安鴻雪 鄭艷銘 魏家亮 王慶革

（1 河北科技大學(xué) 河北 石家莊 050000；2 北京交通大學(xué) 北京 海淀 100044； 3 河北綠龍環(huán)保工程有限公司 河北 石家莊 050000）

目前，我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)已進(jìn)入規(guī)?；?、集約化生產(chǎn)階段，在滿足人民群眾對肉蛋奶需求的同時，也產(chǎn)生了巨量的畜禽糞便及其污染，每年全國養(yǎng)殖動物產(chǎn)生的糞污有38 億t 之多，對環(huán)境和人民身體健康形成了巨大威脅[1]。河北省是畜禽養(yǎng)殖大省，省委、省政府對糞污處理問題高度重視，按照國務(wù)院和農(nóng)業(yè)部的通知要求以及河北省畜禽糞污資源化利用項目實施方案[2]，在2020 年底前全省規(guī)?；笮宛B(yǎng)殖企業(yè)基本實現(xiàn)了厭氧發(fā)酵集中處理糞污。但糞污發(fā)酵處理后的沼渣，主要作為農(nóng)作物的有機肥使用，利用效率低下且肥料營養(yǎng)不平衡，還存在沼渣處理難的問題。如果利用沼渣養(yǎng)殖蚯蚓不僅可以增加其產(chǎn)業(yè)鏈，生產(chǎn)高效動物蛋白，還可以提高附加值，生產(chǎn)高效蚯蚓有機肥[2]。我國早在20 世紀(jì)80 年代初引進(jìn)由赤子愛勝蚓(Eisenia foetida)馴化成功的日本大平2 號蚯蚓[3]，開始進(jìn)行蚯蚓養(yǎng)殖和處理糞污的研究。目前蚯蚓的主要養(yǎng)殖模式有：①塑料大棚養(yǎng)殖模式，又分為槽式、層式和碼垛等方式，保溫、保濕性較好，但透氣性、規(guī)?；安僮餍暂^差。②林下碼垛養(yǎng)殖模式，是目前養(yǎng)殖中使用較多的一種模式，具有通氣性和操作性較好的特點，但保溫、保濕性較差，且冬季不能養(yǎng)殖，占地面積也大，勞動管理強度大、人工成本較高，產(chǎn)品粗放。③室內(nèi)立體養(yǎng)殖模式，主要是分層養(yǎng)殖，提高空間利用率，保溫、保濕性較好，但不能全機械化操作，相對人工成本也較高。④工廠化養(yǎng)殖模式，是在室內(nèi)立體養(yǎng)殖的基礎(chǔ)上，引入機械化生產(chǎn)甚至自動化生產(chǎn)線，大大提高了投餌、分揀的效率和養(yǎng)殖的綜合效益。工廠化養(yǎng)殖蚯蚓技術(shù)在荷蘭和加拿大等國家已經(jīng)十分成熟，這將是未來蚯蚓養(yǎng)殖發(fā)展的主要方向，為此我國也曾從荷蘭引入蚯蚓養(yǎng)殖生產(chǎn)線，但由于各種技術(shù)原因都以失敗而告終。河北省是畜牧養(yǎng)殖大省，但至今還沒有比較成熟的利用蚯蚓處理糞便發(fā)酵沼渣的工業(yè)化生產(chǎn)線。通過借鑒國外先進(jìn)的蚯蚓養(yǎng)殖技術(shù)，結(jié)合我國農(nóng)業(yè)發(fā)展實際狀況，本文對工業(yè)化蚯蚓養(yǎng)殖核心技術(shù)及生產(chǎn)線進(jìn)行了初步研究，形成了一套完整的工業(yè)化立體蚯蚓養(yǎng)殖技術(shù)，大大提高了處理糞污發(fā)酵沼渣的能力和養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益。

1 材料與方法

1.1 試驗地點。試驗地點建在石家莊市元氏縣鐵達(dá)奶牛養(yǎng)殖場。根據(jù)現(xiàn)場測繪，奶牛養(yǎng)殖場原有堆放場為長方形(200 m ×110 m)，在其中硬化地塊建設(shè)高度5.5 m 的智能溫室車間(約3 000 m2)，車間內(nèi)部再分割成4 個區(qū)：養(yǎng)殖原料和輔料存放區(qū)，布料區(qū)(添加料)，蚓、糞分離區(qū)、蚯蚓立體化養(yǎng)殖區(qū)。室外其它空間搭建了簡單的防雨棚(4 000 m2)和晾曬場(13 000 m2)。

