从干物流量谈发展生态蚕业——如皋市打造绿色低碳循环蚕业的例证分析

钱忠兵 薛卫东 沈卫德

(1苏州大学基础医学与生物科学学院,江苏苏州 215123; 2如皋市蚕桑站,江苏如皋 226500)

从干物流量谈发展生态蚕业
——如皋市打造绿色低碳循环蚕业的例证分析

钱忠兵1,2薛卫东2沈卫德1

(1苏州大学基础医学与生物科学学院,江苏苏州 215123;2如皋市蚕桑站,江苏如皋 226500)

生态蚕业代表了现代蚕业的发展方向,从蚕桑产业生产过程中自然合成的干物质转换出发,对如皋市发展生态蚕业的实证进行了分析,并就蚕桑产业的生态效应进行了评价,阐明了发展生态循环蚕业的发展前景,为江苏省发展生态蚕业提供参考。

干物流量;生态蚕业;综合利用;环境保护

生态蚕业是按照生态学与生态经济学的原理,运用系统工程的方法,把发展经济与建设优美环境、充分合理的利用与增殖资源统一起来,达到经济、社会、生态效益的统一,实现经济与生态的两个良性循环,从而形成“合理投入,优化环境,持续发展,增加产量,改善品质,提高效益”的现代蚕业新格局。用发展的观点看,在蚕桑生产过程中推广生态养蚕具有必然性,它将决定我国传统产业的发展方向。近几年,如皋市蚕桑科技工作者积极探索生态循环蚕业发展的新技术、新模式,积累发展生态蚕业的经验,拓宽传统蚕业的增收渠道,取得了显著成效。

1 发展生态养蚕的可行性分析

1.1 蚕桑生产过程中的干物流量分析

桑树生长过程中,经过光合作用把光能转化为化学能,一部分化学能被植物生长所利用,另一部分则贮藏于植物体内,其中贮藏在叶片里的化学能部分通过养蚕转移到蚕体。年产新鲜桑叶 1 500 kg的桑园(养蚕可产鲜茧 100 kg),通过光合作用合成的干物量约为 675 kg,其中桑叶平均含水率为 75%,可得干物 375 kg;夏伐 1次收获桑条(鲜)750 kg,含水率以 60%计算,可得干物 300 kg。桑叶全部用于养蚕,食下率按 65%计算,由蚕食下的桑叶干物量约为 240 kg,残桑约为 135 kg;蚕食下干物的消化率为38%左右,消化干物则为 90 kg,排泄的蚕粪干物达150 kg。被蚕消化吸收的营养物质中,约有 50%用于幼虫期与营茧期的能量消耗,25%贮存于蛹体,还有 25%用于丝物质合成。老熟上蔟吐丝营茧所得100 kg鲜茧中,可得蚕蛹干物和茧丝干物各 22 kg。各项生物质产物占单位面积桑园年生物合成总干物量的比例大致为:桑条占 44%,蚕粪占 22%,残桑占20%,蚕蛹与主产品的茧丝各占 3%［1］。

20余 kg茧丝干物中,丝胶约占 20%,长吐约占6%～9%,滞头约占 4%,加之茧衣及选择茧折耗等,如按 70%计算,100 kg鲜茧中的 22 kg茧丝干物,至成品绸也要减耗 6～7 kg,最后质量为 15 kg左右,最终产品丝绸占单位面积桑园生物合成总干物量的比例降至 2%。由此可见,在传统的蚕桑生产过程中,存在大量能量的浪费,有的还会对环境产生不良的影响。

1.2 桑树的生态保护效应

桑树适应性极强,可在 -30～40℃的温度范围内生存;在土壤 pH值 4.5～9.0的沙壤土至粘质土,以及含盐量在 0.2以下的轻盐碱地上都能生长,耐干旱、瘠薄性能良好。桑树有极强的遏制风沙、保持水土的能力,其地下根系分布的面积常为树冠投影面积的 4～5倍,发达而能储水的地下根系网络,足以保证供应桑树在年降水量 250～300mm的干燥气候条件下地上部分的正常生长所需要的水分［2］。据专家分析,新植的桑树 3年后主根入土深达 1.5m以上,侧根、支根可扩展到 4 m以上,地下根系组成庞大的网状结构,水土保持效果相当好;每年每 667 m2桑园可比无林地多涵养水 20m3,减少泥沙流失 3 t。桑树属喜阳、C3植物,在一定光照范围内,光合作用的强度随照度的增强而增强,但照度增至 3万米烛光时达到饱和。桑树在晴天饱和照度时(温度 25℃,CO2浓度 0.033%),100 cm2叶面积每小时同化的CO2最大值为 15～20mg,阴天只有晴天的 50%,雨天只有晴天的 30%［3］。每 667m2桑园生长期每天可吸收 6.67 kg CO2,释放 4.87 kgO2［4］。很多地方已经以栽桑树作为防风治沙、增加城市绿化的重要指标,一些地方还将桑树作为观赏作物开发。如皋市市委、市政府将栽桑作为新农村建设的重要内容,列入农田林网和城镇绿化指标的考核范围,提高全市的绿化覆盖率,对新拓连片面积达66 700m2的桑园,每 667 m2给予 200元的补贴。

