Effect of corn waste blended with cow dung and paper on vermicompost qualities using Eisenia fetida

مقدمه

مشکل تولید ضایعات از صنایع مختلف، امروزه از مسائل حاد در دنیا به‌شمار می‌رود (Ndegwa and Thompson 2001). جدا کردن زایدات آلی به‌منظور تولید محصولات مفید،  روشی پایدار در مدیریت این ضایعات می‌باشد. کمپوست نمودن، پایدارترین و اقتصادی‌ترین گزینه برای مدیریت مواد زاید آلی می‌باشد (Nair et al. 2006). پروسه تبدیل زباله‌های آلی به کود آلی، تکنیکی در جهت کاهش مشکلات محیط زیستی، افزایش حاصل‌خیزی خاک‌های کشاورزی و کاهش توسعه مکان‌های جدید برای دفن می‌باشد (Ndegwa and Thompson 2001). فرایند تولید ورمی‌کمپوست، شامل استفاده از کرم‌های‌خاکی برای تولید کمپوست از مواد آلی می باشد. کود آلی ورمی‌کمپوست، مواد دفعی کرم‌های‌خاکی، محصول نهایی فرایند تولید ورمی‌کمپوست می‌باشد(Latifah et al. 2009). روده کرم‌های‌خاکی مانند یک بیورآکتور عمل کرده که عمل خرد و تخریب کردن و تبدیل زیستی مواد آلی و معدنی کردن عناصر مختلف موجود در بستر در آن‌جا اتفاق می‌افتد (Latifah et al. 2009). کود آلی ورمی‌کمپوست به‌دلیل دارا بودن هورمون‌های رشد گیاهی و آنزیم‌های خاک و هم‌چنین ساختار فیزیکی مناسب و جمعیت میکروبی غنی، موجب افزایش عملکرد محصولات زراعی می‌گردد (Edwards 1995).

انتخاب بستر مناسب برای کرم‌های‌خاکی، کلید موفقیت در تولید ورمی‌کمپوست می‌باشد. چرا که طبیعت ضایعات آلی بر شایستگی کرم‌های‌خاکی در تجزیه مواد بستر اثرگذار می‌باشد. بستر مطلوب باید ویژگی‌هایی مانند قابلیت جذب آب بالا، حجیم شوندگی مناسب و نسبت کربن به نیتروژن نسبتا بالا را داشته باشد. بدیهی است که کودهای تولیدی از بسترهای متفاوت مواد آلی، از لحاظ ویژگی‌های مختلف، متفاوت خواهند بود (Latifah et al. 2009). ماده غذایی مناسب برای کرم‌ها می‌تواند شامل مواد غنی از نیتروژن مثل کود احشام، کود مرغی و یا سایر مواد آلی مانند ضایعات کشاورزی یا خانگی باشد (Sharma et al. 2005). کرم‌های‌خاکی به محیطی مرطوب برای زندگی نیازمندند. چرا که این کرم ها از طریق پوست تنفس می‌کنند (Latifah et al. 2009). هم چنین یک بستر مناسب برای تولید ورمی‌کمپوست، باید دارای محتوی کم پروتئین و یا نیتروژن و به بیان دیگر داشتن نسبت کربن به نیتروژن نسبتا بالا می‌باشد (Latifah et al. 2009).

Grag و همکاران (Garg et al. 2006a) کارایی کرم‌‌ خاکی E. fetida را در تولید ورمی‌کمپوست از انواع مختلفی از مواد آلی (ضایعات آشپزخانه، زایدات کشاورزی، زباله‌های صنعتی و سازمانی شامل فیبر و لجن صنایع نساجی)  بر اساس مقدار مواد مغذی (N و P) مورد مطالعه قرار دادند و نتایج بدست آمده نشان داد که ورمی‌کمپوست‌سازی، یک تکنولوژی مناسب برای تجزیه انواع مختلفی از از زباله‌های آلی (خانگی و صنعتی) و تبدیل این زایدات به مواد ارزشمند می‌باشد. Orozco  و همکاران (Orozco et al. 1996) در مطالعه ای به ارزیابی توانایی کرم‌‌ خاکی E. fetida برای تبدیل ضایعات قهوه به ورمی‌کمپوست پرداخته‌اند. در مطالعه‌ای که در مالزی در 2009 در مقایسه روزنامه و خاک اره به‌عنوان ماده آلی مورد استفاده برای تولید ورمی‌کمپوست انجام شده، اشاره شده است که روزنامه در تولید بیوماس کرمی و نرخ رشد کرم‌خاکی Perionyx excavatus موثرتر بوده، در حالی‌که خاک اره در تولید کوکون و تعداد کرم‌های خاکی مفیدتر بوده است. Pramanik و همکاران (Pramanik et al. 2007) در مطالعه‌ای در زمینه تولید ورمی‌کمپوست از کود گاوی، علوفه، علف‌های هرز آبزی و ضایعات جامد شهری همراه با اضافه کردن آهک و تلقیح میکروبی بیان داشتند که ورمی‌کمپوست تولیدی از کود گاوی دارای مقدار بیشتر مواد مغذی و هم‌چنین سطح بالاتر فعالیت‌های میکروبی و آنزیمی می‌باشد. Kaviraj و Sharma (Kaviraj and Sharma 2003) نیز تولید ورمی‌کمپوست از پسماندهای جامد شهری را روشی مناسب در مدیریت این ضایعات ارزیابی کردند. Gupta و  Garg(Gupta and Garg 2008) و Khwairakpam و  Bhargava (Khwairakpam and Bhargava 2009) در بررسی بازیافت لجن فعال فاضلاب در فرایند تولید ورمی‌کمپوست، توانستند ورمی کمپوستی با ویژگی های مطلوب بدست آورند.

