生豬養(yǎng)殖零污染排放技術(shù)研究

石正馳，田 丹，陳 晴，鄒序安，楊 李

（銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 銅仁 554300）

1 研究背景

我國作為世界最大的生豬飼養(yǎng)國，其生豬飼養(yǎng)量約占世界總量的1/2。在禽畜養(yǎng)殖快速增長的同時，養(yǎng)殖方式也發(fā)生了較大的變化，傳統(tǒng)畜禽散養(yǎng)方式逐漸被規(guī)模養(yǎng)殖取代，不可避免地帶來環(huán)境污染問題。2014年，溫氏集團(tuán)進(jìn)駐銅仁市以來，當(dāng)?shù)卮笠?guī)模發(fā)展生豬一體化養(yǎng)殖技術(shù)，此舉不僅使居民生活得到了改善，還對農(nóng)民增收、脫貧致富起到重要作用[1]?，F(xiàn)代生豬一體化養(yǎng)殖技術(shù)主要使用混合飼料，產(chǎn)生的豬糞中常含有銅、鋅、砷等元素，無法將其作為優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥源直接施用于果、蔬、茶等農(nóng)作物中。此外，沖圈污廢水及豬糞尿進(jìn)入儲糞池，若處理不及時或發(fā)生滲漏，不僅造成養(yǎng)分浪費(fèi)，還會污染地表和地下水，且因豬糞污隨機(jī)、分散、隱蔽、難以量化和不易監(jiān)測等特性，使得治理更加困難。

我國農(nóng)副產(chǎn)品產(chǎn)出的如秸稈、稻殼等廢棄資源豐富。銅仁市水稻秸稈豐富，近年來食用菌產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展產(chǎn)生的大量廢棄菌渣亟待解決，同時，銅仁市木材加工廠的鋸末資源豐富，因鋸末無法應(yīng)用于生產(chǎn)，常采用原地堆積和焚燒處理，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。近年來，有學(xué)者提出異位微生物發(fā)酵床模式，將此類農(nóng)副產(chǎn)品制成發(fā)酵床，通過微生物發(fā)酵升溫促進(jìn)水分蒸發(fā)以解決養(yǎng)殖場過多廢水污染問題，使得糞污干燥化，同時還可殺死糞便中的病原菌。

TAM等[2]研究表明，發(fā)酵床對豬糞污分解能力的強(qiáng)弱取決于發(fā)酵菌種的活性及組成成分，有氧發(fā)酵中深層墊料有機(jī)質(zhì)難以被有效分解，厭氧發(fā)酵會影響表層豬糞污的分解，而溫度過低或過高也會影響發(fā)酵效果。因此，需選擇耐高溫、嗜熱型、微好氧且自我繁殖能力強(qiáng)、退化慢、纖維素酶含量低的多菌種復(fù)配產(chǎn)品共同分解豬糞污[3]。此外，由于豬糞污含水量高且碳氮比較低，選擇粗細(xì)適當(dāng)、疏松多孔、透氣吸水性能好且高碳氮比的墊料，可在保證微生物生長碳源的同時改良發(fā)酵床孔隙度和濕度[4]，從而促進(jìn)豬糞污的分解和發(fā)酵。因此，篩選出成本低廉、發(fā)酵效果好、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的最優(yōu)發(fā)酵床墊料配比對生豬養(yǎng)殖零污染排放技術(shù)的運(yùn)用具有實(shí)際意義。

2 實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)組別設(shè)置

本實(shí)驗(yàn)以貴州省銅仁市銅仁職業(yè)學(xué)院內(nèi)養(yǎng)殖場的豬糞污為研究對象，研究采用校內(nèi)食用菌研究中心的廢棄平菇菌渣、銅仁市萬山區(qū)高樓平鄉(xiāng)水稻秸稈（以鍘刀鍘為1～3 cm的小段）與鋸末制成的墊料，控制初始溫度為25℃，初始pH為7.5，墊料初始含水率為60%，采用紅糖作為營養(yǎng)成分，每周深翻一次，發(fā)酵時間為60 d，在此條件下發(fā)酵豬糞污制成有機(jī)肥。有機(jī)肥樣品經(jīng)風(fēng)干粉碎后，采用重鉻酸鉀容量法測定其肥力，TN、TP、TK經(jīng)硫酸-過氧化氫消解后測定，金屬含量經(jīng)消解后測定。

