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Current situation of maize straw resources in Sichuan Province and its application advantages and strategies as earthworm bait

  • WANG Caixia 1, 2 ,
  • LIAO Hong 1, 2 ,
  • LUO Ningyi 3 ,
  • LI Jialian 1, 2 ,
  • YANG Yaojun 1, 2 ,
  • LONG Wencong 1, 2
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  • 1. Key Laboratory of Bamboo Pest Control and Resource Development in Sichuan Province, Leshan Normal University, Leshan 614000, China
  • 2. Bamboo Technology Innovation and Industry Research Institute, Leshan Normal University, Leshan 614000, China
  • 3. The Administration Office of Norbulingka, Xizang Autonomous Region, Lhasa 850000, China

Received date: 2024-12-11

  Online published: 2025-09-28

Abstract

Maize stalks as one of the main agricultural by-products, has become a research focus in the field of green and sustainable agricultural development due to its high value resource utilization. The current status of maize stalks resources in Sichuan Province was reviewed and its advantages, challenges, and countermeasures as feed for earthworms were analyzed. The study area primarily cultivates maize varieties such as forage maize (e.g., Zhengdan 958) and fresh-eating maize (e.g., Chuannuoyu 918), which have large planting areas and generate substantial amounts of maize stover. Traditionally, the stalks are converted into biochar-based fertilizers or co-applied with organic fertilizers to improve soil fertility.The advantages of using maize stover as earthworm feed include its rich organic matter content, which provides ample nutrients for earthworm growth and reproduction. Additionally, stalks mulching on the soil surface shields earthworms from direct sunlight, creating a suitable growth environment. Natural decomposition of returned stalks can significantly reduce labor costs while enhancing soil fertility, improving soil structure without causing pollution. However, practical applications face challenges such as slow degradation rates, potential pesticide residues, and limited technical research.To address these issues, targeted countermeasures are proposed: selecting fertile soils and easily degradable maize varieties, employing biodegradation technologies to enhance degradation efficiency and nutrient availability, adopting integrated pest management and green control techniques to reduce chemical pesticide use and minimize risk factors, and intensifying research efforts to cultivate interdisciplinary talents proficient in both earthworm farming and maize stalks utilization. This study provides a reference for the development of maize stover as earthworm feed and the sustainable growth of the earthworm industry.

Cite this article

WANG Caixia , LIAO Hong , LUO Ningyi , LI Jialian , YANG Yaojun , LONG Wencong . Current situation of maize straw resources in Sichuan Province and its application advantages and strategies as earthworm bait[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2025 , 31(18) : 53 -57 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.18.014

玉米秸秆是玉米籽粒收获后剩余的茎、叶、穗轴等,是主要农作物副产品之一,其产生量较高,但只有约50%可实现综合利用[1-2]。与小麦、水稻和大豆秸秆相比,玉米秸秆可消化养分含量较高,包含大量有机质及氮、磷、钾等元素,富含粗蛋白,被广泛用作反刍动物的粗饲料[3-4]。然而,玉米秸秆收贮后,需经过粗加工处理后才能喂给牛、羊等动物,此方法消耗较多人力和物力,成本较高。部分地区采取露天焚烧秸秆,该方式增加了CO2排放量,对环境造成一定负担[5]。若能根据其特性进行资源化利用,能有效减少人工成本和污染,增加经济、社会和生态效益。
蚯蚓属环节动物门寡毛纲,是陆地生态系统中重要的土壤生物类群之一,在物质循环、土壤改良和生态修复中具有不可替代的作用。其能将有机废弃物转化为高质量的有机肥料,在一定程度上提高土壤肥力、增加土壤团聚体比例和微生物群落多样性,能修复退化及污染的土壤[6-7]。作为腐生生物,其以腐败的有机物质为食、喜甜食,每天可摄取自身体重2倍左右的食物[8]。经微生物分解后的有机质可作为蚯蚓的饲料[9-10]。陆善旦[11]研究表明,蚯蚓的干燥体地龙供不应求,价格逐年递增;其市场需求正逐步扩大。
目前,关于玉米秸秆的研究主要集中在秸秆还田提高土壤肥力和有机碳含量、生物质能源利用、利用物理化学等方法制成动物饲料等方面[12-16],有关玉米秸秆用作蚯蚓饵料的研究较少。玉米秸秆腐熟处理后作为蚯蚓养殖的有机基质,是一种实现农业废弃物资源化利用与蚯蚓产业可持续发展的协同解决方案。四川省作为玉米主产地之一,其玉米种植面积和产量较高,导致其产生的玉米秸秆生物量较高。本文分析了该地区玉米秸秆利用现状、用作蚯蚓饵料存在的主要问题,提出了玉米秸秆促进蚯蚓生长繁育的技术措施,以助力土壤改良和产业绿色发展。