متاسفانه با وجود اثرات مفید کرم‌های خاکی و افزایش سرعت معدنی شدن و هوموسی شدن بقایای آلی، فرایند تولید ورمی‌کمپوست در کشور ما گسترش چندانی نیافته است. لذا با توجه به حجم عظیم زایدات آلی در شهرهای بزرگ، صنایع و کشاورزی و همچنین مشکل کمبود مواد آلی در خاک‌های کشور، لزوم فرهنگ‌سازی و انجام تحقیقات گسترده در این زمینه بیش از پیش احساس می‌گردد. هدف از این تحقیق استفاده از ضایعات گیاه ذرت برای تولید ورمی کمپوست و افزایش مقدار مواد  مغذی آن طی فرایتد تثبیت مواد آلی می باشد. چرا که در حین برداشت گیاه ذرت در مزارع، مقادیر بسیاری پسماند و ضایعات با C/N بالا باقی می ماند که می توان از آن ها برای این منظور بهره گرفت و تولید ورمی کمپوست گام بلندی را از یک سو در مدیریت پسماندهای آلی و از سوی دیگر در کشاورزی پایدار ایفا کند.

مواد و روش‌‌ها

در این تحقیق اثر پارامتر نوع بستر تولید ورمی‌کمپوست (مقدار ذرت موجود در بستر) بر کیفیت محصول نهایی (ورمی‌کمپوست) مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. طرح حاضر در قالب طرح کامل تصادفی با سه نوع ترکیب بستر (شامل 3 سطح اختلاط مواد بستر: 40، 60 و 80 درصد وزن خشک ضایعات ذرت و مابقی کمپوست، کود گاوی و کارتن) در 3 تکرار برای هر تیمار در طی مدت 70 روز انجام پذیرفت. محل اجرای این طرح، سالن ورمی‌کمپوست کارخانه کود آلی (کمپوست) مشهد می‌باشد.

فراوری و آماده سازی مواد اولیه

مواد اولیه مورد استفاده شامل ضایعات مزارع ذرت، کود گاوی، کارتن و کمپوست زباله شهری بودند. کود گاوی، از محل دپوی کود در سایت کارخانه کمپوست مشهد و کود کمپوست نیز از سالن تولید کمپوست در کارخانه، تهیه گردید که با توجه به گذشت زمانی معادل دو ماه از انجام دپو، نسبتا تثبیت شده و فاقد تخم علف‌های هرز بود. کودگاوی نیز به‌منظور جدا کردن ذرات با سایز درشت توسط الک با سایز سه میلیمتر سرند شد. به‌منظور حذف املاح مضر و کاهش EC نیز با پخش نمودن روی یک صفحه فلزی سوراخ دار و پاشیدن آب در سه مرحله شستشو شد. ضایعات ذرت از مزارع ذرت تهیه و شسته شد و در هوای آزاد به مدت چند روز پهن گردید.کارتن نیز از زباله‌های موجود در کارخانه تهیه گردید. کارتن‌ها نیز شسته و خرد شدند. قبل از ساخت تیمارهای اصلی، از مواد اولیه جداگانه نمونه‌برداری شد و مشخصات فیزیکی و شیمیایی آن‌ها تعیین گردید.

ساخت و آماده سازی تیمارها

برای ساخت واحدهای آزمایشی از سطل‌های پلاستیکی بیضوی شکل با ابعاد 49×37 سانتیمتر، وزن یک کیلوگرم و حجم تقریبی 15 لیتر استفاده شد. پس از فراوری و آماده سازی مواد اولیه، در داخل هر یک از ظروف 5/2کیلوگرم مواد بستر (بر اساس وزن خشک) که شامل درصدهای مختلفی از ضایعات گیاه ذرت، کود گاوی، کمپوست و کارتن بودند، ریخته شده و هر ظرف به عنوان یک واحد آزمایشی به شمار آمد. این تحقیق به‌صورت طرح فاکتوریلبا سه نوع ترکیب بستر (40، 60 و 80 درصد ضایعات ذرت و مابقی کمپوست، کود گاوی و کارتن) و با سه تکرار برای هر تیمار در طی مدت 70 روز انجام پذیرفت. در این مطالعه در مجموع 9 واحد آزمایشگاهی (4×3) طرح‌ریزی شد. پس از گذشت 30 روز، عمل تلقیح کلیه تیمارها توسط کرم‌های‌خاکی نیز با اضافه کردن 150 جفت کرم‌خاکی بالغ با وزن تقریبی 300 میلی‌گرم از گونه Eiseniafetida به هر ظرفانجام شد. رطوبت بسترها در محدوده 70-60 درصد و دمای آن‌ها نیز که تابعی از درجه حرارت محل پروژه (سالن ورمی‌کمپوست) بود، در محدوده 25-15 درجه سانتیگراد تنظیم شد. به‌منظور ممانعت از هدر رفتن رطوبت مواد بستر و هم‌چنین جلوگیری از تابش مستقیم نور به بستر کرم‌های خاکی، سطوح تیمارها توسط گونی‌های نخی و نایلون پوشانیده شدند. پس از گذشت 70 روز از ساخت تیمارها و آماده شدن ورمی‌کمپوست در تمامی واحدهای آزمایشگاهی، عملیات جداسازی کرم‌های خاکی از بستر به صورت دستی انجام شد. پس از جداسازی کرم‌های خاکی به منظور حذف مواد درشت، ورمی‌کمپوست تولید شده از هر واحد آزمایشگاهی به صورت دستی توسط یک الک با سایز منافذ 3 میلی‌متر سرند شد و بدین ترتیب محصول نهایی تیمارهای مختلف آماده گردید.

