فصلنامه انسان و محیط زیست، شماره 30، پاییز 93

قابلیت کرم­های خاکی در مدیریت پسماندهای آلی

فرزاد مهرجو[1]^*

farzadmehrjo@gmail.com  

محسن رستاخیز[2]

چکیده

پسماندهای آلی شامل پسماند خانگی، ضایعات زراعی و باغی، ضایعات صنایع تبدیلی کشاورزی و غذایی، فضولات دامی و مرغی، فضولات انسانی، پسماند میوه و تره بار، باغات و مزارع می­باشند. یکی از روش­های موثر و مقرون به صرفه در مدیریت پسماندهای آلی استفاده از کرم­های خاکی برای تولید کود ورمی کمپوست می­باشد که علاوه بر کاهش خطرات محیط زیستی آن، روند بازگردش آن­ها را به طبیعت به صورت کود مصرفی تسریع می­­نماید. تولید ورمی کمپوست از طریق تجزیه مواد زاید آلی به کمک گونه­های خاصی از کرم­های خاکی می­باشد. به طور کلی حدود 3000 گونه مختلف از کرم­های خاکی وجود دارد که اندازه آن­ها از 6/0 تا 330 سانتی­متر متغیر است. تنها   دو گونه Eisenia foetida و rubellus Lumbricus به دلیل راندمان تولید و سهولت در تکثیر  بیشترین کاربرد را در تولید ورمی کمپوست دارند. با توجه به محدودیت مکان­های مناسب دفع پسماندهای آلی و از سویی اثرات نامطلوب دفن پسماند و سوزاندن بر سلامت عمومی و محیط زیست، تولید ورمی کمپوست با استفاده از فناوری زیستی کرم­های خاکی گزینه مناسبی برای مدیریت پسماندهای آلی می­باشد.

کلمات کلیدی: پسماند آلی، کرم خاکی، ورمی کمپوست.

