生態(tài)發(fā)酵床運(yùn)行參數(shù)變化規(guī)律研究

李彬輝 莊毅璇 林巍 譚自航 胡虎

(深圳市深港產(chǎn)學(xué)研環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司 廣東深圳 518000)

0 引言

隨著養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，特別是規(guī)模化、集約化養(yǎng)殖的發(fā)展，畜禽糞污造成的環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越突出，加強(qiáng)對(duì)畜禽糞污的污染防治非常緊迫，探索新的養(yǎng)殖方式也是越發(fā)重要[1]。生態(tài)發(fā)酵床技術(shù)是利用微生物和有機(jī)墊料構(gòu)建生豬生長(zhǎng)的發(fā)酵床基質(zhì)，基于微生態(tài)理論和生物發(fā)酵理論，利用附著于墊料的功能菌對(duì)豬只糞污進(jìn)行代謝分解，從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖廢棄物“零排放”的生態(tài)養(yǎng)殖方法[2]。近年來(lái)隨著生態(tài)發(fā)酵床技術(shù)的不斷推廣，應(yīng)用效果和環(huán)境效益非常突出。但是，養(yǎng)殖戶(hù)對(duì)于該技術(shù)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)更多的是憑借日常經(jīng)驗(yàn)積累，科學(xué)的理論數(shù)據(jù)非常缺乏。因此，為了更加科學(xué)的做好該技術(shù)的應(yīng)用和推廣，本研究將通過(guò)實(shí)地檢測(cè)，分析發(fā)酵床運(yùn)行過(guò)程中主要參數(shù)的變化規(guī)律及走向，探索其作用機(jī)理，為合理使用發(fā)酵床、提高發(fā)酵床養(yǎng)殖效率提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 采樣地點(diǎn)

選取湖北省十堰市鄖陽(yáng)區(qū)生態(tài)養(yǎng)殖場(chǎng)作為研究對(duì)象，該養(yǎng)殖場(chǎng)采用原位發(fā)酵床技術(shù)，豬舍總面積約600 m2。豬舍共有20個(gè)欄舍，單個(gè)欄舍尺寸為4 m×7 m，存欄育肥豬20頭/欄，墊料厚度60 cm，墊料組成為鋸末∶稻殼∶秸稈=1∶1∶1。

1.2 采樣方法

試驗(yàn)選取3個(gè)育肥階段不同的欄舍進(jìn)行取樣，試驗(yàn)組1為育肥初期(每頭60～80斤)，試驗(yàn)組2為育肥中期(每頭100～120斤)，試驗(yàn)組3為育肥后期(每頭180～200斤)，樣品采集從欄舍的一角開(kāi)始采用S形路線(xiàn)，均勻采取每個(gè)欄舍內(nèi)5個(gè)點(diǎn)的樣品，每個(gè)點(diǎn)分別從上至下用環(huán)刀取墊料表面以下10～30 cm的墊料樣品，用自封袋封裝，為防止發(fā)酵反應(yīng)繼續(xù)而影響分析結(jié)果，需要將樣品放置于-20 ℃冰箱保存，部分樣品風(fēng)干，粉碎后過(guò)0.25 mm篩，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 測(cè)定指標(biāo)和方法

(1)宏觀(guān)指標(biāo)：在取樣的對(duì)應(yīng)點(diǎn)墊料表面以下25 cm檢測(cè)溫度、濕度，采用探針式溫度檢測(cè)儀(型號(hào)F-19)、探針式濕度檢測(cè)儀(SK-100)進(jìn)行檢測(cè)。

(2)微觀(guān)指標(biāo)：pH采用NY/T 1377—2007標(biāo)準(zhǔn)[3]進(jìn)行測(cè)定；總氮和水溶性氮均以NY/T 53—1987標(biāo)準(zhǔn)[4]測(cè)定；總碳和水溶性碳按照NY 525—2012標(biāo)準(zhǔn)[5]進(jìn)行測(cè)定；銨態(tài)氮按焦洪超(2009)方法[6]處理，以靛酚藍(lán)比色法[7]測(cè)定；硝態(tài)氮采用NY/T 1116—2006方法[8]測(cè)定。

(3)試驗(yàn)周期為37 d，取樣或檢測(cè)頻次為每4 d 1次。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件整理，采用SAS(V8)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用F檢驗(yàn)對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行差異顯著性分析，以p<0.05表示差異顯著，p>0.05表示差異不顯著。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 宏觀(guān)指標(biāo)

(1)墊料溫度。由圖1可知，墊料核心發(fā)酵層溫度穩(wěn)定，基本不受環(huán)境溫度影響，試驗(yàn)組1墊料平均溫度為43.6 ℃，試驗(yàn)組2墊料平均溫度為49.7 ℃，試驗(yàn)組3墊料平均溫度為52.5 ℃，試驗(yàn)組1與其他2個(gè)試驗(yàn)組差異顯著(p<0.05)，而試驗(yàn)組2和試驗(yàn)組3差異不顯著(p>0.05)。

圖1 墊料溫度變化趨勢(shì)

