不同发酵辅料对鸭粪降解效果的影响

王万霞，林中珍，刘贺贺，郑灿财，蒋艺娜，胡 倩，陈 才，李戎遐

（1.四川省畜牧总站，四川 成都 610041；2.四川农业大学动物科技学院，四川 成都 611130；3.四川新绵樱农牧有限公司，四川 绵阳 622650）

异位发酵床是一种新型畜禽粪污处理技术，其原理是通过微生物的发酵作用使畜禽排泄物分解为无毒无害的物质，达到无污染、零排放的目的［1-2］。已有许多研究表明，发酵处理后的垫料是一种清洁、安全的有机肥料［3-4］。发酵辅料是异位发酵床的主要成分，与畜禽粪便一起决定了异位发酵床的理化性质，发酵辅料的选择直接影响着异位发酵床的粪污降解效率。本研究选用绵阳当地易得的锯末和稻壳，相互配置为三个试验组，通过观测异位发酵床处理肉鸭粪污过程中各项指标的变化，对比使用不同辅料时鸭粪的降解效果，以评估出最佳辅料。

1 材料与方法

1.1 试验材料 本试验所用发酵辅料为锯末和稻壳，事先测得其初始含水率分别为36.27%和15.72%。试验场地由四川新绵樱农牧有限公司提供，为半开放式的发酵池，鸭粪来源于该公司饲养的樱桃谷鸭，养殖方式为网上养殖。试验所用菌种主要成分为芽孢杆菌，最适生长湿度为50%～55%，建议用量为每20 m3垫料添加1 kg 菌液。

1.2 试验仪器 Digital-Thermometer（上海仪表集团）；电子天平HZF-A＋100（福州华志科学仪器有限公司）；电热恒温干燥箱XGQ-2000（绍兴市苏珀仪器有限公司）；PHS-320 智能多功能酸度计（成都世纪方舟科技有限公司）；18目标准筛（绍兴市上虞圣超仪器设备有限公司）；土壤采样器YKT-C04（长沙永乐康仪器设备有限公司）。

1.3 试验设计 按照表1 设计将三个试验组辅料在第0 d 均匀铺在地面，厚30 cm，每个试验组的处理方式相同：第0 d 加入0.15 kg 菌液和20 kg鸭粪，用干净的自来水调节整体水分至50%～55%，混合均匀后堆砌成半米高左右的圆台状，之后每2 d人工翻抛一次。为保证发酵床的正常运行，试验第9 d为每个试验组补加20 kg鸭粪。

表1 试验设计

1.4 样品采集 分别于试验的第0、4、8、12、16、20 d 按“Z”字形用土壤采样器从5 点采集等量深度0～30 cm 的发酵床垫料，混合均匀，用四分法取混合样200 g，装入无菌自封袋内，-20 ℃冰箱保存，每个试验组采3个重复样。取其中100 g样品测定pH值和含水率，其余样品65 ℃烘干24 h，测定碳氮比（C∕N）。

1.5 指标测定

1.5.1 垫料温度 自开始试验起（第0 d）每2 d检测一次温度。上午9：00 在每个试验组的垫料中心位点检测上层（10 cm 处）、中层（20 cm 处）和下层（30 cm处）的温度，该点的温度为3处温度的平均值，同时记录环境温度，每组重复测定3次。

1.5.2 垫料含水率 每个样品用四分法取样20～25 g，105 ℃恒温干燥6 h，取出后移入干燥器内冷却至室温，立即称重，每个样品重复测定3次。含水率计算公式如下：

1.5.3 垫料pH 值 采用四分法取5 g 样品，置于250 mL锥形瓶内，加入45 mL无菌水，以200 r∕min在室温下振荡30 min，再静置30 min，取上清液，用pH计测定pH值，每个样品重复测定3次。

1.5.4 垫料碳氮比（C∕N）采用有机肥料标准NY525-2021《有机肥料》中的相关方法进行测定。有机碳含量采用重铬酸钾容量法测定，总氮含量采用凯氏定氮法测定。

