王萬(wàn)霞，林中珍，劉賀賀，鄭燦財(cái)，蔣藝娜，胡 倩，陳 才，李戎遐

（1.四川省畜牧總站，四川 成都 610041；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，四川 成都 611130；3.四川新綿櫻農(nóng)牧有限公司，四川 綿陽(yáng) 622650）

異位發(fā)酵床是一種新型畜禽糞污處理技術(shù)，其原理是通過(guò)微生物的發(fā)酵作用使畜禽排泄物分解為無(wú)毒無(wú)害的物質(zhì)，達(dá)到無(wú)污染、零排放的目的［1-2］。已有許多研究表明，發(fā)酵處理后的墊料是一種清潔、安全的有機(jī)肥料［3-4］。發(fā)酵輔料是異位發(fā)酵床的主要成分，與畜禽糞便一起決定了異位發(fā)酵床的理化性質(zhì)，發(fā)酵輔料的選擇直接影響著異位發(fā)酵床的糞污降解效率。本研究選用綿陽(yáng)當(dāng)?shù)匾椎玫匿從┖偷練?，相互配置為三個(gè)試驗(yàn)組，通過(guò)觀測(cè)異位發(fā)酵床處理肉鴨糞污過(guò)程中各項(xiàng)指標(biāo)的變化，對(duì)比使用不同輔料時(shí)鴨糞的降解效果，以評(píng)估出最佳輔料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 本試驗(yàn)所用發(fā)酵輔料為鋸末和稻殼，事先測(cè)得其初始含水率分別為36.27%和15.72%。試驗(yàn)場(chǎng)地由四川新綿櫻農(nóng)牧有限公司提供，為半開(kāi)放式的發(fā)酵池，鴨糞來(lái)源于該公司飼養(yǎng)的櫻桃谷鴨，養(yǎng)殖方式為網(wǎng)上養(yǎng)殖。試驗(yàn)所用菌種主要成分為芽孢桿菌，最適生長(zhǎng)濕度為50%～55%，建議用量為每20 m3墊料添加1 kg 菌液。

1.2 試驗(yàn)儀器 Digital-Thermometer（上海儀表集團(tuán)）；電子天平HZF-A＋100（福州華志科學(xué)儀器有限公司）；電熱恒溫干燥箱XGQ-2000（紹興市蘇珀儀器有限公司）；PHS-320 智能多功能酸度計(jì)（成都世紀(jì)方舟科技有限公司）；18目標(biāo)準(zhǔn)篩（紹興市上虞圣超儀器設(shè)備有限公司）；土壤采樣器YKT-C04（長(zhǎng)沙永樂(lè)康儀器設(shè)備有限公司）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 按照表1 設(shè)計(jì)將三個(gè)試驗(yàn)組輔料在第0 d 均勻鋪在地面，厚30 cm，每個(gè)試驗(yàn)組的處理方式相同：第0 d 加入0.15 kg 菌液和20 kg鴨糞，用干凈的自來(lái)水調(diào)節(jié)整體水分至50%～55%，混合均勻后堆砌成半米高左右的圓臺(tái)狀，之后每2 d人工翻拋一次。為保證發(fā)酵床的正常運(yùn)行，試驗(yàn)第9 d為每個(gè)試驗(yàn)組補(bǔ)加20 kg鴨糞。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4 樣品采集 分別于試驗(yàn)的第0、4、8、12、16、20 d 按“Z”字形用土壤采樣器從5 點(diǎn)采集等量深度0～30 cm 的發(fā)酵床墊料，混合均勻，用四分法取混合樣200 g，裝入無(wú)菌自封袋內(nèi)，-20 ℃冰箱保存，每個(gè)試驗(yàn)組采3個(gè)重復(fù)樣。取其中100 g樣品測(cè)定pH值和含水率，其余樣品65 ℃烘干24 h，測(cè)定碳氮比（C∕N）。