(2)墊料濕度。由圖2可知，試驗(yàn)組濕度均保持在50%以上，均滿(mǎn)足好氧發(fā)酵反應(yīng)的條件，試驗(yàn)組1為53.5%，試驗(yàn)組2為62.6%，試驗(yàn)組3為65.6%，試驗(yàn)組1與另外2個(gè)試驗(yàn)組差異明顯(p<0.05)，而試驗(yàn)組2和試驗(yàn)組3差異不顯著(p>0.05)。

2.2 微觀(guān)特性

(1)pH值。由圖3可知，試驗(yàn)初期由于糞污進(jìn)入墊料，造成pH值上升。隨著發(fā)酵反應(yīng)進(jìn)行，試驗(yàn)組1 pH值出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，而試驗(yàn)組2和試驗(yàn)組3都出現(xiàn)上升趨勢(shì)。試驗(yàn)組1與其他2個(gè)試驗(yàn)組差異顯著(p<0.05)。

圖2 墊料濕度變化趨勢(shì)

圖3 墊料pH值變化趨勢(shì)

(2)固相碳氮比。由圖4可知，糞污量越大，初始碳氮比越高，隨著反應(yīng)進(jìn)行，3個(gè)試驗(yàn)組的C/N均呈現(xiàn)先下降后趨于平緩的變化趨勢(shì)，降幅大小依次是試驗(yàn)組3>試驗(yàn)組2>試驗(yàn)組1。

圖4 墊料碳氮比變化趨勢(shì)

(3)水溶性碳氮比。由圖5可知，試驗(yàn)組1水溶性C/N的變化趨勢(shì)較為穩(wěn)定，沒(méi)有顯著的上升或下降趨勢(shì)；試驗(yàn)組2水溶性C/N在試驗(yàn)前期略有波動(dòng)，而在試驗(yàn)25 d后變化趨于平緩；試驗(yàn)組3發(fā)酵床墊料水溶性C/N在試驗(yàn)期間呈現(xiàn)不斷降低的變化趨勢(shì)。

(4)氨態(tài)氮與硝態(tài)氮。由圖6和圖7可知，試驗(yàn)組1水溶性氨態(tài)氮呈現(xiàn)先上升后下降最后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，與之相對(duì)應(yīng)的水溶性硝態(tài)氮呈現(xiàn)先線(xiàn)性上升后下降最后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)；試驗(yàn)組2和試驗(yàn)組3的水溶性氨態(tài)氮都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，試驗(yàn)組2和試驗(yàn)組3的水溶性硝態(tài)氮都呈現(xiàn)先上升后下降并趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，但是試驗(yàn)組2比試驗(yàn)組3提前出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖5 墊料水溶性碳氮比變化趨勢(shì)

圖6 墊料氨態(tài)氮變化趨勢(shì)

圖7 墊料硝態(tài)氮變化趨勢(shì)

3 討論與分析

發(fā)酵床承載的糞污負(fù)荷越高，發(fā)酵平均溫度越高，同時(shí)由于大量糞污的加入導(dǎo)致墊料含水率也相對(duì)較高，并且處于穩(wěn)定水平，累積作用不明顯[9]。在較低的糞污負(fù)荷條件下，氨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化以硝化作用為主，腐殖化作用和同化作用為輔，大量氨態(tài)氮被轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮積累在墊料中，氮損失較低，同時(shí)由于強(qiáng)烈的硝化作用也使得墊料的pH值呈現(xiàn)酸性；而在較高的糞污負(fù)荷條件下，由于糞污量較大，發(fā)酵升溫較快，因此氨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化以揮發(fā)和同化作用為主，硝化作用受到抑制，造成氮素的損失，同時(shí)由于氨氮的轉(zhuǎn)化較慢造成氨態(tài)氮的積累，使得墊料pH值在短時(shí)間內(nèi)呈堿性。氨態(tài)氮和硝態(tài)氮均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，其中氨態(tài)氮變化趨勢(shì)與馬晗等[10]研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)控制在合適的糞污負(fù)荷(養(yǎng)殖密度)條件下，發(fā)酵床的溫度、濕度均能滿(mǎn)足發(fā)酵床運(yùn)行的合適條件[11]，墊料pH值變化范圍與張霞等[12]研究結(jié)果基本相同。

發(fā)酵床墊料的固相C/N在試驗(yàn)期間變化趨勢(shì)較小，分析發(fā)酵反應(yīng)是一個(gè)相對(duì)緩慢的過(guò)程，也保證了墊料具有較長(zhǎng)的使用周期。而水溶性C/N的變化趨勢(shì)則反應(yīng)出發(fā)酵床承載的糞污負(fù)荷越高，發(fā)酵墊料水溶性C/N穩(wěn)定值越低，所需的穩(wěn)定時(shí)間也越長(zhǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

該試驗(yàn)研究表明，控制好養(yǎng)殖密度及糞污負(fù)荷，發(fā)酵床能夠保持合適的溫度、濕度和pH值，并具有一定的自我調(diào)節(jié)功能。墊料中固相C/N下降趨勢(shì)緩慢，可以為發(fā)酵反應(yīng)提供長(zhǎng)期的碳源，同時(shí)水溶性C/N經(jīng)過(guò)短期波動(dòng)后最后趨于穩(wěn)定，能夠給微生物提供足夠的養(yǎng)分。在不同糞污負(fù)荷條件下，氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化趨勢(shì)不同，高負(fù)荷條件下更容易造成氮素的損失。