1 研究区玉米秸秆资源现状

1.1 资源分布及成分

受气候、海拔等环境因素的影响,研究区耕地划分为玉米产区和川西北高原非农区,玉米种植区包括盆地周边缘山地区、盆西平丘区、盆中浅丘区、盆东平行岭谷区、盆南丘陵区、川西南中山山地区、川西南中山山谷区[17]。主要集中在川东及川南丘陵地区、山区旱地、平原地区[18]。根据中国农业农村信息网数据,攀西地区和盆中丘陵是研究区杂交玉米制种优势区。据研究区统计局统计数据,2023年研究区玉米种植面积为1.87×106 hm2,比2022年增加了1.1×104 hm2,增幅0.6%,玉米秸秆总产量约为1.08×107 kg,可利用量大幅上升。
该地区玉米品种更新迭代速度快,据调查,种植的玉米品种有数百种[19]。包括饲料玉米(郑单958、青贮1号等),鲜食玉米(川糯玉918等),地方特色玉米(川糯等)。玉米秸秆中的主要成分包括纤维素(36.5%~38.6%)、半纤维素(38.0%~38.8%)、木质素(12.3%~17.6%)[20],还田后经过发酵腐解能产生大量可溶性有机质[21],其呈弱酸性,能中和土壤中的碱性成分,对调节土壤酸碱平衡有一定作用,使得土壤pH稳定在7.92~8.23[4],蚯蚓生长的最适pH 6~9,将其作为蚯蚓饵料可显著提高蚯蚓产量[22]

1.2 利用现状与有害物质

目前,研究区玉米秸秆综合利用主要通过农业机械对玉米秸秆进行截短处理后开展深度加工;将其转化为生物质炭基肥,或与有机肥配施,作为改良土壤肥力的肥料资源[23-25]。研究区秸秆综合利用率为87%[26],部分地区仍采取焚烧的办法消灭农作废弃物。但玉米秸秆并非完全无害,玉米在生长过程中可能使用过农药,李文龙等[27]研究表明,农药使用30 d以上的消解率在99%以上。将具有农药残留的玉米秸秆投喂给蚯蚓,可能导致蚯蚓中毒或死亡。不同农药对蚯蚓有害的浓度阈值有所不同,一般认为农药残留浓度小于1 mg/kg的土壤对蚯蚓的影响较轻。土壤也可能存在重金属污染,西南地区的采矿、冶金等工业活动较为发达,镉、铅、砷等重金属易与废水流入土壤造成污染[28]。这些有害成分大部分分布在0~20 cm土层中,越往下含量越少,而绝大部分蚯蚓活动在10~30 cm的土层,可能会对蚯蚓生长造成不利影响。

