生態(tài)發(fā)酵薄床厚度的篩選試驗

崔曉東，陳 余，王 梁，賈亞雄，苗 燕，程柏叢，謝實勇

（北京市畜牧獸醫(yī)總站，北京 100107）

發(fā)酵床生態(tài)養(yǎng)豬技術是建立有機循環(huán)農(nóng)業(yè)的有效手段。通過對發(fā)酵床養(yǎng)豬使用后的墊料進行發(fā)酵處理，可為種植業(yè)提供有機肥，而果園田園產(chǎn)生的樹枝、秸稈可提供墊料原料。生產(chǎn)中常用的發(fā)酵厚床，厚度多在70～120 cm，如能降低床體厚度，并使用廉價墊料（樹枝、秸稈等）來降低成本，以及調(diào)整發(fā)酵床運行周期以適應施肥節(jié)律，最終的墊料在發(fā)酵后則可直接還田，增加有機肥的產(chǎn)量，實現(xiàn)循環(huán)農(nóng)業(yè)。目前在實際生產(chǎn)中，對發(fā)酵床養(yǎng)豬多憑經(jīng)驗，缺乏相關理論數(shù)據(jù)支持，床體厚度也是憑著經(jīng)驗值設定，因此，有必要通過具體研究，探索有效的床體厚度，以建立一種生態(tài)循環(huán)的發(fā)酵薄床養(yǎng)豬模式。

本試驗的目的是在不同墊料厚度的條件下，探明發(fā)酵薄床的升溫規(guī)律、水分變化規(guī)律、pH 變化規(guī)律和微生物變化規(guī)律等，在科學有效的數(shù)據(jù)統(tǒng)計下，明確發(fā)酵薄床的最低有效厚度，為實際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

本試驗在北京市昌平區(qū)某養(yǎng)豬場進行，試驗用的發(fā)酵池尺寸為1.5 m×1.5 m，共使用15 個，發(fā)酵池四周為磚墻結構，底部為土壤夯實地面。

1.2 試驗材料

試驗用的墊料為干燥、未發(fā)霉的玉米秸稈、鋸末和稻殼；試驗用的豬糞在豬場收集。

1.3 試驗設計

本試驗模擬實際生產(chǎn)的條件下，不同厚度對墊料基礎參數(shù)的影響情況。試驗設1 個對照組，3 個處理組，每組3個重復。對照組的墊料厚度為70 cm，處理組的墊料厚度分別為30、40、50 cm，墊料均由稻殼和鋸末組成，稻殼和鋸末的體積比為3 ∶2。發(fā)酵菌種購自北京綠達源科技有限公司，菌種由酵母菌、放線菌、芽孢桿菌、乳酸菌等組成，菌種添加量為2.32 kg/m3。

根據(jù)日本洛東厚墊料養(yǎng)豬的經(jīng)驗及我國第1 次污染源普查的相關數(shù)據(jù)，確定出豬糞添加量以及飼養(yǎng)密度，豬糞添加量按照50 kg 育肥豬每周的實際排糞量以周為單位進行添加（育肥豬的排糞量為1.5 kg/d），飼養(yǎng)密度按照0.8頭/m2，各組加水混勻調(diào)制含水率在65%～70%之間。在試驗的第1、5、7、9、16、23、30、37、44 天，在各組發(fā)酵床的中部（即不同組別的15 、20 、25 、35 cm 處）及墊料表面（各組均在離墊料表面5 cm 處）分別測定其溫度和濕度，并對中部墊料進行多點取樣；將各試驗組墊料中部的取樣（不少于300 g，混勻）放在冰箱里冷藏，用于測定pH和大腸桿菌菌群數(shù)量。

1.4 測定指標和方法

試驗過程中，在第1、5、7、9、16、23、30、37、44 天，分別在14:00測定并記錄各組墊料中部、表面溫濕度及室溫。

墊料中部溫濕度用Aquaterr T-300 土壤測定儀測定；樣品用去離子水按1 ∶10 的比例稀釋，以pH 計（sartorius PB-10）測定pH 值；大腸桿菌菌群數(shù)按GB7959-87 方法[1]測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SAS 進行統(tǒng)計，以P＜0.05 表示顯著性差異。

