肉牛發(fā)酵床墊料的理化性狀變化研究

李曉鋒,劉明雄,樊孝軍,夏斌斌

(1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 畜牧獸醫(yī)研究所，湖北 武漢 430064；2.潛江市畜牧技術(shù)推廣站，湖北 潛江 433100；3.湖北鵬樂農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，湖北 潛江 433100)

畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞污是環(huán)境污染的主要來源之一。肉牛發(fā)酵床養(yǎng)殖模式是在牛欄內(nèi)鋪設(shè)墊料，添加發(fā)酵菌種，肉牛散放式飼養(yǎng)，糞尿隨牛的活動而與墊料充分混合、發(fā)酵，墊料定期清理，無需沖欄、無需每日清糞，可降低人工成本，近年來在湖北等南方省區(qū)應(yīng)用較多。國內(nèi)關(guān)于發(fā)酵床養(yǎng)牛的文獻(xiàn)報(bào)道較少，且多集中于牛舍建設(shè)、犢牛培育、生產(chǎn)性能、牛群健康、舍內(nèi)空氣質(zhì)量、成本分析等方面，而對墊料理化性狀的演變及成分分析的報(bào)道還不多見。同時，種養(yǎng)結(jié)合、循環(huán)利用是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向，所謂的“零排放”只是暫時不排放，畜禽糞便最終還是要回到農(nóng)田，而牛床墊料的肥效成分及重金屬含量則是種植業(yè)所關(guān)注的問題。為此，本研究分析發(fā)酵床養(yǎng)牛時墊料理化性狀的變化情況，為發(fā)酵床養(yǎng)牛模式的推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 時間地點(diǎn)

試驗(yàn)于2018年9月至2019年8月在湖北省潛江市某肉牛育肥場進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)分組

選擇牛舍內(nèi)同側(cè)相鄰的4個小欄，面積96 m/欄，墊料、發(fā)酵菌兩因子交叉分組，墊料A由切短稻草、麥殼按體積比1:1混合，墊料B為本場自然曬干的牛糞，微生物發(fā)酵菌由黑曲酶、地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母、乳酸菌等原料自配而成。設(shè)4個處理組，處理1為墊料A，處理2為墊料A加發(fā)酵菌，處理3為墊料B，處理4為墊料B加發(fā)酵菌。試驗(yàn)牛為西門塔爾雜交公牛，體重450～650 kg，常規(guī)育肥，養(yǎng)殖密度10～15 m/頭。

1.3 飼養(yǎng)管理

牛床墊料初始鋪設(shè)厚度10 cm，處理1和處理3不添加菌種，正常飼養(yǎng)管理，處理2和處理4于墊料水分達(dá)到30%時，按10 g·m添加菌種。各處理墊床厚度超過30 cm時(該牛舍擋糞墻高度為45 cm)清運(yùn)30%～50%的墊料，水分超過60%時適當(dāng)降低養(yǎng)殖密度或添加干墊料，墊床每月翻耙1～2次。散放式飼養(yǎng)管理，由青貯玉米、酒糟、稻草、混合精料制備TMR日糧，日喂2次，自由采食、飲水，正常出欄、補(bǔ)欄。