1.5 指標(biāo)測(cè)定

1.5.1 墊料溫度 自開(kāi)始試驗(yàn)起（第0 d）每2 d檢測(cè)一次溫度。上午9：00 在每個(gè)試驗(yàn)組的墊料中心位點(diǎn)檢測(cè)上層（10 cm 處）、中層（20 cm 處）和下層（30 cm處）的溫度，該點(diǎn)的溫度為3處溫度的平均值，同時(shí)記錄環(huán)境溫度，每組重復(fù)測(cè)定3次。

1.5.2 墊料含水率 每個(gè)樣品用四分法取樣20～25 g，105 ℃恒溫干燥6 h，取出后移入干燥器內(nèi)冷卻至室溫，立即稱重，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次。含水率計(jì)算公式如下：

1.5.3 墊料pH 值 采用四分法取5 g 樣品，置于250 mL錐形瓶?jī)?nèi)，加入45 mL無(wú)菌水，以200 r∕min在室溫下振蕩30 min，再靜置30 min，取上清液，用pH計(jì)測(cè)定pH值，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次。

1.5.4 墊料碳氮比（C∕N）采用有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)NY525-2021《有機(jī)肥料》中的相關(guān)方法進(jìn)行測(cè)定。有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定，總氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析 使用Excel 整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用GraphPad Prism 8 繪制圖表，通過(guò)SPSS 26 進(jìn)行雙因素方差分析，所有數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，以P＜0.05表示差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 墊料溫度 如圖1所示，三個(gè)試驗(yàn)組的起始溫度均為18.0 ℃左右，發(fā)酵過(guò)程中溫度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，第9 d補(bǔ)加20 kg鴨糞后，再次重復(fù)此趨勢(shì)。試驗(yàn)組1 在第6 d 達(dá)到最高溫度44.8 ℃，試驗(yàn)組2 在第2 d 達(dá)到最高溫度59.5 ℃，試驗(yàn)組3在第4 d達(dá)到最高溫度65.2 ℃。所得數(shù)據(jù)中，試驗(yàn)組1、試驗(yàn)組2和試驗(yàn)組3達(dá)到35℃以上的次數(shù)分別為5、5和7次。方差分析的結(jié)果顯示：試驗(yàn)組3墊料的上層溫度顯著低于中層和下層（P＜0.05），但中層與下層之間的差異不顯著（P＞0.05），說(shuō)明試驗(yàn)組3墊料的中層溫度和下層溫度均處于較高水平。

圖1 發(fā)酵床墊料溫度的變化

2.2 墊料含水率 如圖2所示，三個(gè)試驗(yàn)組的起始含水率為52.00%左右，發(fā)酵過(guò)程中墊料含水率均呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，第9 d補(bǔ)加20 kg鴨糞后，再次重復(fù)此趨勢(shì)。其中，試驗(yàn)組1 的墊料含水率波動(dòng)最小，最低為40.92%，最高為52.83%；試驗(yàn)組2波動(dòng)最大，最低為31.54%，最高為57.93%；試驗(yàn)組3 波動(dòng)適中，最低為35.34%，最高為54.73%。方差分析的結(jié)果顯示：三個(gè)試驗(yàn)組的墊料含水率兩兩之間差異均不顯著（P＞0.05）。

圖2 發(fā)酵床墊料含水率的變化

2.3 墊料pH值 如圖3所示，在發(fā)酵過(guò)程中，三個(gè)試驗(yàn)組的pH 值多為弱堿性，且呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)。試驗(yàn)組1 的起始pH 值為7.31，在第12 d再次升高至7.22；試驗(yàn)組2 的起始pH 值為7.24，在第12 d達(dá)到最大值8.06；試驗(yàn)組3的起始pH值為6.72，在第16 d 達(dá)到最大值7.88。方差分析的結(jié)果顯示：試驗(yàn)組1 的pH 值顯著低于試驗(yàn)組2（P＜0.05）。

圖3 發(fā)酵床墊料pH值的變化

2.4 墊料碳氮比（C/N）如表2所示，三個(gè)試驗(yàn)組的有機(jī)碳含量和總氮含量均呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，第9 d 補(bǔ)加20 kg 鴨糞后，再次重復(fù)此趨勢(shì)。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，試驗(yàn)組1 的有機(jī)碳含量由39.31%下降到33.60%，總氮含量由1.77%下降到1.22%，C∕N 由22 升高到28；試驗(yàn)組2 的有機(jī)碳含量由34.10%下降到23.72%，總氮含量由1.37%升高到1.40%，C∕N由25下降到17；試驗(yàn)組3的有機(jī)碳含量由38.32%下降到24.67%，總氮含量由1.51%下降到1.22%，C∕N由25下降到20。

