李路瑤，李佳彬，馮 爍，宋婷婷，張燕榮，朱昌雄，耿 兵

微生物異位發(fā)酵床處理蛋雞養(yǎng)殖廢棄物的效果*

李路瑤，李佳彬，馮 爍，宋婷婷，張燕榮，朱昌雄，耿 兵**

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所農(nóng)業(yè)清潔領(lǐng)域團(tuán)隊(duì)，北京 100081）

實(shí)驗(yàn)采用微生物異位發(fā)酵床技術(shù)對蛋雞養(yǎng)殖廢棄物進(jìn)行發(fā)酵處理，以期為該技術(shù)的推廣應(yīng)用并解決蛋雞養(yǎng)殖環(huán)境污染問題提供理論依據(jù)。具體做法為，將玉米秸稈與椰殼按質(zhì)量比2:1混合，并均勻加入微生物菌劑作為異位發(fā)酵床墊料，調(diào)節(jié)墊料初始含水率為51.97%，將其填入異位發(fā)酵床內(nèi)，將墊料厚度調(diào)整為60cm，預(yù)發(fā)酵4d后開始處理蛋雞養(yǎng)殖廢棄物。實(shí)驗(yàn)從2019年10月28日開始，至2020年1月8日結(jié)束，期間定時(shí)對上層（0?20cm）、中層（20?30cm）、下層（30?40cm）墊料分別取樣，探討不同層次墊料的基礎(chǔ)理化性質(zhì)、營養(yǎng)成分以及微生物數(shù)量的變化。結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)期間異位發(fā)酵床不同層次墊料的溫度、含水率、pH和電導(dǎo)率均呈一致的變化趨勢，且各層之間差異不顯著。發(fā)酵床墊料的溫度維持在50～75℃，含水率處于45%～58%，pH值由6.1波動(dòng)升至8.97，電導(dǎo)率呈持續(xù)增加趨勢。實(shí)驗(yàn)全過程墊料平均pH在8.0左右，確保了發(fā)酵床的穩(wěn)定運(yùn)行。與實(shí)驗(yàn)起始時(shí)相比，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)發(fā)酵床不同層次墊料的TN、TP和TK含量均極顯著增加（P＜0.01），而C/N呈極顯著下降趨勢（P<0.01），有機(jī)質(zhì)含量變化不顯著；墊料對蛋雞養(yǎng)殖廢水和糞便的吸納系數(shù)分別為1.05和3.50，其養(yǎng)分含量均符合NY525-2012關(guān)于總養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)酵體系以細(xì)菌活動(dòng)為主，放線菌次之，其好氧發(fā)酵能夠有效降解和消納蛋雞養(yǎng)殖廢棄物。

異位發(fā)酵床；蛋雞養(yǎng)殖廢棄物；微生物；畜禽廢棄物

中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的集約化和規(guī)模化發(fā)展一方面帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。《第一次全國污染源普查公報(bào)》顯示，畜禽養(yǎng)殖業(yè)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)最主要的污染物排放源，其排放的化學(xué)需氧量、總氮和總磷分別占中國農(nóng)業(yè)源排放量的95.8%、37.9%和56.3%[1]。相對于生豬和奶牛養(yǎng)殖業(yè)污染問題，家禽養(yǎng)殖業(yè)因數(shù)量大，對空氣和水體污染嚴(yán)重等問題備受社會廣泛關(guān)注[2]。中國畜牧業(yè)協(xié)會公布的數(shù)據(jù)顯示，全國每年出欄蛋雞和肉雞總計(jì)約93億只，產(chǎn)生雞糞量高達(dá)9956萬t，在家禽養(yǎng)殖業(yè)中位居首位。因此，家禽養(yǎng)殖業(yè)廢棄物污染控制與資源化利用成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。近年來，利用雞舍內(nèi)鋪層含有特殊菌種的墊料將雞糞進(jìn)行降解的微生物原位發(fā)酵床技術(shù)得到了大規(guī)模推廣和應(yīng)用[3]。但是，微生物原位發(fā)酵床使用過程中存在發(fā)酵產(chǎn)熱，易導(dǎo)致床體溫度過高，且墊料中存在病原菌影響雞只健康生長等問題。