1.6 统计分析 使用Excel 整理试验数据，利用GraphPad Prism 8 绘制图表，通过SPSS 26 进行双因素方差分析，所有数据以“平均值±标准差”表示，以P＜0.05表示差异显著性。

2 结果与分析

2.1 垫料温度 如图1所示，三个试验组的起始温度均为18.0 ℃左右，发酵过程中温度呈现先上升后下降的趋势，第9 d补加20 kg鸭粪后，再次重复此趋势。试验组1 在第6 d 达到最高温度44.8 ℃，试验组2 在第2 d 达到最高温度59.5 ℃，试验组3在第4 d达到最高温度65.2 ℃。所得数据中，试验组1、试验组2和试验组3达到35℃以上的次数分别为5、5和7次。方差分析的结果显示：试验组3垫料的上层温度显著低于中层和下层（P＜0.05），但中层与下层之间的差异不显著（P＞0.05），说明试验组3垫料的中层温度和下层温度均处于较高水平。

图1 发酵床垫料温度的变化

2.2 垫料含水率 如图2所示，三个试验组的起始含水率为52.00%左右，发酵过程中垫料含水率均呈现逐渐下降的趋势，第9 d补加20 kg鸭粪后，再次重复此趋势。其中，试验组1 的垫料含水率波动最小，最低为40.92%，最高为52.83%；试验组2波动最大，最低为31.54%，最高为57.93%；试验组3 波动适中，最低为35.34%，最高为54.73%。方差分析的结果显示：三个试验组的垫料含水率两两之间差异均不显著（P＞0.05）。

图2 发酵床垫料含水率的变化

2.3 垫料pH值 如图3所示，在发酵过程中，三个试验组的pH 值多为弱碱性，且呈现逐渐升高的趋势。试验组1 的起始pH 值为7.31，在第12 d再次升高至7.22；试验组2 的起始pH 值为7.24，在第12 d达到最大值8.06；试验组3的起始pH值为6.72，在第16 d 达到最大值7.88。方差分析的结果显示：试验组1 的pH 值显著低于试验组2（P＜0.05）。

图3 发酵床垫料pH值的变化

2.4 垫料碳氮比（C/N）如表2所示，三个试验组的有机碳含量和总氮含量均呈现逐渐下降的趋势，第9 d 补加20 kg 鸭粪后，再次重复此趋势。试验结束时，试验组1 的有机碳含量由39.31%下降到33.60%，总氮含量由1.77%下降到1.22%，C∕N 由22 升高到28；试验组2 的有机碳含量由34.10%下降到23.72%，总氮含量由1.37%升高到1.40%，C∕N由25下降到17；试验组3的有机碳含量由38.32%下降到24.67%，总氮含量由1.51%下降到1.22%，C∕N由25下降到20。

表2 发酵床垫料成分变化

方差分析的结果显示：第20 d时，试验组1的最终有机碳含量显著高于试验组2 和试验组3（P＜0.05），其他时间差异均不显著（P＞0.05）；第20 d 时，试验组1 的最终总氮含量与试验组2、试验组3 之间差异均不显著（P＞0.05），但试验组2显著高于试验组3（P＜0.05），其他时间差异均不显著（P＞0.05）；第20 d时，试验组1和试验组3最终的C∕N 均显著高于试验组2（P＜0.05），其他时间差异均不显著（P＞0.05）。

3 讨论

3.1 温度 温度是最能直观反映发酵床运行状态的指标，在一定范围内温度越高，说明垫料中微生物代谢越旺盛，粪污降解效果越好［5］。试验开始后，发酵床中的微生物快速分解垫料中的有机物，使得发酵床温度迅速升高，之后随着鸭粪的消耗，微生物开始缺乏正常新陈代谢的营养物质，发酵床温度也开始逐渐降低；第9 d补加20 kg鸭粪后，可供微生物利用的有机物浓度升高，于是发酵床温度再次出现先升高后降低的规律。李艳苓等［6］研究表明，发酵床微生物适宜的生存温度为35～60 ℃，发酵床温度过高或过低均会阻碍微生物的生长和繁殖，进而不利于畜禽粪污的处理。本研究中，相比于另外两个试验组，试验组3 的垫料温度较长时间处于较高水平，表明其中的微生物活动更加旺盛，更有利于分解鸭粪。同时，试验组3 垫料的中层温度和下层温度均处于较高水平，说明其中的微生物较另外两个试验组的活动范围更加广泛。由此推测试验组3的发酵辅料可能更适合于处理肉鸭粪污。