2 如皋市发展生态蚕业的现状

2.1 桑枝培育食用菌

桑枝条中纤维素约占 50%,半纤维素与木质素各占 20%,粗蛋白约为 5%,碳氮比大,大致为 C∶N=86∶1,蚕粪的含氮量可达 1.3%～1.4%,两者相配大致可满足香菇、木耳等食用菌对培养料中碳氮比的要求,所以能将桑枝屑代替杂木作为碳源营养,以蚕粪代替麸皮、米糠或棉籽壳作为氮源营养［1］;可以桑枝屑与蚕粪为主(约 98%),辅之以食糖、石膏粉(各 1%),培育食用菌。

利用桑枝栽培黑木耳方法简便,效益较高。由于桑树中含有多酚类、黄酮类、生物碱等特殊成分,培育的黑木耳具有降糖减脂、抑醇防癌、增强免疫力等功能。但是,利用桑枝培育黑木耳一次性投资较大,比如切桑机和装料机的购买和利用,蒸汽消毒灶的建设、接种房和耳房的建设等,还得考虑人工投入和经营性风险,应考虑适当的规模。如皋市搬经镇、磨头镇、高明镇都进行了利用桑枝培育黑木耳的技术应用,取得了显著的经济效益。如皋新丝路茧丝绸有限公司还利用桑枝培育香菇、迷你菇等。以桑枝屑和蚕粪为培养料的生物效率可达 100%,即1 kg栽培料可产 1.0～1.5 kg鲜菇或木耳。

2.2 蚕沙开发民用沼气

蚕沙是蚕粪、蜕皮、残桑及焦糠等的混合物。饲育 1盒蚕种,一般可得蚕沙 250～300 kg,其中风干蚕沙 40～60 kg。蚕沙中的养分含量随蚕龄而不同,一般新鲜蚕沙中含氮 1.455%、磷酸 0.250%、氧化钾 0.110%。蚕沙是含氮、钾较多的一种肥料,蚕沙中的氮素以尿素态氮为主,约占 50%以上,桑树不能直接吸收利用。蚕沙中的碳氮比小,在堆沤时很容易腐熟,在腐熟过程中产生高温,属热性肥料,在施用前经过发酵腐熟,不仅可提高肥效,而且可以防止蚕病原微生物的传播［3］。

沼气是将秸杆、人畜粪等在密闭的情况下发酵,在沤制过程中,原材料中的碳素大部分被分解成沼气(CH4),用作燃料;而其中的氮、磷、钾等营养元素,除氮有一定损失外,其余大部分保留在发酵的肥料中(发酵肥料包括发酵液和沉渣)。发酵液属速性氮肥,可以作追肥使用;沉渣属迟性肥料,含氮量高于发酵液,可以作基肥使用。据罗红燕等［5］的研究,以“蚕沙 +猪粪”为发酵原料的沼气,气化率高。如皋市高明镇、常青镇大力推广“养蚕—养猪—沼气”的生态模式,一个承包 1 334 m2桑园、年养 3头猪的农户,可以建 1只 8m3左右的混凝土沼气池,同时进行改厨、改厕和改圈,用蚕沙或猪粪作原料,年产沼气 300m3以上,相当于 8至 10瓶液化气,可满足 4～5口之家 1年的做饭、照明需要;能节省燃料、照明费 800～1 100元,仅此一项 18个月即可收回全部投资［6］。

