養豬發酵床秸稈墊料的腐解特征

郭德杰 徐麗萍 陳偉 馬艷 張志勇 嚴少華 羅佳

摘要：以秸稈作為養豬發酵床主要墊料，長期監測養豬過程中發酵床秸稈墊料腐解規律，以期為發酵床養殖科學管理和后期墊料肥料化利用提供理論依據。研究結果表明，隨著時間推移，發酵床秸稈墊料pH值和電導率總體呈現上升趨勢，墊料中銨態氮濃度隨著時間上下波動較大，硝態氮逐漸增加并在240 d后趨于穩定;墊料中的總有機碳變化幅度不大，但是胡敏酸（HA）逐漸增加而富里酸（FA）逐漸降低，并導致胡富比（HA/FA）逐漸增加;秸稈墊料的種子發芽指數逐漸增加，經過1年后發芽指數達到55.82%，然而還未達完全腐熟階段。可見，發酵床秸稈墊料雖然在養豬過程中經過一定腐熟，也能產生有利于植物生長的腐殖酸，但并未完全腐熟，必須經過無害化處理才能作為肥料用于農田。

關鍵詞：秸稈腐解;發酵床;養豬

中圖分類號：X713?? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）15-0228-03

收稿日期：2020-11-10

基金項目：國家自然科學基金（編號：31701993）;江蘇省自然科學基金（編號：BK20170613）。

作者簡介：郭德杰（1978—），女，山東曲阜人，碩士，助理研究員，主要從事農業廢棄物資源化利用。E-mail：guodejie99@163.com。

通信作者：羅 佳，博士，副研究員，主要從事農業廢棄物肥料化和基質化利用技術研究。E-mail：luojia428@163.com。

我國是農業大國，秸稈資源豐富，每年有6～8億t[1-2]，且仍逐年增加;但秸稈資源被再利用量很少，每年有大量秸稈被拋棄或焚燒[3]。目前，秸稈利用的主要方式中，秸稈還田具有改善土壤質量、增加有機碳固定等優點，并受到許多研究者關注，但大量秸稈直接還田會帶來阻礙作物發芽及生長、降低產量和增加病蟲害等一系列負面影響[4-5];而秸稈氣化等能源利用方式雖前景可觀，但目前尚處于試驗階段，且需大量資金和技術投入，在實際應用中面臨諸多困難，這些因素均制約著秸稈的綜合利用。我國秸稈處理作為農村可再生資源利用的重要戰略之一，秸稈合理利用對農業可持續發展及城鎮空氣污染控制均將產生深遠意義。我國秸稈量十分巨大，單一的秸稈處理方式無法消納全部的秸稈，因此，探索行之有效的多種秸稈合理利用方式已成為該領域亟待解決的問題。

將秸稈作為發酵床養豬的墊料，豬排泄物一經產生便被秸稈等墊料吸收并發酵降解，不僅改善了畜禽生長狀況、控制環境污染，同時為秸稈等農業廢棄物提供新的去處，同時秸稈等墊料發酵完成后可作為有機肥，成為有價值的可利用資源，因此該模式具有廣闊的發展前景。在發酵床養豬過程中，利用秸稈等農業廢棄物作為發酵床墊料已在積極發展中。但目前發酵床養豬研究主要集中于如何養好豬，對于墊料腐解過程和肥料化利用研究較少。本研究以秸稈作為養豬發酵床主要墊料，通過長期監測養豬過程中發酵床秸稈墊料腐解過程中理化性狀變化情況，以期為發酵床養殖的科學管理和后期墊料肥料化利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

本試驗于揚州市伊綠鮮生態農業科技有限公司進行，時間為2018年6月至2019年5月，用于試驗采樣的豬舍發酵床面積約為500 m2，發酵床墊料厚度為80 cm，分別為上面20 cm菌糠，下面60 cm水稻秸稈。發酵床日常維護主要為每周將表層墊料翻耙2～3 次，每3個月采用新的菌糠覆蓋并翻耙均勻使墊料恢復80 cm厚度。豬飼養密度為 0.75頭/m2，試驗進行180 d后出欄第一批豬后緊接著補充第二欄豬，按常規方法進行管理。

1.2 樣品采集與測定

樣品采集，每間隔2～3個月采集發酵床墊料樣品，采集時挖開表層發酵床墊料，采集20～40 cm處的發酵床墊料，測定pH值、電導率、硝態氮、銨態氮、總有機碳、胡敏酸、富里酸和種子發芽指數。pH值、電導率、硝態氮、銨態氮測定方法參照文獻[6]，總有機碳測定采用重鉻酸鉀容量法[7]，胡敏酸和富里酸含量的測定采用焦磷酸鈉-氫氧化鈉提取重鉻酸鉀氧化容量法[8]，種子發芽指數測定參照文獻[9]。

