肉鴨發(fā)酵床網(wǎng)上養(yǎng)殖墊料無(wú)害化處理及其還田效果研究

曹 云,劉興超,王光奎,吳華山,孫 倩,黃紅英①,徐躍定

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種養(yǎng)結(jié)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210014;2.江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心/南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210095;3.江蘇省豐縣畜牧獸醫(yī)站,江蘇 徐州 221700)

中國(guó)是鴨養(yǎng)殖大國(guó),肉鴨出欄量與產(chǎn)肉量均位居世界第一[1]。近年來(lái),隨著環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格,肉鴨飼養(yǎng)方式由傳統(tǒng)的親水養(yǎng)殖逐步轉(zhuǎn)型升級(jí)為旱養(yǎng),主要包括網(wǎng)上飼養(yǎng)和厚墊料飼養(yǎng)[1]。肉鴨“上網(wǎng)下床”生態(tài)養(yǎng)殖模式結(jié)合了高床架養(yǎng)和厚墊料養(yǎng)鴨的優(yōu)勢(shì)?！吧暇W(wǎng)”即肉鴨在網(wǎng)上清潔化養(yǎng)殖,減少了肉鴨與糞便及病原菌的直接接觸,改善了鴨舍內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量,提高了肉鴨生產(chǎn)性能和抗病能力[2]?！跋麓病奔淳W(wǎng)下為發(fā)酵床,采用稻殼、木屑及微生物制劑作為發(fā)酵床體,肉鴨排泄物通過(guò)格網(wǎng)滴落到發(fā)酵床上進(jìn)行微生態(tài)發(fā)酵處理,通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)熱、水分蒸發(fā)以及基質(zhì)吸水降低肉鴨糞便含水率,使之容易被清運(yùn)處理,并作為有機(jī)肥資源化利用。網(wǎng)床養(yǎng)殖技術(shù)已逐步發(fā)展成熟,并在江蘇、安徽、山東等多地的養(yǎng)殖場(chǎng)推廣應(yīng)用,成為水禽養(yǎng)殖污染防治、產(chǎn)業(yè)扶貧的典型模式之一[3-5]。

肉鴨網(wǎng)床養(yǎng)殖密度一般為 7～8只·m-2,每年飼養(yǎng) 6～7 批次,鴨舍墊料每3～5 a清理1次[5]。清理出的廢棄墊料腐熟情況受到墊料自身特性、微生物活性以及使用年限的影響。腐熟程度不完全的墊料直接施用到土壤存在一定安全隱患[6]。此外,隨著墊料使用時(shí)間的延長(zhǎng),墊料內(nèi)重金屬、抗生素等有毒有害物質(zhì)有增加的趨勢(shì)[6-7]。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)肉鴨網(wǎng)床養(yǎng)殖的研究主要集中于生產(chǎn)性能、鴨舍環(huán)境質(zhì)量、墊料基礎(chǔ)性質(zhì)等方面,對(duì)廢棄墊料的處理處置及資源化利用,尤其是還田以后的安全性評(píng)價(jià)研究較少[2,8-9]。為此,以飼養(yǎng)3 a的肉鴨廢棄墊料為對(duì)象,通過(guò)高溫堆肥輔以嗜熱微生物接種的方法,提高廢棄墊料的堆肥腐熟效果,并設(shè)置不同的化肥替代比例,研究腐熟墊料堆肥還田后甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)以及土壤養(yǎng)分、重金屬含量的變化,以期為肉鴨網(wǎng)床養(yǎng)殖墊料無(wú)害化處理與安全還田利用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

發(fā)酵床墊料取自徐州佳合食品有限公司下屬肉鴨養(yǎng)殖場(chǎng),發(fā)酵前墊料成分為牛糞渣、稻殼、秸稈、米糠。網(wǎng)床高度1.2 m,養(yǎng)殖肉鴨7～8只·m-2,每年飼養(yǎng)批次為7次。鴨舍墊料每3 a清1次。

1.2 堆肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)