為解決微生物原位發(fā)酵床技術(shù)的不足，有學(xué)者探索通過微生物異位發(fā)酵床技術(shù)處理畜禽養(yǎng)殖糞污。微生物異位發(fā)酵床是一種在微生物原位發(fā)酵床的基礎(chǔ)上改進(jìn)的養(yǎng)殖污染控制技術(shù)，這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了畜禽養(yǎng)殖和廢棄物處理的分離，利用高溫好氧發(fā)酵在持續(xù)、動(dòng)態(tài)的條件下對養(yǎng)殖廢棄物進(jìn)行處理，并完成資源轉(zhuǎn)化[4]。Guo等[5?6]通過異位發(fā)酵床處理奶牛養(yǎng)殖廢水，發(fā)現(xiàn)每千克墊料對奶牛養(yǎng)殖廢水的吸納系數(shù)為2.417，且發(fā)酵結(jié)束后墊料的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國家農(nóng)業(yè)行業(yè)生物有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)。董立婷等[7]通過異位發(fā)酵床處理生豬養(yǎng)殖廢水，并得出每千克墊料對生豬養(yǎng)殖廢水的吸納系數(shù)為2.53，優(yōu)于對奶牛養(yǎng)殖廢水的吸納系數(shù)，并且對生豬糞便的吸納系數(shù)為1.78。有研究表明，與豬糞和牛糞相比，雞糞養(yǎng)分含量高，但其含水率也高，可達(dá)75%～80%，導(dǎo)致處理與資源化利用難度加大。另外，部分蛋雞養(yǎng)殖戶仍采用傳統(tǒng)“水泡糞”工藝進(jìn)行清糞，導(dǎo)致養(yǎng)殖廢水產(chǎn)生量過大，水環(huán)境污染問題嚴(yán)重。陳斌[8]的研究顯示，雞糞的含水率與臭氣濃度成正比，因此，降低雞糞的含水率是降低臭氣濃度及環(huán)境污染的關(guān)鍵。李靈章等[9]在處理含水率為75.36%的雞糞過程中添加玉米秸稈，使雞糞?秸稈整體的含水率控制在42%左右。楊凌等[10]研究顯示，經(jīng)過7d發(fā)酵塔發(fā)酵可將雞糞的含水率從60%降至30%。

目前，微生物異位發(fā)酵床技術(shù)在生豬和奶牛養(yǎng)殖廢棄物處理上得到了廣泛研究和應(yīng)用[11?12]，但是在養(yǎng)雞廢棄物處理方面并沒受到關(guān)注，相關(guān)研究報(bào)道很少。本研究采用微生物異位發(fā)酵床技術(shù)處理蛋雞養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的糞便和污水，研究異位發(fā)酵床墊料溫度、pH、含水率、微生物數(shù)量和營養(yǎng)成分的變化，從而為異位發(fā)酵床技術(shù)的推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)在北京市順義區(qū)某養(yǎng)雞場進(jìn)行。為了開展實(shí)驗(yàn)研究，異位發(fā)酵床與養(yǎng)殖區(qū)同時(shí)建設(shè)，實(shí)驗(yàn)設(shè)置如圖1和圖2所示。異位發(fā)酵床規(guī)格為3000mm（長）×1000mm（寬）×900mm（高），養(yǎng)殖區(qū)面積為15.43m2，共養(yǎng)殖育雛育成期蛋雞85只，飼養(yǎng)密度為5～6只·m?2。異位發(fā)酵床從2019年10月28日開始運(yùn)行，到2020年1月8日墊料溫度與室溫接近時(shí)，結(jié)束運(yùn)行，共計(jì)72d。異位發(fā)酵床與養(yǎng)殖區(qū)（坡度為5°）之間由排污孔連接，糞便和污水由排污孔進(jìn)入異位發(fā)酵床。

圖1 異位發(fā)酵床俯視圖（mm）

圖2 異位發(fā)酵床剖面圖（mm）

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

將玉米秸稈粉碎成0.5～2.0cm的小段，與椰殼粉按照質(zhì)量比為2:1進(jìn)行混合，加入微生物菌劑混合均勻。調(diào)節(jié)墊料初始含水率為51.97%，攪拌均勻后填入異位發(fā)酵床內(nèi)進(jìn)行異位發(fā)酵床的制作。調(diào)整墊料厚度為60cm，預(yù)發(fā)酵4d之后開始處理養(yǎng)殖廢棄物。玉米秸稈和椰殼粉均由某公司提供，總用量為140kg。微生物菌劑為某公司生產(chǎn)的墊料發(fā)酵劑零污染Ⅰ號，用量為每3m3墊料添加500g菌劑。該菌劑以芽孢桿菌（）為主，有益菌數(shù)>109個(gè)·g?1。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

