發(fā)酵墊料蛋雞糞便承載能力評價(jià)指標(biāo)的研究

王春蕾，曹頂國，李福偉， 武 彬，雷秋霞，黃保華*

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科技學(xué)院，山東 青島266109；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 家禽研究所，山東 濟(jì)南 250023；3.山東省家禽育種工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250023)

發(fā)酵墊料養(yǎng)殖以有機(jī)墊料作為吸附和固定畜禽糞便的基質(zhì)和碳源補(bǔ)充，通過微生物有氧發(fā)酵分解有機(jī)質(zhì)，抑制畜禽糞便分解產(chǎn)生氨氣、硫化氫和其他有害氣體[1]。鋸末和稻殼具有耐降解，吸水、透氣性能良好，質(zhì)地堅(jiān)韌等優(yōu)點(diǎn)，為發(fā)酵床養(yǎng)殖中主要的墊料原料，但其成本過高和供應(yīng)受限的問題影響發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)的推廣。研究表明，秸稈、種殼、菌渣等原料用作發(fā)酵床墊料原料，使用后不會對畜禽的生產(chǎn)性能造成顯著影響[2-3]。目前研究多是在糞污排放量遠(yuǎn)小于墊料承載力的條件下進(jìn)行的，評判標(biāo)準(zhǔn)為畜禽的生長性能或墊料的銨態(tài)氮含量等理化指標(biāo)。而這些指標(biāo)受其他因素影響較多，對發(fā)酵作用的反映并不敏銳，無法直觀反映墊料發(fā)酵作用的強(qiáng)弱，因此所得的結(jié)果多為驗(yàn)證某些特定墊料配方可以使用，不能定量比較不同發(fā)酵墊料原料的使用效果。本文選取了鋸末、稻殼和山東當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的玉米秸、麥秸、稻草、花生殼、棉花柴等7種常見原料，探討定量評價(jià)雞糞發(fā)酵效果指標(biāo)以及比較農(nóng)作物秸稈原料組合的發(fā)酵效果，以得到適宜當(dāng)?shù)匕l(fā)酵墊料養(yǎng)殖的墊料原料組合，為發(fā)酵墊料在蛋雞舍合理選材、管理及使用年限等方面提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

秸稈材料采購于濟(jì)南周邊農(nóng)貿(mào)市場。鋸末、稻殼維持原狀，麥秸切短、稻草切短、玉米秸分別以鍘草機(jī)鍘成2 cm長段，棉花柴、花生殼打成0.2～0.5 cm小塊或小條，麥秸粉、稻草粉以粉碎機(jī)磨成0.2 cm以下的粉末。鋸末、麥秸粉、稻草粉吸水性良好，稻殼、麥秸稻草切短、玉米秸、棉花柴切短、花生殼透氣性和支撐性較好。墊料發(fā)酵菌種，根據(jù)文獻(xiàn)制備[4]，其他藥品試劑為分析純。

1.2 試驗(yàn)分組

按“粉末狀”吸水材料與“條塊狀”透氣材料體積比1∶1的原則，分為9種配合(鋸末+麥秸切短、鋸末+玉米秸切短、鋸末+花生殼、稻殼+麥秸粉、稻殼+稻草粉、麥秸切短+麥秸粉、棉花柴、鋸末+稻殼、玉米秸切短)。“鋸末+玉米秸切短”組分別在第2周和第3周補(bǔ)料5 kg，“玉米秸切短”組在第2周補(bǔ)料6 kg、第3周補(bǔ)料9 kg。

1.3 墊料堆積發(fā)酵與取樣

各試驗(yàn)組墊料，加入占墊料14%重量的鮮雞糞混合均勻，再加入墊料2倍重量的1∶1000的菌種稀釋液，攪拌均勻堆積放入長1 m、寬1 m、高0.4 m的圍欄中，覆蓋編織袋保溫保濕，預(yù)堆積發(fā)酵7 d。