堆肥試驗(yàn)在休閑期甜瓜種植大棚內(nèi)進(jìn)行,堆肥時(shí)間50 d。設(shè)3個(gè)堆肥處理:墊料直接堆肥(CCK);墊料接種w=0.25%的菌劑堆肥(CT1);墊料接種w=0.5%的菌劑堆肥(CT2)。堆體成圓錐形,體積約2.5 m3,墊料初始含水率調(diào)整為60%。堆肥嗜熱菌劑由嗜熱脲芽孢桿菌、土芽孢桿菌、嗜熱脫氮芽孢桿菌、紅嗜熱鹽菌和嗜熱棲熱菌按照等體積比復(fù)合而成,菌劑有效活菌數(shù)1.8×109CFU·g-1[10]。每個(gè)堆體中央插溫度計(jì),每天記錄溫度。在堆制的0、10、21、35、50 d采用人工翻堆,取樣約500 g,用冰袋立即帶回實(shí)驗(yàn)室。

1.3 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)于2022年1—7月在徐州市豐縣趙莊鎮(zhèn)大彭莊村進(jìn)行。大棚東西長(zhǎng)98 m,南北寬12 m。將大棚自東向西分成28個(gè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)寬3.5 m,長(zhǎng)12 m,小區(qū)內(nèi)有3壟,每壟種2行,共計(jì)6行。每行株距40 cm,種植30顆瓜苗,每小區(qū)種植180顆瓜苗。甜瓜品種為“博洋9號(hào)”。

各施肥處理為等氮處理,根據(jù)不同有機(jī)物料品種與無(wú)機(jī)氮素替代比例,設(shè)置7個(gè)處理,分別為無(wú)肥區(qū)、100%復(fù)合肥(N、P2O5、K2O質(zhì)量比為15∶9∶21)、25%復(fù)合肥+75%商品有機(jī)肥、25%復(fù)合肥+75%豬糞(農(nóng)戶習(xí)慣施肥方案)、15%復(fù)合肥+85%發(fā)酵床墊料、25%復(fù)合肥+75%發(fā)酵床墊料、35%復(fù)合肥+65%發(fā)酵床墊料(表1)。有機(jī)物料作為基肥一次性施用,復(fù)合肥作為基肥、盛果期追肥施用,基追肥比例為6∶4。幼苗移栽后1～2個(gè)月選取長(zhǎng)勢(shì)良好且一致的甜瓜植株,調(diào)查其藤蔓長(zhǎng)度、掛果數(shù)量、果實(shí)橫向圍度與縱徑。于果實(shí)成熟期采集成熟甜瓜,用于單瓜品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定。試驗(yàn)施用的有機(jī)物料基本理化性質(zhì)見(jiàn)表2。

表1 田間試驗(yàn)處理

表2 有機(jī)物料基本理化性質(zhì)

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1堆肥指標(biāo)

在堆肥開(kāi)始后,每次翻堆時(shí)將樣品充分混勻后,采用5點(diǎn)法采集堆肥樣品500 g,分為干樣和鮮樣,干樣于40 ℃風(fēng)干備用,鮮樣儲(chǔ)存于4 ℃冰箱中待用。pH值和電導(dǎo)率采用m(肥)∶V(水)=1∶10浸提1 h后,分別用pH計(jì)和電導(dǎo)率測(cè)定儀測(cè)定。上清液過(guò)濾后同時(shí)用于發(fā)芽指數(shù)測(cè)定。具體測(cè)定方法為:將一張大小合適的濾紙放入干凈無(wú)菌的直徑9 cm 培養(yǎng)皿中,濾紙上整齊擺放20 粒小白菜種子,準(zhǔn)確吸取8 mL濾液于培養(yǎng)皿中,在25 ℃、黑暗條件下培養(yǎng)96 h,測(cè)定小白菜種子的發(fā)芽率和根長(zhǎng),同時(shí)用去離子水作為空白對(duì)照。發(fā)芽指數(shù)(GI)=(堆肥處理的種子發(fā)芽率×種子根長(zhǎng))/(對(duì)照的種子發(fā)芽率×種子根長(zhǎng))×100%。銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量采用2 mol·L-1KCl浸提,連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定;堆肥風(fēng)干樣用H2SO4-H2O2消煮后,消煮液內(nèi)全氮含量測(cè)定采用凱氏定氮法;全磷、全鉀含量測(cè)定采用等離子體發(fā)射光譜法。有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法(NY/T 525—2021《有機(jī)肥料》)[11]。堆肥重金屬Cu、Zn、Cr、As、Cd、Pb、Hg含量測(cè)定按照GB/T 23349—2020《肥料中砷、鎘、鉻、鉛、汞含量的測(cè)定》中規(guī)定進(jìn)行[12]。

