胡海燕，于 勇，張玉靜，徐 晶，孫建光*

(1農(nóng)業(yè)部作物營養(yǎng)與施肥重點開放實驗室，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京100081;2中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京100012)

微生物發(fā)酵床技術(shù)是將微生物菌劑按照一定比例與鋸木屑、秸稈以及必要的輔助材料混合，經(jīng)過堆積發(fā)酵形成墊料床用于畜禽養(yǎng)殖。該技術(shù)的基本原理是利用微生物的分解能力，降解、消化生豬養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的糞尿排泄物，實現(xiàn)豬糞尿就地減量化，緩解規(guī)模養(yǎng)豬場的環(huán)境污染問題，是一種全新的環(huán)保養(yǎng)豬方式［1－3］。日本最早從事豬的發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)研究，于1970年建立了第一個以木屑作墊料的發(fā)酵床系統(tǒng)［4］。加拿大Biotech公司于1985年推出一個以秸稈為深層墊料的發(fā)酵床系統(tǒng)［5］。上世紀(jì)90年代，我國在部分省市開展了發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)的試驗示范［3］，目前，隨著環(huán)保壓力的增加和養(yǎng)豬戶環(huán)保意識的逐漸增強，越來越多的養(yǎng)豬戶接受并運用微生物發(fā)酵床技術(shù)，收到了良好的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益［6］。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對于發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)改善豬的福利、減少對環(huán)境的污染、降低豬群疾病、提高豬肉品質(zhì)、提高生產(chǎn)性能等方面的作用做了較多的研究［3，7－10］。但是，對于養(yǎng)殖后墊料的基本成分、理化性質(zhì)，廢棄墊料農(nóng)田土壤利用的適宜性，墊料作為有機肥料使用的可行性，以及無害化處理和資源化應(yīng)用技術(shù)等目前尚缺乏系統(tǒng)報道。本研究對我國山東、吉林兩省5個發(fā)酵床養(yǎng)豬場的廢棄墊料樣品分別進行了基本理化性質(zhì)、重金屬元素、抗生素、病原微生物等含量的測定，目的是評價廢棄墊料作為有機肥的潛力，為其合理利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2011年9月和11月先后從山東、吉林2省的5個發(fā)酵床養(yǎng)殖場采集墊料樣品，樣品的具體情況見表1。其中，山東齊河裕農(nóng)畜禽養(yǎng)殖有限公司采集的樣品FJC－1、FJC－2為已出欄墊料，其余均為欄內(nèi)墊料。樣品FJC－1為采自6個廢棄墊料堆的墊料樣品混合物，F(xiàn)JC－2為采自3個廢棄墊料堆的墊料樣品混合物，F(xiàn)JC－3和FJC－5均為采自4個發(fā)酵床的墊料樣品混合物，F(xiàn)JC－4為采自3個發(fā)酵床的墊料樣品混合物，F(xiàn)JC－6和FJC－7均為采自2個發(fā)酵床的墊料樣品混合物。

墊料堆采集0—15 cm的墊料樣品，每個堆采集3個點，混合后作為該墊料堆的樣品。發(fā)酵床內(nèi)墊料樣品采用5點采樣法，每個點取0—15 cm的墊料樣品，混合后作為該墊料床的樣品。

1.2 試驗方法

1.2.1重金屬及抗生素測定方法 重金屬Cu、Zn、Cr、As、Ni、Pb、Cd、Hg 含量的測定按照國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行［11－16］?？股刂型撩?素 (Oxytetracycline，OTC)、四環(huán) 素 (Tetracycline，TC)和 金霉 素(Chlortetracycline，CTC)含量的測定也按國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行［17－18］。

1.2.2病源微生物的測定方法 總細(xì)菌數(shù)量采用稀釋平板法［19］，采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基(pH7.0～7.2)，在28℃ ～30℃恒溫培養(yǎng)箱中保濕培養(yǎng)，36～48 h后觀察計數(shù);大腸桿菌采用最大可能數(shù)法(MPN)，具體方法參照《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19524.1－2004肥料中糞大腸菌群的測定》［20］;蛔蟲卵死亡率測定方法參照《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19524.2－2004肥料中蛔蟲卵死亡率的測定》［21］。