發(fā)酵模擬試驗(yàn)在圍欄中進(jìn)行，按上述9種組合分為9組，記錄每組墊料的初始重量并取樣測取最初的相關(guān)指標(biāo)。每組墊料組合每天定時(shí)加入平均含水率75%的新鮮雞糞5 kg，翻動混勻。每周一上午稱取各試驗(yàn)組墊料濕重，并在翻動均勻后采用五點(diǎn)法取樣500 g左右，帶回試驗(yàn)室檢測相關(guān)指標(biāo)。

1.4 指標(biāo)測定

墊料含水率采用飼料中含水率測定方法[5]。使用熱堿蒸餾滴定法，以半自動凱式定氮儀蒸餾、滴定測定銨態(tài)氮含量[6]。有機(jī)質(zhì)含量以有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，采用重鉻酸鉀容量法測定[7]。雞糞承載量和超載程度按如下公式計(jì)算：

每周雞糞承載量=每周加入的雞糞干重-墊料干重增重

超載程度=墊料干重增重/每周雞糞承載量×100%

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用graphpad prism 4.0對1～8周墊料總重和干重變化進(jìn)行了線性回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵墊料的銨態(tài)氮變化

表1的結(jié)果顯示，“鋸末+玉米秸切短”組和“玉米秸切短”組銨態(tài)氮水平略高，而發(fā)酵墊料銨態(tài)氮隨時(shí)間變化并不規(guī)律。

表1 墊料銨態(tài)氮含量變化Table 1 Ammonium nitrogen content of litter g·kg-1

2.2 發(fā)酵墊料重量和含水率的變化

各試驗(yàn)組墊料的含水率一直保持穩(wěn)定，基本維持在60%～80%。各組墊料干重與濕重變化趨勢保持一致，其變化分為兩個(gè)階段：在開始使用的第1周內(nèi)墊料重量基本維持不變甚至略有下降，之后除玉米秸組外各組的總重與干重基本成線性增加，而且變化趨勢基本一致(表2)。

2.3 發(fā)酵墊料周增重與承載力的比較

不同墊料原料的吸水、通風(fēng)、耐降解等特性不同，制成的發(fā)酵墊料對雞糞的承載能力也有差別，因此在加入同等數(shù)量的過量雞糞時(shí)，上述各種組合墊料的超載程度也不一致。

除發(fā)酵過程中大量補(bǔ)充墊料的玉米秸組外，其余各組1～8周總重和干重都呈線性增加趨勢(R2>0.98)，與圖1情況類似。線性回歸的斜率為各試驗(yàn)組的平均每周墊料干重增重，即超載總物質(zhì)干重，各試驗(yàn)組墊料總重每周增加10～13 kg，干重增加量2.6～3.9 kg。每組墊料每周加入雞糞35 kg，平均含水率約為80%，因此，其干物質(zhì)含量為7 kg。

表3顯示了基于平均周增重計(jì)算得到的不同墊料組合的承載量、相對承載能力及超載程度的數(shù)據(jù)。在現(xiàn)行養(yǎng)殖密度下，8周的墊料使用時(shí)間，雞糞的超載程度約為59.85%～123.93%。其中，鋸末稻殼組、棉花柴組表現(xiàn)出更強(qiáng)的糞污處理能力；鋸末花生殼、稻殼麥秸粉、稻殼稻草粉表現(xiàn)比較接近；鋸末麥秸切短、麥秸粉麥秸切短效果較差。

2.4 有機(jī)質(zhì)降解情況

圖2顯示了各種墊料組合的有機(jī)質(zhì)含量的變化情況。鋸末切短玉米秸稈組、棉花柴組、鋸末麥秸切短組、鋸末稻殼組、鋸末花生殼組和稻殼麥秸粉組的有機(jī)質(zhì)含量持續(xù)降低，且降低幅度都在20%以上；而稻殼稻草粉組、麥秸粉切短麥秸組和玉米秸切短組的有機(jī)質(zhì)含量變化不大，降低幅度在10%以內(nèi)，其中，玉米秸切短組在0～2周有機(jī)質(zhì)含量降低較快，2～8周基本保持穩(wěn)定，這與中期補(bǔ)充新鮮玉米秸有關(guān)。