甜瓜果實(shí)收獲后,每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集3個(gè)耕作層土壤樣品,風(fēng)干后用于土壤肥力指標(biāo)與重金屬指標(biāo)的測(cè)定。土壤pH采用值m(土)∶V(水)=1∶2.5浸提,pH值計(jì)測(cè)定;電導(dǎo)率(EC)采用電導(dǎo)率儀測(cè)定;土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化法;全氮含量測(cè)定采用半微量凱氏定氮法;土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量采用2 mol·L-1KCl浸提,流動(dòng)分析儀法測(cè)定;有效磷含量采用NaHCO3浸提,鉬銻抗比色法測(cè)定;速效鉀含量采用NH4Ac浸提,火焰光度法測(cè)定[13];土壤重金屬Cu、Zn、Cr、As、Cd、Pb、Hg含量測(cè)定采用火焰原子吸收分光光度法[12]。

1.4.2植株指標(biāo)

果實(shí)品質(zhì):甜瓜果實(shí)成熟后,各處理隨機(jī)選取5個(gè)果實(shí)進(jìn)行品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定。可溶性糖含量使用蒽酮-H2SO4比色法測(cè)定;可溶性固形物含量采用折射儀法測(cè)定;可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)染色法測(cè)定;維生素C含量測(cè)定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[14]; 有效酸度采用pH計(jì)測(cè)定[15]。果實(shí)經(jīng)冷凍干燥、粉碎、過(guò)1 mm孔徑篩后用濃硫酸-H2O2消煮,消煮液用于總氮、總磷、總鉀含量測(cè)定,測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[13]。果實(shí)重金屬Cu、Zn、Cd含量測(cè)定采用火焰原子吸收分光光度法[12]。

果實(shí)產(chǎn)量:各處理隨機(jī)選取5株甜瓜植株,采用游標(biāo)卡尺測(cè)量果實(shí)橫向圍度、縱徑,采用臺(tái)秤測(cè)定單果重和單株產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2016、SPSS 19.0軟件進(jìn)行分析,采用Origin 9.0 軟件制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同堆肥處理對(duì)堆肥溫度變化的影響

堆肥處理溫度變化有3個(gè)階段,即升溫階段、高溫階段(堆肥溫度高于50 ℃)、降溫腐熟階段。如圖1所示,添加菌劑堆肥處理CT1、CT2升溫速度大于CCK。添加菌劑還提高了好氧發(fā)酵最高溫度,CCK、CT1、CT2處理發(fā)酵最高溫度分別為53.5、58.5、73.5 ℃?？梢?jiàn)添加菌劑更能提高發(fā)酵溫度,增加有機(jī)質(zhì)分解速率,且添加0.5%菌劑的CT2處理最高溫度比0.25%接種量的CT1高15 ℃(P<0.05)。CT1、CT2處理高溫階段分別維持到試驗(yàn)13、12 d,之后溫度下降至50 ℃以下,CCK處理23 d后溫度穩(wěn)定低于50 ℃,說(shuō)明添加菌劑可以加快堆肥腐熟,減少堆肥腐熟時(shí)間,菌劑接種量為0.5%時(shí)更有利于物料腐熟。

CCK—墊料直接堆肥;CT1—墊料接種w=0.25%的菌劑堆肥;CT2—墊料接種w=0.5%的菌劑堆肥。

2.2 不同堆肥處理過(guò)程中腐熟度相關(guān)理化性質(zhì)變化

由圖2可見(jiàn),在發(fā)酵過(guò)程中,堆肥的pH 值維持在較高水平,為7.8～9.0。與CCK相比,堆肥反應(yīng)高溫期添加高溫菌劑的CT1、CT2處理pH 值較大。這與添加菌劑堆肥發(fā)酵溫度較高,有機(jī)氮分解為銨態(tài)氮導(dǎo)致pH值上升有關(guān)。電導(dǎo)率(EC)可體現(xiàn)堆料浸提液中可溶性鹽總含量,是用于評(píng)價(jià)堆肥施用對(duì)植物生長(zhǎng)可能造成毒害或抑制效應(yīng)的重要指標(biāo)[16]。各處理EC總體呈上升趨勢(shì),可能與堆肥物料被微生物劇烈分解產(chǎn)生較多的HCO3-、HSO4-、NH4+和磷酸鹽等有關(guān)。堆肥結(jié)束時(shí),CCK、CT1、CT2處理EC分別為4.09、4.08、3.99 mS·cm-1。接種菌劑對(duì)堆肥過(guò)程中EC變化影響不顯著。

