養(yǎng)豬發(fā)酵床秸稈墊料的腐解特征

郭德杰 徐麗萍 陳偉 馬艷 張志勇 嚴(yán)少華 羅佳

摘要：以秸稈作為養(yǎng)豬發(fā)酵床主要墊料，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)養(yǎng)豬過(guò)程中發(fā)酵床秸稈墊料腐解規(guī)律，以期為發(fā)酵床養(yǎng)殖科學(xué)管理和后期墊料肥料化利用提供理論依據(jù)。研究結(jié)果表明，隨著時(shí)間推移，發(fā)酵床秸稈墊料pH值和電導(dǎo)率總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，墊料中銨態(tài)氮濃度隨著時(shí)間上下波動(dòng)較大，硝態(tài)氮逐漸增加并在240 d后趨于穩(wěn)定;墊料中的總有機(jī)碳變化幅度不大，但是胡敏酸（HA）逐漸增加而富里酸（FA）逐漸降低，并導(dǎo)致胡富比（HA/FA）逐漸增加;秸稈墊料的種子發(fā)芽指數(shù)逐漸增加，經(jīng)過(guò)1年后發(fā)芽指數(shù)達(dá)到55.82%，然而還未達(dá)完全腐熟階段?？梢?jiàn)，發(fā)酵床秸稈墊料雖然在養(yǎng)豬過(guò)程中經(jīng)過(guò)一定腐熟，也能產(chǎn)生有利于植物生長(zhǎng)的腐殖酸，但并未完全腐熟，必須經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理才能作為肥料用于農(nóng)田。

關(guān)鍵詞：秸稈腐解;發(fā)酵床;養(yǎng)豬

中圖分類(lèi)號(hào)：X713?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）15-0228-03

收稿日期：2020-11-10

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31701993）;江蘇省自然科學(xué)基金（編號(hào)：BK20170613）。

作者簡(jiǎn)介：郭德杰（1978—），女，山東曲阜人，碩士，助理研究員，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用。E-mail：guodejie99@163.com。

通信作者：羅 佳，博士，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化和基質(zhì)化利用技術(shù)研究。E-mail：luojia428@163.com。

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，秸稈資源豐富，每年有6～8億t[1-2]，且仍逐年增加;但秸稈資源被再利用量很少，每年有大量秸稈被拋棄或焚燒[3]。目前，秸稈利用的主要方式中，秸稈還田具有改善土壤質(zhì)量、增加有機(jī)碳固定等優(yōu)點(diǎn)，并受到許多研究者關(guān)注，但大量秸稈直接還田會(huì)帶來(lái)阻礙作物發(fā)芽及生長(zhǎng)、降低產(chǎn)量和增加病蟲(chóng)害等一系列負(fù)面影響[4-5];而秸稈氣化等能源利用方式雖前景可觀，但目前尚處于試驗(yàn)階段，且需大量資金和技術(shù)投入，在實(shí)際應(yīng)用中面臨諸多困難，這些因素均制約著秸稈的綜合利用。我國(guó)秸稈處理作為農(nóng)村可再生資源利用的重要戰(zhàn)略之一，秸稈合理利用對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及城鎮(zhèn)空氣污染控制均將產(chǎn)生深遠(yuǎn)意義。我國(guó)秸稈量十分巨大，單一的秸稈處理方式無(wú)法消納全部的秸稈，因此，探索行之有效的多種秸稈合理利用方式已成為該領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。

將秸稈作為發(fā)酵床養(yǎng)豬的墊料，豬排泄物一經(jīng)產(chǎn)生便被秸稈等墊料吸收并發(fā)酵降解，不僅改善了畜禽生長(zhǎng)狀況、控制環(huán)境污染，同時(shí)為秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物提供新的去處，同時(shí)秸稈等墊料發(fā)酵完成后可作為有機(jī)肥，成為有價(jià)值的可利用資源，因此該模式具有廣闊的發(fā)展前景。在發(fā)酵床養(yǎng)豬過(guò)程中，利用秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物作為發(fā)酵床墊料已在積極發(fā)展中。但目前發(fā)酵床養(yǎng)豬研究主要集中于如何養(yǎng)好豬，對(duì)于墊料腐解過(guò)程和肥料化利用研究較少。本研究以秸稈作為養(yǎng)豬發(fā)酵床主要墊料，通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)養(yǎng)豬過(guò)程中發(fā)酵床秸稈墊料腐解過(guò)程中理化性狀變化情況，以期為發(fā)酵床養(yǎng)殖的科學(xué)管理和后期墊料肥料化利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