表2 發(fā)酵墊料總重、干重、含水率的變化Table 2 Total weight of litter

表3 各試驗(yàn)組的1～8周墊料平均周增重與承載能力的比較Table 3 The comparison of average weekly weight gain and carrying capacity for each experimental group of 1～8 weeks litter

圖2 有機(jī)質(zhì)的降解Fig.2 Degradation of organic matter

3 討 論

3.1 銨態(tài)氮濃度變化與墊料的發(fā)酵效果

墊料中銨態(tài)氮的含量直接影響其氨氣排放量，銨態(tài)氮過高將釋放大量氨氣會對畜禽健康和生產(chǎn)性能造成不良影響。另外，墊料中銨態(tài)氮含量還能反應(yīng)墊料的供氧水平，能夠在一定程度上表征在限氧條件下硫化氫和其他惡臭氣體的產(chǎn)生量。糞便發(fā)酵過程中與氮元素的形態(tài)轉(zhuǎn)化有關(guān)的作用主要有：無機(jī)礦化作用、亞硝化和硝化作用以及反硝化作用[8]。糞便中的有機(jī)氮經(jīng)微生物分解礦化為無機(jī)銨態(tài)氮，銨態(tài)氮可被亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，硝態(tài)氮被反硝化細(xì)菌的轉(zhuǎn)化生成氮?dú)夂偷趸锱欧诺娇諝庵小?/p>

發(fā)酵墊料使用過程中，與銨態(tài)氮生成和轉(zhuǎn)化有關(guān)的微生物的數(shù)量受到多種環(huán)境因素的影響，因此銨態(tài)氮的濃度變化也不規(guī)律。本研究中，鋸末玉米秸組、玉米秸組銨態(tài)氮水平較高，可能是由于玉米秸分解旺盛發(fā)酵溫度升高所致。在較高溫度下硝化細(xì)菌受抑制、氨化細(xì)菌活躍，有機(jī)氮在較強(qiáng)的礦化作用下分解為銨態(tài)氮，溫度較低時(shí)，硝化細(xì)菌活躍起來，銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，銨態(tài)氮減少，硝態(tài)氮增加[9]。不同有機(jī)物料銨態(tài)氮存在很大差異，很難用其絕對數(shù)值來描述腐熟程度[10]?？梢姡@態(tài)氮變化很難用作墊料發(fā)酵效果判斷的評價(jià)指標(biāo)。

3.2 發(fā)酵墊料的重量變化原因

雞糞腐解過程中總碳含量不斷下降[11]，因?yàn)閴|料的有氧發(fā)酵過程，大量的易降解有機(jī)質(zhì)被微生物代謝而轉(zhuǎn)化分解為CO2釋放到空氣中。墊料重量在發(fā)酵1周時(shí)維持不變或略有下降，主要是因?yàn)轭A(yù)堆積時(shí)N素供應(yīng)不足，墊料中易降解的有機(jī)碳大量殘留，未吸收完全的礦物質(zhì)灰分也留存在墊料中，加入雞糞后的C/N迅速降低，微生物快速生長代謝，有機(jī)碳大量分解為二氧化碳排出，抵消了加入雞糞引起的重量增加。本研究中，尤以鋸末麥秸組、麥秸粉/切短組和棉花柴組表現(xiàn)最為顯著。而使用1周后隨著使用時(shí)間的延長墊料重量基本成線性增加，主要是由加入雞糞量超過墊料的承載能力，未完全發(fā)酵的雞糞累積速率大于墊料中有機(jī)質(zhì)分解速率導(dǎo)致累積增重引起的。

