党的十八大报告指出坚持节约资源和保护环境的基本国策，坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主的方针，着力推进绿色发展、循环发展、低碳发展，形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产及生活方式，同时发展循环经济，促进生产、流通、消费过程的减量化、再利用、资源化[1]。
《贵州省国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出：到2025年贵州白酒将产量达到60万t，白酒产业产值达到2 500亿元。参考李媛媛等[2]对糯高粱出酒率的研究，生产1 t白酒需约5 t高粱，而生产1 t高粱会产生1.32 t高粱秸秆[3]，可见我省酒糟和高粱秸秆的产量将持续增加。据酒业快讯报道，2020年仁怀产酒量达到50万kL，参考国标GB 27631—2011《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》的单位产品基准排水量限值是40 m3/t，以污泥量占污水的3%估算[4]污泥产量达60万t/年。
酒糟常用的处理方式多种多样，除传统的用于肥料[5]或猪[6]、牛[7]、羊[8]、马[9]等饲料外，还有培养酒糟单细胞蛋白[10]、制作酒糟饼干[11]及制备活性炭[12]等，但由于酱香型酒糟的丢糟时间集中、量大且不易储存，如何大量集中处理已是酒行业公认的难题。高粱秸秆含有大量纤维素和木质素等[13-14]，目前有高粱秸秆饲料化[15-16]及高粱秸秆还田[17]等报道，但效果不理想。白酒生产污水经过污水处理厂处理的剩余污泥含有大量的有机物[18]，虽然送到有处理资质的第三方公司处理，但运输及处理费用全由污水处理厂承担，增加企业成本，污泥主要以焚烧方式处理，既耗能又浪费资源[19]。
为探索酱香型白酒酒糟的资源化利用，该研究选用赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）[20]处理纯酒糟、酒糟＋秸秆、酒糟＋污泥制成的基质，通过蚯蚓数量、质量以及基质养分含量分析生产有机肥的可行性。旨在研发一种能对酒糟及高粱秸秆、酒污泥进行大量、低耗能处理及产物资源利用的技术，将会对酒企践行“绿水青山就是金山银山”生态发展观[21]、“双碳”理念[22-23]以及促进白酒产业升级发展有着重要意义。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
酒糟：取自遵义市鸭溪镇茅台循环经济产业示范园；秸秆：在高粱收割后到红缨子高粱种植地（27°43′35″N，106°18′31″E，海拔798.3 m）采集；污泥：试验开始前1 d从仁怀市茅台镇某白酒污水处理厂取回；赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）：广西南宁某蚯蚓专业养殖场；氧化钙（CaO）（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。
1.2 仪器与设备
JE3002型电子秤：上海浦春计量仪器有限公司；FA2204N型电子天坪：上海菁海仪器有限公司；DHG-9070A型电热鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司；PHB-4型便携式pH仪：上海仪电科学仪器股份有限公司。
1.3 方法
1.3.1 试验分组
设置蚯蚓处理纯酒糟试验组、酒糟＋秸秆试验组、酒糟＋污泥试验组。
纯酒糟试验组：以水分和pH值为变量[24-25]，酒糟含水率分别是40%～75%，每个含水率对应pH值为6、7、8，利用CaO调节待测酒糟的pH值，3×3=9组、每组3个重复，以未经蚯蚓处理酒糟为对照，共30个试验箱，每个试验箱投放50条大小相近的蚯蚓。每隔2～3 d观察蚯蚓行为、形态，记录蚯蚓的数量和质量。