各處理TOC含量呈下降趨勢(shì),堆肥結(jié)束時(shí)CCK、CT1、CT2處理TOC含量比堆肥前分別下降38.13%、47.14%、50.77%。各堆肥處理發(fā)芽指數(shù)(GI)整體呈上升趨勢(shì)。堆制35 d 后所有處理GI 均大于70%,表明此時(shí)堆體已無(wú)明顯植物毒性。CT2處理GI最高(109.39%),且高于CK,說(shuō)明添加0.5%高溫菌劑能提高肉鴨發(fā)酵床墊料堆肥的腐熟度。

各處理堆體銨態(tài)氮含量均呈下降趨勢(shì),這是由于前期堆料中易分解氮素含量較高,微生物的快速生長(zhǎng)和繁殖加速了有效氮的分解,生成銨態(tài)氮,在高溫和堿性條件下發(fā)生氨揮發(fā)損失[17]。后期硝化作用增強(qiáng),導(dǎo)致各處理銨態(tài)銨含量下降[18]。與CCK處理相比,CT1、CT2處理銨態(tài)氮含量略高,這可能與較快的有機(jī)氮降解速率有關(guān)。堆肥結(jié)束時(shí),堆體中銨態(tài)氮含量均小于500 mg·kg-1,說(shuō)明堆肥達(dá)到腐熟。堆肥過(guò)程中硝態(tài)氮含量呈上升趨勢(shì),堆肥結(jié)束時(shí)CCK、CT1、CT2處理硝態(tài)氮含量分別是堆肥前的6.81、5.94、7.43倍。

2.3 不同堆肥處理總氮、總磷、總鉀養(yǎng)分含量變化

由圖3可見(jiàn),堆肥處理總氮含量基本變化趨勢(shì)為先下降后上升,發(fā)酵開(kāi)始階段微生物活動(dòng)旺盛,溫度高,氨揮發(fā)量大,消耗氮的速率明顯大于總干物質(zhì)的下降速率。隨著發(fā)酵的進(jìn)行,堆肥逐漸腐熟,部分有機(jī)碳被利用轉(zhuǎn)化為CO2,而此時(shí)NH3的揮發(fā)損失較小,堆肥中總氮含量轉(zhuǎn)為上升[17]。在堆肥過(guò)程中,各處理總磷和總鉀含量均呈上升趨勢(shì),其主要原因是磷、鉀不可能通過(guò)揮發(fā)等形式損失,但在堆肥發(fā)酵過(guò)程中碳、氫、氧、氮等物質(zhì)揮發(fā)損失,而磷和鉀被濃縮[19]。CCK、CT1、CT2處理堆肥結(jié)束時(shí)總磷含量分別比堆肥前高9.35%、21.66%、39.30%,總鉀含量分別比堆肥前高12.46%、20.59%、16.12%。添加菌劑處理對(duì)堆肥終產(chǎn)物總氮、總磷、總鉀含量影響不大。

CCK—墊料直接堆肥;CT1—墊料接種w=0.25%的菌劑堆肥;CT2—墊料接種w=0.5%的菌劑堆肥。

2.4 不同堆肥處理過(guò)程中重金屬含量變化

原始發(fā)酵床墊料中檢測(cè)出Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg這7種重金屬,但含量均較低(表3)。整體而言,高溫堆肥增加了墊料中重金屬含量,這與堆肥過(guò)程碳、氫、氧、氮、硫等物質(zhì)揮發(fā)損失較大,重金屬元素的濃縮效應(yīng)有關(guān)[20],且添加菌劑對(duì)堆肥過(guò)程中重金屬含量的影響不顯著。腐熟墊料中重金屬含量均符合國(guó)家有機(jī)肥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 525—2021)[11]。