每日采用人工清糞的方式將糞污推送至異位發(fā)酵床表面，并進(jìn)行簡單機(jī)械翻堆。依據(jù)《第一次全國污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》計(jì)算每日每只雞產(chǎn)生的糞便量。為避免發(fā)酵床墊料含水率過高，實(shí)驗(yàn)全過程嚴(yán)格控制養(yǎng)殖區(qū)沖水量，約每10d沖洗養(yǎng)殖區(qū)域一次，每次用水量20kg左右，沖洗后廢水沿養(yǎng)殖區(qū)（坡度為5?）由排污孔直接排放到異位發(fā)酵床體中，然后采用小型翻堆機(jī)（2.2kW電機(jī)，220V電壓），對墊料（深度為60cm）進(jìn)行深度機(jī)械翻堆（翻堆形式為上下翻動(dòng)）。按照五點(diǎn)采樣法采集上層（0?20cm）、中層（20?30cm）、下層（30?40cm）墊料樣品，每層采集400g樣品，混勻后裝入自封袋備用。取樣時(shí)間為第0天（即實(shí)驗(yàn)開始當(dāng)天）、第2、7、14、21、28、35、42、49、56、63和72天。取80g樣品直接用來測定pH、含水率、微生物數(shù)量；其余樣品置于陰涼處風(fēng)干磨碎并貯存?zhèn)溆?，用以進(jìn)行總氮、總磷、總鉀、碳氮比、有機(jī)質(zhì)等的測定。

1.4 指標(biāo)測定

1.4.1 墊料溫度

每日9：00左右根據(jù)五點(diǎn)測樣法用堆肥溫度計(jì)測定20cm、30cm、40cm深度處的墊料溫度，以5點(diǎn)平均值作為該深度的平均溫度。同時(shí)，用干濕溫度計(jì)觀測異位發(fā)酵床附近的環(huán)境溫度。

1.4.2 墊料pH值及電導(dǎo)率

采用四分法取混合均勻的新鮮樣品5g于100mL錐形瓶內(nèi)，加入50mL去離子水，用振蕩器（150r·min?1）震蕩浸提30min，測定懸浮液的pH值及電導(dǎo)率。pH用S-3C型pH計(jì)測定，電導(dǎo)率采用DDS-11A型電導(dǎo)率儀測定。

1.4.3 墊料含水率及糞污吸納系數(shù)

采用四分法取混合均勻的新鮮樣品50g，用恒溫干燥箱在105℃下干燥8h，取出后冷卻30min，測定其含水率；按照《第一次全國污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》計(jì)算蛋雞育雛育成期的糞便產(chǎn)生量，將添加的糞污重量與墊料初始重量相比，其比值即為發(fā)酵全過程墊料的糞污吸納系數(shù)。

1.4.4 墊料中可培養(yǎng)微生物數(shù)量

采用稀釋涂布平板法培養(yǎng)墊料中的微生物。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基分離培養(yǎng)，于37℃恒溫培養(yǎng)1～2d；真菌采用改良高氏一號培養(yǎng)基分離培養(yǎng)，于28℃恒溫培養(yǎng)3～4d；放線菌采用馬丁培養(yǎng)基分離培養(yǎng)，于28℃恒溫培養(yǎng)5～7d。上述3種微生物在培養(yǎng)結(jié)束后根據(jù)菌落生長情況選取合適的稀釋梯度平板計(jì)數(shù)。

1.4.5 墊料中養(yǎng)分含量

采用有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)NY 525-2012中規(guī)定的相關(guān)方法進(jìn)行測定[13]。全氮采用H2SO4?H2O2消煮?凱氏定氮法測定；全磷采用H2SO4?H2O2消煮?釩鉬黃比色法測定；全鉀采用H2SO4?H2O2消煮?火焰光度法測定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀?硫酸法測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行初級統(tǒng)計(jì)分析，采用SPSS22.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，利用Origin 9.0軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)期間異位發(fā)酵床墊料溫度變化