نمونه‌گیری برای انجام آزمایشات

به منظور اندازه‌گیری پارامترهای فیزیکوشیمیایی مدنظر شامل pH، EC، TOC، TKN، NO₃^-، C/N، TVS و TP نمونه‌های همگنی از هر تیمار در 3 مرحله شامل ابتدای مرحله پری‌کمپوست، ابتدای مرحله ورمی‌کمپوست و انتهای مرحله ورمی‌کمپوست تهیه شد. نمونه‌های تهیه شده ابتدا به مدت 23 ساعت در داخل آون و در دمای 80 درجه سانتیگراد به‌طور کامل خشک شدند. به منظور کنترل شرایط محیطی برای رشد کرم‌های خاکی، پارامترهای pH و EC هر 10 روز یکبار برای تیمارهای مختلف توسط دستگاه pH متر و EC متر دیجیتال (Campitelli and Ceppi 2008) اندازه‌گیری شدند و رطوبت مواد بستر، پس از اندازه‌گیری و در صورت نیاز مجددا با اضافه کردن مقادیر مشخص آب در محدوده 70-60 درصد وزنی تنظیم گردید. سایر پارامترهای فیزیکوشیمیایی شامل TOC به روش والکی بلاک¹(Walkley and Black 1934) ، TKNبه روش کجلدال² (Schollenberger 1945)، C/N، TPاز روش اولسن³(Kostecka and Kaniuczak 2008) و نیترات به روش اسپکتروفتومتری (Huffman and Barbarick 1981)، در هر سه مرحله نمونه گیری، اندازه‌گیری شدند.

تجزیه و تحلیل آماری

طرح حاضر در قالب طرح کامل تصادفی انجام پذیرفت. آماده سازی داده‌ها در برنامه Excel وتجزیه و تحلیل داده‌ها با نرم‌افزار SPSS انجام شد. مقایسه میانگین تیمارها با آزمون چند دامنه‌ای دانکن انجام گرفت و نمودارها نیز با استفاده از برنامه  SigmaPlotرسم گردیدند.

نتایج و بحث

مشخصات فیزیکی و شیمیایی مواد اولیه مورد استفاده برای تهیه بسترهای تولید ورمی کمپوست در جدول 1 ارائه شده است.

نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده های آزمایش (جدول 2 و 3) بیانگر این بود که اثر مقدار ذرت موجود در بستر تولید ورمی کمپوست در همه مراحل نمونه برداری شامل ابتدای فرایند، روز 30 (انتهای مرحله پیش کمپوست) و روز 70 (انتهای مرحله ورمی کمپوست) بر مقدار TOC، TVS،  NO₃^-، نسبت C/N و TP در سطح اطمینان 99% و بر مقدار TKN در سطح اطمینان 95% معنی دار بود.  هم چنین این فاکتور بر مقدار EC در 8 مرحله نمونه گیری با فواصل ده روزه، تغییرات معنی داری را در سطح 99% نشان داد. اما اثر مقدار ضایعات ذرت موجود در بستر در هیچ یک از مراحل نمونه برداری، بر تغییرات pH معنی دار نبود (01/0≤p).

بررسی تغییرات هدایت الکتریکی (EC)

EC از پارامترهای مهم در ارزیابی شوری و مقدار یون‌های موجود در محلول اشباع خاک می‌باشد. با توجه به این‌که در اثر فعالیت کرم‌های خاکی و تجزیه مواد آلی و معدنی شدن آن‌ها، حلالیت و تحرک آن‌ها زیاد می‌شود، هدایت الکتریکی مواد بستر به‌مقدار قابل توجهی در طی فرایند تولید ورمی‌کمپوست در تمامی تیمارها  به‌صورت پیوسته افزایش یافته است (شکل 1). افزایش در مقدار EC می‌تواند به‌علت کاهش مواد آلی بستر و هم‌چنین رها شدن نمک‌های معدنی مختلف در فرم‌های قابل دسترس (مانند فسفات، آمونیوم و پتاسیم) در طول فرایند نیز باشد (Kaviraj and Sharma 2003) دلیل افزایش EC در طی فرایند این است که بر اثر فعالیت میکروارگانیسم‌ها در مرحله پیش‌کمپوست‌سازی و فعالیت مشترک کرم‌های خاکی و میکروارگانیسم‌ها در مرحله ورمی‌کمپوست‌سازی، بیشتر عناصر به‌ فرم‌های معدنی قابل دسترس در آمده و در محیط آزاد می‌شوند و در نتیجه غلظت آن‌ها به‌تدریج افزایش می‌یابد و موجب بالا رفتن EC می‌شود.  افزایش EC در کمپوست‌سازی هم‌زمان خاک اره و زئولیت با لجن فاضلاب مشاهده شده است (Zorpas and Loizidou 2008). Garg و همکاران (Garg et al. 2006a) در مطالعه‌ای در زمینه تولید ورمی‌کمپوست از انواع مختلفی از مواد زاید آلی توسط E. fetida افزایش EC را در تمامی تیمارها گزارش کردند و دلیل این امر را رها شدن یون‌های قابل دسترس و کانی‌هایی معرفی کردند که در طول فرایند هضم و دفع مواد آلی توسط کرم‌های خاکی تولید شدند. Wang و همکاران (Wang et al. 2004) نیز در مطالعه‌ای بر تولید ورمی‌کمپوست از فضولات خوک چنین نتیجه گرفتند که مقدار EC در طول فرایند ورمی‌کمپوست‌سازی به‌طور معنی‌داری افزایش می‌یابد. Garg و همکاران (Garg et al. 2006b) نیز در تحقیقات خود، این نتیجه را تایید نمودند.

نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده‌های آزمایش بیانگر این بود که اثر مقدار ذرت موجود در بستر تولید ورمی‌کمپوست در همه مراحل نمونه‌برداری که در فواصل زمانی 10 روزه انجام گرفته است، بر مقدار EC معنی‌دار بود (01/0p≤). بررسی مقایسه میانگین داده‌های آزمایش نشان داد که با افزایش میزان ذرت، میزان مواد آلی موجود در بستر افزایش یافته و در نتیجه فعالیت کرم‌های خاکی موجود در بستر زیاد شده که منجر به آزادسازی یون‌های بیشتر و در نتیجه افزایش EC می‌شود. لذا تیمارهایی که حاوی 80% ضایعات ذرت هستند، دارای بیشترین میزان EC (به‌ترتیب 95/1 و mS/cm  48/3 در ابتدا و انتهای فرایند) و تیمارهایی که حاوی 40% ضایعات ذرت هستند، دارای کمترین میزان EC (به‌ترتیب 55/1 و mS/cm 97/2 در ابتدا و انتهای فرایند) بودند (شکل 1).