1.2 試驗材料和設(shè)備。大平2 號蚯蚓、牛糞發(fā)酵沼渣、沼渣固液分離機、恒溫恒濕養(yǎng)殖車間、可移動托盤和多層養(yǎng)殖箱(每箱規(guī)格40 cm ×60 cm ×25c m)、碼垛/拆垛機、填料機、U 型輸送帶裝置、翻筐機，蚓糞分離機、小型叉車等。由上述主要設(shè)備和材料構(gòu)成工廠化立體蚯蚓養(yǎng)殖和沼渣處理轉(zhuǎn)化的生產(chǎn)線。

1.3 試驗方法

1.3.1 蚯蚓工廠化養(yǎng)殖工藝流程路線圖設(shè)計。大型養(yǎng)牛場的牛糞發(fā)酵后的沼渣中含有大量的粗纖維和微生物蛋白，可以作為蚯蚓養(yǎng)殖的基礎(chǔ)飼料。按照生態(tài)學(xué)的食物鏈原理并結(jié)合了工程學(xué)和自動化控制原理，在工廠化養(yǎng)殖車間內(nèi)設(shè)計了一個蚯蚓立體養(yǎng)殖和蚓、糞自動分離的生產(chǎn)線，見圖1。

圖1 蚯蚓工廠化養(yǎng)殖處理沼渣工藝流程圖

1.3.2 恒溫恒濕養(yǎng)殖車間的設(shè)計。與生產(chǎn)線車間緊鄰，雙門設(shè)計，便于叉車等運輸車輛搬運養(yǎng)殖箱和貨物的快進(jìn)快出。養(yǎng)殖車間的基本設(shè)施由可移動的托盤搭建碼放8 層養(yǎng)殖箱的貨架體系構(gòu)成，每個養(yǎng)殖箱(筐)為塑料質(zhì)地，規(guī)格為40 cm×60 cm×20 cm，養(yǎng)殖箱的底部四角有突出支點，中間有加強筋，保證滿載重量10 kg 時，碼高8 層不變形。利用直角碼垛機和托盤裝置，將養(yǎng)殖箱碼垛疊放(見圖2)，養(yǎng)殖箱托盤規(guī)格選用90 cm ×120 cm的國際標(biāo)準(zhǔn)托盤，承重1 t。養(yǎng)殖的時候養(yǎng)殖車間由空調(diào)和加濕器等控制到恒溫恒濕狀態(tài)：室溫20 ℃～25 ℃，空氣濕度40% ～50%，基料濕度50% ～60%，沼渣等基料的pH 值6 ～8，保持透水、透氣。

圖2 蚯蚓恒溫恒濕養(yǎng)殖車間

1.3.3 蚯蚓喂料、運輸、養(yǎng)殖和蚓糞分離生產(chǎn)線。先經(jīng)固液分離機將沼渣進(jìn)行干濕分離變成潮濕狀態(tài)(見圖3)，狀態(tài)以手抓成團(tuán)、撒手松散為宜(濕度50%～60%)，然后由輸送帶送入自動填料機(見圖4)給養(yǎng)殖箱加料至箱體高的1/2，再接種蚯蚓后碼垛，最后由叉車轉(zhuǎn)運到養(yǎng)殖車間養(yǎng)殖。養(yǎng)殖20 ～25 d 后，蚯蚓長大變?yōu)樯唐夫球?見圖5)，開始轉(zhuǎn)移進(jìn)入蚓糞和蚓繭的分離系統(tǒng)(見圖6)。蚯蚓與蚓糞的分離系統(tǒng)由電控控制箱、輸送帶(底部寬度40cm，斷面U 型，長25 m)、翻筐機、二級雙目滾筒分離機組成。

圖3 干濕分離機

圖4 自動填料機

圖5 養(yǎng)殖的商品蚯蚓

圖6 蚓料輸送分離系統(tǒng)

2 結(jié)果與分析

2.1 工廠化蚯蚓養(yǎng)殖車間和可移動式立體多層養(yǎng)殖箱的建造效果。眾所周知，蚯蚓屬于變溫動物，對溫度變化非常敏感，以往秋末到早春這段時間因冬眠而不能養(yǎng)殖生產(chǎn)。但工廠化養(yǎng)殖車間的建立，使得蚯蚓脫離了外界環(huán)境的限制，打破了季節(jié)的束縛，實現(xiàn)了全年恒溫恒濕條件下的持續(xù)生產(chǎn)。雖然建造成本較高，但養(yǎng)殖綜合效益能夠大大提高，比自然條件下多養(yǎng)殖5 個月左右。按照30 d 養(yǎng)殖1 代計算，每代可以縮短養(yǎng)殖周期10 d 左右(見表1)；能顯著提高養(yǎng)殖代數(shù)和效益。研究表明，蚯蚓的運動行為極為特殊，可以借助體壁縱肌和環(huán)肌的交錯伸縮在粗糙的物體表面爬行運動或鉆穴[4]，這也是導(dǎo)致自然養(yǎng)殖條件下蚯蚓容易逃跑的原因之一。而利用內(nèi)壁光滑的塑料箱養(yǎng)殖，不僅可以防止蚯蚓逃跑，還能夠以托盤組合成多層疊放(一般為8 層)，再配以叉車轉(zhuǎn)運，形成了可移動式多層立體養(yǎng)殖單元，大大提高了蚯蚓養(yǎng)殖的空間，節(jié)約了占地面積，有效提高了單位面積的養(yǎng)殖產(chǎn)量，養(yǎng)殖產(chǎn)量比常規(guī)方法高數(shù)倍以上。多層養(yǎng)殖箱的立體疊放也給補充飼料造成了一定影響，但可以通過自動式碼垛/拆垛機和填料機來自動完成填料和補料過程。1個熟練的操作工人，配合1 輛叉車，就可以完成填料、碼垛和運輸進(jìn)庫(養(yǎng)殖車間)的全部過程，不僅節(jié)約了人工成本，還顯著提高了養(yǎng)殖管理效率。