مقدمه

رشد جمعیت و افزایش مصرف منابع در سال­های اخیر، مساله مدیریت پسماندهای آلی را به یک بحران جدی به خصوص برای شهرهای بزرگ تبدیل کرده است. روش­های دفن در خاکچال و سوزانش، مخاطرات جدی را برای محیطزیست به دنبال دارند. ولی این دو روش به عنوان دو روش رایج برای دفع، از حجم زیادی از پسماندها در بسیاری از کشورها استفاده می­شوند. یکی از روش­های موثر و مقرون به صرفه در مدیریت پسماندهای آلی استفاده از فناوری زیستی کرم­های خاکی برای تولید کود ورمی کمپوست می­باشد (1). در فرآیند تولید ورمی کمپوست برای کمک به انجام فرآیند کمپوست و تبدیل پسماندهای آلی به کمپوست، از گونه­های انتخابی کرم خاکی استفاده می­‏شود. کرم­های خاکی تولید کننده کمپوست، از مواد آلی تغذیه کرده و در اثر این فرآیند محصولی به نام ورمی کمپوست تولید می­شود که به دلیل کیفیت بسیار بالا در بخش کشاورزی و  باغداری کاربرد فراوانی دارد. با افزایش آگاهی از توانایی کرم­های خاکی در تجزیه و کمپوست نمودن دامنه وسیعی از ضایعات و زباله­ها، دید جهانی از صنعت تولید کرم به صنعت تولید ورمی کمپوست تغییر یافته است. از این رو در بسیاری از کشورهای جهان مانند ایالات متحده آمریکا، استرالیا و چندین کشور اروپایی صنعت ورمی کمپوست پیشرفت قابل توجهی داشته است (2). تولید ورمی کمپوست از طریق تجزیه              مواد زاید آلی به کمک گونه­های خاصی از کرم­ های خاکی، کود آلی بسیار مغذی، بی­بو و با توانایی اصلاح خاک تولید می‌گردد که علاوه بر کاهش خطرات بهداشتی و محیطزیستی ناشی از زایدات آلی، سبب بازگردش مواد زاید آلی به طبیعت می­شود. تاکنون مطالعات زیادی برای تولید ورمی کمپوست      با استفاده از کرم­های خاکی صورت گرفته است (3). پیر صاحب و همکاران در سال 1391 تولید ورمی کمپوست در مقیاس خانگی با کرم خاکی foetida Eisenia را مورد بررسی قراردادند و نتیجه گرفتند که با استفاده از امکانات ساده و محلی، می­توانند ورمی کمپوست با کیفیت بالا و مطابق با استاندارد تولید نمایند که از نظر محیط­زیستی و اقتصادی کمک شایانی به مدیریت مواد زاید و جامد شهری نماید (4). قیصری و همکاران در سال 1389 در شهر مشهد کاربرد فرآیند ورمی کمپوست در بازیافت زباله­های شهری را مورد بررسی و  به این نتیجه رسیدند که زباله­های شهری بدون نیاز به اضافه کردن هیچ­ گونه مواد غذایی مکمل مانند کود گاوی، می­توانند به نحو شایانی برای تولید ورمی کمپوست مورد استفاده قرار گیرند (5).Suthar  در سال 2006 امکان بازیافت زایدات درخت صمغ که در کارخانجات تولید چسب ایجاد می­شود را از طریق تکنولوژی ورمی کمپوست مورد مطالعه قرار داد. نتایج این تحقیق نشان داد که این ماده زاید در ترکیب با کود گاوی و خاک اره با نسبت 20:20:60، برای تولید ورمی کمپوست مناسب می­باشد (6).  Guptaو همکاران در سال 2007 از مخلوط بقایای نی­های آبی با کود گاوی به عنوان مواد اولیه برای تولید ورمی کمپوست استفاده کردند. نتایج نشان داد که بستر مخلوط بقایایی نی­های آبی با کود گاوی به عموان بستر اولیه می­تواند مفید واقع شود (7). Bharadwaj   در سال2010 مدیریت پسماندهای آشپزخانه را از طریق ورمی کمپوست انجام داد. نتایج نشان داد که ورمی کمپوست علاوه بر کاهش توده زباله، استفاده از کرم­های خاکی را برای پروتئین حیوانی می­ توانیم داشته باشیم (8).  Waniو Mamta در سال 2013 تبدیل بیولوژیکی از زباله­های باغ، ضایعات آشپزخانه و سرگین گاو را در ارزش افزوده محصولات با استفاده از کرم­ خاکی Eisenia foetida را مورد بررسی قرار دادند. نتایج این مطالعه نشان داد که علاوه بر تولید ورمی کمپوست از زباله­های ذکر شده، می­توان مقدار زباله را نیز کاهش داد (9). Dominguez و Brandon در سال 2013 تاثیر کرم­های خاکی بر پویایی مواد غذایی در طول فرآیند ورمی کمپوست را مورد مطالعه قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که فعالیت کرم­های خاکی موجب افزایش کلسیم، پتاسیم، آهن، فسفر، روی و نیتروژن شده است (10). استفاده از کرم­های خاکی از لحاظ اقتصادی و اجتماعی قابل دوام و قابل قبول است. لذا هدف این مقاله بررسی قابلیت کرم­های خاکی برای تولید ورمی کمپوست و مدیریت پسماندهای آلی می­باشد.