1.3 數據分析和統計

采用Excel 2003和SPSS 18.0軟件進行數據統計與分析，使用最小顯著差異法（least significant difference，LSD）檢驗進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 發酵床墊料pH值和EC變化

pH值是衡量發酵床墊料中微生物生長狀況的重要指標，其對NH3排放具有重要影響。由圖1可知，在發酵床墊料中pH值呈現先上升后下降趨勢，后逐漸趨于穩定。發酵床墊料隨著墊料腐熟，墊料pH值逐漸升高，約180 d達到最高值后，持續下降，并在約300 d趨于穩定。電導率（EC）與發酵床墊料中可溶性鹽含量成正比，在一定程度上提示發酵床墊料中鹽分。由圖1可知，前面120 d發酵床墊料電導率趨于穩定，然后上升至180 d達到峰值后經過短暫下降后又持續上升，1年后發酵床墊料電導率達4.61 mS/cm。

2.2 發酵床墊料氮組分變化

銨態氮的含量與發酵床墊料中氨氣釋放是密切相關的，是氮損失的主要來源。由圖2可知，發酵床墊料在初始60 d內銨態氮含量為0.47 mg/g，60 d 后開始增加，至180 d達到2.49 mg/g，比60 d時的銨態氮增加了5倍。180 d后發酵床墊料中的銨態氮逐漸下降，至300 d已降至1.16 mg/g，300 d后又開始增加，360 d后發酵床墊料中銨態氮含量與180 d時持平。發酵床墊料中硝態氮的含量變化趨勢與銨態氮不同，發酵床墊料中硝態氮總體呈持續增加趨勢，在240 d時墊料中硝態氮含量為 1.58 mg/g，此后硝態氮含量未見明顯增加。

2.3 發酵床墊料碳組分變化

由表1可知，發酵床墊料中總有機碳含量變化不明顯，基本持平，但是C/N比呈現波動趨勢，可能與氮組分變化有關。胡敏酸（HA）和富里酸（FA）是腐殖酸的主要成分，隨著時間推移，胡敏酸含量逐漸增加，其含量在60 d時由17.27 g/kg增加至38.73 g/kg，增加了1.24倍;而富里酸含量持續下降，其含量在60 d時為37.53 g/kg，而360 d時為22.32 g/kg，下降了約70%。胡富比（HA/FA）隨著時間的推移逐漸增加，在300 d時達峰值1.77，之后趨于穩定。

2.4 發酵床墊料腐熟度變化

種子發芽指數是衡量有機物料腐熟度的重要指標，當種子發芽指數>80%時，可認為有機物料處于完全腐熟狀態[10]。隨著時間的推移，種子發芽指數逐漸升高，經過360 d發酵床墊料種子發芽指數升至55.82%（圖3），表明發酵床墊料正在逐漸腐熟，但即使經過1年依然腐熟不完全。

3 討論

發酵床養豬技術因豬發病率低、豬肉品質高、溫室氣體排放低[11-13]，逐漸被越來越多養豬戶所接受。秸稈作為養豬發酵床墊料，不僅可解決秸稈資源化利用問題，同時也為推廣生態養殖方式提供新的墊料來源，并且發酵床墊料經過處理后還可作為肥料用于農田，是一舉多得的生態循環農業發展模式。本研究以秸稈作為養豬發酵床主要墊料，通過長期監測養豬過程中發酵床秸稈墊料腐解過程中理化性狀變化情況，發現墊料腐解過程與堆肥發酵表現特征一致，均是pH值上升伴隨著NH3的釋放，此后NH3揮發和硝化菌硝化作用產生的H+又引起pH值降低，后隨著時間推移又有逐漸回升的趨勢[14]。因此，可以把發酵床養豬看做一個肥料的生產過程，可通過發酵床管理提高肥料的質量和品質。

有機物料腐解過程是一個礦化和腐殖化作用交替進行的過程，墊料中的腐殖酸由物料中新生成及原有腐殖酸轉化而來，有機物料成分、環境條件等均會影響墊料中腐殖酸的含量[15-16]。胡敏酸和富里酸是腐殖酸中的重要組分，HA/FA是評價堆肥腐殖化水平的一個重要指標，能較好地反映堆肥腐殖質組分性質的變化[17-18]。本研究中HA/FA隨著時間的推移逐漸增加，其結果可能與有機物料腐殖化過程中部分富里酸可能向胡敏酸轉變有關[19]。曹云等研究發現，豬糞秸稈混合超高溫堆肥過程中HA/FA比值逐步上升，有機物料腐殖化程度顯著提高[20]，本研究結果與之一致。

種子發芽指數也是衡量有機物料腐熟度的重要指標，同有機物料腐解過程中產生的腐殖酸不同，種子發芽指數主要從安全角度來衡量有機物料對植物是否具有毒性。一般情況下，當種子發芽指數>50%時，認為堆肥產品的植物毒性處于較低水平;當種子發芽指數>80%時，可認為堆肥處于完全腐熟狀態[10]。本研究中所用發酵床秸稈墊料雖然經過1年養豬過程的腐解，但種子發芽指數僅有55.82%，仍具有少量的植物毒性，并未完成腐熟，因此在后續肥料化利用過程中還需要進行無害化處理。

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