由圖3可見，整個(gè)實(shí)驗(yàn)期（2019?10?28—2020?01?08，72d）秋冬季，異位發(fā)酵床室內(nèi)空氣溫度逐漸降低，在3.0～26.0℃范圍內(nèi)變化。而同期發(fā)酵床墊料內(nèi)溫度明顯高于室溫，發(fā)酵最初兩天各層溫度從室溫急劇升高至75.0℃左右，然后保持在50.0～70.0℃范圍內(nèi)波動(dòng)變化，至66d后，發(fā)酵能力逐漸減弱，墊料內(nèi)溫度急劇降低，至72d前后，墊料內(nèi)溫度降低至室溫，發(fā)酵結(jié)束。由圖中可以看出，整個(gè)實(shí)驗(yàn)期內(nèi)發(fā)酵床墊料內(nèi)溫度呈現(xiàn)出明顯的周期性變化過程，其變化周期與養(yǎng)殖區(qū)清理糞便的周期完全一致，墊料中增加糞便后溫度呈現(xiàn)升高趨勢，然后隨著發(fā)酵進(jìn)行溫度逐漸降低。對比分析可見，墊料內(nèi)不同深度處（20cm、30cm和40cm）各層溫度均表現(xiàn)出相同的變化過程，而且各層之間無顯著差異?？梢姡诒緦?shí)驗(yàn)裝置以及養(yǎng)殖管理?xiàng)l件下，床體溫度基本維持在50～70℃，能夠滿足微生物活性要求。

圖3 異位發(fā)酵過程中不同層次墊料溫度變化過程（2019?10?28—2020?01?08，每日9：00觀測）

2.2 實(shí)驗(yàn)期間異位發(fā)酵床墊料含水率變化

由圖4可知，整個(gè)實(shí)驗(yàn)期不同層次墊料的含水率均處于45%～58%波動(dòng)變化。實(shí)驗(yàn)開始，床體墊料初始含水率為51.97%，隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行和廢水的加入，墊料含水量升高，又由于環(huán)境溫度以及墊料的持續(xù)高溫又造成水分的蒸發(fā)，致使墊料含水量呈現(xiàn)波動(dòng)變化趨勢。對比墊料不同層次（0?20cm、20?30cm、30?40cm）含水率可見，各層均呈現(xiàn)出升高下降的波動(dòng)變化趨勢，其中20?30cm墊料的含水率波動(dòng)范圍最小。在第21天和第28天，20?30cm和30?40cm層次的墊料含水率均低于50%，這是由于環(huán)境溫度以及墊料的持續(xù)高溫造成的水分蒸發(fā)，導(dǎo)致含水率下降，而其余觀測時(shí)間各墊料層含水率均保持在50%～60%，適宜微生物的好氧發(fā)酵。

圖4 異位發(fā)酵過程中不同層次墊料含水率的變化過程

由表1所示，研究期內(nèi)平均每10d沖洗養(yǎng)殖區(qū)域1次，共計(jì)用水146.7kg。根據(jù)《第一次全國污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》，華北區(qū)蛋雞育雛育成期糞便產(chǎn)污系數(shù)為0.08kg·頭?1·d?1。研究期共計(jì)飼養(yǎng)蛋雞85頭，育雛育成期72d，共計(jì)產(chǎn)生糞便489.6kg。經(jīng)計(jì)算，每千克墊料對蛋雞養(yǎng)殖廢水的吸納系數(shù)為1.05，對蛋雞養(yǎng)殖糞便的吸納系數(shù)為3.50。

表1 發(fā)酵過程中沖洗養(yǎng)殖區(qū)用水量

2.3 實(shí)驗(yàn)期間異位發(fā)酵床墊料酸堿度變化

由圖5可知，整個(gè)實(shí)驗(yàn)期內(nèi)異位發(fā)酵床不同層次墊料的pH總體上呈現(xiàn)增加的趨勢。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)3個(gè)層次墊料的pH均為6.10，之后呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，0?20cm、20?30cm和30?40cm三個(gè)層次墊料均呈現(xiàn)弱堿性，相應(yīng)的pH分別為8.50、8.46和8.45，各層均表現(xiàn)為相同的變化過程，且無顯著差異?？梢?，實(shí)驗(yàn)全過程墊料pH平均在8.00左右，處于弱堿性環(huán)境下，適宜微生物的好氧發(fā)酵。