供試材料特性如表1所示。

表1 供試材料特性

本研究設(shè)置3個實(shí)驗(yàn)組，分別為：①墊料配比組?？刂曝i糞污為500 g，采用復(fù)合菌劑（開創(chuàng)陽光豬場墊料發(fā)酵劑零污染1號，以芽孢桿菌為主，有益菌數(shù)>109個/g[4]），添加量為3‰，設(shè)置CK1、CK2、M1、M2實(shí)驗(yàn)組，水稻秸稈、菌渣、鋸末添加量分別為50/-/-、-/-/50、25/25/-、25/12.5/12.5。②菌劑添加組?？刂曝i糞污為500 g，墊料配比為50%水稻秸稈+50%1:1配比的鋸末和菌渣，設(shè)置F1、F2、F3實(shí)驗(yàn)組，復(fù)合菌劑添加量分別為1‰、5‰、10‰。③探究豬糞污發(fā)酵組?？刂茐|料配比為50%水稻秸稈+50%1:1配比的鋸末和菌渣，菌劑添加量為3‰，設(shè)置M2、G1、G2實(shí)驗(yàn)組，控制豬糞污添加量為500 g、800 g、1000 g。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

控制其他條件不變，發(fā)酵完成后對制成的有機(jī)肥中有機(jī)質(zhì)、總養(yǎng)分和重金屬含量進(jìn)行測定，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

3.1 不同墊料配比對發(fā)酵效果的影響

不同墊料配比對發(fā)酵效果的影響如圖1所示。

圖1 不同墊料配比對發(fā)酵效果的影響

實(shí)驗(yàn)表明，水稻秸稈處理組（CK1）中發(fā)酵后產(chǎn)物的有機(jī)質(zhì)含量偏高，相較于水稻秸稈，鋸末和菌渣的添加（CK2、M1、M2實(shí)驗(yàn)組）可增強(qiáng)對豬糞污中有機(jī)質(zhì)的消耗，使其有機(jī)質(zhì)含量降低，在水稻秸稈和菌渣添加量為1:1的實(shí)驗(yàn)組（M1）中有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到最低。

在水稻秸稈處理組（CK1）中，由于水稻秸稈的碳氮比偏高且透氣性不佳，微生物新陳代謝受到抑制，可能存在發(fā)酵不徹底的情況，因此其發(fā)酵產(chǎn)物中剩余有機(jī)質(zhì)含量較高。鋸末的添加（CK2）會提高墊料透氣性，發(fā)酵過程升溫較快，堆肥進(jìn)入高溫階段，好氧微生物開始占據(jù)優(yōu)勢；但鋸末碳氮比較高，會限制微生物生長，降低有機(jī)質(zhì)分解速度，從而影響發(fā)酵產(chǎn)物的養(yǎng)分含量，造成產(chǎn)物養(yǎng)分不達(dá)標(biāo)[5-6]。M1和M2處理組中，菌渣的添加可增大墊料中有機(jī)質(zhì)含量，且碳氮比適中，更利于微生物新陳代謝，同時還可維持墊料含水率和持水性。相較于M2處理組，M1處理組有機(jī)質(zhì)含量最低，發(fā)酵更為徹底。

因此，采用50%水稻秸稈+50%1:1配比的鋸末和菌渣實(shí)驗(yàn)組作為豬糞污發(fā)酵墊料效果最佳。相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在蔡婷[7]的研究中也被證實(shí)。

3.2 不同復(fù)合菌劑使用量對發(fā)酵效果的影響

不同復(fù)合菌劑使用量對發(fā)酵效果的影響如圖2所示。

圖2 不同復(fù)合菌劑使用量對發(fā)酵效果的影響

F1、M2、F2、F3各處理組中菌劑添加量分別為1‰、3‰、5‰、10‰，實(shí)驗(yàn)表明，隨著菌劑添加量的增加，F(xiàn)1、M2、F2處理組發(fā)酵產(chǎn)物中的有機(jī)質(zhì)含量分別為38.84%、40.89%、42.17%，呈現(xiàn)略微升高的趨勢，但相差不大。在菌劑添加量為10‰處理組（F3），發(fā)酵產(chǎn)物中有機(jī)質(zhì)含量最高，達(dá)54.10%。