表3 堆肥前后發(fā)酵床墊料中重金屬總量變化

2.5 發(fā)酵床墊料堆肥對(duì)甜瓜生長(zhǎng)的影響

純化肥FT1處理甜瓜藤蔓長(zhǎng)度最長(zhǎng)(表4),說(shuō)明化學(xué)氮肥肥效快,前期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)顯著。與商品有機(jī)肥和豬糞處理相比,發(fā)酵床墊料堆肥的3個(gè)處理FT3、FT4、FT5藤蔓長(zhǎng)度略低,可能與發(fā)酵床墊料堆肥中礦質(zhì)氮養(yǎng)分含量較低有關(guān),且發(fā)酵床墊料堆肥的比例越高,藤蔓長(zhǎng)度越短。結(jié)果期FT5處理的掛果數(shù)最多,并顯著高于FT2處理(P<0.05)。從果實(shí)橫向圍度、縱徑來(lái)看,FCK、FT1處理較小,說(shuō)明有機(jī)無(wú)機(jī)肥配合施用能提高甜瓜果實(shí)大小。單瓜重以FT5處理最大,比FT1處理高8.17%,并與FT2無(wú)顯著差異,發(fā)酵床墊料不同配比之間單瓜重也無(wú)顯著差異?？傮w而言,25%復(fù)合肥+75%腐熟墊料處理甜瓜生長(zhǎng)良好,產(chǎn)量最高。

表4 不同施肥處理甜瓜生長(zhǎng)與掛果情況

各處理設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫(xiě)字母不同表示處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.6 發(fā)酵床墊料堆肥對(duì)甜瓜品質(zhì)與養(yǎng)分含量的影響

由表5可知,與純化肥FT1處理相比,發(fā)酵床墊料不同配比提高了甜瓜果實(shí)中的維生素C和可溶性糖含量,其中以FT5處理最高,維生素C、可溶性糖含量分別比FT1處理高10.79%、3.75%?？扇苄缘鞍缀恳訤T3處理最高,但與發(fā)酵床墊料相比無(wú)顯著差異。發(fā)酵床墊料替代比例對(duì)果實(shí)酸度影響較大,與FT1相比,75%替代比例下(FT5)果實(shí)酸度略有上升,但FT5處理果實(shí)糖酸比最高,分別比FT1、FT2處理高6.93%、11.91%。可見(jiàn)腐熟發(fā)酵床墊料還田能顯著改善羊角蜜甜瓜的果實(shí)品質(zhì)[21],其中以FT5處理品質(zhì)最佳。

表5 不同施肥處理甜瓜品質(zhì)與養(yǎng)分

各處理設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫(xiě)字母不同表示處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。1)以鮮重計(jì)。

2.7 不同施肥處理土壤肥力指標(biāo)

與FT1相比,施用墊料明顯提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量以及肥力指標(biāo)(表6)。墊料還田處理的土壤有機(jī)質(zhì)、總氮、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量分別提高17.27%、7.20%、70.54%、45.88%、27.65%。與FT2相比,墊料處理的土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量提高9.24%,其余養(yǎng)分指標(biāo)無(wú)顯著差異。墊料還田處理土壤pH值與FT1無(wú)明顯差異,但土壤EC值顯著增加,平均比FT1提高40.19%,其中FT4處理EC值最高。通常認(rèn)為,EC值達(dá)到2 000～4 000 μS·cm-1時(shí)會(huì)對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響[16],盡管筆者研究中土壤EC值遠(yuǎn)低于此標(biāo)準(zhǔn),但若長(zhǎng)期墊料還田應(yīng)關(guān)注土壤的鹽分變化[7]。

各處理設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫(xiě)字母不同表示處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.8 不同施肥處理對(duì)土壤與甜瓜中重金屬含量的影響

甜瓜果實(shí)檢測(cè)出Cr、Cu、Zn這3種重金屬。與FCK處理相比,施用純化肥或有機(jī)無(wú)機(jī)肥配合施用處理的甜瓜果實(shí)重金屬含量均有所增加(表7)。對(duì)于Cu、Zn含量,國(guó)家已不設(shè)立限量標(biāo)準(zhǔn),但發(fā)酵床墊料3個(gè)處理甜瓜的Cu、Zn含量略高于FT2、FT3處理,且甜瓜中重金屬含量隨著墊料添加比例的增加而增加。所有處理甜瓜果實(shí)中Cr含量均低于GB 2762—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》[22]規(guī)定的0.5 mg·kg-1(新鮮蔬菜)。