表1 蚯蚓工廠化養(yǎng)殖與自然條件下的增重狀況比較

2.2 蚯蚓工廠化立體養(yǎng)殖的生長效果。選用的日本大平2 號蚯蚓是一種繁殖率高、生長迅速、特別喜食畜禽糞便和沼渣等有機廢物的雜食性動物，是目前處理動物糞便并轉(zhuǎn)化有機肥最有效的生物之一。蚯蚓具有身體分節(jié)和直腸子的特殊結(jié)構(gòu)，在良好環(huán)境條件下每天24 h 不斷地通過消化管吞噬超自己體重幾倍的有機廢棄物并排除轉(zhuǎn)化成高效的有機肥料，由于恒溫恒濕養(yǎng)殖車間的建造，確保了養(yǎng)殖條件穩(wěn)定，使其得到快速生長，同時繁殖率達(dá)到了幾何級數(shù)增長。糞污發(fā)酵后的沼渣中具有多種豐富的微生物蛋白，是養(yǎng)殖蚯蚓的良好基料[5]。通常1 t 沼渣基料在室外條件下養(yǎng)殖蚯蚓每月可以收獲商品蚯蚓10.5 kg 左右，產(chǎn)值不到220 元左右，每畝總產(chǎn)量210 kg 左右。而采用工廠化養(yǎng)殖條件，再加上養(yǎng)殖過程中適當(dāng)添加少量的輔助飼料和飼料添加劑，使得蚯蚓對養(yǎng)殖基料的消化率(轉(zhuǎn)化率)提高10%以上，蚯蚓的增重效果比在自然條件下要增加60%左右，折合每畝總產(chǎn)蚓量增加1 690 kg 左右(見表1)，增產(chǎn)增收效果明顯。由于消除了外界不利環(huán)境條件的影響(氣溫變化、濕度變化、蟲害、天敵捕食等)，工廠化養(yǎng)殖具有明顯的優(yōu)勢，確保了蚯蚓快速生長和增重，因此工廠化養(yǎng)殖將是未來蚯蚓養(yǎng)殖發(fā)展的主要方向。

2.3 蚓、糞分離和蚯蚓采收商品包裝技術(shù)的改進(jìn)。養(yǎng)成的成品蚯蚓在采收過程中需要進(jìn)行蚓、糞和蚓繭的分離，這個過程一直是制約蚯蚓工廠化養(yǎng)殖的技術(shù)難點。傳統(tǒng)方式都是連續(xù)進(jìn)行2 次不同的分離過程，費工還費時，首先進(jìn)行1 次蚯蚓和蚓糞的分離，然后再進(jìn)行1 次蚓糞和蚓卵(實際叫蚓繭)的分離。通過改進(jìn)設(shè)備，將滾筒篩改為雙目雙向滾動分離，可以把蚓、糞和蚓繭一次性分離開來，從而提高分離效率1 倍以上。將從分離篩分離出的活蚯蚓，放到加工臺上通過光照和擾動，進(jìn)一步讓蚯蚓把腸道中的殘余飼料排遺出去，然后按8 kg 一組，添加1 kg 的草炭土，充分混合均勻后，裝入泡沫箱中進(jìn)行銷售，以達(dá)到100%的成活率?；厥盏尿球韭严确湃雰Υ鎺?，然后統(tǒng)一進(jìn)行孵化和同步養(yǎng)殖，解決了養(yǎng)殖蚯蚓過程中的亂代繁殖、大小不齊、相互干擾甚至逃跑現(xiàn)象的發(fā)生，提高了商品蚯蚓的規(guī)格一致性和品質(zhì)。