3.2 含水量 水分具有溶解有机质、参与新陈代谢和调节发酵床温度等作用，对微生物的生长繁殖至关重要［5］。微生物生长的适宜湿度为45%～70%，过高或过低皆不利于微生物的繁殖［7］。垫料含水率过低，微生物不能正常生长，垫料含水率过高，则会造成“死床”现象。影响垫料湿度变化的因素有很多，例如垫料温度、翻耕频率、垫料孔隙大小、垫料的吸水性、粪污含水率等［8］。本研究中，试验组1的垫料含水率波动范围最小，其次为试验组3，试验组2 最大。造成这种现象的原因在于锯末的吸水性优于稻壳，稻壳的支撑性优于锯末［9］，因此试验组2相比于试验组1更有利于水分的散失。从试验结果可以推测，在实际生产中高含水率的肉鸭粪污会让纯锯末组成的发酵床含水率越来越高，最终产生“死床”现象，而纯稻壳组成的发酵床含水率波动幅度较大，也不利于发酵床中微生物的正常生长。因此，试验组3的辅料相对更适合用于处理肉鸭粪污。

3.3 pH值 pH值能够影响微生物的活性，因此适宜的pH值是微生物有效发挥分解作用的重要条件之一。试验刚开始时，微生物分解发酵床垫料中的有机物，产生大量有机酸，使得发酵床pH值下降；随着发酵床中有机物的消耗，微生物对蛋白质类有机物的分解增加，越来越多的氨态氮积累在垫料中，使得发酵床的pH 值升高。向发酵床垫料中补充畜禽粪污后，又会再次重复此规律，使发酵床pH 值整体呈现上下波动的态势。有研究表明，微生物好氧发酵的最适pH值范围一般为6.5～8.5［7］。本研究中三个试验组的垫料pH值均在此范围内波动，其中以试验组1 的波动最小，能为微生物生长提供更加稳定的酸碱环境。

3.4 碳氮比（C/N）适宜的C∕N 能够为发酵床中微生物的生长提供均衡的营养，保障微生物持续发挥对粪污的分解作用［5］。张英辉等［10］研究发现，畜禽粪便发酵的最佳C∕N 为30∶1。在发酵床运行过程中，微生物的生长繁殖必然要消耗碳元素和氮元素，因此本研究中各个试验组的有机碳含量和总氮含量均呈现逐渐下降的趋势。试验组1、试验组2 和试验组3 的C∕N 平均值分别为27、20和26，试验组1和试验组3均显著高于试验组2（P＜0.05），其原因在于锯末的有机碳含量显著高于稻壳（P＜0.05），而总氮含量与稻壳差异不显著（P＞0.05）。由此推测，相对于纯稻壳组成的发酵床，含有锯末的发酵床能为微生物生长提供更适宜的C∕N。

李艳苓等［6］研究发现，以稻壳和椰壳粉混合物为发酵床辅料相比于用玉米秸秆作辅料对猪粪的降解处理效果更好。卓坤水等［8］研究表明，以锯末和稻壳为辅料处理猪粪，两者的质量比为3∶2 时发酵效果良好。王春蕾等［11］选取了锯末、稻壳、玉米秸、麦秸、稻草、花生壳和棉花柴等7种常见原料作为发酵辅料处理蛋鸡粪便，结果表明锯末稻壳组和棉花柴组的粪污处理能力最佳。

4 结论

将锯末和稻壳混合后作为发酵辅料使用比锯末、稻壳单独作为发酵辅料使用的效果更好。当锯末和稻壳配比为3∶2 时，发酵床温度长时间维持在较高水平，含水率变化幅度适中，pH 值和C∕N 均维持在最适范围内，此时对鸭粪的发酵处理效果更好。