酒糟＋秸秆试验组：把10%～50%高粱秸秆（粉碎粒度＜2 cm）均匀加入纯酒糟中制成试验基质，每组设3个重复，以纯酒糟为对照，每组3个重复。每个重复投放50条大小相近的蚯蚓。每隔3 d观察蚯蚓行为、形态，记录蚯蚓的数量和质量。
酒糟＋污泥试验组：在酒糟中添加50%、60%、70%、80%和90%污泥（基质含水率为70%、80%、90%），每组设3个重复，以纯污泥组为对照，每个处理箱投放100条大小相近的蚯蚓。试验时间是50 d，每隔10 d观察蚯蚓行为、形态，记录试验箱蚯蚓条数和质量。
1.3.2 测定方法
含水率的测定：在（103±2）℃条件下干燥至质量恒定，减少的质量为含水率；pH值的测定：采用便携式pH仪。
按照农业行业标准NY/T525—2012《有机肥料》检测蚯蚓处理基质的有机质、N、P和K含量。
1.3.3 数据分析
记录蚯蚓数量与质量，检测基质的含水率、pH值及成分，数据分析使用Office Excel 2021、SPASS 26.0软件完成，结果以“平均值±标准差”表示。采用Kruskal-Wallis检验显著性，结果以P＜0.05表示组间差异显著。
2 结果与分析
2.1 试验原料的含水率和pH检测
试验原料的含水率和pH值测定结果见表1。由表1可知，2020年和2021年酒糟的含水率分别为（55.31±0.014）%、（54.95±0.003）%，相同酒糟保存在密封桶中1年时间内含水率变化不显著（P＞0.05）；高粱秸秆含水率为（14.07±0.003）%，污泥含水率为（82.31±0.001）%。2020年酒糟样、高粱秸秆的pH值未检测出，放置1年后酒糟样的pH值为3.64±0.027，污泥pH值为7.22±0.095。
表1 试验原料的含水率和pH值测定结果
Table 1 Determination results of moisture content and pH of raw materials
注：“—”表示未检出。
2.2 纯酒糟基质处理试验
以纯酒糟为基质，2020年纯酒糟基质处理试验结果见图1。
图1 不同含水率及pH值的酒糟中蚯蚓存活时间
Fig.1 Survival time of earthworms in distiller's grains with different moisture contents and pH
由图1可知，酒糟含水率45%组蚯蚓存活时间为2.00～4.33 d、平均2.78 d；酒糟含水率60%组蚯蚓存活时间为2.00～3.33 d、平均2.56 d；酒糟含水率75%组蚯蚓存活时间为1.33～1.67 d、平均1.56 d。因此，确定最佳酒糟含水率为45%。pH=6组蚯蚓存活时间是1.67～2.00 d、平均1.89 d；pH=7组蚯蚓存活时间为1.33～4.33 d、平均3.00 d；pH=8组蚯蚓存活时间为1.67～2.33 d、平均2.00 d。因此，确定最佳pH值为7。不同基质的存活时间为1.00～4.33 d，其中pH值为7（含水率45%）组的蚯蚓存活时间最长（4.33 d）、pH值为7（含水率60%）组蚯蚓存活时间次之（3.33 d），对照组的蚯蚓存活时间最短（1.00 d）。
在2020年纯酒糟基质处理试验的基础上，以纯酒糟为基质，设计酒糟含水率分别为40%、55%、70%，pH值分别是6、7、8，每个因素3个重复，结果见图2。由图2可知，不同含水率酒糟中蚯蚓存活时间不同，其中酒糟含水率40%组蚯蚓存活时间最短（5.66 d），70%组次之（6.00 d），55%组（9.00 d）和对照组（9.00 d）最长。不同pH值对蚯蚓存活率也不同，酒糟含水率40%、pH=8组最差（存活率6.00%），而酒糟含水率55%、pH=8组最好（存活率80.00%）。pH值对蚯蚓存活率无显著影响（P＞0.05），酒糟含水率对蚯蚓存活率有显著影响（P＜0.05）。另外，所有试验组酒糟的pH值随着处理时间增加而升高，对照组蚯蚓数量变化曲线与含水率55%组相近，相同含水率、不同pH值组的蚯蚓数量变化曲线相近，而相同pH值不同含水率组的蚯蚓数量曲线相对距离较远，它可能与含水率高的基质溶解酒糟中更多的醇、酮和醛等刺激物质对蚯蚓存活率有较大的影响有关[26]。因此，直接利用蚯蚓处理纯酒糟基质是不可行的。