زیست شناسی کرم خاکیType text or a website address or translate a document.Cancel

کرم­های خاکی، موجوداتی دو جنسی (هرمافرودیت) بوده و دارای هر دو اندام تولید مثلی نر و ماده در بدنشان هستند. برای تولید مثل هر دو کرم با پیچیدن سرشان و ایجاد               یک کانال پوستی موقت، اسپرم­ها از یک کرم به کرم دیگر منتقل شده و تخم­ها داخل حلقه برجسته که کمربند جنسی نامیده می­شود و جایگاهی برای نگهداری تخم­های بالغ و اسپرم­ها است، تشکیل می­شود (11). در زمان تخم‏گذاری، کرم­های بالغ دارای یک حلقه اپیدرمی متمایز که به شکل ناحیه­ای در آمده است و به آن Clitellum می­گویند. کوکون­ها دارای ساختار حلقوی و کوچک هستند که با توجه به گونه اندازه آن­ها متفاوت است. رنگ کوکون به تدرج تغییر می­کند. گرچه تعداد تخم بارور شده در هر محدوده کوکون از 1 تا 20 برای کرم­های  Lumbricidae است. تولید کوکون در سن 6 هفتگی شروع و تا پایا سن 6 ماهگی هم‏چنان ادامه دارد. در شرایط مطلوب یک جفت کرم­های خاکی می­توانند 100 کوکون در 6 هفته تا 6 ماه تولید کنند. دوره نهفتگی کوکون در کرم­های مناطق معتدل بین سه تا 30 هفته و در کرم­های مناطق گرمسیری یک تا 8 هفته می­باشد. زمان دو برابر شدن، یعنی زمانیکه جمعیت کرم‎‏خاکی با توجه به تعداد یا بیومس آن دو برابر می­شود. که به نوع گونه­های کرم خاکی، غذا و شرایط آب و هوایی وابسته است. بیشترین استفاده موثر از کرم­های خاکی در مدیریت پسماند آلی نیاز به درک دقیق زیست شناسی از تمام دینامیک جمعیتی گونه­ های مفید، توانایی و مطالعه چرخه زندگی آن­ها دارد. کرم­های خاکی تغذیه خود را از مواد آلی، میکروارگانیسم­ها و با تجزیه موجودات بدست می­آورند. کرم­های خاکی که در سطح زندگی می­کنند دارای تغذیه انتخابی هستند، درحالیکه کرم­هایی که در عمق خاک زندگی می­کنند فقط خاک مصرف می­کنند. نوع و میزان کارایی مواد آلی در دسترس به اندازه کرم­های خاکی، جمعیت، تنوع گونه­ای، سرعت رشد و جمعیت کوکون بستگی دارد. کرم­های خاکی خیلی گرسنه در پسماندهای آلی تغذیه می­کنند، در حالی که تنها بخش کوچکی از سنتز بدن خود را برای دفع بخش بزرگی از پسماندهای آلی مصرف شده به یک شکل نیمه هضم استفاده می­کنند. روده کرم­های خاکی به دامنه وسیعی از میکروارگانیسم­ها و آنزیم­ها  پناه می­دهد. این مواد نیمه هضم شده به سرعت در حال تجزیه است و به شکل ورمی کمپوست در مدت زمان کوتاه تبدیل می­شود (3).

گونه­های کرم­ خاکی

خاک محیط زندگی انواع مختلفی از جانوران است و  کرم­های خاکی بیش از نیمی وزن خاک را تشکیل می­­دهند. از لحاظ طبقه‏بندی، کرم­های خاکی متعلق به شاخه Annelida، راسته  Haplotaxima، رده Clitellata و زیر رده Oligochaeta هستند. کرم­های خاکی که در مناطق امریکای شمالی، اروپا و آسیای غربی یافت می­شوند، اغلب متعلق به خانواده Lumbricidae هستند. در این خانواده حدود 220 گونه کرم‏خاکی وجود دارد. مهم­ترین کرم­های خاکی در این خانواده متعلق به جنس Lumbricus است. در این جنس، گونه­های بسیاری مانند کرم­های شبنم (Lumbricus trerrestris) که در خاک­های مرتعی مناطق مرطوب یافت می­شوند و کرم­های قرمز (Lumbricus rubellus) که در توده­های کود دامی یافت می­شوند، وجود دارد. جنس دیگر این خانواده Eisenia است که گونه­ های مهم این جنس، کرم­های ببری (Eisenia foetida) و کرم­های ببر قرمزی (Eisenia anderi) هستند (12). به طور کلی حدود 3000 گونه مختلف از کرم­های خاکی وجود دارد که اندازه آن­ها از 6/0 تا 330 سانتی­متر متغیر است. طبق تحقیقات انجام شده از میان این 3000 گونه کرم خاکی تنها دو گونه Eisenia foetida و rubellusLumbricus به دلیل راندمان تولید و سهولت در تکثیر  بیشترین کاربرد را در تولید ورمی کمپوست دارند (3). گونه­های مهم دیگری که در بازیافت پسماندهای آلی به کار برده شده­اند شامل         کرم­های بزرگ آفریقایی (Euderilus eugeniae) و       کرم­های آبی هندی (Perionyx excavatus) هستند که بومی مناطق گرم آسیا و آفریقا بوده و در دماهای پایین از     بین می­روند. کرم­های خاکی براساس محیط‏زیست ترجیحی خود معمولا به سه گروه Epigeic، Endogeic و Anecic تقسیم‏بندی می­شوند. کرم­های کمپوستی در توده­های کود قدیمی و لاشبرگ­های سطحی زندگی می­کنند و جزو کرم­های Epigeic هستند (12).

