理D各取物料100 g，备用。1.2.2蚯蚓生长繁殖指标测定试验前平均体重=随机取20条蚯蚓总重量/20；试验末平均体重=随机取 20 条蚯蚓总重量/20；平均日增重=（试验末平均体重-试验前平均体重）/32；统计32 d试验后1 000 g物料混合物中的蚯蚓茧数量，将其捡出，在相同环境中孵化，记录蚯蚓茧孵化时间及蚯蚓茧孵化率。1.2.3物料理化指标测定因户外气候影响，物料理化指标仅测定了024 d，具体测定指标如下。pH测定。称取风干物料 2.5 g，用去离子水以料水比1 10稀释混合，37 摇床振荡30 min，2 500 r/min离心 5 min，取上清液，pH 计测定 pH。有机碳的测定。按公式计算有机碳含量。w=c（V0-V）0.0031001.55/m（1-X0），式中，c 为标定标准溶液的浓度，单位为 mol/L；V0为空白试验时消耗标定标准溶液的体积，单位为 mL；V 为样品测定时消耗标定标准溶液的体积，单位为mL；m为风干样品质量，单位为 g；X0为风干样含水量。全氮含量的测定。按照 NYT 2971995测定。全磷含量的测定。按照NYT 2981995 测定。全钾含量的测定。按照NYT 2991995测定。1.2.4数据统计分析试验数据采用 SPSS 26.0统计软件进行描述性统计与单因素方差分析，结果采用平均值标准差来表示。2结果与分析2.1中药渣对蚯蚓生长繁殖的影响2.1.1对蚯蚓生长的影响由表 1可知，8 d时，蚯蚓平均体重处理B最小，显著低于处理D（P0.05），极显著低于处理 A 和处理 C（P0.01）；蚯蚓平均体长处理 A 显著高于处理 D（P0.05）。16 d时，蚯蚓平均体重处理 A 极显著高于其他处理、处理 B极显著低于其他处理（P0.05）；蚯蚓平均体长处理 A极显著高于其他处理（P0.01）。24 d时，蚯蚓平均体重由高到低依次为处理 A、处理 B、处理 C、处理 D，处理 A、处理 B与处理 C、处理 D差异极显著（P0.01）；蚯蚓平均体长处理 A显著高于处理 C、处理 D（P0.05）。32 d时，蚯蚓平均体重处理 A极显著高于其他处理（P0.01），处理B极显著高于处理C、处理D（P0.01）；蚯蚓平均体长处理 A 显著大于处理 B（P0.05），处理 A、处理 B 极显著高于处理 C、处理 D（P0.01）。试验表明，黄藿口服液药渣具有促进蚯蚓增长的作用；黄芪在堆肥后期有促进蚯蚓增重作用；淫羊藿对李杨等：中药渣搭配牛粪对蚯蚓生长及物料理化性质的影响53湖北农业科学2023 年蚯蚓生长没有明显作用。2.1.2对蚯蚓繁殖的影响由表 2可知，蚯蚓堆肥32 d后，基料中含蚯蚓茧数量由高到低依次为处理C、处理 A、处理 D、处理 B，且各处理间差异极显著（P0.01）；孵化时间处理 B 极显著长于其他处理（P0.05）；孵化率处理 B极显著低于其他处理（P0.05）。试验表明，黄藿口服液药渣和淫羊藿均能提高蚯蚓的产茧量，但对蚯蚓茧的孵化时间和孵化率没有明显影响，黄芪对蚯蚓繁殖性能有抑制作用。表 2各处理蚯蚓室外堆肥繁殖状况处理ABCD（CK）蚯蚓茧数量/个/kg88.001.73 B25.670.88 D117.003.46 A58.003.06 C孵化时间/d17.330.33 bB20.330.33 aA17.000.00 bB17.000.00 bB孵化率/%80.002.89 aA66.671.67 bB83.331.67 aA81.671.67 aA2.2中药渣对物料理化性质的影响2.2.1对物料pH的影响由图1可知，处理A物料的pH变化呈先升高后降低再升高的趋势，016 d为先升高再降低的过程，此时 pH 在 7.07.5 波动；在1624 d时，pH为升高过程，最终为7.8，为偏碱性的pH范围。