菌劑添加量加大可有效增加微生物數(shù)量，加快其對豬糞污的分解速度。另外，微生物導(dǎo)致升溫過快，有機(jī)物物料在前期被迅速分解，存在腐熟不徹底情況，因此，當(dāng)菌劑添加量為10‰時，有機(jī)質(zhì)消耗量最少。而菌劑添加量為1‰和10‰的處理組均存在碳氮比高、養(yǎng)分含量不達(dá)標(biāo)、腐熟不徹底的情況。3‰和5‰菌劑添加處理組中有機(jī)質(zhì)和總養(yǎng)分含量相差不大。

因此，綜合考慮，選擇3‰菌劑添加量發(fā)酵制有機(jī)肥時，發(fā)酵效果好且經(jīng)濟(jì)效益佳。

3.3 不同豬糞污添加量對發(fā)酵效果的影響

不同豬糞污添加量對發(fā)酵效果的影響如圖3所示。

圖3 不同豬糞污添加量對發(fā)酵效果的影響

M2、G1、G2實(shí)驗(yàn)組中豬糞污添加量分別為500 g、800 g、1000 g，有機(jī)質(zhì)含量分別為40.89%、42.10%、52.55%，隨著豬糞污添加量的增加，最終發(fā)酵產(chǎn)物中有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)含量增大，總養(yǎng)分含量也呈現(xiàn)增大的趨勢。

G1、G2處理組碳氮比分別達(dá)到30、33，不利于微生物新陳代謝。且G2實(shí)驗(yàn)組豬糞污含量過大，微生物對豬糞污有機(jī)質(zhì)含量的消耗降低，存在有機(jī)肥腐熟不徹底的情況。

綜合而言，糞污添加量在500～800 g較為合適。

3.4 各處理組制成有機(jī)肥中重金屬含量的變化

不同處理組制成有機(jī)肥中重金屬含量如圖4所示。

圖4 不同處理組制成有機(jī)肥中重金屬含量

實(shí)驗(yàn)表明，菌渣的添加會增大墊料中銅和硒的含量，水稻秸稈的添加會增大鋅的含量，但濃度均較低。針對養(yǎng)殖場墊料重金屬污染問題，由于單個墊料成本為800元/m3左右，大多數(shù)養(yǎng)殖場一次墊料后，很少更換墊料或者很長時間才更換，造成有機(jī)肥中重金屬嚴(yán)重超標(biāo)。

本地具有豐富廉價(jià)的水稻秸稈和鋸末、菌渣資源，收儲運(yùn)成本可控制在120～200元/t，極大地降低了運(yùn)輸費(fèi)用，可避免由于墊料成本過高造成墊料更換周期長以至于發(fā)酵制成有機(jī)肥后重金屬超標(biāo)的問題。

4 生豬養(yǎng)殖零污染排放技術(shù)研究展望及前景預(yù)測

本項(xiàng)目制成有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)含量最低為34.27%，有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到《有機(jī)肥料》（NY 525—2002）[8]的規(guī)定。采用50%水稻秸稈+50%1:1配比的鋸末+菌渣作為發(fā)酵墊料，菌劑添加量為3‰，糞污添加量為500～800 g時，發(fā)酵效果佳。

在本研究中，當(dāng)?shù)鼐哂胸S富廉價(jià)的水稻秸稈和鋸末、菌渣資源，因此，可降低墊料成本，提高墊料更換頻率，可解決重金屬超標(biāo)問題。

基于新《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》，結(jié)合銅仁市新農(nóng)村、新農(nóng)業(yè)、美麗鄉(xiāng)村等概念提出的“五城聯(lián)創(chuàng)”工作，探索適合于銅仁市實(shí)際的生豬養(yǎng)殖零排放模式具有實(shí)際意義[1]。項(xiàng)目規(guī)?；笠云谂c肥料廠合作，規(guī)模化制成廢舊墊料有機(jī)肥，實(shí)現(xiàn)綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展、生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的雙贏局面，具有廣闊的應(yīng)用前景。