生态发酵薄床厚度的筛选试验

崔晓东，陈 余，王 梁，贾亚雄，苗 燕，程柏丛，谢实勇

（北京市畜牧兽医总站，北京 100107）

发酵床生态养猪技术是建立有机循环农业的有效手段。通过对发酵床养猪使用后的垫料进行发酵处理，可为种植业提供有机肥，而果园田园产生的树枝、秸秆可提供垫料原料。生产中常用的发酵厚床，厚度多在70～120 cm，如能降低床体厚度，并使用廉价垫料（树枝、秸秆等）来降低成本，以及调整发酵床运行周期以适应施肥节律，最终的垫料在发酵后则可直接还田，增加有机肥的产量，实现循环农业。目前在实际生产中，对发酵床养猪多凭经验，缺乏相关理论数据支持，床体厚度也是凭着经验值设定，因此，有必要通过具体研究，探索有效的床体厚度，以建立一种生态循环的发酵薄床养猪模式。

本试验的目的是在不同垫料厚度的条件下，探明发酵薄床的升温规律、水分变化规律、pH 变化规律和微生物变化规律等，在科学有效的数据统计下，明确发酵薄床的最低有效厚度，为实际生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

本试验在北京市昌平区某养猪场进行，试验用的发酵池尺寸为1.5 m×1.5 m，共使用15 个，发酵池四周为砖墙结构，底部为土壤夯实地面。

1.2 试验材料

试验用的垫料为干燥、未发霉的玉米秸秆、锯末和稻壳；试验用的猪粪在猪场收集。

1.3 试验设计

本试验模拟实际生产的条件下，不同厚度对垫料基础参数的影响情况。试验设1 个对照组，3 个处理组，每组3个重复。对照组的垫料厚度为70 cm，处理组的垫料厚度分别为30、40、50 cm，垫料均由稻壳和锯末组成，稻壳和锯末的体积比为3 ∶2。发酵菌种购自北京绿达源科技有限公司，菌种由酵母菌、放线菌、芽孢杆菌、乳酸菌等组成，菌种添加量为2.32 kg/m3。

根据日本洛东厚垫料养猪的经验及我国第1 次污染源普查的相关数据，确定出猪粪添加量以及饲养密度，猪粪添加量按照50 kg 育肥猪每周的实际排粪量以周为单位进行添加（育肥猪的排粪量为1.5 kg/d），饲养密度按照0.8头/m2，各组加水混匀调制含水率在65%～70%之间。在试验的第1、5、7、9、16、23、30、37、44 天，在各组发酵床的中部（即不同组别的15 、20 、25 、35 cm 处）及垫料表面（各组均在离垫料表面5 cm 处）分别测定其温度和湿度，并对中部垫料进行多点取样；将各试验组垫料中部的取样（不少于300 g，混匀）放在冰箱里冷藏，用于测定pH和大肠杆菌菌群数量。

1.4 测定指标和方法

试验过程中，在第1、5、7、9、16、23、30、37、44 天，分别在14:00测定并记录各组垫料中部、表面温湿度及室温。

垫料中部温湿度用Aquaterr T-300 土壤测定仪测定；样品用去离子水按1 ∶10 的比例稀释，以pH 计（sartorius PB-10）测定pH 值；大肠杆菌菌群数按GB7959-87 方法[1]测定。

1.5 数据处理

试验数据采用SAS 进行统计，以P＜0.05 表示显著性差异。

2 结果分析与讨论

2.1 物理形状的变化

试验开始时，各组垫料均呈淡黄色，16～23 d 以后，垫料的颜色开始逐渐加深（垫料的厚度越大，颜色变化程度越小）；在同一组垫料中，湿度自上而下逐渐变大；到试验结束时，各组垫料未出现霉变的现象；整个试验过程中，猪粪的味道不明显。

2.2 发酵温度的变化

2.2.1 垫料中部温度变化规律

发酵床温度的升高是由于微生物分解猪排泄物及垫料中富含的有机物时释放的大量热能而引起。发酵床升温及维持温度状况是发酵床养猪工艺最重要参数之一，温度的变化可以反映垫料中部微生物活性的变化，发酵床达到并维持理想的温度有利于微生物的活动，并对有害微生物起到杀灭和抑制的作用[2]。本试验结果表明，各试验组温度变化趋势基本相同，都呈先急剧上升后平稳下降的趋势。30、40、50、70 cm 的发酵床中部温度随着垫料厚度的增加而增高，中部最高温度分别达41.1、51.8 、53.1 、57.3 ℃。随着垫料厚度的增加，各试验组的平均温度显著增加，且均显著小于对照组（P＜0.05）。

2.2.2 垫料表面温度变化规律

发酵床表面温度主要由垫料发酵释放的热量和室温共同决定，由结果可以看出，不同厚度的发酵床表面温度变化趋势基本相同（如图2 所示）。随着垫料厚度的增加，30、40、50 cm 试验组的平均温度显著增加，且均显著小于对照组（P＜0.05）。