2 玉米秸秆用作蚯蚓饵料的优势

2.1 资源丰富

种植玉米的基本条件是气温≥10 ℃的活动积温达2 000~2 800 ℃,降水量在350~500 mm,研究区土壤水分有盈余,气候温暖,适宜玉米生长[29-30]。研究区每年玉米秸秆产量较高,但由于农业机械发展有待进一步完善,导致每年有大量玉米秸秆资源被浪费[31],将其作为蚯蚓饵料,在解决资源浪费问题的同时,能发展蚯蚓产业获取经济效益[32]
玉米秸秆中有机质含量丰富,在土壤微生物的作用下可以分解并释放大量营养物质,供给蚯蚓生长繁殖[33]。按投入150 kg/hm2种苗、能量转化率10%计算,用10 kg玉米秸秆能供养1 kg的蚯蚓;在食物来源更充足的环境下可多承载50%的蚯蚓。李瑞英[34]研究表明,玉米秸秆还田后养殖蚯蚓能明显提高土壤腐殖质和有机碳的含量。可见,将玉米秸秆用作蚯蚓饵料相较普通养殖更能提供充足的食物来源。秸秆还田后还能为蚯蚓提供避光湿润的环境,秸秆覆盖在土壤表层能防止阳光直射,且减少土壤水分蒸发,增强土壤蓄水保水能力,让蚯蚓在更适宜的环境下自由生长繁育。实践中,1 m2的秸秆覆盖量在2~3 kg,厚度在5~10 cm,能有效为蚯蚓提供避光环境,形成天然的保护屏障。

2.2 操作简便

目前,玉米秸秆作为反刍动物饲料原料需经过物理、化学或生物等预处理工艺,包括机械粉碎、高温蒸煮、化学试剂浸渍等加工方法。然而,这些处理技术普遍存在设备资金投入高、化学制剂成本高等问题[35]。物理处理需要配备专业的粉碎和蒸煮设备;化学处理则涉及氢氧化钠、尿素等化学添加剂的使用;而生物处理虽然相对环保,但酶制剂或发酵菌剂的成本仍然较高。玉米秸秆还田用作蚯蚓饵料有效节省了各种药物、肥料成本。且相比常规秸秆收集处理方式(人工150 h/hm2或机械5 333.36 m2/h)[36],该方法仅需将秸秆割倒铺于田间自然腐解,效率明显提高(2 h/0.06 hm2),劳动强度大幅降低,省去打捆、搬运等繁琐环节,且无需额外设备投入。此外,该方式操作简单,规避了秸秆焚烧或堆放的环保风险,兼具经济、生态和社会效益。

2.3 改善土壤

梁学强等[37]试验发现,玉米种植前,土壤的速效氮含量98.2 mg/kg、有效磷含量13.23 mg/kg、速效钾含量246.4 mg/kg、有机质含量17.31 g/kg,种植玉米后,土壤的速效氮、有效磷、速效钾、有机质含量较种植前分别增加19.2%、373.3%、250%、8.1%、7.6%,各营养元素和有机质含量均有提升。玉米秸秆分解后产生的腐殖质是一种天然的有机肥料,富含氮(0.6%)、磷(0.3%)、钾(2.3%)等营养元素,有机质含量达15%[36],有助于提高土壤肥力水平,改善土壤结构的同时不造成污染。蚯蚓在玉米秸秆田中能取食玉米叶、秸秆芯和玉米轴芯转化形成的有机质,无需其他粉碎加工操作,充分利用秸秆资源、便于蚯蚓取食并节约劳动成本[38]。蚯蚓在土壤中活动亦能起到疏松土壤的作用,提高土壤通气性和渗透性,产生的蚯蚓粪是天然的有机肥料,富含氮、磷、钾等营养元素,有助于提高土壤肥力水平。
玉米秸秆富含有机碳组分,这些碳源物质主要来源于植物光合作用的同化产物。生产中,若将秸秆露天焚烧,会释放CO2、CO、CH4等气体[39]。较高的碳排放量不利于生态发展,且在焚烧过程中土壤表层有机质含量平均减少14.56%,土壤含水量下降14.68%,土壤质量也会下降[40]。将玉米秸秆用作蚯蚓饵料,蚯蚓通过食用秸秆将其中的有机碳转化为自身的生物质碳或蚯蚓粪中的碳,改善土壤理化特性,能有效解决秸秆资源浪费和因焚烧秸秆产生的环境污染问题,促进生态系统中的碳循环和绿色环保农业发展。