圖5 異位發(fā)酵過程中不同層次墊料pH的變化過程

2.4 實(shí)驗(yàn)期間異位發(fā)酵床墊料電導(dǎo)率變化

由圖6可知，實(shí)驗(yàn)期內(nèi)異位發(fā)酵床不同層次墊料的電導(dǎo)率總體上均呈增加的趨勢。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)三個(gè)層次墊料的電導(dǎo)率均為1.57ms·cm?1，之后均呈現(xiàn)快速上升的趨勢，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，0?20cm、20?30cm和30?40cm三個(gè)層次墊料的電導(dǎo)率分別為5.25ms·cm?1、5.36ms·cm?1和4.95ms·cm?1。對比墊料內(nèi)不同層次電導(dǎo)率可見，各層均表現(xiàn)為相同的變化過程，而且各層之間無顯著差異。實(shí)驗(yàn)期內(nèi)電導(dǎo)率呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢，主要是由于不斷地添加蛋雞廢棄物，導(dǎo)致無機(jī)鹽在墊料中積累，進(jìn)而導(dǎo)致電導(dǎo)率上升。

2.5 實(shí)驗(yàn)期間異位發(fā)酵床墊料養(yǎng)分含量變化

圖7和圖8顯示的是異位發(fā)酵床在實(shí)驗(yàn)開始及結(jié)束時(shí)不同層次墊料營養(yǎng)成分（總氮、總磷、總鉀、有機(jī)質(zhì)和碳氮比）的變化情況。從圖7可以看出，實(shí)驗(yàn)期內(nèi)，墊料的總氮、總磷和總鉀較實(shí)驗(yàn)開始時(shí)均極顯著增加（P<0.01），而墊料的有機(jī)質(zhì)和碳氮比較實(shí)驗(yàn)開始時(shí)均有所下降，其中有機(jī)質(zhì)含量變化不顯著，而C/N則呈極顯著下降（P<0.01）。0?20cm墊料層的總氮、總磷和總鉀含量分別由實(shí)驗(yàn)初始的0.70%、0.31%和0.83%增加為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的2.89%、3.92 %和2.34%；20?30cm墊料層分別由實(shí)驗(yàn)初始的0.70%、0.31%和0.83%增加為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的2.51%、3.18%和2.06%；30?40cm墊料層分別由實(shí)驗(yàn)初始的0.70%、0.31%和0.83%增加為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的2.48%、2.97%和2.28%。發(fā)酵后各層次總氮、總磷和總鉀含量均比發(fā)酵前顯著增加，與有機(jī)物在微生物作用下?lián)]發(fā)，總干物質(zhì)量減少及雞糞廢水的持續(xù)加入有關(guān)。由圖8可見，0?20cm墊料的有機(jī)質(zhì)和碳氮比分別由實(shí)驗(yàn)初始的101.54%和84.14減至實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的94.01%和18.87，分別減少7.42個(gè)百分點(diǎn)和77.57%；20?30cm墊料的有機(jī)質(zhì)和碳氮比分別由實(shí)驗(yàn)初始的101.54%和84.14減至實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的91.18%和21.07，分別減少10.20個(gè)百分點(diǎn)和74.96%；30?40cm墊料的有機(jī)質(zhì)和碳氮比分別由實(shí)驗(yàn)初始的101.54%和84.14減至實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的83.08%和19.43，分別減少18.18個(gè)百分點(diǎn)和76.91%。各層次有機(jī)質(zhì)含量呈小幅下降，碳氮比極顯著降低，這是由于墊料中的有機(jī)質(zhì)在發(fā)酵過程發(fā)生降解所致。

圖6 異位發(fā)酵過程中不同層次墊料電導(dǎo)率變化過程

圖7 發(fā)酵前（第0天，T-0）和發(fā)酵后（第72天，T-72）不同層次墊料總氮、總磷、總鉀含量比較

注：不同小寫字母表示差異極顯著（P＜0.01）。下同。

Note：Different letters indicate significant differences (P＜0.01). The same as below.