2.3 蚕蛹培育蛹虫草

蚕蛹约占干物的 3%,其中含粗蛋白 50%,糖元15%,粗脂肪 28%及粗灰分 5%等［7］。传统利用蚕蛹作饲料,而后发展为提炼蛹油和蛋白,20世纪 90年代,用蚕蛹培育虫草的技术得到发展,并逐步走向市场化。蛹虫草又名北冬虫夏草、北蛹虫草、虫草等。蛹虫草为子囊菌亚门,麦角菌目,麦角菌科,虫草属。蛹虫草的药用价值与保健价值和冬虫夏草相似,是我国特有的一类珍贵药用真菌。利用蚕蛹栽培的蛹虫草,可以全草入药,其主要活性成分虫草素、虫草多糖等具有滋肺补肾、抗疲劳、抗衰老、抗缺氧、增强人体免疫能力及明显的雄性激素样功效。

虫草素是虫草中重要的药用成分之一,据钟石等［8］研究,不同生长条件的冬虫夏草和人工培养蛹虫草子实体、菌丝体中虫草素的含量差异显著,其中蚕蛹虫草子实体中的虫草素含量最高,质量比达58.76μg/g,野生冬虫夏草中的虫草素含量仅为前者的 20.83%。人工培养的蛹虫草与冬虫夏草在氨基酸种类上完全一致,但人工培养的蛹虫草中赖氨酸、酪氨酸含量显著升高,组氨酸则显著降低;二者组成的多糖基本一致,但冬虫夏草特有一个分子质量约 100 kD的组分,该组分占多糖总量的 1.38%。如皋市山野菌研究所已成功进行活蛹接种,培育蛹虫草,并形成规模化。

2.4 缫丝废水无害化处理

一个 4 800绪的丝厂,年产生丝 120～144 t,日耗水 400～520 t,生产 1 kg丝耗水4 000 kg。制丝废水主要由煮茧、缫丝、复摇和副产品加工(滞头)废水组成,其中煮茧废水占 7%～10%,缫丝废水占60%～65%,复摇废水占 1%～2%,副产品加工废水占 7%～15%,其余 9%～10%为锅炉用水［9］。制丝废水是一种氮、磷含量较高的无毒有机废水,废水中的有机污染物主要是丝胶蛋白、蚕蛹蛋白、蛹油和茧蛹碎屑等,这些杂质无毒,不直接危害人体健康,对环境污染的主要指标是悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)与生物需氧量(BOD)。丝胶和蚕蛹蛋白能够引起藻类的大量繁殖,导致水体的富营养化,使河面变黑变臭。含有蛹油的废水排入水体后将在水面上产生油膜,累积过多时将阻碍大气中的氧向水体转移,使水生生物由于缺氧而死亡［10］。

影响桑蚕丝制丝生产的主要水质因素有总碱度、总硬度、pH值、透明度、铁和阴离子等。如皋新丝路茧丝绸有限公司采用一种新型的生物降解方法——生物流漓法来深度净化处理缫丝废水,使之循环利用,实现缫丝废水零排放。该方法的原理是微生物附着在特制的填料表面上,形成生物膜,废水同生物膜接触后,废水中的有机物被微生物吸附转化为 H2O、CO2、N2和微生物细胞物质,从而使废水得到净化。通过生物流漓法处理缫丝废水,使之循环利用,从而改善了水质,保证了生产用水的稳定性,回用水的各项数据都能长期保持一定的水平,达到缫丝用水标准,进而提高了桑蚕丝的质量和产量。通过生物流漓法处理缫丝废水,使之循环利用,既能节约水资源又能解决水污染问题,达到清洁生产的目的,符合循环经济的要求。同时,新丝路公司还进行了技术改造,从缫丝废水中回收丝胶,以实现资源效率的最大化。

2.5 桑园养鸡

桑树与其它树、牧草及农作物相比有生物产量高、饲料效价高、适口性好、消化率高和微量元素及维生素丰富等优点;此外,桑树还含有相当多的生物活性物质,例如谷甾醇、胡萝卜素、叶绿素、异槲皮素、叶黄素、槲皮素和紫云英素等,这些物质可增强有机体的自身免疫能力,促进保健,有利于动物的健康快速生长［11］。黄自然等［12］将桑叶粉与苜蓿粉、苷薯粉等饲料作物的营养成分作比较发现,桑叶粉对猪的消化能、鸡的消化能和奶牛的产奶能分别为1.48、1.20和 0.85(g/kg,md)。给出栏前 28 d的肉鸡在饲料中添加桑叶粉,与不添加桑叶粉的肉鸡比,肉质更细、香味更浓、口感特别好。通过测定发酵鸡粪的氨气浓度得知,饲喂添加桑叶粉的鸡粪,氨气浓度由40mg/kg下降到 30 mg/kg,臭气明显减轻。而且,在肉鸡饲料中添加了桑叶粉,能大幅度提高肉鸡的肉香味和品质,同时降低鸡舍的臭气浓度［13］。