本試驗(yàn)于揚(yáng)州市伊綠鮮生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司進(jìn)行，時(shí)間為2018年6月至2019年5月，用于試驗(yàn)采樣的豬舍發(fā)酵床面積約為500 m2，發(fā)酵床墊料厚度為80 cm，分別為上面20 cm菌糠，下面60 cm水稻秸稈。發(fā)酵床日常維護(hù)主要為每周將表層墊料翻耙2～3 次，每3個(gè)月采用新的菌糠覆蓋并翻耙均勻使墊料恢復(fù)80 cm厚度。豬飼養(yǎng)密度為 0.75頭/m2，試驗(yàn)進(jìn)行180 d后出欄第一批豬后緊接著補(bǔ)充第二欄豬，按常規(guī)方法進(jìn)行管理。

1.2 樣品采集與測(cè)定

樣品采集，每間隔2～3個(gè)月采集發(fā)酵床墊料樣品，采集時(shí)挖開(kāi)表層發(fā)酵床墊料，采集20～40 cm處的發(fā)酵床墊料，測(cè)定pH值、電導(dǎo)率、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總有機(jī)碳、胡敏酸、富里酸和種子發(fā)芽指數(shù)。pH值、電導(dǎo)率、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[6]，總有機(jī)碳測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法[7]，胡敏酸和富里酸含量的測(cè)定采用焦磷酸鈉-氫氧化鈉提取重鉻酸鉀氧化容量法[8]，種子發(fā)芽指數(shù)測(cè)定參照文獻(xiàn)[9]。

1.3 數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)

采用Excel 2003和SPSS 18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，使用最小顯著差異法（least significant difference，LSD）檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵床墊料pH值和EC變化

pH值是衡量發(fā)酵床墊料中微生物生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)，其對(duì)NH3排放具有重要影響。由圖1可知，在發(fā)酵床墊料中pH值呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，后逐漸趨于穩(wěn)定。發(fā)酵床墊料隨著墊料腐熟，墊料pH值逐漸升高，約180 d達(dá)到最高值后，持續(xù)下降，并在約300 d趨于穩(wěn)定。電導(dǎo)率（EC）與發(fā)酵床墊料中可溶性鹽含量成正比，在一定程度上提示發(fā)酵床墊料中鹽分。由圖1可知，前面120 d發(fā)酵床墊料電導(dǎo)率趨于穩(wěn)定，然后上升至180 d達(dá)到峰值后經(jīng)過(guò)短暫下降后又持續(xù)上升，1年后發(fā)酵床墊料電導(dǎo)率達(dá)4.61 mS/cm。

2.2 發(fā)酵床墊料氮組分變化

銨態(tài)氮的含量與發(fā)酵床墊料中氨氣釋放是密切相關(guān)的，是氮損失的主要來(lái)源。由圖2可知，發(fā)酵床墊料在初始60 d內(nèi)銨態(tài)氮含量為0.47 mg/g，60 d 后開(kāi)始增加，至180 d達(dá)到2.49 mg/g，比60 d時(shí)的銨態(tài)氮增加了5倍。180 d后發(fā)酵床墊料中的銨態(tài)氮逐漸下降，至300 d已降至1.16 mg/g，300 d后又開(kāi)始增加，360 d后發(fā)酵床墊料中銨態(tài)氮含量與180 d時(shí)持平。發(fā)酵床墊料中硝態(tài)氮的含量變化趨勢(shì)與銨態(tài)氮不同，發(fā)酵床墊料中硝態(tài)氮總體呈持續(xù)增加趨勢(shì)，在240 d時(shí)墊料中硝態(tài)氮含量為 1.58 mg/g，此后硝態(tài)氮含量未見(jiàn)明顯增加。

2.3 發(fā)酵床墊料碳組分變化

由表1可知，發(fā)酵床墊料中總有機(jī)碳含量變化不明顯，基本持平，但是C/N比呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)，可能與氮組分變化有關(guān)。胡敏酸（HA）和富里酸（FA）是腐殖酸的主要成分，隨著時(shí)間推移，胡敏酸含量逐漸增加，其含量在60 d時(shí)由17.27 g/kg增加至38.73 g/kg，增加了1.24倍;而富里酸含量持續(xù)下降，其含量在60 d時(shí)為37.53 g/kg，而360 d時(shí)為22.32 g/kg，下降了約70%。胡富比（HA/FA）隨著時(shí)間的推移逐漸增加，在300 d時(shí)達(dá)峰值1.77，之后趨于穩(wěn)定。

