干法和湿法猪发酵床垫料中磷的变化规律研究

张 印，焦洪超，林 海，郭建凤，盛清凯＊

（1.山东省农业科学院 畜 牧兽医研究所，山东省畜禽疫病防治与繁育重点实验室，山东 济 南250100；2.山东农业大学 动 物科技学院，山东 泰 安271018）

发酵床养猪技术，即含有锯末、稻壳、发酵床菌种的混合垫料生长，粪尿免清理，粪污被垫料中的微生物分解，猪舍无臭味［1］。该技术作为一种福利、环保、资源循环利用养殖技术，不同于我国目前常见的水泥地面养猪方法，最近几年发酵床养殖技术正在我国推广。目前推广的发酵床制作方法主要为“湿法”，即将各种垫料原料以及发酵床菌种混匀后，加水调湿至水分含量40%～60%，然后堆积发酵，将发酵成功后的垫料铺入发酵池进行养猪。为了降低制作发酵床的劳动成本，国内一些单位推广“干法”制作方法［2］，即将垫料原料铺进发酵池的同时与菌种混合，铺满垫料后即可以养猪，各种原料混合过程中不加水。和湿法发酵床相比，干法发酵床省水省力。但干法发酵床和湿法发酵床在猪粪污中氮、磷、碳等物质的转化能力方面，即粪污消纳能力方面有何差异尚未见报道。发酵床养殖的最终目的为消纳粪污对环境的不利影响。研究干法和湿法发酵床垫料中氮、磷、碳等物质的转化情况，有助于完善发酵床养殖技术，促进养殖技术的提升。

发酵床垫料经多次利用后作为肥料使用。我国有74% 的耕地土壤缺磷，土壤中95%以上的磷为无效磷，作物很难直接吸收利用［3］。土壤、作物对垫料中磷的吸收利用情况尚未见报道。本试验对干法发酵床和湿法发酵床垫料中磷的变化规律进行研究，为养殖生产以及垫料循环利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

锯末、稻壳、麸皮市场购买；发酵床菌种，山东省农科院畜牧兽医研究所研制，纳豆芽孢杆菌含量高于1×108个／g。

1.2 试验设计

根据湿法发酵床制作方法，将锯末、稻壳、猪粪、麸皮及发酵床菌种按40%、50%、10%、2.0 kg／m3、200 g／m3比例混合均匀，均分为两份，一份直接铺入猪舍内，为干法发酵床；一份加水调节水分含量至40%左右，堆积发酵成功后，铺入猪舍内，为湿法发酵床。发酵床垫料厚度为80 cm。将发酵床均分为10栏，湿法发酵床和干法发酵床各5栏，每栏面积30 m2，饲养20头猪。根据饲养管理规程，进行日常生猪饲养与垫料管理。出栏2批生猪后，发酵床每栏选取4处代表性位点，分别在每处位点同等深度的垫料表层（深2 cm处）、中层（深30 cm处）、底层（距床底2 cm处）测定垫料温度，取垫料样品并进行相关指标的测定。

1.3 测试指标及检测方法

1.3.1 p H测定 取垫料用去离子水按1：20（W／V）比例稀释，用p H计测定溶液p H。

1.3.2 总磷、植酸磷、有效磷的测定 将垫料粉碎后测定总磷、植酸磷、有效磷。总磷采用 GB／T6437-2002［4］所示方 法 测 定；植 酸 磷 采 用 TCA法［5］测定；有效磷用碳酸氢钠浸提法［6］测定。

1.3.3 脲酶、植酸酶及中性磷酸酶活性 将垫料与水按质量比1：5比例稀释后测定上清液中酶的活性。脲酶、植酸酶采用进口的ELISA试剂盒测定。中性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法［7］。中性磷酸酶酶活性以每克垫料24 h后将磷酸苯二钠转化成酚的毫克数表示。

1.4 数据处理

按双因素模型采用SAS（V9.1）软件GLM程序对所有数据进行处理，分析发酵床种类效应、垫料深度效应及其互作效应；以Duncan氏法进行多重比较，P＜0.01为差异极显著，P＜0.05为差异显著。数据结果用平均数±标准误表示。

2 结果与分析

2.1 不同发酵床垫料p H和垫料温度的变化

发酵床种类对水分含量有显著影响，湿法发酵床水分含量均值显著高于干法发酵床（P＜0.05）。垫料深度对水分含量存在极显著影响（P＜0.01），随着垫料深度的增加，湿法发酵床中水分含量逐渐增加，而干法发酵床中垫料水分含量逐渐减少（表1）。发酵床种类对垫料p H有极显著影响，湿法垫料p H均值极显著低于干法发酵床（P＜0.01）。垫料深度对p H也有极显著影响，并且二者存在互作相应（P＜0.01）。发酵床种类对垫料温度有显著影响，湿法垫料温度均值极显著高于干法发酵床（P＜0.01），二者垫料中层温度都最高（P＜0.01）。

表1 不同发酵床垫料不同深度p H和垫料温度的变化Table 1 Chang of p H and temperature in different litters