图2 不同含水率及pH值酒糟中蚯蚓的数量
Fig.2 Number of earthworms in distiller's grains with different moisture contents and pH
2.3 酒糟＋秸秆基质处理试验
添加0（对照组）、10%、30%和50%高粱秸秆，每组3个重复，2020年纯酒糟基质处理试验结果见图3。由图3可知，对照组蚯蚓存活时间为2.00～7.00 d、平均4.33 d，添加10%、50%秸秆组蚯蚓存活时间均为2.00～3.00 d、平均2.67 d，添加30%秸秆组蚯蚓存活时间为2.00 d、平均2.00 d。结果表明，不同添加秸秆量组蚯蚓的存活时间均小于对照组，可能与秸秆＋酒糟混合物孔隙大促进霉菌发生有关，但是所有酒糟＋秸秆组蚯蚓的存活时间均不超过3.00 d。
图3 不同秸秆添加量酒糟中蚯蚓存活时间
Fig.3 Survival time of earthworms in distiller's grains with different straw addition
在酒糟中添加0（对照组）、10%、20%、30%、40%和50%高粱秸秆，每组3个重复，2021年纯酒糟基质处理试验结果见图4。由图4可知，对照组和不同秸秆添加量组在相同时间内蚯蚓数量变化不显著（P＞0.05），但不同天数蚯蚓数量变化显著（P＜0.05）。第1～4天除了添加10%秸秆组蚯蚓数量略有减少外，其他组均增加，其中添加30%秸秆组的增加量最多（51.7条）、添加40%秸秆组次之（51.3条）；添加10%、20%、30%秸秆组第7天蚯蚓数量显著下降（P＜0.05），并且添加20%、30%秸秆组在第7天中止试验，其他组在前7 d蚯蚓数量下降不显著（P＞0.05）；第10天蚯蚓全部死亡。此外，所有基质的pH值随着处理时间增加而升高，蚯蚓数量越多的基质pH值升高越慢。因此，利用蚯蚓处理酒糟＋秸秆基质也是不可行的。
图4 不同秸秆添加量酒糟中蚯蚓的数量
Fig.4 Number of earthworms in distiller's grains with different straw addition
2.4 酒糟＋污泥基质处理试验
以酒糟＋污泥为基质，在酒糟中添加50%、60%、70%、80%和90%污泥（基质含水率为70%、80%、90%），每组3个重复。结果发现，其中添加50%、60%污泥酒糟基质组（含水率80%）的蚯蚓在投放第3天死亡而中止试验。由图5可知，添加70%、80%和90%污泥酒糟基质组（含水率80%）的蚯蚓存活时间均超过50 d。
图5 不同污泥添加量酒糟中蚯蚓数量变化
Fig.5 Changes of earthworms number in distiller's grains with different sludge addition
如图5所示，70%、80%、90%污泥酒糟组（含水率80%）的蚯蚓数量在试验期间呈下降趋势，相同时间这3个组的蚯蚓数量差异不显著（P＞0.05），总体上添加70%的污泥酒糟组蚯蚓数量下降最慢、其他两组相近。添加80%、90%的污泥酒糟组蚯蚓数量第30天均显著下降（P＜0.05），添加70%的污泥酒糟组的蚯蚓数量第40天显著下降（P＜0.05）。利用蚯蚓处理污泥＋酒糟基质的周期在30～40 d内为宜。第10天的70%污泥酒糟组的蚯蚓数量平均增加了4条，这可能与蚯蚓在较为恶劣环境中优先选择了产生蚯蚓茧繁殖后代的策略有关。试验期间70%、80%、90%污泥酒糟组的蚯蚓数量都在减少，最终在50只左右，可能是高密度蚯蚓自疏的结果[27]，建议在500 g（污泥＋酒糟）干物质的蚯蚓密度为50条合适。