1.2.3基本理化性質(zhì)的測定有機質(zhì)、含水量、pH值、全氮、全磷(P2O5)、全鉀(K2O)的測定參照《中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) NY 525－2012有機肥料》［22］的方法;粗有機物的測定采用馬福爐灼燒法。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵床墊料樣品主要養(yǎng)分含量

表2看出，本研究所采集的2個省的5個發(fā)酵床養(yǎng)豬場墊料的pH范圍在6.43～7.91之間，屬于中性偏堿。含水量范圍在25.74%～65.79%之間，其中，山東樣品含水量均大于吉林樣品含水量，這可能與采樣季節(jié)不同有關(guān)，吉林樣品是在冬季干燥季節(jié)采集的，所以含水量偏低。粗有機物和有機質(zhì)含量范圍分別為54.30%～66.84%和42.62%～54.12%，全氮含量范圍為1.54% ～2.12%，全磷(P2O5)含量范圍為2.24% ～5.55%，全鉀(K2O)含量范圍為0.57%～2.15%。其中，吉林樣品的全氮和全鉀含量均大于山東樣品的全氮和全鉀含量，而吉林樣品的全磷含量均小于山東樣品的全磷含量，這可能與不同地區(qū)所用的墊料原料和飼料所含有的營養(yǎng)成分不同有關(guān)。參照我國有機肥料農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY 525－2012)和城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)(GB8172 －1987)［23］，墊料中的有機質(zhì)、氮、磷、鉀含量均在最低限量以上。

表1 發(fā)酵床墊料樣品的基本信息Table 1 Basic information of pig litters

表2 發(fā)酵床墊料主要養(yǎng)分、水分含量及pH指標(biāo)Table 2 Major nutrients，water content and pH of pig litters

2.2 發(fā)酵床墊料樣品主要重金屬元素含量

5個發(fā)酵床養(yǎng)豬場的墊料樣品的 Cu、Zn、Cr、As、Ni、Pb、Cd、Hg 等 8 種重金屬元素含量見表 3。墊料樣品中重金屬Cu和Zn的含量較高，其余6種含量較低。Cu的含量范圍為20.4～180 mg/kg，Zn的含量范圍為77.8～504 mg/kg，Cr的含量范圍為1.53～3.67 mg/kg，As的含量范圍為 0.92～3.42 mg/kg，Ni的含量范圍為1.74 ～5.61mg/kg，Pb 的含量范圍為1.19～6.09 mg/kg，Cd的含量范圍為0.092～0.19mg/kg，而各樣品中Hg均未檢出(＜0.005mg/kg)。其中，F(xiàn)JC－6中的Cu、Zn含量顯著高于其它樣品，該養(yǎng)殖場所用的飼料中Cu、Zn含量可能較高，所以導(dǎo)致了墊料中Cu、Zn含量高，具體原因還需進一步調(diào)查驗證。所測墊料中重金屬元素含量均在我國有機肥料農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY 525－2012)和城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 8172－1987)的限量范圍內(nèi)。

表3 發(fā)酵床墊料主要重金屬元素含量(mg/kg)Table 3 The contents of major heavy metals element of pig litters

2.3 發(fā)酵床墊料樣品中獸用抗生素殘留

目前，我國允許在生產(chǎn)中使用的抗生素有17種，其中土霉素(OTC)、四環(huán)素(TC)和金霉素(CTC)等四環(huán)素類抗生素是應(yīng)用最廣泛、使用量最大的一類抗生素，約占抗生素總用量的57%［24］。據(jù)報道，進入動物體內(nèi)的抗生素約有60% ～90%以藥物原形或初級代謝產(chǎn)物的形式隨動物糞、尿排出體外［25］。大量隨畜禽糞便進入環(huán)境的殘留抗生素對土壤、水體等環(huán)境產(chǎn)生不良影響，并通過食物鏈對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生毒害作用，影響植物、動物和微生物的正常生命活動，最終影響人類的健康。