如皋市成功进行了桑园鸡放养实践,取得了显著的经济效益。2010年如皋新丝路茧丝绸有限公司放养桑园鸡 5万只。选用体型中等偏小,行动活泼,善于觅食,且鸡皮薄肉嫩,味道鲜美的如皋黄鸡地方良种,每公顷桑园放养 1 000至 1 500只,以保持鸡的活动空间和野性。白天放养自由觅食,晚间补食 1次,补食饲料中添加 10%桑叶粉,养鸡前进行育雏,育雏时间约 35 d,并进行必要的防疫,育雏后在桑园内放养 30 d左右上市。从育雏到放养,大约需成本 16元/只左右,围网、棚架等设施 10元/只,而桑园鸡的市场价一般在 50元 /只以上,经济效益十分可观。桑园养鸡保留了如皋黄鸡固有野性和传统美味,同时以桑叶粉为辅助饲料,更增添鸡肉的芬芳特色。可用于红烧、冷切、清炖、油焖以及炒、烧、溜、炸、烤等多种烹饪方法。

此外,为充分利用桑园光能,提高桑园的复种指数和桑蚕废弃物的利用,如皋市还进行了桑园夹种蔬菜、绿肥、银杏和利用桑叶养羊、利用蚕沙养鱼等模式的建设,目前桑园合理夹种面积已达到全市桑园面积的 60%以上,经济效益十分可观。如皋新丝路桑枝板材开发、桑纤维纺织化应用都已取得成果,正向产业化方向迈进。

3 生态养蚕综合效益

随着经济的发展,人们生活水平的提高,集安全、高效、环保于一体的生产方式将成为蚕桑产业的发展趋势。尤其是在经济发达的长三角地区,蚕桑产业面临着土地、劳动力和环境资源的挑战,生态养蚕的经营模式正是顺应了经济发展的要求,放大了蚕业经济新的增长点,促进了蚕桑产业的转型升级,具有非常重要的现实意义和长远的发展导向。

3.1 生态养蚕实现了物质能量的充分利用

从如皋市生态养蚕的模式看,从桑园光合作用最初形成的干物,到养蚕最终的废弃物,乃至缫丝终了的废水都能得到有效的利用,实现了物质利用的进一步优化。同时多种形式的桑果蔬套夹种生产模式,有效利用了桑园的光能和地热。

3.2 生态养蚕增加了蚕桑产业的经济效益

由于桑园的合理套夹种,使得桑园的收获物增加。从如皋市生产调查看,按现有模式(正常年景)仅果蔬菜一项每 667m2桑园就可以增加收益 1 000～2 000元,可用桑枝屑培育食用菌 300～400 kg,增加效益 2 000～4 000元,桑园养鸡 2期 100只,可增收1 000～1 500元,开发民用沼气可增效 500元左右,残桑养羊 1～2只可增效 300～500元,累计可增加5 000～8 000元,每 667 m2桑园综合效益达到1.0万 ～1.5万元。此外,蛹虫草的培育、缫丝废水的循环利用效益更为突出。

3.3 生态养蚕的生产模式保护了生态环境

桑园的合理套夹种、桑园养鸡,改善了桑园的生态环境,减少了杂草的生长,提高了土壤孔隙度和有机质,破坏了害虫滋生和繁殖的场所,降低了病虫害的危害。同时,桑园和养蚕废弃物的有效处理,杀灭了桑蚕病原和害虫,净化了环境。缫丝废水的无害化处理不仅节约了水资源,降低了生产成本,而且实现了污染物的零排放,环境保护效应尤为明显。

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［S88-9］

C

1007-0982(2011)02-0058-04

2010-12-20;

2011-03-03

农业部公益性项目(编号 nyhyzx07-020)。

钱忠兵(1965—),男,江苏如皋,农业推广硕士研究生,高级农艺师。

Tel:0513-87655717,E-mail:rgscsz@hotmail.com

沈卫德,男,教授,博士生导师。

Tel:0512-65880182,E-mail:shenwd@suda.edu.cn