3.3 不同原料發(fā)酵墊料的超載程度定量比較分析

不同原料組合的墊料，其透氣性、吸水性等物化屬性差異大，存在的微生物群系也有很大差異，對雞糞的分解能力也就不同，在加入等量超載雞糞的情況下，糞便分解達(dá)到各組墊料的最大承載量，未被分解的雞糞剩余量則相對差別較大，因而其相對承載能力及超載程度也表現(xiàn)出較大差異。本研究中，各種組合墊料在連續(xù)8周添加定量雞糞的使用過程中，發(fā)酵墊料分解的物質(zhì)占雞糞干物質(zhì)的45%～62.5%。而現(xiàn)行養(yǎng)殖密度下，添加雞糞的超載程度約為59.85%～123.93%。鋸末稻殼組、棉花柴組表現(xiàn)出更強(qiáng)的糞污處理能力。此外，試驗(yàn)過程中補(bǔ)加墊料對干重斜率影響較大，影響了玉米秸組承載能力的計(jì)算數(shù)據(jù)。由此可見，根據(jù)墊料增重計(jì)算得到的墊料承載力和超載程度，可用于發(fā)酵墊料雞糞承載能力的評價(jià)分析。

3.4 有機(jī)質(zhì)的降解分析

本研究中，鋸末玉米秸切短組、棉花柴組、鋸末麥秸組、鋸末稻殼組、鋸末花生殼組和稻殼麥秸粉組的有機(jī)質(zhì)含量呈持續(xù)降低趨勢，且降低幅度比稻殼稻草粉組、麥秸粉麥秸切短組和玉米秸切短組大10%以上。主要與墊料物化性質(zhì)差異、有機(jī)質(zhì)降解的難易程度及多種外界因素的影響有關(guān)。墊料有機(jī)質(zhì)主要有木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，根據(jù)其降解程度分為易降解成分和難降解成分。發(fā)酵墊料中易降解成分受好氧微生物發(fā)酵降解，迅速產(chǎn)生CO2和水，但持續(xù)時(shí)間較短，隨著易降解成分和墊料中氧氣的消耗，逐漸過度至厭氧發(fā)酵階段。隨著墊料成分的變化和微生物作用，易降解有機(jī)大分子分解為有機(jī)或無機(jī)小分子，這些小分子物質(zhì)部分留在墊料里，部分隨發(fā)酵產(chǎn)生的水蒸氣或CO2散發(fā)出去，從而使發(fā)酵墊料中有機(jī)質(zhì)總量隨時(shí)間的延遲呈下降趨勢。發(fā)酵代謝活躍的試驗(yàn)組，墊料和雞糞的分解速率更高，而且有機(jī)質(zhì)含量降低幅度大往往與雞糞承載能力具有一定的相關(guān)性。本試驗(yàn)中，雞糞承載力較高的鋸末玉米秸切短組、棉花柴組、鋸末麥秸組、鋸末稻殼組等試驗(yàn)組，其有機(jī)質(zhì)含量的降幅遠(yuǎn)高于承載力較低的試驗(yàn)組稻殼稻草粉組、麥秸粉麥秸切短組。在一定程度上，有機(jī)質(zhì)含量變化可以作為一項(xiàng)參考指標(biāo)，對發(fā)酵墊料的承載能力進(jìn)行初步評價(jià)。

4 結(jié) 論

銨態(tài)氮指標(biāo)不能作為發(fā)酵墊料使用效果定量比較的指標(biāo)。有機(jī)質(zhì)含量變化可以作為初步評價(jià)發(fā)酵墊料承載能力的依據(jù)之一。根據(jù)墊料增重計(jì)算得到的墊料承載力和超載程度，可作為定量比較不同墊料組合的雞糞承載能力的評價(jià)指標(biāo)。在本試驗(yàn)條件下，鋸末稻殼組、棉花柴組糞污處理能力最佳；鋸末花生殼、稻殼麥秸粉、稻殼稻草粉組表現(xiàn)比較接近，效果較好；鋸末麥秸切短、麥秸粉麥秸切短組效果較差。

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