2 結果分析與討論

2.1 物理形狀的變化

試驗開始時，各組墊料均呈淡黃色，16～23 d 以后，墊料的顏色開始逐漸加深（墊料的厚度越大，顏色變化程度越?。?；在同一組墊料中，濕度自上而下逐漸變大；到試驗結束時，各組墊料未出現(xiàn)霉變的現(xiàn)象；整個試驗過程中，豬糞的味道不明顯。

2.2 發(fā)酵溫度的變化

2.2.1 墊料中部溫度變化規(guī)律

發(fā)酵床溫度的升高是由于微生物分解豬排泄物及墊料中富含的有機物時釋放的大量熱能而引起。發(fā)酵床升溫及維持溫度狀況是發(fā)酵床養(yǎng)豬工藝最重要參數(shù)之一，溫度的變化可以反映墊料中部微生物活性的變化，發(fā)酵床達到并維持理想的溫度有利于微生物的活動，并對有害微生物起到殺滅和抑制的作用[2]。本試驗結果表明，各試驗組溫度變化趨勢基本相同，都呈先急劇上升后平穩(wěn)下降的趨勢。30、40、50、70 cm 的發(fā)酵床中部溫度隨著墊料厚度的增加而增高，中部最高溫度分別達41.1、51.8 、53.1 、57.3 ℃。隨著墊料厚度的增加，各試驗組的平均溫度顯著增加，且均顯著小于對照組（P＜0.05）。

2.2.2 墊料表面溫度變化規(guī)律

發(fā)酵床表面溫度主要由墊料發(fā)酵釋放的熱量和室溫共同決定，由結果可以看出，不同厚度的發(fā)酵床表面溫度變化趨勢基本相同（如圖2 所示）。隨著墊料厚度的增加，30、40、50 cm 試驗組的平均溫度顯著增加，且均顯著小于對照組（P＜0.05）。

圖1 發(fā)酵床中部溫度變化曲線

圖2 不同厚度發(fā)酵床表面溫度變化曲線

圖3 不同厚度發(fā)酵床濕度變化曲線

圖4 不同厚度發(fā)酵床pH 變化曲線

2.3 濕度的變化

水分是好氧發(fā)酵過程中重要的控制因素，好氧發(fā)酵的過程中，水分的多少直接影響發(fā)酵過程中墊料的理化性質(zhì)，從而影響好氧發(fā)酵的反應速度[3-5]。在發(fā)酵床養(yǎng)豬生產(chǎn)中，合理的含水率不僅可以快速地提高發(fā)酵初期的溫度，而且同樣在維持發(fā)酵的連貫性上起著重要的作用，選擇合理的水分值并掌握水分蒸發(fā)量對今后確定發(fā)酵薄床養(yǎng)豬豬舍通風量有著重要的指導意義。水分散失的一個重要途徑是由于高溫造成水分通過墊料表面蒸發(fā)。比較各試驗組的濕度變化，30、40、50 cm 各試驗組的平均濕度差異不顯著，對照組的平均濕度顯著低于3 個試驗組（P＜0.05）。從圖3 可以看出，各試驗組水分的變化均呈緩慢下降趨勢，試驗結束時墊料的含水率為45%～50%，水分損失率為20%～25%。

2.4 pH 的變化

好氧發(fā)酵依賴于微生物的作用，而研究表明微生物生長的適宜pH 范圍一般在6.0～8.5[6]，適宜的pH 可使微生物有效地發(fā)揮作用，而pH 太高或太低都會影響好氧堆肥的效率。從試驗結果看，各組的pH 呈先急劇上升后平穩(wěn)下降的趨勢，30、40、50 cm 的試驗組平均pH 差異顯著，且均顯著高于對照組（P＜0.05）。前期pH 上升的原因是有機氮在微生物的作用下發(fā)生強烈的礦化分解并產(chǎn)生大量的氨和氨氮，從而導致墊料pH 上升，后期pH 下降是由于NH3 揮發(fā)速率降低以及在好氧發(fā)酵的后期由于硝化作用產(chǎn)生大量的H+造成[7]，另外有機物分解產(chǎn)生的有機酸也是造成好氧堆肥pH 下降的原因。