圖8 發(fā)酵前（第0天，T-0）和發(fā)酵后（第72天，T-72）不同層次墊料有機(jī)質(zhì)含量（a）、C/N比值（b）比較

2.6 實(shí)驗(yàn)期間異位發(fā)酵床墊料微生物數(shù)量變化

由圖9可知，隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，發(fā)酵床不同層次墊料中細(xì)菌、真菌和放線菌均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。實(shí)驗(yàn)開始后，0?20cm、20?30cm和30?40cm三個(gè)不同層次墊料的細(xì)菌數(shù)量由0.67×107逐漸上升，分別達(dá)到最大值15.87×107、8.47×107和6.61× 107CFU·g?1，之后呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，三個(gè)層次的細(xì)菌數(shù)量分別為1.69×107、1.28×107和1.80×107CFU·g?1。實(shí)驗(yàn)開始后0?20cm、20?30cm和30?40cm三個(gè)層次墊料的真菌數(shù)量由3.60×102逐漸上升，分別達(dá)到最大值56.00×102、43.33×102和50.67×102CFU·g?1，之后呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，三個(gè)層次的真菌數(shù)量分別為7.27×102、4.07×102和4.27×102CFU·g?1。實(shí)驗(yàn)開始后，0?20cm、20?30cm和30?40cm三個(gè)層次墊料的放線菌由1.00×104逐漸上升，分別達(dá)到最大值226.67×104、152.67×104和168.67×104CFU·g?1，之后呈現(xiàn)下降的趨勢，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，三個(gè)層次的放線菌分別降至6.80×104、3.50×104和4.40×104CFU·g?1?？梢?，在本實(shí)驗(yàn)異位發(fā)酵體系中細(xì)菌數(shù)量維持在106～108數(shù)量級，真菌維持在102～103數(shù)量級，放線菌維持在105～106數(shù)量級，且實(shí)驗(yàn)發(fā)酵體系中微生物以細(xì)菌活動(dòng)為主。

圖9 異位發(fā)酵過程中不同層次墊料內(nèi)微生物數(shù)量的變化過程

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 異位發(fā)酵床墊料理化性質(zhì)變化

影響微生物發(fā)酵床發(fā)酵功能的指標(biāo)主要有墊料的溫度、含水率、酸堿度和電導(dǎo)率等[14]。溫度是反映發(fā)酵床效率最為直觀的指標(biāo)，也是反映微生物活性的重要指標(biāo)之一[15]。有研究表明，原位發(fā)酵床在處理養(yǎng)殖廢棄物的過程中表層溫度一般維持在25～30℃，而中心溫度可達(dá)40～50℃[6]。本實(shí)驗(yàn)所研究的異位發(fā)酵床在處理蛋雞養(yǎng)殖廢棄物過程中墊料溫度維持在50～75℃，高于原位發(fā)酵床墊料溫度，同時(shí)變化趨勢與原位發(fā)酵床相似[16?17]。異位發(fā)酵床不同層次墊料溫度無明顯差異，并且均呈現(xiàn)往復(fù)先升高后下降的波動(dòng)變化趨勢，這主要是由于在糞便加入及翻堆的作用下墊料溫度升高，但是隨著物料的消耗，溫度又呈現(xiàn)下降趨勢，從而墊料溫度處于上下波動(dòng)變化的狀態(tài)，直至第72天墊料溫度下降至與室溫接近，發(fā)酵結(jié)束。

墊料含水率直接影響發(fā)酵床墊料溫度、微生物發(fā)酵以及分解糞便的水平。有研究表明，墊料環(huán)境的含水率處于45%～60%較為適宜[6,18?19]。本研究中伴隨著墊料溫度往復(fù)先升高后下降的波動(dòng)，三個(gè)層次墊料的含水率呈現(xiàn)一致的變化趨勢，且均處于45%～60%。異位發(fā)酵床可以同時(shí)處理養(yǎng)殖廢水和畜禽糞便，尤其在處理養(yǎng)殖廢水方面應(yīng)用較廣泛。經(jīng)計(jì)算，本研究中每千克墊料對蛋雞養(yǎng)殖廢水的吸納系數(shù)為1.05，低于對生豬養(yǎng)殖廢水的吸納系數(shù)；而對蛋雞養(yǎng)殖糞便的吸納系數(shù)為3.50，高于對生豬養(yǎng)殖糞便的吸納系數(shù)[7]。

發(fā)酵床的發(fā)酵過程依賴于微生物的作用，而微生物的生長又依賴于適宜的酸堿度條件[17]。有研究表明，適宜微生物好氧發(fā)酵的pH范圍一般處于6.5～9.0，此時(shí)微生物生長以及有機(jī)質(zhì)分解速率最大[20]。Tam等[21]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵床墊料過酸（pH＜5.9）或過堿（pH＞9.0）均不利于糞尿的發(fā)酵分解。Sundberg等[22]研究發(fā)現(xiàn)，pH＜6時(shí)，墊料微生物的呼吸作用明顯受到抑制。本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)異位發(fā)酵床不同層次墊料的pH無明顯差異。實(shí)驗(yàn)初期微生物大量繁殖，分解墊料以及蛋雞養(yǎng)殖廢棄中的含氮營養(yǎng)物質(zhì)，釋放氨氣，導(dǎo)致pH增加；同時(shí)微生物的硝化作用又會產(chǎn)生H+，導(dǎo)致pH下降，從而使pH呈現(xiàn)波動(dòng)變化趨勢。實(shí)驗(yàn)全過程墊料平均pH值在8.0左右，適宜微生物的好氧發(fā)酵。