2.4 發(fā)酵床墊料腐熟度變化

種子發(fā)芽指數(shù)是衡量有機(jī)物料腐熟度的重要指標(biāo)，當(dāng)種子發(fā)芽指數(shù)>80%時(shí)，可認(rèn)為有機(jī)物料處于完全腐熟狀態(tài)[10]。隨著時(shí)間的推移，種子發(fā)芽指數(shù)逐漸升高，經(jīng)過(guò)360 d發(fā)酵床墊料種子發(fā)芽指數(shù)升至55.82%（圖3），表明發(fā)酵床墊料正在逐漸腐熟，但即使經(jīng)過(guò)1年依然腐熟不完全。

3 討論

發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)因豬發(fā)病率低、豬肉品質(zhì)高、溫室氣體排放低[11-13]，逐漸被越來(lái)越多養(yǎng)豬戶(hù)所接受。秸稈作為養(yǎng)豬發(fā)酵床墊料，不僅可解決秸稈資源化利用問(wèn)題，同時(shí)也為推廣生態(tài)養(yǎng)殖方式提供新的墊料來(lái)源，并且發(fā)酵床墊料經(jīng)過(guò)處理后還可作為肥料用于農(nóng)田，是一舉多得的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。本研究以秸稈作為養(yǎng)豬發(fā)酵床主要墊料，通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)養(yǎng)豬過(guò)程中發(fā)酵床秸稈墊料腐解過(guò)程中理化性狀變化情況，發(fā)現(xiàn)墊料腐解過(guò)程與堆肥發(fā)酵表現(xiàn)特征一致，均是pH值上升伴隨著NH3的釋放，此后NH3揮發(fā)和硝化菌硝化作用產(chǎn)生的H+又引起pH值降低，后隨著時(shí)間推移又有逐漸回升的趨勢(shì)[14]。因此，可以把發(fā)酵床養(yǎng)豬看做一個(gè)肥料的生產(chǎn)過(guò)程，可通過(guò)發(fā)酵床管理提高肥料的質(zhì)量和品質(zhì)。

有機(jī)物料腐解過(guò)程是一個(gè)礦化和腐殖化作用交替進(jìn)行的過(guò)程，墊料中的腐殖酸由物料中新生成及原有腐殖酸轉(zhuǎn)化而來(lái)，有機(jī)物料成分、環(huán)境條件等均會(huì)影響墊料中腐殖酸的含量[15-16]。胡敏酸和富里酸是腐殖酸中的重要組分，HA/FA是評(píng)價(jià)堆肥腐殖化水平的一個(gè)重要指標(biāo)，能較好地反映堆肥腐殖質(zhì)組分性質(zhì)的變化[17-18]。本研究中HA/FA隨著時(shí)間的推移逐漸增加，其結(jié)果可能與有機(jī)物料腐殖化過(guò)程中部分富里酸可能向胡敏酸轉(zhuǎn)變有關(guān)[19]。曹云等研究發(fā)現(xiàn)，豬糞秸稈混合超高溫堆肥過(guò)程中HA/FA比值逐步上升，有機(jī)物料腐殖化程度顯著提高[20]，本研究結(jié)果與之一致。

種子發(fā)芽指數(shù)也是衡量有機(jī)物料腐熟度的重要指標(biāo)，同有機(jī)物料腐解過(guò)程中產(chǎn)生的腐殖酸不同，種子發(fā)芽指數(shù)主要從安全角度來(lái)衡量有機(jī)物料對(duì)植物是否具有毒性。一般情況下，當(dāng)種子發(fā)芽指數(shù)>50%時(shí)，認(rèn)為堆肥產(chǎn)品的植物毒性處于較低水平;當(dāng)種子發(fā)芽指數(shù)>80%時(shí)，可認(rèn)為堆肥處于完全腐熟狀態(tài)[10]。本研究中所用發(fā)酵床秸稈墊料雖然經(jīng)過(guò)1年養(yǎng)豬過(guò)程的腐解，但種子發(fā)芽指數(shù)僅有55.82%，仍具有少量的植物毒性，并未完成腐熟，因此在后續(xù)肥料化利用過(guò)程中還需要進(jìn)行無(wú)害化處理。

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