نقشکرم­هایخاکیدر تولید ورمی کمپوست

ورمی از لغت لاتین ورمیس گرفته شده که به معنی کرم­ها می­باشد .بنابراین ورمی کمپوست بطوریکه پیشوند این اصطلاح اشاره می­دارد، نوعی کمپوست تولید شده به کمک کرم­های خاکی است که در نتیجه تغییر و تحول و هضم پسماندهای آلی در ضمن عبور از دستگاه گوارشی این جانوران بوجود می­آید. بنابراین ورمی کمپوست، شامل فضولات کرم به همراه مواد آلی تجزیه شده و نیز اجساد کرم­ ها بوده که برای گیاه ارزش غذایی فراوانی دارد. ورمی کمپوست، تکنولوژی استفاده از انواع خاصی از کرم­های خاکی است و توان رشد و تکثیر سریع و پتانسیل قابل توجه آن­ها در مصرف انواع مواد آلی زاید، باعث می­شود مواد آلی که غالباً مزاحم و آلوده کننده محیط می­‏باشند را  به یک کود آلی با کیفیت و ممتاز تبدیل کنند. عبور آرام، مداوم و مکرر این مواد از مسیر دستگاه گوارش کرم خاکی، همراه با اعمال خرد کردن، سائیدن، بهم زدن و مخلوط کردن که در بخش­های مختلف این مسیر انجام می­شود، آغشته کردن این مواد به انواع ترشحات سیستم گوارشی مانند ذرات کربنات کلسیم، آنزیم­ها، مواد مخاطی، فرآورده­های مختلف میکروارگانیسم­های دستگاه گوارشی و بالاخره ایجاد شرایط مناسب برای ساخت اسیدهای هومیک، در مجموع مخلوطی را تولید می­کند که خصوصیاتی کاملا متفاوت با  موادفرو برده‏شد، پیدا کرده است. کرم­های خاکی یکی از اجزای مهم وزن زنده خاک را تشکیل می­دهند و در فرآیند چرخه عناصر غذایی در خاک نقش اساسی را بازی می­کنند. کرم­های خاکی تأثیر بسیار فراوانی در بهبود ساختمان، حاصلخیزی و باروری خاک، تخلخل و نفوذ آب، قابلیت استفاده عناصر غذایی، توزیع موجودات ریز خاک و کاهش شیوع بیماری­های گیاهی و عملکرد مراتع دارند. ورمی کمپوست تأثیر مهمی بر قابلیت جذب عناصر در خاک دارد. این کود از عناصر ضروری برای رشد گیاه مثل نیترات، فسفر، منیزیم، پتاسیم و کلسیم تشکیل شده است و همچنین حاوی آهن، منگنز، روی، مس و بور نیز می­باشد. مهم­تر از همه، این که کلیه این عناصر به فرم قابل استفاده برای گیاه و محلول درآب هستند. در روده کرم­های خاکی میلیون­ها میکروارگانیسم که قادر به تجزیه بقایای گیاهی هستند زندگی می­کنند. این میکروارگانیسم­ها با تجزیه مواد آلی کودهای با کیفیت عالی حاوی نیتروژن، فسفر، پتاسیم و عناصر غذایی دیگر را تولید می­کنند که برای گیاهان  قابل جذب می­باشند. فضولات کرم­های خاکی حاوی پنج برابر نیتروژن، یازده برابر پتاسیم، و هفت برابر فسفر، نسبت به مواد اولیه است و تعداد باکتری­ها در فضولات کرم­ها هزار برابر است. مهم­ترین گونه مورد استفاده برای تولید ورمی کمپوست، Eisenia foetidaاست که به دلیل سرعت رشد، تکثیر و پتانسیل کافی برای مصرف انواع مواد آلی زاید می­باشد. غذای کرم­ها می­تواند خرده­های کاغذ و مقوا، خرده برگ­های درختان، ساقه گندم و بقایای گیاهی، علف­های هرز دریایی و خاک اره، پیت اسفنجی، کمپوست و کود دامی پوسیده شده باشد. کرم­ها در شرایط مناسب سریعا تکثیر می­یابند و از مواد غذایی استفاده می­کنند. بعد از حدود هشت تا دوازده هفته، بسترها تیره رنگ شده و با مواد زاید کرم­ها مخلوط می­شود و رنگ آن کمی متمایل به قهوه­ای می­شود. ورمی کمپوست تولید شده نسبت به مواد اولیه غنی می­باشد. گیاهان کاشته شده در خاک­های مخلوط شده با ورمی کمپوست عملکرد بیشتری داشته­اند و عکس العمل گیاهان مختلف، متفاوت بوده است (11).