بررسی تغییرات pH

pH یکی از پارامترهای بسیار مهم و تاثیرگذار بر میزان فراهمی عناصر در خاک می‌باشد. موجودات خاک از جمله کرم‌های‌خاکی و میکروارگانیسم‌ها قادر به تغییر pH خاک می‌باشند. تجزیه مواد آلی نیتروژن‌دار، موجب تولید یون‌های آمونیوم (NH₃) و اسید هیومیک می‌شود (Komilis and Ham 2006). این دو ترکیب، رفتاری متفاوت بر pH دارند. وجود گروه‌های فنولی و کربوکسیلی در هیومیک اسید، منجر به کاهش pH شده، در حالی‌که یون‌های آمونیوم، افزایش pH را سبب می‌شوند. اثر متقابل این دو ترکیب منجر به تنظیم pH ورمی‌کمپوست و نیل آن به‌سمت pH خنثی می‌شود (Pramanik et al. 2007). در این مطالعه pH کلیه تیمارها در طی دوره پیش‌کمپوست، افزایش یافت.  پس از 30 روز، pH کلیه تیمارها از میانگین 33/7 به 74/7 رسید (شکل 2). این افزایش pH در ابتدای فرایند کمپوست‌سازی توسط پژوهشگران متعددی مشاهده شد (Huang et al. 2004; Zhu 2007; Zorpas and Loizidou 2008). فعالیت شدید میکروبی و تجزیه مواد آلی در هفته‌های نخست، سبب تشکیل آمونیوم و افزایش pH در توده کمپوست می‌شود (Saludes et al. 2008; Sánchez-Monedero et al. 2001). از روز 30، ابتدای مرحله تولید ورمی‌‌کمپوست تا روز 50 نیز افزایش در میزان pH مشاهده شد. افزایش pH مواد بستر در این مرحله نیز نشان دهنده فعالیت‌ میکروارگانیسم‌ها و کرم های خاکی طی فرایند سوخت و ساز هوازی در حضور رطوبت کافی و در نتیجه تولید ترکیبات بازی (مانند آمونیاک حاصل از تجزیه مواد آلی نیتروژن دار) می‌باشد. از روز 50 تا انتهای فرایند در اثر تثبیت بیشتر ترکیبات آلی و تشکیل اسیدهای ضعیف و هم‌چنین در اثر مصرف ترکیبات بازی مذکور (تبدیل آمونیاک به نیترات)، pH مواد بستر کاهش یافت. هم‌چنین کاهش pH مواد بستر می‌تواند به‌دلیل تولید گاز دی‌اکسید‌کربن در اثر فعالیت‌های متابولیسمی کرم‌های‌خاکی و میکروارگانیسم‌ها و کاهش وزن خشک مواد بستر نیز باشد (Garg et al. 2006a; Gunadi et al. 2002; Singh et al. 2005).

Sing و همکاران (Singh et al. 2005). در مطالعه‌ای در زمینه تولید ورمی‌کمپوست از مخلوط کود گاوی و مواد زاید آشپزخانه  دریافتند که با وجود تفاوت در مقدار pH اولیه، ابتدا pH مواد بستر افزایش و سپس کاهش یافته به‌طوری‌که پس از 30 روز از شروع تحقیق به حدود pH خنثی رسید. Loh و Lee (Loh et al. 2005) فرایند ورمی‌کمپوست را در مخلوط کودهای حیوانی مورد مطالعه قرار دادند که  نتیجه تحقیق آن‌ها دلالت بر این دارد که pH مواد اولیه روندی را از خنثی تا قلیایی و سپس اسیدی نشان داده است که چنین نتیجه‌ای توسط Ndegwa (Ndegwa et al. 2000) نیز گزارش شده است. این پژوهشگران یکی از دلایل کاهش pH را تبدیل زیستی مواد اولیه به مواد حد واسط از جمله اسیدهای آلی دانسته و هم‌چنین دلیل دیگر آن‌ را معدنی شدن نیتروژن و فسفر و تبدیل آن‌ها به نیترات، نیتریت و ارتوفسفات معرفی کردند. Garg و همکاران (Garg et al. 2006a) نیز در مطالعه‌ای که با هدف بررسی پتانسیل بازیافت انواع مختلف مواد زاید آلی انجام دادند، کاهش pH مواد بستر را در تمامی تیمارها در طول دوره 100 روزه گزارش کردند و این کاهش را به آزاد شدن گاز دی‌اکسیدکربن و اسیدهای آلی حاصل از تجزیه مواد غذایی موجود در بستر به‌وسیله کرم‌های‌خاکی و میکروارگانیسم‌ها نسبت دادند.

بررسی تغییرات کل کربن آلی (TOC)