表2 發(fā)酵床墊料成分變化

方差分析的結(jié)果顯示：第20 d時(shí)，試驗(yàn)組1的最終有機(jī)碳含量顯著高于試驗(yàn)組2 和試驗(yàn)組3（P＜0.05），其他時(shí)間差異均不顯著（P＞0.05）；第20 d 時(shí)，試驗(yàn)組1 的最終總氮含量與試驗(yàn)組2、試驗(yàn)組3 之間差異均不顯著（P＞0.05），但試驗(yàn)組2顯著高于試驗(yàn)組3（P＜0.05），其他時(shí)間差異均不顯著（P＞0.05）；第20 d時(shí)，試驗(yàn)組1和試驗(yàn)組3最終的C∕N 均顯著高于試驗(yàn)組2（P＜0.05），其他時(shí)間差異均不顯著（P＞0.05）。

3 討論

3.1 溫度 溫度是最能直觀反映發(fā)酵床運(yùn)行狀態(tài)的指標(biāo)，在一定范圍內(nèi)溫度越高，說(shuō)明墊料中微生物代謝越旺盛，糞污降解效果越好［5］。試驗(yàn)開(kāi)始后，發(fā)酵床中的微生物快速分解墊料中的有機(jī)物，使得發(fā)酵床溫度迅速升高，之后隨著鴨糞的消耗，微生物開(kāi)始缺乏正常新陳代謝的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，發(fā)酵床溫度也開(kāi)始逐漸降低；第9 d補(bǔ)加20 kg鴨糞后，可供微生物利用的有機(jī)物濃度升高，于是發(fā)酵床溫度再次出現(xiàn)先升高后降低的規(guī)律。李艷苓等［6］研究表明，發(fā)酵床微生物適宜的生存溫度為35～60 ℃，發(fā)酵床溫度過(guò)高或過(guò)低均會(huì)阻礙微生物的生長(zhǎng)和繁殖，進(jìn)而不利于畜禽糞污的處理。本研究中，相比于另外兩個(gè)試驗(yàn)組，試驗(yàn)組3 的墊料溫度較長(zhǎng)時(shí)間處于較高水平，表明其中的微生物活動(dòng)更加旺盛，更有利于分解鴨糞。同時(shí)，試驗(yàn)組3 墊料的中層溫度和下層溫度均處于較高水平，說(shuō)明其中的微生物較另外兩個(gè)試驗(yàn)組的活動(dòng)范圍更加廣泛。由此推測(cè)試驗(yàn)組3的發(fā)酵輔料可能更適合于處理肉鴨糞污。

3.2 含水量 水分具有溶解有機(jī)質(zhì)、參與新陳代謝和調(diào)節(jié)發(fā)酵床溫度等作用，對(duì)微生物的生長(zhǎng)繁殖至關(guān)重要［5］。微生物生長(zhǎng)的適宜濕度為45%～70%，過(guò)高或過(guò)低皆不利于微生物的繁殖［7］。墊料含水率過(guò)低，微生物不能正常生長(zhǎng)，墊料含水率過(guò)高，則會(huì)造成“死床”現(xiàn)象。影響墊料濕度變化的因素有很多，例如墊料溫度、翻耕頻率、墊料孔隙大小、墊料的吸水性、糞污含水率等［8］。本研究中，試驗(yàn)組1的墊料含水率波動(dòng)范圍最小，其次為試驗(yàn)組3，試驗(yàn)組2 最大。造成這種現(xiàn)象的原因在于鋸末的吸水性優(yōu)于稻殼，稻殼的支撐性優(yōu)于鋸末［9］，因此試驗(yàn)組2相比于試驗(yàn)組1更有利于水分的散失。從試驗(yàn)結(jié)果可以推測(cè)，在實(shí)際生產(chǎn)中高含水率的肉鴨糞污會(huì)讓純鋸末組成的發(fā)酵床含水率越來(lái)越高，最終產(chǎn)生“死床”現(xiàn)象，而純稻殼組成的發(fā)酵床含水率波動(dòng)幅度較大，也不利于發(fā)酵床中微生物的正常生長(zhǎng)。因此，試驗(yàn)組3的輔料相對(duì)更適合用于處理肉鴨糞污。