電導(dǎo)率（EC）是以數(shù)字形式來表示溶液的導(dǎo)電能力，它能間接推測出墊料浸提液中的離子總濃度[23]。已有研究表明，在一定濃度范圍內(nèi)，溶液的電導(dǎo)率與其可溶性鹽分含量成正相關(guān)，即EC越高，水溶性鹽分越高[24?25]。本實(shí)驗(yàn)研究表明不同層次墊料的電導(dǎo)率無明顯差異，并且均呈現(xiàn)上升的趨勢，這是因?yàn)榧S便的不斷加入以及微生物分解墊料的有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生的無機(jī)鹽在墊料中積累，進(jìn)而導(dǎo)致電導(dǎo)率上升。

3.1.2 異位發(fā)酵床墊料營養(yǎng)成分變化

異位發(fā)酵床墊料的腐熟程度可以用總氮、總磷、總鉀、有機(jī)質(zhì)和碳氮比等指標(biāo)指示[26]。本研究中，異位發(fā)酵床不同層次墊料的TN、TP和TK含量均呈現(xiàn)極顯著增加的趨勢，這主要是因?yàn)殡S著實(shí)驗(yàn)的不斷進(jìn)行，雞糞和廢水中有機(jī)物被微生物不斷分解以NH3、CO2等形式揮發(fā)，導(dǎo)致墊料干重降低，所以TN、TP和TK含量較實(shí)驗(yàn)前顯著上升[27?28]。發(fā)酵床墊料的C/N是影響發(fā)酵效果的重要因素，合適的C/N可為發(fā)酵床功能菌群的生長提供最均衡的營養(yǎng)物質(zhì)，保證糞便快速發(fā)酵分解[29]。微生物生長繁殖所需要的C/N在25:1～30:1，而畜禽糞便的C/N較低，介于5:1～13:1之間，所以為了滿足微生物適合的C/N，就需要選擇較大C/N的原料作為發(fā)酵床墊料[30]。在本研究中，異位發(fā)酵床不同層次墊料的發(fā)酵初始C/N為87.40:1，有效地滿足了實(shí)驗(yàn)后期微生物發(fā)酵需要。在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)酵床不同層次墊料的有機(jī)質(zhì)和C/N均呈現(xiàn)下降的趨勢，這是由于墊料中的有機(jī)質(zhì)在發(fā)酵過程發(fā)生降解所致。異位發(fā)酵床體系發(fā)酵結(jié)束時(shí)墊料的總養(yǎng)分含量均符合NY525-2012關(guān)于總養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.3 異位發(fā)酵床墊料微生物數(shù)量變化

微生物是發(fā)酵床運(yùn)行的主體，也是影響溫度、pH、含水率和營養(yǎng)成分變化的重要因素[31?32]。發(fā)酵床墊料所含有的微生物主要由本土微生物和發(fā)酵菌劑微生物共同組成。本研究中，異位發(fā)酵床不同層次墊料的細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量變化無明顯差異，且均呈現(xiàn)波動(dòng)變化趨勢。在發(fā)酵床微生物群落中，放線菌可以產(chǎn)生抗生素，進(jìn)而預(yù)防和抑制病蟲害的發(fā)生[33]；此外，高溫放線菌還可在高溫階段協(xié)同芽孢桿菌持續(xù)發(fā)酵，分解糞便及墊料，以維持床體溫度。發(fā)酵初期床體中的微生物分解能力較強(qiáng)，可將填入的糞污快速分解和消耗，并釋放熱量使床體溫度升高。實(shí)驗(yàn)持續(xù)20d左右隨著墊料含水率的持續(xù)下降，pH逐漸升高，此時(shí)不利于微生物的生長繁殖，細(xì)菌和真菌的數(shù)量均有所下降[34]。異位微生物發(fā)酵床可以形成以有益微生物為優(yōu)勢菌的生物保護(hù)屏障[35]。本研究中，細(xì)菌基本維持在106～108數(shù)量級，真菌維持在102～103數(shù)量級，放線菌維持在105～106數(shù)量級，表明細(xì)菌在發(fā)酵過程中起主要作用，放線菌次之。