1.4 設(shè)備及測定工具

卷尺、溫度計(jì)、臺秤、烘箱等。

1.5 樣品采集及測定分析

采樣和測定每月進(jìn)行1次(上午10:00左右)，其中墊床溫濕度自添加菌種后測定，轉(zhuǎn)群、墊料添加及清運(yùn)等管理情況隨時記錄。肉眼估測育肥牛體重，以單位牛欄面積的育肥牛體重(kg·m)來表示墊床承載量；在牛欄的外側(cè)、中部、內(nèi)側(cè)測定墊床厚度，于墊床深25 cm處測定溫度；隨機(jī)多點(diǎn)采墊料樣，設(shè)2個重復(fù)，帶回實(shí)驗(yàn)室，65 ℃烘干法測定含水率，烘干樣委托青島科創(chuàng)公司測定碳氮比(C/N)、全氮(N)、磷(P)、鉀(K)、有機(jī)質(zhì)(以干基計(jì))、重金屬鉛(Pb)、汞(Hg)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、砷(As)；分層隨機(jī)多點(diǎn)取農(nóng)田土壤樣2個，測定同前。隨機(jī)取各階段鮮糞50份，測定含水率。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)初步處理與圖表繪制，采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行兩因素交叉分組方差分析或樣本均數(shù)差異的顯著性檢驗(yàn)及各因素之間相關(guān)性的顯著性分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較，<0.01表示差異極顯著，<0.05表示差異顯著，>0.05表示差異不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 墊床厚度

各組的墊床承載量及厚度變化見圖1，除處理4外，其余3組于中期清運(yùn)1次墊料。以體重600 kg育肥牛占地15 m為標(biāo)準(zhǔn)(承載量40 kg·m)按比例計(jì)算，本試驗(yàn)平均每個月(30 d)的墊床厚度增量為2.95±2.55 cm，組間無顯著差異(>0.05)，亦無季節(jié)性差異(>0.05)。

圖1 各組墊床承載量(A)及厚度(B)變化

2.2 墊床溫濕度

4個處理組的墊床平均溫度變化情況見圖2A。組間的墊床溫度無顯著差異(>0.05)，與舍內(nèi)環(huán)境溫度的變化規(guī)律基本一致(冬季比舍內(nèi)氣溫高2～3 ℃，夏季比舍內(nèi)氣溫低2～4 ℃)。

因墊床初期較薄(10 cm)，其濕度迅速增加至70%左右，隨后根據(jù)承載量的不同，在60%～70%間波動(見圖2B)，組間無顯著差異(>0.05)。牛糞(鮮樣)含水量為82.6%±2.4%。

圖2 墊床溫度(A)與濕度(B)變化

2.3 墊料肥效成分及C/N

墊料(烘干樣)的肥效成分變化詳見表1。含N量總體呈現(xiàn)前期略有下降、后期緩慢升高的趨勢，8月份最高，其中處理1的含N量8月份較12月和2月份分別提高11.6%(<0.01)和9.6%(<0.05)，6月和10月份較12月分別提高了8.5%和8.9%(<0.05)；處理2在6月和8月份較12月分別提高了12.8%和13.2%(<0.01)，較10月和2月的也有顯著提高(<0.05)；處理3各月份間差異均不顯著(>0.05)；處理4在6月和8月份較2月分別提高了9.7%和10.6%(<0.05)；同月份的組間差異不顯著(>0.05)。

表1 各階段墊料N、P、K含量

含P量總體呈緩慢升高趨勢，其中處理1的含P量4月、6月和8月份均極顯著高于10月和12月(<0.01)，提高幅度為23.8%～30.1%，8月份較2月提高17.1%(<0.05)；處理2在12月份極顯著低于4月、6月和8月(<0.01)；處理3及處理4各月份間差異均不顯著(>0.05)；同月份的組間差異不顯著(>0.05)。

含K量明顯呈升高趨勢，其中處理1在8月份分別高于10月59.0%、12月63.1%、2月36.4%和4月19.1%(<0.01)，比6月高15.4%(<0.05)，4月、6月極顯著高于10月和12月(<0.01)，顯著高于2月(<0.05)，2月顯著高于10月和12月(<0.05)；處理2含K量8月份分別高于10月44.7%、12月67.6%、2月38.5%(<0.01)，比4月高18.3%(<0.05)，4月、6月較12月分別提高41.7%和48.2%(<0.01)、較10月分別提高22.4%和28.0%(<0.05)，6月較2月提高22.4%(<0.05)；處理3在8月份分別高于10月29.8%、4月32.2%(<0.01)，高于12月22.7%(<0.05)；處理4的6月、8月份的較10月的分別提高21.3%(<0.05)和28.1%(<0.01)；同月份的組間差異不顯著(>0.05)。