2.5 大腸桿菌的變化

大腸桿菌是關系到食品安全的主要微生物。從表1 可以看出，隨著發(fā)酵的持續(xù)進行，微生物含量是呈先下降后小幅上升的趨勢變化，這主要是因為發(fā)酵前期溫度升高，大腸桿菌得到有效地抑制，發(fā)酵后期隨著溫度的下降，大腸桿菌的數(shù)量又出現(xiàn)小幅回升，這表明發(fā)酵床的溫度可以對大腸桿菌的繁殖起到一定抑制作用。隨著墊料厚度的增加，30、40、50 cm 試驗組大腸桿菌菌數(shù)顯著減少，各試驗組大腸桿菌菌群數(shù)顯著高于對照組（P＜0.05），墊料產(chǎn)生的高溫對有害微生物起到一定抑制作用。

表1 大腸桿菌菌群數(shù)

3 結論

本試驗的結果表明，發(fā)酵床墊料的中部溫度和表面溫度都隨著墊料厚度的增加而升高；隨著發(fā)酵的進行，水分含量逐漸降低，實際生產(chǎn)中應該補充水分的含量；各試驗組的pH 呈先升高后下降的趨勢，并在適宜微生物生長的范圍內(nèi)變化；墊料發(fā)酵產(chǎn)生的高溫對有害微生物有一定的抑制作用。

從試驗結果看，各試驗組的溫度顯著低于對照組，濕度、pH、大腸桿菌菌群數(shù)量顯著高于對照組（P＜0.05）。墊料厚度為30 cm 的發(fā)酵薄床中部最高溫度只有41 ℃，較40 cm 和50 cm 的最高溫度低10 ℃，此溫度下很多有害菌不能被殺滅；墊料厚度為50 cm 發(fā)酵薄床的平均溫度高于40 cm 僅1.35 ℃，平均pH 高于40 cm 為0.34，濕度差異不顯著，雖然50 cm 發(fā)酵床對大腸桿菌的抑制作用稍好于40 cm，但成本高出后者25%左右。墊料厚40 cm 發(fā)酵薄床的溫度、濕度、pH 等參數(shù)可以滿足發(fā)酵的正常運行，綜合考慮以上因素，40 cm 是作為發(fā)酵薄床比較合適的厚度。

［1］ GB 7959-1987 糞便無害化衛(wèi)生標準[S].北京：中華人民共和國農(nóng)業(yè)部，1987.

［2］ 王巖. 養(yǎng)殖業(yè)固體廢棄物快速堆肥化處理[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2005.

[3] Richuard T L,Hamelers H V M,Veeken A,et al.Moisture relationships in composting processes[J].Compost Science ＆Utilization,2002,10(4):286.

［4］ 羅維，陳同斌.濕度對堆肥理化性質(zhì)的影響[J]. 生態(tài)學報，2004，24（11）：2656-2663.

［5］ 欒炳志，焦洪超，林海. 發(fā)酵床養(yǎng)豬墊料基礎參數(shù)研究[C]. 2010 年家畜環(huán)境與生態(tài)學術研討會論文集，通遼：2010年家畜環(huán)境與生態(tài)學術研討會，2010：412-416.

［6］ Haug R T. The practical handbook of compost engineering[M]. USA：Lewis Publishers Boca Raton,1993.

［7］ Eklind Y,Kirchmann H.Composting and storage of organic household waste with different litter amendments II:nitrogen turnover and losses[J]. Bioresource Technology,2000,（74）: 125-133.