2.4 工廠化養(yǎng)殖蚯蚓與其他養(yǎng)殖模式處理沼渣的綜合效益比較。為提高對日益增長的畜禽養(yǎng)殖糞便的處理能力，人們先后研究并嘗試了很多方法和工藝[6]。目前國內(nèi)規(guī)?；B(yǎng)殖蚯蚓來處理畜牧糞便和沼渣的主要模式有：①農(nóng)田直接堆肥模式，好氧發(fā)酵處理糞便，不養(yǎng)蚯蚓，占地面積大，增殖效率低，只能做肥料，人工成本最低。②林下或在棚內(nèi)直接碼垛來養(yǎng)殖蚯蚓，占地面積大，養(yǎng)殖條件不可控制，并且冬季不能養(yǎng)殖，養(yǎng)殖周期長，蚯蚓產(chǎn)量較低，處理轉(zhuǎn)化動物糞便和沼渣的能力較差，人工成本高，綜合增值效率較低[7]。③工廠化立體養(yǎng)殖蚯蚓處理動物糞便或其它有機廢物，這種模式占地面積小，可以立體、高密度的養(yǎng)殖蚯蚓，蚯蚓產(chǎn)量高，轉(zhuǎn)化有機肥料的能力也強，還具有勞動成本低、自動化和機械化能力強、綜合收益高的特點。利用我們研發(fā)的工業(yè)化自動蚯蚓養(yǎng)殖生產(chǎn)線，于2022 年7 月～2023 年6 月間在元氏縣鐵達(dá)奶牛養(yǎng)殖場進(jìn)行了試生產(chǎn)運行試驗，1 個工人利用1輛叉車就可以配合完成布料、碼垛、拆垛。整個生產(chǎn)線僅有3 人就可以操作完成，達(dá)到了每小時添加養(yǎng)殖箱620 個，總計添加沼渣廢棄物17.8 m3。轉(zhuǎn)運到養(yǎng)殖車間養(yǎng)殖20 d 后，經(jīng)過翻箱機翻箱和二級雙目滾筒機的分離，實際每噸基料養(yǎng)殖后可收獲鮮活蚯蚓16.9 kg，生產(chǎn)蚯蚓糞(蚓肥)630 kg。按照沼渣原料價值50 元/t，蚯蚓20 元/kg 計算，使得每噸糞污和沼渣等廢棄物經(jīng)過工業(yè)化蚯蚓養(yǎng)殖處理后，總計增值238 元(見表2)。預(yù)計每年可以利用蚯蚓處理轉(zhuǎn)化沼渣等廢棄物1 000 t 以上，生產(chǎn)高效綠色有機肥600 t 以上。與傳統(tǒng)林下養(yǎng)殖模式相比，不僅占地面積小，人工生產(chǎn)成本低，增產(chǎn)、增效、增值效果顯著。一條年處理萬噸沼渣廢棄物的生產(chǎn)線總投資在400 萬元內(nèi)，包括配套設(shè)施及蚯蚓消化車間、原料庫、包裝車間，2 年便可收回全部投資。除了經(jīng)濟效益顯著外，利用蚯蚓工廠化養(yǎng)殖及處理動物糞污發(fā)酵沼渣還具有重要的生態(tài)和社會效益，通過向農(nóng)民提供高質(zhì)量蚯蚓糞有機肥，能改善我國農(nóng)業(yè)有機肥不足的狀況，有效減少糞便中抗生素殘留，減少、修復(fù)土壤板結(jié)，提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，并降低或消除各種糞便、沼渣等對社會和人民健康的影響。

表2 工廠化蚯蚓立體養(yǎng)殖與其他養(yǎng)殖模式效果比較

3 結(jié)論與討論

工廠化立體養(yǎng)殖蚯蚓關(guān)鍵技術(shù)的突破，不僅能明顯地提高養(yǎng)殖廢棄物生態(tài)處理和利用效率，增加蚯蚓養(yǎng)殖的產(chǎn)量，還大大降低了人工成本，顯著提高了蚯蚓產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益。在1 個月的養(yǎng)殖周期內(nèi)，工廠化養(yǎng)殖比普通林下和棚下養(yǎng)殖能夠縮短養(yǎng)殖周期10 d 左右，且蚯蚓的產(chǎn)量增加60%左右，可以實現(xiàn)蚯蚓的全年養(yǎng)殖和對糞污、沼渣的連續(xù)化處理轉(zhuǎn)化，達(dá)到年處理有機廢物1 000 t 以上，生產(chǎn)蚯蚓有機肥620 t 左右，綜合經(jīng)濟效益和生態(tài)效益顯著。蚯蚓工廠化養(yǎng)殖生產(chǎn)線配套技術(shù)的研發(fā)成功和推廣，將對全省乃至全國蚯蚓養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)一步對實現(xiàn)糞污高效生態(tài)處理和資源化利用產(chǎn)生重要的推動作用。