یکی از مهم‌ترین خصوصیات شیمیایی بستر که در فرایند تولید ورمی‌کمپوست تغییراتی را نشان می‌دهد، کربن آلی می‌باشد که بر اثر معدنی شدن مواد آلی و فرایندهای زیستی کرم‌های‌خاکی ایجاد می‌شود. با گذشت زمان، مقدار TOC مواد بستر در کلیه تیمارها، کاهش یافته است (شکل 3). Elvira و همکاران (Elvira et al. 1998) 42-20% کاهش TOC به‌دلیل از دست رفتن ترکیبات کربنی به‌صورت      CO₂ را در طی فرایند ورمی‌کمپوست گزارش کردند. کاهش مقدار TOC در تیمارهای مختلف در طول دوره ورمی‌کمپوست، ناشی از معدنی شدن و تجزیه مواد آلی توسط کرم‌های خاکی و میکروارگانیسم‌های موجود در مواد بستر (مصرف مواد آلی در دسترس در بستر به‌عنوان منبع انرژی) است (Loh et al. 2005; Singh et al. 2005). هم‌چنین به‌علت کاهش نسبت C/N در طول فرایند، تعداد کرم‌های خاکی موجود در بستر به‌تدریج افزایش یافته (Ndegwa and Thompson 2000) و این امر، موجب کاهش TOC به‌دلیل افزایش اکسیداسیون مواد آلی می‌شود (Pramanik et al. 2007). از آن‌جایی‌که شرایط موجود در تیمارهای مختلف، متفاوت است، فعالیت و جمعیت کرم‌ها و میکروارگانیسم‌های موجود در آن‌ها نیز متفاوت می‌باشد. به‌همین دلیل تغییراتی که در مقدار TOC تیمارهای مختلف مشاهده می‌شود، یکسان نیست.

نتایج تجزیه واریانس بیانگر این بود که اثر مقدار ذرت موجود در بستر تولید ورمی‌کمپوست در ابتدا و انتهای فرایند بر مقدار TOC در سطح اطمینان 99% معنی‌دار بود. بررسی مقایسه میانگین داده‌های آزمایش نشان داد که با افزایش میزان ذرت در تیمارها میزان مواد آلی و TOC موجود در بستر افزایش یافت. چرا که میزان کربن آلی در ضایعات ذرت نسبت به سایر مواد تشکیل دهنده بستر به‌طور معنی‌داری بیشتر می‌باشد. شکل 3  نشان می‌دهد که کمترین میزان TOC در ابتدای فرایند، روز 30 و 70 در تیمارهای دارای 40% ضایعات ذرت به‌ترتیب 95/39، 98/33 و 11/28 درصد بود و بیشترین میزان آن در تیمارهای دارای %80 ضایعات ذرت به‌ترتیب 59/50، 85/40 و 80/33 درصد بود.

بررسی تغییرات جامدات کل فرار (TVS)

از جمله پارامترهای مهم دیگری که در طول فرایند ورمی‌کمپوست تغییر می‌کند، مقدار کل مواد جامد فرار (TVS) است که در واقع شاخص میزان مواد آلی قابل تجزیه بیولوژیکی در محیط است و به‌همین دلیل همانند TOC تغییرات این پارامتر نیز تابع فعالیت‌های کرم‌ها و میکروارگانیسم‌ها بر روی مواد آلی و تجزیه این مواد است. در تحقیق حاضر، روند تغییرات این پارامتر در تیمارهای مختلف در روزهای 0،30 و 70 فرایند اندازه‌گیری شد و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

با گذشت زمان مقدار TVS مواد بستر در کلیه تیمارها به‌‌‌صورت پیوسته در طی مدت تحقیق کاهش یافت (شکل 4). کرم‌های خاکی هم از طریق فعالیت خود و هم از طریق بهبود شرایط اقلیم خرد برای فعالیت میکروارگانیسم‌ها، تجزیه بیولوژیکی مواد آلی را افزایش داده و از این طریق باعث کاهش TVS مواد بستر می‌شوند (Garg and Kaushik 2005; Khwairakpam and Bhargava 2009; Loh et al. 2005; Ndegwa et al. 2000). هم‌چنین به‌علت کاهش نسبت C/N در طول فرایند، تعداد کرم‌های خاکی موجود در بستر به‌تدریج افزایش یافته (Ndegwa and Thompson 2000) و این امر موجب افزایش اکسیداسیون مواد آلی و در نتیجه کاهش TVS می‌شود (Pramanik et al. 2007). Khwairakpam و Bhargava (Khwairakpam and Bhargava 2009) در بررسی بازیافت لجن فعال فاضلاب و تولید ورمی‌کمپوست از آن، افزایش در مقدار خاکستر و در نتیجه کاهش TVS ورمی‌کمپوست گزارش شد. Gupta و همکاران (Gupta et al. 2007) نیز در تولید ورمی‌کمپوست از گیاه سنبل آبی و کود گاوی، 5/56-3/16% درصد افزایش در میزان خاکستر را در ورمی‌کمپوست نسبت به مواد اولیه و در نتیجه کاهش در TVS را نتیجه گرفتند. Sangwan و همکاران (Sangwan et al. 2008) نیز افزایش خاکستر (کاهش میزان TVS) را به‌علت معدنی شدن مواد آلی گزارش نمودند.

از آن‌جایی‌که شرایط موجود در تیمارهای مختلف، متفاوت بود، فعالیت و جمعیت کرم‌ها و میکروارگانیسم‌های موجود در آن‌ها نیز متفاوت بود. به‌همین دلیل تغییراتی که در مقدار کل جامدات آلی در تیمارهای مختلف مشاهده شد، یکسان نبود. لذا نتیجه تجزیه واریانس داده‌های آزمایش بیانگر این بود که اثر درصد ذرت موجود در بستر تولید ورمی‌کمپوست در همه مراحل نمونه‌برداری شامل ابتدای فرایند، انتهای مرحله پیش‌کمپوست و انتهای مرحله ورمی‌کمپوست بر مقدار TVS معنی‌دار بود (01/0p≤).  بر اساس شکل 4 می‌توان گفت که با افزایش میزان ذرت در تیمارها، میزان مواد آلی موجود در بستر افزایش معنی‌داری را در هر سه مرحله نمونه‌برداری نشان داد. چرا که میزان کربن آلی در ضایعات ذرت نسبت به سایر مواد تشکیل دهنده بستر بیشتر بود، به‌طوری‌که بیشترین میزان TVS در تیمارهای با 80% ذرت (22/73، 98/57 و 97/51% به ترتیب در ابتدای فرایند، روزهای 30 و 70) و کمترین TVS در تیمارهای با 40% ذرت (65/63، 65/53 و 41/44% به ترتیب در ابتدای فرایند، روزهای 30 و 70) مشاهده گردید.