2.2 不同发酵床垫料中磷的变化

发酵床种类对总磷含量无影响（表2），湿法发酵床和干法发酵床总磷含量的均值无显著差异。垫料深度对总磷有极显著影响（P＜0.01），湿法发酵床和干法发酵床都是中层总磷含量最高。发酵床种类和垫料深度对植酸磷都有极显著影响（P＜0.01），湿法发酵床和干法发酵床都是中层植酸磷含量最高（P＜0.01），湿法发酵床植酸磷含量均值极显著低于干法发酵床（P＜0.01）。发酵床种类对有效磷有显著影响，湿法发酵床有效磷含量均值显著高于干法发酵床（P＜0.05）。垫料深度对有效磷含量有极显著影响，湿法发酵床和干法发酵床两种垫料垫料中层有效磷含量最高（P＜0.01）。

表2 发酵床垫料中磷的变化Table 2 Change of phosphorus in different litters

2.3 不同发酵床垫料中酶活的变化

表3中发酵床种类对植酸酶酶活性有极显著影响（P＝0.0082），对中性磷酸酶活性有显著影响（P＜0.05），对脲酶活性有极显著影响（P＜0.001），湿法发酵床植酸酶、中性磷酸酶、脲酶活性的均值都显著高于干法发酵床。垫料深度对植酸酶、中性磷酸酶和脲酶都有极显著影响（P＜0.01），湿法发酵床和干法发酵床都是中层垫料的酶活性最高。

表3 酵床垫料中植酸酶、中性磷酸酶和脲酶的变化Table 3 Change of phytase，neutral phosphotase and urease in different litters

3 讨 论

干法发酵床和湿法发酵床制作程序相比，干法发酵床缺少了加水调湿步骤，此举节省了劳力，缩短了发酵床制作时间，并且延长垫料的使用寿命，有利于发酵床养殖技术的推广，但目前尚未见两种发酵床应用效果比较的研究报道。本试验中干法发酵床水分含量低于湿法发酵床，发酵温度低于湿法发酵床，这与发酵床菌种需在一定水分环境下分解粪尿产生生物热有关。垫料温度的变化又影响着发酵床内微生物种类［8］、含量及其分泌酶酶活性的改变。

垫料深度对垫料温度有显著影响，垫料中层温度最高，表层和底层低于中层，该结果和龚俊勇等［9］相似。垫料中的微生物分解粪尿分解产生生物热，垫料作为热的不良导体，中层垫料温度高；表层与外界空气环境接触，表层温度低；垫料底层与发酵池水泥地面接触，底层温度低。龚俊勇等报道垫料表层真菌数量显著高于垫料中底层。表层、中层、底层垫料温度以及外界媒介的差异可能是不同层次垫料微生物差异的主要原因。

垫料中的磷主要来源于猪粪尿中的磷和垫料原料中的磷。由于干法发酵床和湿法发酵床饲养的生猪数量和垫料原料组成一致，这与本试验中垫料种类对垫料总磷含量无影响结果一致。垫料中的磷分为无机磷和有机磷。无机磷主要来源于饲料及微生物代谢物，有机磷主要来源于猪粪、垫料原料及微生物的代谢。植酸磷作为一种有机磷，存在于垫料原料的植酸中，在植酸酶的作用下被水解为肌醇和无机磷。有效磷也称为速效磷，是垫料中可被植物吸收的磷组分，包括全部水溶性磷、部分吸附态磷及有机态磷。磷酸酶不但能矿化有机磷，而且还能促进植物对无机磷的吸收。脲酶是影响尿素氮利用的关键酶，其活性的高低影响着氮磷的降解与利用。植酸磷含量与植酸酶的活性、有机磷含量与磷酸酶的活性直接相关。本试验中垫料深度对植酸磷、有效磷、植酸酶、中性磷酸酶、脲酶都有显著影响，表明垫料中有机磷的降解与垫料深度有关。垫料中层植酸酶、中性磷酸酶脲酶的酶活性、有效磷含量都最高，说明发酵床中磷的降解与转化主要发生在垫料中层，无论是湿法发酵床还是干法发酵床。

较多研究表明，中层垫料脲酶活性最高，脲酶活性与垫料温度相关。张莉等［10］发现垫料5 cm处的垫料温度由开始的30℃急剧升高，第10天达到45℃以上，然后逐渐下降，垫料中的脲酶、蛋白酶、纤维素酶、过氧化氢酶活性升高，第10天酶活性最高，除脲酶外其余3种酶的活性在第25天开始降低。何文祥等［11］对土壤脲酶活性检测也发现了相似结果，即土壤中脲酶的活性随着土壤温度的升高而升高，土壤脲酶作用的最适温度为60℃。本试验中发现植酸酶的活性也与垫料温度相关。目前尚未见垫料中具体产植酸酶的微生物的报道。堆肥中含有多种分泌植酸酶的微生物［12-13］。目前发现200多种真菌可以产生植酸酶，大部分微生物植酸酶的最适温度介于40～60℃之间，来自细菌的植酸酶的最适p H接近中性，而来自真菌的植酸酶最适p H一般为2.5～6［14］。本试验中发现中性磷酸酶的活性也与垫料温度相关，目前尚未见垫料中具体分泌中性磷酸酶的微生物的报道。堆肥中含有分泌产中性磷酸酶的微生物［15-17］。