3 玉米秸秆用作蚯蚓饵料的困难

3.1 玉米秸秆降解

玉米秸秆中的木质素、纤维素和半纤维素含量较高,分别为4.6%、33.6%、32.5%[41],这些高分子聚合物因其复杂的化学结构和稳定的化学键而表现出较强的抗降解特性。这种难降解特性导致其在蚯蚓养殖系统中存在滞留时间长、转化效率低等问题,亟需通过适当的预处理工艺来改善其生物可利用性。在秸秆还田降解过程中,木质素降解速度慢或者环境条件不佳(如温度过高或过低、氧气供应不足)会导致转化率降低,秸秆中部分能量未能被有效利用。养殖蚯蚓可以加速秸秆有机质的分解,一般需要几天到几周时间,但对于秸秆中木质素的降解能力仍然有限,可能会因为秸秆降解不充分导致蚯蚓分解并取食秸秆时间延长,食物量不充足会影响其生长繁育。

3.2 风险防控

玉米秸秆中的农药残留和重金属污染对蚯蚓养殖产业产生不利影响。李梅等[42]通过甜玉米高效氯氰菊酯施用试验,证实农药残留量与施药频次呈显著正相关;残留物呈现时间依赖性降解规律。虽然残留物可随时间降解,但仍可能超出蚯蚓的安全耐受阈值。这些污染物通过食物链进入蚯蚓体内后,可能会引发一系列毒性效应,破坏蚯蚓的正常代谢功能。

3.3 技术支持

目前,玉米秸秆的综合利用集中在“五化”上(燃料化、原料化、基料化、肥料化和饲料化)[43],将玉米秸秆应用于发展蚯蚓产业的研究较少,缺乏针对秸秆—蚯蚓系统的专用设备和工艺标准。秸秆研究者缺乏蚯蚓生理学知识,而蚯蚓养殖者对秸秆预处理技术认知不足,其行业复合型专业人才较少。

4 玉米秸秆用作蚯蚓饵料的对策

4.1 促进降解

土层深厚的地区土壤肥力较好,土壤深度为50 cm,20~30 cm的松软土层是蚯蚓生长繁殖的理想环境。此外良好的土壤肥力有助于加速秸秆降解产生有机质,形成良性循环。选择易降解、含糖量高的玉米品种,同时适时收获,可提高秸秆的利用率。秸秆含水量高有利于加速其降解[30],因此,在秸秆木质化前14 d提早收获,能增加秸秆的含水量,促进降解。生物降解法较物理、化学法更经济环保,因此筛选分离高效木质纤维素分解菌或掺入外源降解菌等微生物菌可有效促进秸秆降解[44-45]。通过优化养殖技术或筛选特定蚯蚓品种等手段,能更好地促进秸秆降解与蚯蚓繁育的协同作用,提高蚯蚓对秸秆的利用效率。

4.2 降低风险因子

在玉米种植过程中,应采取病虫害综合防治措施,通过农业防治、生物防治等绿色防控技术减少化学农药的施用量。严格禁止高残留农药(有机氯类、有机磷类)的施用,确保农药残留量符合国家食品安全标准限量要求。将玉米秸秆用作蚯蚓饵料前需进行发酵处理,充分腐熟,降低秸秆中可能存在的农药、土壤中吸收的重金属成分,为蚯蚓提供一个安全的生长环境。

4.3 加大科技投入

玉米秸秆作为蚯蚓养殖的新型生物质饵料,目前仍属于未被充分开发的研究领域。需加大这方面的科技投入,探究玉米秸秆降解过程中微生物群落结构,优化其腐熟发酵工艺参数;制订基于秸秆—蚯蚓共代谢体系的规模化养殖技术规程等;针对性地培养兼具蚯蚓养殖和玉米秸秆利用知识的复合型人才。
综上,本文综述了研究区玉米秸秆的资源现状,分析其作为蚯蚓饵料的优势、困难及对策。研究区玉米秸秆资源丰富且可降解,能为蚯蚓提供丰富的有机质和适宜的生长环境,同时促进土壤改良和经济效益提升。然而,秸秆降解难度大、农药残留等问题限制了其广泛应用。通过选择易降解品种、利用生物降解法、减少农药施用、加大科技投入等对策,可提高秸秆利用率并降低风险。玉米秸秆用作蚯蚓饵料是一种具有经济和生态效益的养殖模式,通过技术完善实现农业废弃物的高效利用,为推动蚯蚓产业和绿色农业的可持续发展提供参考。
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