表7 不同施肥處理甜瓜與土壤中重金屬含量

從表7可知,Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg這7 種重金屬含量均在我國(guó)農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值(GB 15618—1995)[23]范圍內(nèi)?？傮w來(lái)說(shuō),腐熟墊料還田提高了土壤中重金屬含量,與FT1處理相比,墊料還田的3個(gè)處理土壤Cr、Cu、Zn含量分別提高3.15%、11.65%、10.17%。隨著墊料替代比例的增加,土壤中重金屬含量有增加趨勢(shì)。與FT2相比,除Hg外,墊料處理土壤重金屬含量略有降低,說(shuō)明腐熟墊料還田與施用商品有機(jī)肥對(duì)土壤重金屬含量的影響相當(dāng)。

各處理設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

3 討論

肉鴨上網(wǎng)下床養(yǎng)殖模式中,鴨糞直接排放在發(fā)酵床墊料上,可被微生物利用,實(shí)現(xiàn)糞便的原位降解。我國(guó)大部分肉鴨發(fā)酵床墊料通過(guò)還田實(shí)現(xiàn)資源化利用,但多數(shù)墊料腐熟程度不完全,直接施用到土壤中存在一定的安全隱患,需要將廢棄墊料進(jìn)一步利用高溫堆肥無(wú)害化處理后才能安全還田[24-25]。筆者研究發(fā)現(xiàn),接種0.5%的嗜熱微生物菌劑能提高廢棄墊料的堆肥腐熟效果,這與前人的研究結(jié)果一致[10,26-27]。王玉等[10]在豬糞秸稈堆肥中接種土芽孢桿菌屬(Geobacillussp.)、棲熱菌屬(Thermussp.)、副土芽孢桿菌屬(Parageobacillussp.)和紅嗜熱菌屬(Rhodothermussp.)等組成的極端嗜熱菌劑,堆體GI提高了35.9%。LIAO等[27]發(fā)現(xiàn),土芽孢桿菌屬(Geobacillus)、棲熱菌屬(Thermus)和Calditerricola等屬的極端嗜熱菌可提高堆體溫度,促進(jìn)堆肥腐熟。該研究中,廢棄發(fā)酵床養(yǎng)殖墊料中添加0.5%的嗜熱菌劑,高溫好氧發(fā)酵50 d后GI達(dá)到109%。其主要機(jī)理是這些嗜熱微生物具有耐高溫、高pH值、高鹽分的環(huán)境,同時(shí)具備較高的淀粉、纖維素含量和蛋白酶活性,可在高溫堆肥中促進(jìn)有機(jī)碳的降解,提高堆肥溫度,促進(jìn)堆肥腐熟[10]。

高溫堆肥在增加養(yǎng)分含量的同時(shí),也增加了肉鴨養(yǎng)殖墊料中重金屬總量和EC。楊世忠等[28]研究發(fā)現(xiàn),羊糞堆肥后Cu、Zn總含量較堆肥前增加16.4%～76.9%,筆者的研究結(jié)果與其一致。鮑艷宇等[20]認(rèn)為,堆肥過(guò)程中由于C、N、S等有機(jī)物的降解造成堆肥干物質(zhì)減少,導(dǎo)致重金屬在堆料中濃縮,重金屬含量呈增加趨勢(shì)。尹曉敏等[29]研究表明,豬糞堆肥后Cu、Zn、Mn總量顯著增加,與堆肥過(guò)程中有機(jī)質(zhì)的礦化有關(guān)。多數(shù)研究認(rèn)為,堆肥能降低重金屬的生物有效性[30]。EC值反映堆體中的鹽分含量,是用來(lái)評(píng)價(jià)堆肥施入土壤是否造成植物毒害的重要指標(biāo)。堆肥后EC上升與微生物分解有機(jī)質(zhì),降解后產(chǎn)生較多的可溶性鹽離子有關(guān),當(dāng)鹽離子的沉淀、轉(zhuǎn)化、揮發(fā)量小于生成量時(shí),導(dǎo)致EC上升[19]。