نقش ورمی کمپوست در مدیریت پسماندهای آلی

مدیریت مطلوب پسماندهای خانگی، شهری و صنعتی با توجه به حجم بالای تولید روزانه آن­ها در تمامی کشورها از اهمیت ویژه­ای به خصوص از دیدگاه محیط‏زیستی و بهداشتی برخوردار است. با توجه به محدودیت مکان­های مناسب دفع انواع پسماندها و از سویی اثرات نامطلوب دفن پسماند و سایر روش­های حذف و یا کنترل پسماندها بر سلامت عمومی و       محیط‏زیست، حرکت در جهت مدیریت بهینه آن­ها با نگاهی به توسعه پایدار از اهداف اصلی جوامع توسعه یافته و در حال توسعه می­باشد. در این راستا با استفاده از کرم خاکی و ایجاد ورمی کمپوست تولید کمپوست به طریق بیوتکنولوژ ی از کلیه منابع آلی از جمله پسماندهای خانگی، ضایعات کشاورزی،  لجن تصفیه فاضلاب و غیره صورت می­گیرد. در فرآیند تولید ورمی­ کمپوست از پسماند یک کود آلی بسیار مغذی تولید می­گردد که علاوه بر کاهش خطرات محیط زیستی آن، روند بازگردش آن­ها را به طبیعت به صورت کود مصرفی تسریع می­نماید. در فرآیند تولید ورمی کمپوست روزانه امکان تبدیل 500 کیلوگرم پسماند در هر متر مربع با ضریب تبدیل 90 درصد، به ورمی کمپوست وجود دارد (2). پسماندهای کشاورزی، باغبانی، فضولات حیوانی، بستر کرم ابریشم، زیست توده گیاهی (لاشبرگ)، علف­‏های هرز، غذاهای اسیدی، تند و خراب آشپزخانه و ضایعات شهری را پس از بین بردن مواد زاید غیر قابل تجزیه مانند شیشه، پلاستیک، لاستیک و فلز را می­توان به ورمی کمپوست تبدیل کرد (3).

نتیجه گیری

نتایج حاصل از این مقاله به شرح زیر می­باشد:

1. استفاده از کرم­های خاکی برای تولید کود ورمی کمپوست یک روش­ موثر و مقرون به صرفه در مدیریت پسماندهای آلی نسبت به روش­ های دفن و سوزاندن می­باشد.
2. نوع و میزان کارایی مواد آلی در دسترس برای تبدیل به ورمی کمپوست به اندازه کرم­های خاکی، جمعیت، تنوع گونه­ای، سرعت رشد و جمعیت کوکون بستگی دارد.
3. تولید ورمی کمپوست از طریق تجزیه مواد زاید آلی به کمک گونه­های خاصی از کرم­های خاکی از جمله Eisenia foetida و rubellus Lumbricus ، کود آلی بسیار مغذی، بی­بو و با توانایی اصلاح خاک تولید می‌گردد که سبب کاهش خطرات بهداشتی و محیط‏زیستی ناشی از پسماندهای آلی می­شود.
4. دو گونه کرم خاکی Eisenia foetida و rubellus Lumbricus به دلیل راندمان تولید، سهولت در تکثیر و انعطاف­پذیری بیشترین کاربرد را در تولید ورمی کمپوست دارند برای مدیریت پسماندهای آلی دارند.
5. پسماندهای آلی از جمله خانگی، کشاورزی، باغبانی، فضولات حیوانی، بستر کرم ابریشم، زیست توده گیاهی (لاشبرگ)، علف­های هرز و ضایعات شهری را پس از بین بردن مواد زاید غیرقابل تجزیه مانند شیشه، پلاستیک، لاستیک و فلز را می­توان به ورمی کمپوست تبدیل کرد.
6. با توجه به محدودیت مکان­های مناسب دفع پسماندهای آلی و از سویی اثرات نامطلوب دفن پسماند و سوزاندن بر سلامت عمومی و                  محیط‏زیست، حرکت در جهت مدیریت بهینه آن­ها با نگاهی به توسعه پایدار از اهداف اصلی جوامع توسعه یافته و در حال توسعه می­ باشد، تولید ورمی کمپوست با استفاده از فناوری زیستی کرم­های خاکی می­تواند برای مدیریت پسماندهای آلی مناسب ­باشد.