各處理組的墊料有機(jī)質(zhì)含量均呈下降趨勢，其中處理1在8月份較10月、12月、2月分別降低27.4%、28.9%和24.6%(<0.01)，較4月、6月的分別降低9.5%和10.7%(<0.05)，4月和6月的也較10月、12月、2月的降低12.5%～17.7%(<0.01)；處理2在8月份較10月、12月、2月、4月分別降低27.1%、26.4%、24.7%和15.3%(<0.01)，較6月降低8.5%(<0.05)，4月和6月也較10月、12月、2月降低8.1%～17.2%(<0.01或<0.05)；處理3的4月、6月、8月份的較10月、12月、2月的降低10.1%～18.4%(<0.01)，6月的較4月降低6.3%(<0.05)；處理4在8月份較10月、12月、2月分別降低18.9%、19.0%和20.2%(<0.05)，詳見表2。10月、12月、2月的墊料A的有機(jī)質(zhì)含量均極顯著高于對應(yīng)月份墊料B的有機(jī)質(zhì)含量(<0.01)，其他月份兩者差異均不顯著(>0.05)；各月份加菌種組有機(jī)質(zhì)含量與不加菌種組的差異均不顯著(>0.05)。

表2 各階段墊料的有機(jī)質(zhì)含量

墊料的C/N前期變化幅度不大、后期逐漸下降，其中處理1在8月份的C/N較12月的降低了38.5%(<0.05)；處理2在6月、8月份較2月分別降低25.8%和38.0%(<0.05)；處理3在8月份較2月降低了19.0%(<0.01),較12月、4月、6月分別降低15.3%、16.6%和11.8%(<0.05)；處理4的各月份間差異均不顯著(>0.05)，詳見表3。各月份墊料A的C/N與墊料B的差異均不顯著(>0.05)，加菌種組的與不加菌種組的差異也不顯著(>0.05)。

表3 各階段墊料的C/N

墊料及其原料的N含量(干基，下同)與土壤的相當(dāng)；干牛糞和墊料的P含量平均比麥殼、稻草及土壤的高6%、K含量高24%；麥殼、稻草的有機(jī)質(zhì)含量最高，干牛糞和墊料的次之，土壤的相對很低；干牛糞和墊料的C/N低于麥殼和稻草。牛場土壤的P、K、有機(jī)質(zhì)含量均比農(nóng)戶土壤的高。詳見表4。

表4 墊料及其原料與土壤成分對比

2.4 墊料重金屬含量

試驗(yàn)中期(2月)，墊料B的Pb、Cd含量均極顯著高于墊料A(<0.01)，Cr、As含量差異均不顯著(>0.05)；加菌種與否無差異(>0.05)。試驗(yàn)結(jié)束時(8月)，墊料B的Pb含量顯著高于墊料A(<0.05)，其他重金屬含量差異均不顯著(>0.05)；加菌種組的Cr含量顯著低于不加菌種組(<0.05)，其他重金屬含量差異均不顯著(>0.05)。與2月份相比，8月份墊料Pb含量顯著升高(<0.05)，Cd、As含量極顯著升高(<0.01)，Cr含量有所提高(>0.05)。2月份墊料Hg未檢出(最低檢測限量0.03 mg·kg)；8月份墊料Hg亦未檢出(最低檢測限量0.05 mg·kg)，但給出了參考值(0.033～0.035 mg·kg)，因此不作比較。詳見圖3。

圖3 中期與末期的墊料重金屬含量對比

各樣品的Hg未檢出。麥殼的Pb、Cd、Cr、As含量均較低，稻草的Cr含量較高；與干牛糞相比，墊料的Cd含量較高，Pb、Cr、As含量相當(dāng)；土壤中的Pb含量較高，牛場土壤的Pb、Cd、As含量均比農(nóng)戶土壤的高。詳見表5。