بررسی تغییرات نیتروژن کل (TKN) و نیترات (NO₃^-)

نیتروژن یکی از عناصر غذایی مهم برای رشد گیاه محسوب شده و در نتیجه بررسی مقدار و تغییرات آن در ورمی‌کمپوست از نظر ارزیابی ارزش کود نهایی بسیار مهم است. با گذشت زمان مقدار TKN و نیترات در کلیه تیمارها در هر دو مرحله نمونه‌برداری افزایش معنی‌داری یافته است (شکل 5 و 6). یکی از دلایل اصلی این افزایش، کاهش مواد آلی بستر در اثر فرایند تجزیه توسط میکروارگانیسم‌ها و کرم‌های‌خاکی و تبدیل شدن کربن مواد آلی به گاز دی‌اکسیدکربن و کاهش وزن خشک بستر می باشد. همچنین می‌توان به لعاب و تراوه‌های نیتروژن‌دار، هورمون‌های محرک رشد و آنزیم‌هایی که توسط کرم‌های خاکی تولید شده و به مواد بستر اضافه می‌شوند، اشاره نمود که همه این مواد سرشار از نیتروژن می‌باشند (Wang et al. 2004).  کاهش مقدار pH در طول دوره تهیه ورمی‌کمپوست نیز، یک فاکتور مهم در حفظ نیتروژن است (Hartenstein and Hartenstein 1981). زیرا در pH قلیایی، نیتروژن تبدیل به گاز آمونیاک شده و تصعید می‌گردد. هم چنین در بررسی بازیافت لجن فعال فاضلاب و تولید ورمی‌کمپوست از آن، به این نکته اشاره سشده است که مقدار نیتروژن نهایی به مقدار نیتروژن اولیه ضایعات و هم‌چنین سرعت تجزیه مواد آلی بستگی دارد. (Khwairakpam and Bhargava 2009). Pramanic و همکاران (Pramanik et al. 2007) نیز بیان نمودند که میزان TKN کود تولیدی، علاوه‌بر وابسته بودن به میزان TKN مواد اولیه بستر، به مقدار نسبت C/N بستر وابسته می‌باشد. هرچه نسبت C/N مواد آلی بستر کمتر باشد، نرخ تجزیه مواد آلی افزایش یافته و در نتیجه میزان نیتروژن موجود در بستر افزایش می‌یابد.

 بسیاری از محققین، افزایش TKN و نیترات را طی فرایند ورمی‌کمپوست از ضایعات مختلف مشاهده نموده‌اند.  Gargو همکاران (Garg et al. 2006a) در تحقیقی بر ورمی‌کمپوست به‌دست آمده از تیمارهای مختلف متشکل از کود گاوی، انواع مختلف ضایعات و خاک بیان نمودند که مقدار نیتروژن مواد بستر در تمام تیمارها به‌طور معنی‌داری با گذشت زمان افزایش یافته است و این افزایش را به‌ حضور کرم‌های‌خاکی و ضایعات نیتروژنی ترشح شده توسط آن‌ها نسبت دادند. Gupta و همکاران (Gupta et al. 2007) نیز افزایش TKN مواد بستر را در طی فرایند تولید ورمی‌کمپوست ازسنبل آبی نشان دادند. در مطالعات متعدد دیگری نیز افزایش میزان نیترات و کاهش آمونیوم  را در طی فرایند ورمی‌کمپوست اعلام نمودند (Aira et al. 2007; Khwairakpam and Bhargava 2009). آن‌ها علت افزایش نیتروژن کل را کاهش وزن خشک مواد بستر (کاهش مواد آلی در فرم CO₂) در حین استفاده کرم‌ها و میکروارگانیسم‌ها از آن و هم‌چنین کاهش رطوبت بستر در اثر تبخیر در حین فرایند معدنی شدن مواد آلی بیان نمودند. کاهش آمونیوم (NH₄⁺) را نیز در نتیجه‌ی افزایش نیترات اعلام کردند. Frederickson و همکاران (Frederickson et al. 2007) نیز در بررسی ویژگی‌های کمپوست و ورمی‌کمپوست، افزایش نیترات را در هر دو روش (کمپوست و ورمی‌کمپوست) مشاهده نمودند، اما این افزایش در ورمی‌کمپوست بسیار مشهودتر بود.

نتایج تجزیه واریانس حاکی از آن بود که اثر مقدار ذرت موجود در بستر تولید ورمی‌کمپوست در همه مراحل نمونه‌برداری شامل ابتدای فرایند، انتهای مرحله پیش‌کمپوست و انتهای مرحله ورمی‌کمپوست در سطح اطمینان 99%  بر مقدار TKN و NO₃معنی‌دار بود. بررسی مقایسه میانگین داده‌های آزمایش نشان داد که با افزایش میزان ذرت در تیمارها، میزان TKN و  در نتیجه میزان NO₃^-کاهش یافت. میزان TKN در ضایعات ذرت نسبت به سایر مواد تشکیل دهنده بستر کمتر بود به‌طوری‌که کمترین میزان TKN در ابتدای فرایند و روزهای 30 و 70، در تیمارهای دارای 80% ضایعات ذرت مشاهده شد که به‌ترتیب 30/1، 48/1 و 60/1 درصد بود و بیشترین میزان آن در ابتدای فرایند و روزهای 30 و 70، در تیمارهای دارای 40% ضایعات ذرت مشاهده شد که به‌ترتیب 37/1، 69/1 و 97/1 درصد بود (شکل5). کمترین میزان NO₃^- نیز در روز 30 و 70، در تیمارهای دارای 80% ضایعات ذرت مشاهده شد که به‌ترتیب 65/21±52/379 و 75/64±23/1458 درصد بود و بیشترین میزان آن در روز 30 و 70، در تیمارهای دارای 40% ضایعات ذرت مشاهده شد که به‌ترتیب 83/27±18/459 و 87/72±40/1780 درصد بود (شکل6).