منابع

1.        فاطمی، محمد حسین، شایگان، جلال،1389، بررسی فرایند پوسش کرمی پسماندهای آلی با کرم آیزینا فئوتیدا در بسترهای مختلف (مطالعه موردی: میدان میوه و تره بار جلال آل احمد تهران).محیط شناسی، سال سی و ششم، شمارة ۵۵، ص 37-42.

2. صفرخانلو، لیلا، ترکمانی بجدنی، حسین، 1386، تولید ورمی کمپوست : روش نوین مدیریت پسماندها، سومین همایش ملی مدیریت پسماند، تهران، سازمان شهرداری­ها و دهداری­های کشور، سازمان حفاظت محیط زیست.ص1-10.
3. Sharma، S.، Pradhan، K.، Satya، S.، Vasudevan، P. 2005. Potentiality of Earthworms for Waste Management and in Other Uses – A Review. The Journal of American Science. 1(1): pp.  4-16.
4. پیر صاحب، مقداد و همکاران،1391. تولید ورمی کمپوست در مقیاس خانگی با کرم خاکی (fetidaEisenia). فصلنامه علمی-پژوهشی دانشکده بهداشت یزد.سال 11.شماره 2.ص 38-46.
5. قیصری، سعید و همکاران،1389. کاربرد فرآیند ورمی کمپوست در بازیافت زباله­های شهری (مطالعه موردی: زباله­های شهر مشهد). پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران. 14 تا 16 اردیبهشت 1389 . دانشگاه فردوسی مشهد.ص1-12.
6. Suthar، S.2006.Potentiol utilization of guar gum industrial waste in vermicompost production.Bioresource Technology. 97:pp. 2474-2477.         
7. Gupta، R.، Mutiyar، P.K.، Rawat، N.K.، Saini، M.S.، Garg، V.K.2007. Development of a water hyacinth based vermireactor using an epigeic aerthworm Eisenia fotida. Bioresource Technology. 98:pp. 2605-2610.
8. Bharadwaj،  A.2010. Management of Kitchen Waste Material through Vermicomposting. Asian J. Eep. Biol. Scl., Vol 1 (1): pp.175-177.
9. Wani، K.A.، Mamta، R.J.2013. Bioconversion of garden waste, kitchen waste and cow dung into value-added products using earthworm Eisenia fetida. Saudi Journal of Biological Sciences. 20: pp. 149–154. 

1. Dominguez،  J.، Brandon، M.G.2013.  The influence of earthworms on nutrient dynamics during the process of vermicomposting.WasteManagement & Research.31(8): pp. 859–868.

11. یحیی آبادی، مجتبی،1386، استفاده از کرم های خاکی در تولید ورمی کمپوست (مسائل و مشکلات).تهران. اولین کنگره چالش­های کود در ایران : نیم قرن مصرف کود.ص1-8.
12. هاشمی مجد، کاظم،1382، شناسایی گونه foetidaEisenia  بومی برخی از مناطق شمالی ایران و ارزیابی توان این گونه در تولید ورمی کمپوست.علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی.سال هفتم.شماره چهارم.ص61-68.