由表4可以看出，7個樣品的土霉素含量均＜0.5 mg/kg，四環(huán)素含量均＜1 mg/kg，金霉素含量均＜4 mg/kg?？梢?，發(fā)酵床養(yǎng)殖廢棄墊料中抗生素的環(huán)境風(fēng)險較小。

表4 發(fā)酵床墊料四環(huán)素類的殘留量(mg/kg)Table 4 Antibiotics residues of TCs of pig litters

2.4 發(fā)酵床墊料樣品中的鹽分含量

表5顯示，本研究所采集的發(fā)酵床墊料樣品的電導(dǎo)率、可溶性鹽分及Na元素含量都較高，電導(dǎo)率為8.14～16.06 ms/cm，可溶性鹽含量為22.11～45.71g/kg，Na元素含量為 1.18～4.18 g/kg。所以，安全、有效利用發(fā)酵床廢棄墊料資源需要檢測和考慮其鹽分，防止土壤次生鹽漬化。

表5 發(fā)酵床墊料鹽分含量Table 5 Salt contents of pig litters

2.5 發(fā)酵床墊料樣品中的有害生物數(shù)量

畜禽糞中含有大量的病原菌和有害微生物，據(jù)報道，畜禽糞便廢棄物中含有150多種人畜共患病的潛在致病源，發(fā)酵床養(yǎng)殖因為是將豬糞尿直接排放到墊料上，所以墊料中可能會含有大量的寄生蟲和病原菌等，對土壤、作物有著潛在的威脅。本研究對所采集的山東發(fā)酵床墊料樣品進行了衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)的測定，采用目前已公認(rèn)的幾項指標(biāo)，如總大腸桿菌數(shù)、總細(xì)菌數(shù)和蛔蟲卵死亡率，作為判定其中有害生物數(shù)量，同時表征其它種類病原菌和有害微生物的存在。由表6可以看出，發(fā)酵床墊料樣品中總細(xì)菌的數(shù)量在1.93×109～7.90×109cfus/g之間，蛔蟲卵死亡率在90%～94%之間，總大腸桿菌的數(shù)量在1.29×105～2.24×106cfus/g之間。參照我國有機肥料農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY 525－2012)和城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 8172－1987)，蛔蟲卵死亡率和大腸桿菌數(shù)量均超過國家限量標(biāo)準(zhǔn)。

表6 發(fā)酵床墊料有害微生物數(shù)量Table 6 Maleficent bacteria of pig litters

3 討論

發(fā)酵床養(yǎng)豬的應(yīng)用在國內(nèi)還處于起步階段，相關(guān)研究多集中于畜舍環(huán)境、動物生長性能等方面，對其廢棄墊料資源化利用的研究較少。本研究對我國山東、吉林兩省5個發(fā)酵床養(yǎng)豬場的墊料樣品的主要化學(xué)組成進行了測定，結(jié)果表明，墊料中富含有機質(zhì)、氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，有機質(zhì)含量范圍為42.62% ～54.12%，全氮 1.54% ～2.12%，全磷(P2O5)2.24% ～5.55%，全鉀(K2O)0.57% ～2.15%。藍江林等對使用2年后的墊料進行檢測發(fā)現(xiàn)有機質(zhì)含量達35%以上，全氮含量高于1.8%，全磷含量高于2.2%，全鉀含量高于1.1%［6］。盛清凱等［26］的研究結(jié)果也表明，使用18個月的發(fā)酵床廢棄墊料有機質(zhì)含量31.0%，全氮含量1.95%，全磷含量3.12%，全鉀含量2.68%。均與本研究的結(jié)果相符。

隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；?、集約化發(fā)展，大量促進動物生長發(fā)育的飼料添加劑和預(yù)混劑被廣泛使用，加之畜禽對微量重金屬元素吸收利用率低，使得重金屬元素大部分積累在畜禽糞便中。張樹清等對我國7個省、市、自治區(qū)的典型規(guī)?；B(yǎng)殖畜禽糞的測定結(jié)果表明，規(guī)?；B(yǎng)殖畜禽糞中Cu、Zn、Cr、As等重金屬含量較高，在豬糞中，Cu、Zn、Cr、As重金屬元素的含量范圍分別為10.7～1591mg/kg、71.3～8710 mg/kg、0 ～ 688 mg/kg、0.30 ～ 65.4 mg/kg［27］。發(fā)酵床養(yǎng)殖中，豬糞尿直接排放在發(fā)酵床上，所以墊料中不可避免地含有一些對環(huán)境和生物有害的重金屬元素等物質(zhì)。重金屬元素具有難遷移、易富集、危害大等特點，隨著廢棄墊料進入農(nóng)田生態(tài)環(huán)境后，會對土壤生態(tài)系統(tǒng)造成危害，從而影響食品安全。所以有必要對墊料中重金屬含量進行檢測。本試驗測定結(jié)果表明，發(fā)酵床墊料樣品中重金屬元素Cu、Zn、Cr、As、Ni、Pb、Cd 雖然均能檢出，但含量較低，均處于國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限量范圍之內(nèi)，各樣品中Hg均未檢出。已有的研究證明，養(yǎng)豬2年及7年后的發(fā)酵床墊料中 Cu、Zn、Cr、As、Ni、Pb、Cd 等重金屬元素含量均在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限量范圍內(nèi)［28］，與本研究結(jié)果相吻合。

自從20世紀(jì)50年代以來，抗生素作為動物促生長劑和治療用藥已被廣泛應(yīng)用于動物飼養(yǎng)業(yè)。張樹清等的研究發(fā)現(xiàn)，典型規(guī)?；B(yǎng)殖畜禽糞中四環(huán)素類抗生素多有殘留，土霉素、四環(huán)素、金霉素含量范圍分別為1.05～134.75 mg/kg、0～78.57 mg/kg、0～121.78 mg/kg［27］。張慧敏等對浙北地區(qū)畜禽糞便中四環(huán)素類抗生素殘留的檢測結(jié)果為，四環(huán)素、土霉素和金霉素殘留量平均值分別為1.57 mg/kg、3.10 mg/kg 和 1.80 mg/kg［25］。大量未經(jīng)無害化處理或經(jīng)簡單堆肥處理的含有抗生素殘留的禽畜糞便作為有機肥施于農(nóng)田，是土壤環(huán)境中獸用抗生素的主要來源之一。本研究對所采集的發(fā)酵床墊料樣品的分析結(jié)果為，土霉素含量均＜0.5 mg/kg，四環(huán)素含量均＜1 mg/kg，金霉素含量均＜4 mg/kg，可見，3種四環(huán)素類抗生素含量均很低。

近年來，土壤次生鹽漬化成為影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要障礙因子之一。由于養(yǎng)殖過程中飼料外源添加礦質(zhì)鹽，使得規(guī)模化養(yǎng)殖畜禽糞便中含有較高濃度的鹽分［29］。這些畜禽糞作為有機肥施入農(nóng)田后，可以增加土壤鹽分水平，最終導(dǎo)致土壤鹽分累積，抑制作物的出苗和生根。所以安全有效地利用廢棄墊料，需要考慮其鹽分含量高的問題。

由畜禽糞便污染引起的人畜共患病傳播與感染，已引起人們對畜禽糞便病原微生物污染的重視。對發(fā)酵床墊料中病原菌和有害微生物的調(diào)查研究報道較少。本研究對山東發(fā)酵床墊料樣品進行了總大腸桿菌數(shù)量、總細(xì)菌數(shù)量和蛔蟲卵死亡率的測定，總大腸桿菌的數(shù)量在1.29×105～2.24×106cfus/g之間，蛔蟲卵死亡率在90% ～94%之間，均超過國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低限量。

綜上，發(fā)酵床廢棄墊料具有有機肥料的基本性質(zhì)，重金屬元素含量和四環(huán)素類抗生素含量均居于安全范圍。但是大腸桿菌群和腸道寄生蟲卵超標(biāo)，具有生物安全隱患，直接還田對農(nóng)田土壤及農(nóng)產(chǎn)品具有安全風(fēng)險，施用前需對其進行無害化處理。另外，墊料中的鹽分含量較高，在施用過程中要注意防止土壤次生鹽漬化的危害。

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