对照的 pH呈先升高再缓慢降低的趋势，08 d为 pH升高过程，此时 pH由低于 7.0升高至接近 8.0，为偏碱性的范围；824 d pH 缓慢降低，并稳定在7.5以上。变化过程中，对照在816 d的pH一直高于处理A，但最终处理A的 pH比对照高。试验表明，蚯蚓堆肥过程会提高物料的pH。2.2.2对物料有机碳含量的影响由图 2可知，处理A的有机碳含量在016 d一直高于对照，且此时处理A的有机碳含量变化不明显，在1624 d时，有机碳含量明显降低，由400 g/kg左右降至350 g/kg左右；对照的有机碳含量在 024 d 呈持续下降趋势，最终有机碳含量也降至 350 g/kg左右。试验表明，中药渣加入后提高了物料中的有机碳含量；物料经过蚯蚓堆肥处理，有机碳含量降低。图1堆肥过程中物料pH的变化图2堆肥过程中物料有机碳含量的变化2.2.3对物料全氮含量的影响处理 A 与对照在024 d的堆肥过程中，全氮含量逐渐升高，且堆肥过程中两处理物料全氮含量差异不明显（图3）。试验表明，蚯蚓堆肥过程可提高物料中全氮含量，中药渣的加入对堆肥过程中全氮含量没有明显作用。2.2.4对物料全磷含量的影响处理 A 物料在表 1各处理蚯蚓室外堆肥个体的体重、体长变化处理ABCD（CK）0 d体重/mg240.339.40273.002.52254.5012.11255.6714.58体长/cm5.170.034.970.095.130.034.970.138 d体重/mg438.1715.56 aA329.5026.94 bB425.1611.35 aA384.333.38 aAB体长/cm7.090.28 a6.400.24 ab6.720.24 ab6.110.12 b16 d体重/mg460.506.08 aA359.8310.06 cC414.172.62 bB413.831.64 bB体长/cm8.500.23 aA6.970.07 bB6.790.53 bB6.770.13 bB24 d体重/mg526.3312.60 aA496.8311.02 aA418.176.74 bB410.3313.71 bB体长/cm8.000.10 a7.470.09 ab7.170.35 b6.970.24 b32 d体重/mg389.671.74 aA361.333.03 bB343.500.87 cC336.330.17 cC体长/cm7.130.09 aA6.770.03 bA6.150.03 cB5.900.17 cB注：表中数据为平均值标准差；同列数据后不同小写字母表示差异显著（P0.05），不同大写字母表示差异极显著（P0.05）。下同54第 3 期024 d堆肥过程中，全磷含量逐渐升高，由初始的接近5 g/kg升高至接近12 g/kg（图4）。与对照相比，黄藿口服液药渣的加入对物料全磷含量提升作用极显著（P0.01）。对照的全磷含量在整个堆肥过程中没有明显变化。试验表明，黄藿口服液药渣可极显著（P0.01）提升堆肥过程中物料全磷含量，而直接利用牛粪进行蚯蚓堆肥对堆肥过程中物料全磷含量没有明显作用。图3堆肥过程中物料全氮含量的变化“*”“*”分别表示相同时间处理间差异显著（P0.05）和极显著（P0.01）；下同图4堆肥过程中物料全磷含量的变化2.2.5对物料全钾含量的影响由图5可知，处理A和对照堆肥过程中全钾含量变化趋势相同，均为先升高后降低的趋势。堆肥过程中，处理A在8 d时出现全钾含量最高值，对照在16 d时出现全钾含量最高值；且处理 A 全钾含量最高值高于 10.00 g/kg，对照全钾含量最高值低于 10.00 g/kg。