3.2 結(jié)論

（1）異位發(fā)酵床在處理蛋雞養(yǎng)殖廢棄物過程中墊料溫度維持在50～75℃，高于原位發(fā)酵床墊料溫度，同時(shí)三個(gè)墊料層含水率均處于45%～60%，適宜微生物好氧發(fā)酵；實(shí)驗(yàn)全過程墊料平均pH在8.0左右，有利于微生物生長；在微生物的作用下墊料和廢棄物中的有機(jī)物質(zhì)被分解，導(dǎo)致墊料電導(dǎo)率上升；經(jīng)計(jì)算本研究中每千克墊料對蛋雞養(yǎng)殖廢水的吸納系數(shù)為1.05，低于對生豬養(yǎng)殖廢水的吸納系數(shù)；而對蛋雞養(yǎng)殖糞便的吸納系數(shù)為3.50，優(yōu)于對生豬養(yǎng)殖糞便的吸納系數(shù)。

（2）異位發(fā)酵床不同層次墊料有機(jī)質(zhì)和C/N均呈現(xiàn)下降的趨勢，而TN、TP和TK含量均呈現(xiàn)顯著增加的趨勢。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)墊料養(yǎng)分含量均符合NY525-2012關(guān)于總養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）異位發(fā)酵床不同層次墊料的細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量變化無明顯差異，且均呈現(xiàn)先升高后下降的變化趨勢，其中細(xì)菌基本維持在106～108數(shù)量級，真菌維持在102～103數(shù)量級，放線菌維持在105～106數(shù)量級。

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Treatment Effects of Ectopic Microbial Fermentation on Layer Hens Waste

LI Lu-yao, LI Jia-bin, FENG Shuo, SONG Ting-ting, ZHANG Yan-rong, ZHU Chang-xiong, GENG Bing

（Agricultural Clear Watershed Group, Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100081, China）

In order to provide theoretical basis for application of microbial ectopic fermentation system technology and solve the environmental pollution problem of laying hens, microbial ectopic fermentation system was used to treat the waste produced from layer breeding and to reduce environmental pollution. The specific procedures were mixed corn straw and coconut shell according to the mass ratio of 2:1, evenly added microbial agents as the ectopic fermentation system material. The initial moisture and thickness of the litter were adjusted to 51.97% and 60cm, respectively, and filled it in the ectopic fermentation system. After 4 days of pre-fermentation, laying hens breeding waste was treated by the ectopic fermentation system. From the beginning of the experiment on October 28, 2019 to the end of the experiment on January 8, 2020, the samples were taking from the upper layer (0?20cm), middle layer (20?30cm), and lower layer (30?40cm) in the different stage of experiment, further to explore the changes of physical and chemical properties, nutrients components and microbial quantities. The results showed that there were no significant differences in the temperature, moisture content, pH and conductivity of different packing layers in the ectopic fermentation system. The maximum temperature of the fermentation system was between 50?75℃, the moisture content was between 45%?58% and the pH value was changed in the range of 6.10?8.97, and the conductivity showed a trend of continuous increase in the all experimental process. In the end of the experiment, the average pH of the litter was about 8.0, which could ensure the stable operation of the fermentation system. Compared with the beginning of the experiment, the TN, TP and TK contents of different layers of litter increased significantly in the end of the experiment (P<0.01), while the organic matter content and C/N showed a decreasing trend. The organic matter content was insignificant difference and the C/N was significant (P<0.01). The absorption coefficients of the litter for wastewater and feces was 1.05 and 3.50, respectively in the end. The fermentation system was dominated by bacterial activity, followed by actinomycetes. The nutrient content of the fillers was in accordance with the standards of NY525-2012 for total nutrients and organic matter mass fractions. This fermentation system can effectively degrade and absorb layer breeding waste.

Ectopic fermentation system；Layer breeding waste；Microorganism；Poultry waste

2020?04?04

耿兵，E-mail：gengbing2000@126.com

國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)課題（2017ZX07603-002）

聯(lián)系方式：李路瑤，E-mail：liluyao0215@163.com

10.3969/j.issn.1000-6362.2020.08.001

李路瑤,李佳彬,馮爍,等.微生物異位發(fā)酵床處理蛋雞養(yǎng)殖廢棄物的效果[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2020,41(8):473-482