3.3 pH值 pH值能夠影響微生物的活性，因此適宜的pH值是微生物有效發(fā)揮分解作用的重要條件之一。試驗(yàn)剛開(kāi)始時(shí)，微生物分解發(fā)酵床墊料中的有機(jī)物，產(chǎn)生大量有機(jī)酸，使得發(fā)酵床pH值下降；隨著發(fā)酵床中有機(jī)物的消耗，微生物對(duì)蛋白質(zhì)類有機(jī)物的分解增加，越來(lái)越多的氨態(tài)氮積累在墊料中，使得發(fā)酵床的pH 值升高。向發(fā)酵床墊料中補(bǔ)充畜禽糞污后，又會(huì)再次重復(fù)此規(guī)律，使發(fā)酵床pH 值整體呈現(xiàn)上下波動(dòng)的態(tài)勢(shì)。有研究表明，微生物好氧發(fā)酵的最適pH值范圍一般為6.5～8.5［7］。本研究中三個(gè)試驗(yàn)組的墊料pH值均在此范圍內(nèi)波動(dòng)，其中以試驗(yàn)組1 的波動(dòng)最小，能為微生物生長(zhǎng)提供更加穩(wěn)定的酸堿環(huán)境。

3.4 碳氮比（C/N）適宜的C∕N 能夠?yàn)榘l(fā)酵床中微生物的生長(zhǎng)提供均衡的營(yíng)養(yǎng)，保障微生物持續(xù)發(fā)揮對(duì)糞污的分解作用［5］。張英輝等［10］研究發(fā)現(xiàn)，畜禽糞便發(fā)酵的最佳C∕N 為30∶1。在發(fā)酵床運(yùn)行過(guò)程中，微生物的生長(zhǎng)繁殖必然要消耗碳元素和氮元素，因此本研究中各個(gè)試驗(yàn)組的有機(jī)碳含量和總氮含量均呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。試驗(yàn)組1、試驗(yàn)組2 和試驗(yàn)組3 的C∕N 平均值分別為27、20和26，試驗(yàn)組1和試驗(yàn)組3均顯著高于試驗(yàn)組2（P＜0.05），其原因在于鋸末的有機(jī)碳含量顯著高于稻殼（P＜0.05），而總氮含量與稻殼差異不顯著（P＞0.05）。由此推測(cè)，相對(duì)于純稻殼組成的發(fā)酵床，含有鋸末的發(fā)酵床能為微生物生長(zhǎng)提供更適宜的C∕N。

李艷苓等［6］研究發(fā)現(xiàn)，以稻殼和椰殼粉混合物為發(fā)酵床輔料相比于用玉米秸稈作輔料對(duì)豬糞的降解處理效果更好。卓坤水等［8］研究表明，以鋸末和稻殼為輔料處理豬糞，兩者的質(zhì)量比為3∶2 時(shí)發(fā)酵效果良好。王春蕾等［11］選取了鋸末、稻殼、玉米秸、麥秸、稻草、花生殼和棉花柴等7種常見(jiàn)原料作為發(fā)酵輔料處理蛋雞糞便，結(jié)果表明鋸末稻殼組和棉花柴組的糞污處理能力最佳。

4 結(jié)論

將鋸末和稻殼混合后作為發(fā)酵輔料使用比鋸末、稻殼單獨(dú)作為發(fā)酵輔料使用的效果更好。當(dāng)鋸末和稻殼配比為3∶2 時(shí)，發(fā)酵床溫度長(zhǎng)時(shí)間維持在較高水平，含水率變化幅度適中，pH 值和C∕N 均維持在最適范圍內(nèi)，此時(shí)對(duì)鴨糞的發(fā)酵處理效果更好。