بررسی تغییرات نسبت کربن به نیتروژن (C/N)

یکی از مهم‌ترین شاخص‌های ایمنی کمپوست برای استفاده در خاک، درجه پایداری یا رسیدگی کمپوست است که نشان دهنده میزان تثبیت مواد آلی (مقدار مواد آلی پایدار)، عدم حضور ترکیبات سمی و بیماری‌های گیاهی و جانوری در آن می‌باشد. در یک کمپوست ناپایدار، امکان وجود ترکیبات آلی تجزیه نشده که مولد بو می‌باشند و نیز ترکیبات سمی تولید شده به‌وسیله میکروارگانیسم‌ها وجود دارد. یکی از مهم‌ترین پارامترها برای ارزیابی میزان پایداری و رسیدگی کمپوست، نسبت C/N محصول نهایی می‌باشد. این نسبت، منعکس کننده تجزیه ترکیبات آلی و پایداری به‌دست آمده طی فرایند کمپوست‌سازی می‌باشد (Huang et al. 2006). در تحقیق حاضر، نسبت C/N مواد بستر در تمامی تیمارها با گذشت زمان کاهش یافت (شکل 7). دلیل کاهش نسبت C/N، تجزیه مواد آلی در طول دوره کمپوست به‌وسیله کرم‌ها و میکروارگانیسم‌ها و تبدیل کربن آلی به گاز دی‌اکسیدکربن است که از بستر خارج می‌گردد. از طرف دیگر، نیتروژن محیط نیز به‌دلیل تجزیه مواد آلی و هم‌چنین اضافه شدن لعاب، مخاط، هورمون‌های محرک رشد و آنزیم‌های تولید شده توسط کرم‌های خاکی به مواد بستر که سرشار از نیتروژن می‌باشند، افزایش می‌یابد. برایند عوامل فوق، منجر به کاهش نسبت C/N مواد بستر در طی فرایند تولید ورمی‌کمپوست می‌گردد. Suthar (Suthar 2007) در مطالعات خود، علت کاهش حدود 62 تا 69 درصدی در نسبت C/N را آزاد شدن بخشی از کربن آلی به‌صورت گاز دی‌اکسیدکربن و نیز معدنی شدن نیتروژن در اثر پروسه‌های تجزیه میکروبیولوژی گزارش نموده‌اند. Khwairakpam و Bhargava (Khwairakpam and Bhargava 2009) در بررسی بازیافت لجن فعال فاضلاب و تولید ورمی‌کمپوست از آن، کاهش در نسبت C/N را در اثر  تجزیه مواد آلی بستر از یک سو و افزایش نیتروژن به‌علت تولید موکوز و ترکیبات نیتروژنی از سوی دیگر گزارش نمودند. Tripathi و Bhardwaj (Tripathi and Bhardwaj 2004) فرایند تجزیه ضایعات آشپزخانه را همراه با کود گاوی با استفاده از دو گونه کرم‌خاکی بررسی کردند و گزارش نمودند که نسبت C/N از اهمیت زیادی برخوردار است، زیرا گیاهان نمی‌توانند خود را با نسبت‌های C/N بالا وفق دهند و حد مجاز نسبت C/N برای اهداف گیاهی 20:1 گزارش شده است. Gupta و همکاران (Gupta et al. 2007) نیز در تولید ورمی‌کمپوست از عدسک‌های آبی، کاهش 66 تا 89 درصدی را در تیمارهای خود گزارش نمودند. از طرف دیگر، Pramanic و همکاران (Pramanik et al. 2007) در بررسی ویژگی‌های ورمی‌کمپوست تولیدی از ضایعات آلی شامل زباله‌های جامد شهری، گیاهان آبزی، علف و کود گاوی بیان نمودند که نسبت C/N کود تولیدی، به نسبت C/N مواد اولیه موجود در بستر وابسته می‌باشد.

نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده‌ها بیانگر این است که اثر مقدار ذرت موجود در بستر در ابتدای فرایند، روز 30 و 70 بر نسبت C/N در سطح اطمینان 99% معنی‌دار بود. با افزایش میزان ذرت، میزان مواد آلی و TOC موجود در بستر افزایش و میزان TKN آن کاهش و در نتیجه نسبت C/N  افزایش یافت. به‌طوری‌که بیشترین نسبت C/N در تیمارهای با 80% درصد ذرت (به‌ترتیب در ابتدا، روز 30 و 70 برابر با 78/0±28/38، 87/0±12/28 و 94/0±18/21) و کمترین نسبت C/N در تیمارهای با 40% درصد ذرت (به‌ترتیب در ابتدا، روز 30 و 70 برابر با 70/1±28/29، 1±09/20 و 53/0±42/14) مشاهده گردید (شکل 7).

بررسی تغییرات فسفر کل (TP)

با توجه به اهمیت فسفر در کودهای آلی و نیز با توجه به فرایند معدنی شدن مواد آلی در طول دوره تشکیل ورمی‌کمپوست، در این تحقیق فسفر کل در همه تیمارها در فواصل زمانی 0، 30 و 70 روزه اندازه‌گیری شد و روند تغییرات آن در طول دوره فرایند در تیمارهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. با گذشت زمان مقدار TP مواد بستر در کلیه تیمارها ‌افزایش یافت (شکل 8). افزایش مقدار فسفر مواد بستر در طول فرایند تولید ورمی‌کمپوست به‌دلیل فرایندهای تجزیه مواد آلی و تبدیل ترکیبات آلی فسفره به فسفات‌های محلول (معدنی شدن) می‌باشد.