816 d 堆肥过程中，处理 A物料全钾含量显著（P0.05）或极显著（P0.01）高于对照。在24 d时两处理物料全钾含量降低，且无明显差异，与0 d时无明显差别。3讨论3.1中药渣堆肥对蚯蚓生长繁殖的影响堆肥试验发现，黄藿口服液药渣对蚯蚓体长和体重的增长有促进作用。在此过程中，药渣中残留药物成分影响蚯蚓增重，物料的营养含量对蚯蚓的增重也有影响7。Balachandar 等8的研究表明，绿色废弃物和牛粪搭配进行堆肥可促进蚯蚓生长，并认为物料中有更多蚯蚓易消化的多糖和微生物，从而提高了蚯蚓能量的摄入。Biruntha等9的研究认为，物料中的菌群会影响蚯蚓的生长，且物料中的菌群与 C/N有关。由此可知，中药渣的加入会丰富物料的纤维含量，提高物料的适口性，改变物料中菌群数量及种类，最终促进蚯蚓生长。试验发现，堆肥过程中搭配黄芪可使堆肥后期蚯蚓增重明显，但很快又降低，这可能是由于前期黄芪中多酚、生物碱等成分对蚯蚓产生抑制作用，经堆肥后，多酚、生物碱等成分得到分解，使得物料更适宜蚯蚓的生长和食用，导致蚯蚓体重在后期增加。由试验结果可知，淫羊藿促进蚯蚓繁殖产茧的作用最明显，黄藿口服液药渣作用次之，这主要与淫羊藿所含成分有关。而对于蚯蚓茧的孵化时间和孵化率，除黄芪加入后，蚯蚓茧的孵化时间变长，孵化率降低，其他处理均无明显变化。蚯蚓茧的平均孵化时间在20 d左右，而孵化时间和孵化率更多与环境有较大关系，适宜的环境中蚯蚓茧孵化时间较短。中药渣的搭配对蚯蚓茧孵化率、孵化时间没有明显影响。由此可见，蚯蚓的产茧与物料营养物质含量以及C/N有关。蚯蚓堆肥过程中蚯蚓的体长变化呈先增长后缩短的趋势，与蚯蚓体重变化趋势相似，这也与初期物料营养物质含量丰富，后期物料营养物质含量不足有关。另外，堆肥过程前期物料环境为中性环境，氧气充足，更有利于蚯蚓的生长。因此，蚯蚓的体长变化也与物料的质量和所处环境有关。由此可知，堆肥过程中蚯蚓体长增长变化不是由单一因素所决定的，仍需进一步研究。3.2中药渣堆肥对物料理化性质的影响蚯蚓适宜生长环境为中性，在本研究中物料的pH先升高后降低，最终物料的 pH偏碱性。有研究发现，蚯蚓堆肥过程中物料的pH由偏碱性降至偏中性范围，并认为导致 pH 降低的原因为堆肥过程中氮、磷的矿化以及物料矿化过程中产生中间有机酸图5堆肥过程中物料全钾含量的变化李杨等：中药渣搭配牛粪对蚯蚓生长及物料理化性质的影响55湖北农业科学2023 年导致10。Jain等11的研究认为，物料中纤维素含量高时会使物料的pH降低。但也有研究认为，堆肥过程中 pH 的变化为动态过程12，这一观点也与本试验中加入黄藿口服液药渣处理的pH变化规律相符合。堆肥过程中随着牛粪的加入，牛粪中含氮物质会降解成为铵类化合物，从而导致物料pH升高，随后在铵态氮、硝态氮逐渐形成稳定状态后，有机酸含量升高情况下又会导致 pH 降低13。但本试验中，最终物料pH仍较高，可能与长期堆肥过程中会有未观察到的死亡蚯蚓以及蚯蚓茧的存在有关，因为死亡的蚯蚓以及蚯蚓茧会导致物料中蛋白质含量升高，从而影响最终物料的pH。蚯蚓堆肥过程中有机碳含量呈逐渐降低趋势，说明该过程物料中的纤维素在被逐渐降解。碳在代谢过程中会作为能量物质被消耗，堆肥过程中，蚯蚓会将其消耗转化为二氧化碳排出。除蚯蚓肠道微生物会消耗有机碳外，物料中的微生物同样会对有机碳进行消耗，最终以二氧化碳的形式释放。Yu等14的研究中也有相同发现，在物料降解过程中碳的分解是被蚯蚓和物料中的微生物共同分解，并以二氧化碳的形式释放。本试验有机碳逐渐降低的趋势也与前人研究的结果相似15。综上所述，堆肥过程中，有机碳的变化是蚯蚓与菌群共同作用的结果。通过蚯蚓堆肥可以使物料中难以降解的纤维素得到有效降解，最终使物料中有机碳含量降低。