和湿法发酵床相比，干法发酵床制作过程中不加水，干法发酵床中的水分主要来源于猪粪尿以及饮水嘴的漏水，此举省工省力，但导致垫料中水分含量低，最终导致植酸酶、脲酶等酶活性以及垫料温度低于湿法发酵床，降低了磷的降解能力。目前未见垫料中最佳水分含量及水分含量对垫料微生物影响的报道。一般认为垫料中水分含量在50%左右为宜。在适宜的水分含量下，微生物分泌植酸酶等分解粪尿，并产生生物热，使猪舍无臭味。一些结果发现土壤保持适当的水分含量，有助于土壤中脲酶［18-19］、磷酸酶［20］、植酸酶［21］的酶活。尽管干法发酵床和湿法发酵床都在正常运行状态，但两种方法降解磷的能力存在差异。为了提高干法发酵床消纳粪污的效果，建议养殖场在发酵床养殖过程中应适当增加垫料中的水分含量。

［1］ 盛清凯，王 诚，武 英，等.冬季发酵床养殖模式对猪舍环境及猪生产性能的影响［J］.家畜生态学报，2009，30（1）：82-85.

［2］ 吴金山.两种发酵床养猪技术的比较［J］.猪业科学，2010，27（2）：62-64.

［3］ 王 义，贺春萍，郑肖兰，等.土壤解磷微生物研究进展［J］.安徽农学通报，2009，15（9）：60-64.

［4］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB／T 6437-2002饲料中总磷的测定 分光光度法［S］.北京：中国标准出版社，2002.

［5］ 张丽英.饲料分析及饲料质量检测技术［M］.3版.北京：中国农业大学出版社，2007.

［6］ 吕文星，张洪江，王 伟，等.重庆四面山不同林地土壤团聚体特征［J］.水土保持学报，2010，24（4）：192-197.

［7］ 关松荫，张德生，张志明.土壤酶及其研究法［M］.北京：农业出版社，1986.

［8］ 毕泗伟，吴祖芳，虞耀土.16S rDNA基因文库技术分析发酵床细菌群落的多样性［J］.宁波大学学报：理工版，2013，26（1）：18-22.

［9］ 龚俊勇，廖新俤，杨 平，等.水帘降温系统下猪用发酵床垫料的特性与功能的空间变化［J］.家畜生态学报，2012，33（6）：36-43.

［10］ 张 莉，吴松成，李 卿，等.发酵床养猪微生物降解系统调控研究［J］.中兽医医药杂志，2011（5）：10-13.

［11］ 和文祥，朱铭莪.温度和底物对陕西土壤脲酶活性的影响［J］.西北农业大学学报，1998，26（5）：15-19.

［12］ Javed M M，Ahmed W，Zahoor S，et al.Solid state culturing of thermophilic fungi for phytase production［J］.Pakistan Journal Of Botany，2010，42（5）：3 605-3 611.

［13］ Fathallh Eida M，Nagaoka T，Wasaki J，et al.Degradation by Fungi and Bacteria that Inhabit Sawdust and Coffee Residue Composts［J］.Microbes Environ，2013，28（1）：71-80.

［14］ 陈 琛.饲用植酸酶来源及功能研究进展［J］.中国饲料，2011（7）：9-12.

［15］ 李雪梅，陈育如，骆跃军.堆肥微生物的培养与磷酸酶活性的研究（I）-曲霉的产磷酸酶活性的研究［J］.土壤通报，2006，37（4）：757-760.

［16］ Garcia C，Hernández T，Costa F，et al.Kinetics of phosphatase activity in organic wastes［J］.Soil Biology and Biochemistry，1993，25（5）：561-565.

［17］ Saha S，Mina B L，Gopinath K A，et al.Relative changes in phosphatase activities as influenced by source and application rate of organic composts in field crops［J］.Bioresource Technology，2008，99（6）：1 750-1 757.

［18］ 曹 丹，凤舞剑，周保亚.不同生物肥处理土壤酶活性对温度、水分条件的响应［J］.天津农业科学，2012，18（6）：34-37.

［19］ 周芙蓉，王进鑫，杨 楠，等.水分和铅胁迫下土壤中脲酶和碱性磷酸酶活性的变化［J］.中国农学通报，2014，30（5）：229-234.

［20］ Sharma Pankaj，Singh Geeta，Singh Rana P.Conservation tillage and optimal water supply enhance microbial enzyme（glucosidase，urease and phosphatase）activities in fields under wheat cultivation during various nitrogen management practices［J］.Archives of Agronomy and Soil Science，2013，59（7）：911-928.

［21］ Annaheim K E，Rufener C B，Frossard E，et al.Hydrolysis of organic phosphorus in soil water suspensions after addition of phosphatase enzymes［J］.Biology and Fertility of Soils，2013，49（8）：1 203-1 213.