圖5 墊料及其原料與土壤的重金屬含量對比

3 討 論

3.1 原料和菌種對墊床發(fā)酵的影響

原料、溫度和濕度互有影響，是墊床管理的3大核心。較高的溫度有利于蒸發(fā)水分、降低濕度，據(jù)楊前平等測定，墊料發(fā)酵的溫度可達(dá)55～60 ℃，而本試驗(yàn)墊床溫度接近舍溫，應(yīng)是濕度較大且不蓬松所致。菌種發(fā)酵的適宜含水量為30%～55%，蓬松性好的可放寬到65%左右，本試驗(yàn)墊料原料鋪設(shè)較少，墊床水分迅速增加到65%～70%，外觀及質(zhì)地呈淤泥狀，不利于耗氧發(fā)酵，也未體現(xiàn)出添加菌種后溫濕度的差別。為保持墊床蓬松、促進(jìn)發(fā)酵，應(yīng)首選谷殼、秸稈等農(nóng)副產(chǎn)品，鋪設(shè)干牛糞則有利于降低墊料成本，可因地制宜、搭配使用。

3.2 原料和菌種對墊料成分的影響

墊料的成分在初期受原料影響，后期則與飼料配方、牛糞成分及菌種發(fā)酵直接相關(guān)。在本研究中，N、P、K的含量均隨著使用期的延長而增加，應(yīng)當(dāng)是來自于牛糞的積累，C/N逐漸下降，同樣是N的增加，而有機(jī)質(zhì)含量下降，則可能是緩慢分解所致，處理間差異不顯著，應(yīng)與原料鋪設(shè)少、墊床濕度大等有關(guān)。發(fā)酵床養(yǎng)豬的研究表明，墊料中的重金屬含量有富集效應(yīng)，并因飼料的改變而有所波動，本試驗(yàn)中的肉牛墊料也呈類似規(guī)律，部分指標(biāo)的差異性可能與墊料原料有關(guān)。試驗(yàn)結(jié)束時加菌種組的Cr含量顯著低于不加菌種組，是否被微生物轉(zhuǎn)化利用，需進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.3 墊料還田的重金屬問題

畜禽糞便是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要肥料資源，對作物增產(chǎn)、土壤改良發(fā)揮了積極作用，近年來隨著養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；陌l(fā)展，糞污處理引起公眾關(guān)注。劉衛(wèi)東等較早提出了畜禽糞便的重金屬殘留問題，隨后有更多學(xué)者開展深入研究，有超標(biāo)、不超標(biāo)等不同結(jié)果，這可能與地區(qū)、飼料原料、畜種等差異有關(guān)。與國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比較，本研究中干牛糞、墊料的有機(jī)質(zhì)、總養(yǎng)分(氮+五氧化二磷+氧化鉀)達(dá)標(biāo)，重金屬含量均未超標(biāo)。與農(nóng)戶的相比，本試驗(yàn)中牛場的飼料地經(jīng)連續(xù)4年施用牛糞，土壤的有機(jī)質(zhì)含量有所提高，重金屬積累效應(yīng)不明顯，與前人觀點(diǎn)一致。對照國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，pH取5.5～6.5，牛場飼料地的Cd含量略高于污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值、低于風(fēng)險(xiǎn)管制值，其余4種重金屬含量低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值；農(nóng)戶土壤的重金屬含量均低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值。

4 結(jié) 論

采用發(fā)酵床模式養(yǎng)殖肉牛，墊床的厚度增長受承載量影響，濕度較大且不蓬松者不利于菌種發(fā)酵。墊料N、P、K含量隨著使用時間的延長而顯著升高，有機(jī)質(zhì)含量逐漸下降。比之添加菌種，優(yōu)選谷殼等墊料原料、勤翻耙、保持墊床蓬松性和較低的濕度更為重要。使用1年后的墊料，有機(jī)質(zhì)、總養(yǎng)分含量達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，重金屬含量均未超標(biāo)，可以還田利用。