试验组和对照组物料中全氮含量经堆肥后均增加，最终两组全氮含量差异不大。堆肥过程中，全氮含量的增长与物料经蚯蚓消化后转为蚯蚓的排泄产物以及蚯蚓在物料运动过程中留下身体含氮丰富的黏液有关16。试验中，蚯蚓在物料中运动使得物料产生一个好氧环境，可减少硝化过程中二氧化氮的损失，使物料中全氮含量升高。研究发现，当物料中蚯蚓数量越多、蚯蚓茧越多时，物料全氮变化越明显，由此可知蚯蚓与物料中全氮含量之间有密切联系17。本试验中药渣对提升物料全氮含量没有明显作用，这与前人试验中加入绿色废弃物进行堆肥，最终导致堆肥物料的全氮含量更高结果不同18。这可能是堆肥过程改变了物料中纤维素酶的含量，从而影响蚯蚓的活动状态，最终导致黄藿口服液药渣处理对提高物料中全氮含量作用不明显。本试验堆肥期间，黄藿口服液药渣处理全磷含量显著升高。研究认为，蚯蚓堆肥过程中会因为蚯蚓分解物料中的有机质，最终导致总磷含量增加15；堆肥过程中蚯蚓肠道酶会促使物料中有机酸、磷酸酶的形成以及腐植酸介导物料微生物活性改变，使得物料中含磷复合体分解，导致蚯蚓堆肥后物料总磷含量增加19；牛粪经过蚯蚓堆肥比普通堆肥物料中的全磷含量更高20。本试验对照物料中全磷含量没有显著变化，与 Varma等16的研究中全磷含量不变化或略有减少的结果一致。这说明牛粪直接进行蚯蚓堆肥不一定提高全磷含量，全磷含量的增加或减少还可能与堆肥过程中的微生物相关，蚯蚓对物料中全磷含量的影响仍需进行深入探讨。钾在堆肥过程中均呈先升高后降低的趋势。Gusain 等19在堆肥的 1421 d 出现了全钾的峰值，与本试验一致，说明堆肥过程中钾含量不会持续增加。Ramnarain 等21的研究发现，绿色植物废弃物搭配牛粪进行蚯蚓堆肥后，物料中全钾含量变化更明显，与本研究结果相同。Boruah 等18的研究发现，在纤维素含量更高的物料中溶钾细菌更丰富，最终使物料中全钾含量升高。物料中钾的增长与物料中溶钾微生物群落以及蚯蚓的活动有着密不可分的关系。4小结蚯蚓堆肥可提高物料全氮含量和pH，降低有机碳含量；黄藿口服液药渣可提高蚯蚓的生长和繁殖性能，搭配牛粪进行堆肥还可提高堆肥产物中全磷含量。参考文献：1PERGOLA M，PICCOLO A，PALESE A M.A combined assessment of the energy，economic and environmental issues associatedwith on-farm manure composting processes：Two case studies inSouth of Italy J.Journal of cleaner production，2018，172：3969-3981.2徐盛洪.利用生物方法无害化处理畜禽粪便研究 D.沈阳：沈阳大学，2017.3SANTOS A，BUSTAMANTE M A，TORTOSA G，et al.Gaseousemissions and process development during composting of pig slurry：The influence of the proportion of cotton gin wasteJ.Journal ofcleaner production，2016，112：81-90.4WANG K，YIN X B，MAO H L，et al.Changes in structure andfunction of fungal community in cow manure composting 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