該研究中,經(jīng)高溫堆肥后的肉鴨發(fā)酵床養(yǎng)殖墊料有機(jī)質(zhì)含量超過(guò)40%,總氮、總磷、總鉀養(yǎng)分總量超過(guò) 7%,種子發(fā)芽率超過(guò)90%,相關(guān)指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)有機(jī)肥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。將其作為有機(jī)肥還田產(chǎn)生了良好的作物促生和提高土壤肥力效應(yīng)。等氮條件下,與全部施用化肥相比,腐熟墊料替代75%～85%化學(xué)氮肥,促進(jìn)了甜瓜的生長(zhǎng),提高了單瓜大小和單瓜重,可改善甜瓜品質(zhì),這與前人研究結(jié)果一致[31-32]。胡國(guó)智等[31]研究表明,施用25%～50%的有機(jī)氮替代化肥氮,既能保證甜瓜營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期對(duì)磷鉀的需求,又可促進(jìn)果實(shí)膨大期對(duì)氮素的吸收與積累,進(jìn)而提高甜瓜產(chǎn)量與品質(zhì)。吳壽華[32]研究表明,養(yǎng)豬場(chǎng)發(fā)酵床墊料與氮肥配施條件下茶葉產(chǎn)量提高14.25%,茶葉葉綠素含量增加55.36%。陳應(yīng)江等[33]考察了籠養(yǎng)蛋雞發(fā)酵床腐熟墊料對(duì)水稻生長(zhǎng)與產(chǎn)量的效應(yīng),發(fā)現(xiàn)施用腐熟墊料增強(qiáng)了水稻的抗倒伏能力,水稻干穗質(zhì)量提高30.2%。腐熟墊料還田對(duì)甜瓜的促生效果與其增加土壤有機(jī)質(zhì)和提高土壤氮磷鉀養(yǎng)分有關(guān)。這與前人關(guān)于發(fā)酵床養(yǎng)豬墊料對(duì)甘藍(lán)[24]、茶葉[32]等作物影響的研究結(jié)果一致。這可能是因?yàn)閱问┗是捌陴B(yǎng)分釋放快,甜瓜來(lái)不及吸收和利用,部分土壤養(yǎng)分通過(guò)揮發(fā)與淋洗損失。采用墊料還田能改善土壤中養(yǎng)分的供應(yīng)過(guò)程,使土壤中的養(yǎng)分能夠平穩(wěn)釋放[31]。

腐熟墊料還田土壤中重金屬含量和EC值略高于單施化肥處理土壤,這與墊料自身較高的鹽分與重金屬含量有關(guān)[34-35]。該研究中發(fā)酵床墊料重金屬和鹽分在土壤中的富集現(xiàn)象不明顯,可能與土壤施用發(fā)酵床墊料時(shí)間短、重金屬與鹽分積累量少等因素有關(guān)。此外,由于規(guī)?；B(yǎng)殖畜禽糞便中含有較高濃度的鹽分,墊料長(zhǎng)期使用后鹽分濃度也偏高,長(zhǎng)期施用容易引發(fā)土壤鹽漬化風(fēng)險(xiǎn)[7]。

4 結(jié)論

(1)簡(jiǎn)單堆制、定期翻堆并接種0.5%的嗜熱微生物菌劑能提高肉鴨養(yǎng)殖墊料高溫堆肥發(fā)酵溫度,提高有機(jī)質(zhì)降解速率,促進(jìn)墊料腐熟,提高墊料氮、磷、鉀養(yǎng)分含量。但同時(shí)也增加了墊料Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg這7 種重金屬含量和電導(dǎo)率。

(2)腐熟肉鴨發(fā)酵床養(yǎng)殖墊料替代75%的化學(xué)氮肥時(shí),甜瓜產(chǎn)量與同樣替代比例的商品有機(jī)肥氮相當(dāng),但品質(zhì)略有提升。因此肉鴨養(yǎng)殖墊料堆肥可以作為農(nóng)田、果樹(shù)、蔬菜的肥料使用。

(3)發(fā)酵床墊料堆肥施入農(nóng)田后,可使土壤鹽分和重金屬水平升高,長(zhǎng)期施用導(dǎo)致土壤鹽漬化與重金屬累積風(fēng)險(xiǎn)較大,所以安全有效地利用廢棄肉鴨養(yǎng)殖墊料,還需要通過(guò)肉鴨墊料堆肥長(zhǎng)期定位試驗(yàn)綜合分析評(píng)估。墊料替代比例以不超過(guò)75%為佳。