图1 发酵床中部温度变化曲线

图2 不同厚度发酵床表面温度变化曲线

图3 不同厚度发酵床湿度变化曲线

图4 不同厚度发酵床pH 变化曲线

2.3 湿度的变化

水分是好氧发酵过程中重要的控制因素，好氧发酵的过程中，水分的多少直接影响发酵过程中垫料的理化性质，从而影响好氧发酵的反应速度[3-5]。在发酵床养猪生产中，合理的含水率不仅可以快速地提高发酵初期的温度，而且同样在维持发酵的连贯性上起着重要的作用，选择合理的水分值并掌握水分蒸发量对今后确定发酵薄床养猪猪舍通风量有着重要的指导意义。水分散失的一个重要途径是由于高温造成水分通过垫料表面蒸发。比较各试验组的湿度变化，30、40、50 cm 各试验组的平均湿度差异不显著，对照组的平均湿度显著低于3 个试验组（P＜0.05）。从图3 可以看出，各试验组水分的变化均呈缓慢下降趋势，试验结束时垫料的含水率为45%～50%，水分损失率为20%～25%。

2.4 pH 的变化

好氧发酵依赖于微生物的作用，而研究表明微生物生长的适宜pH 范围一般在6.0～8.5[6]，适宜的pH 可使微生物有效地发挥作用，而pH 太高或太低都会影响好氧堆肥的效率。从试验结果看，各组的pH 呈先急剧上升后平稳下降的趋势，30、40、50 cm 的试验组平均pH 差异显著，且均显著高于对照组（P＜0.05）。前期pH 上升的原因是有机氮在微生物的作用下发生强烈的矿化分解并产生大量的氨和氨氮，从而导致垫料pH 上升，后期pH 下降是由于NH3 挥发速率降低以及在好氧发酵的后期由于硝化作用产生大量的H+造成[7]，另外有机物分解产生的有机酸也是造成好氧堆肥pH 下降的原因。

2.5 大肠杆菌的变化

大肠杆菌是关系到食品安全的主要微生物。从表1 可以看出，随着发酵的持续进行，微生物含量是呈先下降后小幅上升的趋势变化，这主要是因为发酵前期温度升高，大肠杆菌得到有效地抑制，发酵后期随着温度的下降，大肠杆菌的数量又出现小幅回升，这表明发酵床的温度可以对大肠杆菌的繁殖起到一定抑制作用。随着垫料厚度的增加，30、40、50 cm 试验组大肠杆菌菌数显著减少，各试验组大肠杆菌菌群数显著高于对照组（P＜0.05），垫料产生的高温对有害微生物起到一定抑制作用。

表1 大肠杆菌菌群数

3 结论

本试验的结果表明，发酵床垫料的中部温度和表面温度都随着垫料厚度的增加而升高；随着发酵的进行，水分含量逐渐降低，实际生产中应该补充水分的含量；各试验组的pH 呈先升高后下降的趋势，并在适宜微生物生长的范围内变化；垫料发酵产生的高温对有害微生物有一定的抑制作用。

从试验结果看，各试验组的温度显著低于对照组，湿度、pH、大肠杆菌菌群数量显著高于对照组（P＜0.05）。垫料厚度为30 cm 的发酵薄床中部最高温度只有41 ℃，较40 cm 和50 cm 的最高温度低10 ℃，此温度下很多有害菌不能被杀灭；垫料厚度为50 cm 发酵薄床的平均温度高于40 cm 仅1.35 ℃，平均pH 高于40 cm 为0.34，湿度差异不显著，虽然50 cm 发酵床对大肠杆菌的抑制作用稍好于40 cm，但成本高出后者25%左右。垫料厚40 cm 发酵薄床的温度、湿度、pH 等参数可以满足发酵的正常运行，综合考虑以上因素，40 cm 是作为发酵薄床比较合适的厚度。

［1］ GB 7959-1987 粪便无害化卫生标准[S].北京：中华人民共和国农业部，1987.

［2］ 王岩. 养殖业固体废弃物快速堆肥化处理[M]. 北京：化学工业出版社，2005.

[3] Richuard T L,Hamelers H V M,Veeken A,et al.Moisture relationships in composting processes[J].Compost Science ＆Utilization,2002,10(4):286.

［4］ 罗维，陈同斌.湿度对堆肥理化性质的影响[J]. 生态学报，2004，24（11）：2656-2663.

［5］ 栾炳志，焦洪超，林海. 发酵床养猪垫料基础参数研究[C]. 2010 年家畜环境与生态学术研讨会论文集，通辽：2010年家畜环境与生态学术研讨会，2010：412-416.

［6］ Haug R T. The practical handbook of compost engineering[M]. USA：Lewis Publishers Boca Raton,1993.

［7］ Eklind Y,Kirchmann H.Composting and storage of organic household waste with different litter amendments II:nitrogen turnover and losses[J]. Bioresource Technology,2000,（74）: 125-133.