Ghosh و همکاران (Ghosh et al. 1999) در بررسی فرم‌های مختلف فسفر در طول فرایند تهیه ورمی‌کمپوست از انواع مختلف ضایعات چنین نتیجه گرفتند که مقدار فسفر آلی در اثر فرایند معدنی شدن با گذشت زمان افزایش می‌یابد ولی میزان و سرعت این افزایش در ضایعات مختلف متفاوت است. زیرا رشد و تکثیر و فعالیت کرم‌های خاکی و میکروارگانیسم‌ها در همه بسترها یکسان نیست. Garg و همکاران (Garg et al. 2006b) افزایش 38 تا 55 درصدی مقدار فسفر قابل دسترس را طی فرایند تولید ورمی‌کمپوست گزارش کردند و به‌طور مستقیم آن را به فعالیت‌های آنزیمی دستگاه گوارش کرم خاکی بر روی مواد بلعیده شده و به‌طور غیرمستقیم به فعالیت‌های جامعه میکروبی موجود در روده و بستر رشد کرم‌های خاکی نسبت دادند. Tripathi و Bhardwaj (Tripathi and Bhardwaj 2004) در ورمی‌کمپوست‌سازی از ضایعات صنایع مرغداری و گاوداری، افزایش مقدار فسفر را در انتهای دوره 150 روزه تولید ورمی کمپوست با کرم خاکی  E. fetida حدود سه گرم بر کیلوگرم و با کرم خاکی L. mauritii حدود دو گرم بر کیلوگرم گزارش کردند و این در حالی بود که مقدار افزایش در تیمار شاهد (بدون کرم خاکی) کمتر از یک گرم بر کیلوگرم اندازه‌گیری شد. آن‌ها دلیل افزایش فسفر را معدنی شدن و متحرک شدن فسفر به‌دلیل وجود میکروارگانیسم‌ها و آنزیم‌های محلول کننده فسفر در روده کرم‌های خاکی گزارش کردند. هم چنین Ghosh  و همکاران (Ghosh et al. 1999) در مطالعه‌ی فرم‌های مختلف فسفر در طول فرایند تهیه ورمی‌کمپوست از انواع مختلف ضایعات اشاره داشتند که تغییرات میزان فسفر در کود نهایی به نوع پسماند موجود در بستر وابسته است. در مطالعه‌ای نیز که در زمینه تولید ورمی‌کمپوست از عدسک آبی انجام شد، به این دلیل که این ماده آلی حاوی مقدار زیادی فسفر می‌باشد، ورمی‌کمپوست تولید شده از آن نیز مقدار زیادی فسفر را نسبت به سایر ورمی‌کمپوست‌ها دارا بود (Kostecka and Kaniuczak 2008).

بررسی نتایج تجزیه واریانس داده‌ها نشان داد که اثر درصد ذرت موجود در بستر تولید ورمی‌کمپوست بر میزان فسفر کل در همه مراحل نمونه‌برداری شامل ابتدای فرایند، انتهای مرحله پیش‌کمپوست و انتهای مرحله ورمی‌کمپوست بر مقدار TP در سطح اطمینان 99% معنی‌دار بود. شکل 8 نشان داد که با افزایش میزان ذرت در تیمارها میزان فسفر کل موجود در بستر افزایش معنی‌داری را در هر سه مرحله نمونه‌برداری نشان داد. چرا که میزان TP در ضایعات ذرت نسبت به سایر مواد تشکیل دهنده بستر به‌طور معنی‌داری بیشتر می‌باشد. لذا بیشترین میزان فسفر در تیمارهای با 80% (به‌ترتیب در ابتدای فرایند و روزهای 30 و 70 برابر با 04/0±75/2، 08/0±36/3 و 07/0±79/3) و کمترین میزان آن در تیمارهای با 40% (به‌ترتیب در ابتدای فرایند و روزهای 30 و 70، برابر با 09/0±35/2، 07/0±89/2 و 08/0±19/3) مشاهده گردید

نتیجه‌گیری و پیشنهادات

کیفیت کمپوست و ورمی‌کمپوست، مهمترین معیار در بازیافت زایدات آلی، بازاریابی کودهای تولیدی و کاربرد این کودها در کشاورزی می‌باشد. نتایج این مطالعه نشان داد که ضایعات مزارع ذرت می‌توانند به‌عنوان بسترهای پرورشی برای تولید ورمی‌کمپوست مورد استفاده قرار بگیرند. با افزایش میزان ذرت موجود در بستر، ویژگی‌های محصول نهایی و از جمله نسبت C/N، TKN، TOC، TP مناسب‌تر شده و ورمی کمپوست تولیدی می‌تواند به‌دلیل غنی بودن از عناصر ماکرو و میکرو، pH و EC تعدیل شده، کود آلی مناسبی در افزایش بیوماس محصولات زراعی محسوب شود. در راستای غنی سازی و باروری خاک های ضعیف کشور نیز، کود آلی ورمی کمپوست می تواند جایگزین کودهای شیمیایی گردد. همچنین این تکنولوژی طبیعی و سازگار با محیط زیست، می تواند جهت دفع مواد زاید جامد شهری استفاده گردد. متاسفانه با وجود مناسب بودن تکنولوژی استفاده از کرم‌های خاکی برای بازیافت زایدات آلی، استفاده از آن‌ها در کشور ما گسترش چندانی نیافته است. بدیهی است که با توجه به حجم عظیم ضایعات آلی در شهرهای بزرگ، صنایع کشاورزی و هم‌چنین مشکل کمبود مواد آلی در خاک‌های کشورمان، تحقیقات گسترده‌تری در این زمینه ضروری به‌نظر می‌رسد. شناسایی گونه‌های کرم‌های خاکی کمپوست‌ساز بومی کشور و مقایسه عملکرد آن ‌ها با کرم خاکی Eisenia fetida  و یا استفاده از مخلوطی از کرم های خاکی و هم چنین مطالعه و بررسی تاثیر عوامل مختلف در زمینه فعالیت کرم‌های خاکی برای بهبود نسبت کربن به نیتروژن مواد بستر، از جمله اضافه کردن افزودنی‌های مختلف به بستر مانند برگ خشک، کاه و علف‌های خشکیده و تراشه  چوب می تواند در تکمیل نتایج این مطالعه تاثیرگذار باشد.