如图6所示，添加70%、80%、90%的污泥酒糟组（含水率80%）中单条蚯蚓质量呈先上升后下降的趋势，这与徐雪东[28]研究一致。添加70%的污泥酒糟组前期的单条蚯蚓平均质量增加最快，其他两组中后期单条均高于添加70%的污泥酒糟组，但相同时间不同污泥添加组的单条蚯蚓平均质量差异显著（P＜0.05）、不同时间相同污泥添加组单条蚯蚓的平均质量差异不显著（P＞0.05），单条蚯蚓质量在第15天就达到了初始质量的2倍多，随着基质中酒糟比例的增加单条蚯蚓质量的峰值提前，可能与酒糟基质营养丰富利于蚯蚓生长有关。
图6 不同污泥添加量酒糟中单条蚯蚓质量变化
Fig.6 Changes of single earthworm mass in distiller's grains with different sludge addition
只用蚯蚓数量或单只质量衡量蚯蚓处理酒糟的效果不够全面，利用蚯蚓总质量增长表示蚯蚓处理效果更接近生产实际。如图7所示，虚线上部曲线为不同组蚯蚓总质量增长，其中添加70%的污泥酒糟组（含水率80%）的质量增长最大、添加90%的污泥酒糟组（含水率80%）次之、添加80%的污泥酒糟组（含水率80%）最低；相同时间不同组蚯蚓总质量差异不显著（P＞0.05），整个试验期间添加90%的污泥酒糟组、添加80%的污泥酒糟组蚯蚓总质量差异显著（P＜0.05），其中添加90%的污泥酒糟组前20 d质量增长明显高于初始质量（P＜0.05）、添加80%的污泥酒糟组也是前20 d质量增长显著高于初始质量（P＜0.05）。三个组后期蚯蚓总质量第40天接近于初始质量。因此，建议利用蚯蚓处理污泥＋酒糟基质的周期不宜超过40 d。
图7 不同污泥添加量酒糟中蚯蚓质量变化
Fig.7 Changes of earthworm mass in distiller's grains with different sludge addition
蚯蚓处理过的添加70%、80%、90%污泥酒糟基质（含水率80%）的养分含量如表2所示，其中含有酒糟组的有机质含量均高于对照组（纯污泥），添加70%的污泥酒糟组及添加80%的污泥酒糟组的有机质含量分别显著（P＜0.05）、极显著（P＜0.01）高于对照组；添加酒糟对基质的P和N含量影响不大，除了添加90%的污泥酒糟组极显著低于添加70%的污泥酒糟基质外（P＜0.01），其他组基质的P和N含量差异不显著（P＞0.05）；添加酒糟对基质K2O含量有影响，对照组的K2O含量显著低于添加80%的污泥酒糟组（P＜0.05）、添加70%的污泥酒糟组K2O含量显著高于添加80%的污泥酒糟组（P＜0.05），并且添加70%的污泥酒糟的K2O含量显著高于添加90%的污泥酒糟组（P＜0.05）。对照组和试验组的有机质含量为35.05%～47.79%、总养分（N+P2O5+K2O）含量为5.84%～6.50%，均高于农业行业标准NY/T 525—2021《有机肥料》的要求。
表2 蚯蚓处理不同污泥添加量酒糟的养分含量
Table 2 Nutrient contents of distiller's grains treated by earthworms with different sludge addition
注：不同字母表示两组差异显著（P＜0.05）。
3 结论
该研究选用赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）处理纯酒糟、酒糟＋秸秆、酒糟＋污泥制成的基质，通过蚯蚓数量、质量以及基质养分含量分析生产有机肥的可行性。结果表明，利用蚯蚓处理纯酒糟基质（含水率40%～75%、pH值为6～8）、酒糟＋秸秆（添加量10%～50%）基质均以蚯蚓全部死亡而中止试验，说明该方法处理酱香型白酒酒糟不可行。利用蚯蚓处理酒糟＋污泥基质（含水率70%、80%、90%），只有添加70%、80%、90%污泥酒糟基质（含水率80%）中蚯蚓存活，处理后基质的有机质和总养分（N+P2O5+K2O）含量是35.05%～47.79%、5.84%～6.50%，均高于农业行业标准NY/T 525—2021《有机肥料》。它为酱香型白酒的酒糟、污泥资源化利用提供新思路，将助力酱香型白酒产业低碳、循环及绿色发展。
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