畜禽粪便基质化利用研究进展

邱美珍，谢菊兰，张 星，刘启红，陈伟如，朱静波

（1.湖南省畜牧兽医研究所，湖南长沙410131.2.长沙县隆广生态农业科技有限公司，湖南长沙410100）

我国畜禽粪便产量大，年均粪污量约40亿吨，畜禽粪便中富含有机质（纤维素、半纤维素、木质素等）、氮、磷、钾及微量元素等营养物质，是生产肥料、能源、饲料的生物质资源库[1]。目前，规模化养殖场大多通过生物法（堆沤、沼气发酵、生物转化）等方式对畜禽粪便进行处理并加以利用。畜禽粪便基质化利用是以畜禽粪便、农作物秸秆、种植废弃物（玉米芯、菌渣）等经过处理，生产基质盘、基质土和食用菌基质。生产的基质具有农药残留低、产品质量优、土传病虫害少等优点受到大众关注，畜禽粪便基质化利用既能减少粪便处理不当造成的环境污染，又能实现变废为宝和高值化利用的良好生态循环。但畜禽粪便种类、辅料来源及理化特性的不确定性，造成基质性状稳定性差和技术难度大等原因未能在生产上大规模使用。

目前畜禽粪便基质化利用的研究仅限于利用某种畜禽粪复配育苗或栽培基质，其中还添加大量的辅助配料，如泥炭、珍珠岩、蛭石等。对于畜禽粪便不同处理方式形成的基质化技术模式和标准体系，基质特性及应用缺少总结及分析,难以实际应用。本文以畜禽粪便为主要基质原料，从粪便堆肥、虫粪、发酵床垫料、沼渣和食用菌等基质化利用方式进行总结，以期为畜禽粪便基质化利用提供技术参考。

1 堆肥基质化利用

该利用模式是将畜禽粪便和含碳辅料（植物秸秆、木屑、统糠和菌渣等）混合后进行堆肥发酵，获得高腐殖质的产品，再适当添加辅助材料（泥炭、珍珠岩、蛭石等），达到基质特性，制备符合要求的基质。具体流程见图1。堆肥基质化在番茄、黄瓜和辣椒等作物的栽培和育苗中进行了大量的研究与应用，对作物产量和品质提升作用明显。冯臣飞[2]优选基质配方为：牛粪∶草炭∶蛭石∶珍珠岩=17∶49∶17∶17，观察其对黄瓜育苗的影响，显示该育苗基质出苗率达到97%，在黄瓜幼苗形态、生理、根系发育和酶活性等方面表现较佳。谢彦如[3]等在辣椒基质试验中也得到了类似的结果，以椰糠∶沙子∶有机肥=2∶1∶1配制辣椒幼苗基质在株高、茎粗、全株干鲜质量、根体积、壮苗指数、G值以及叶绿素含量方面均优于对照，其壮苗指数值高于对照21.67%。

图1 堆肥基质化利用流程

堆肥育苗基质不仅在提高植物生长性能上得到了大量的数据，在抗逆方面也具有独特优势，王灿[4]等用单因素试验研究观察有机废弃物复配基质（壳聚糖+稻壳生物炭+发酵茶渣+珍珠岩+蛭石+发酵鸡粪）除在促进辣椒和番茄幼苗株高、壮苗指数、叶绿素含量、根系活力及辣椒幼苗茎粗等方面效果良好外，还可缓解干旱胁迫对幼苗的伤害。

2 虫粪基质化利用

该模式是基于虫体生物转化作用，畜禽粪污经虫体转化后具有营养元素丰富、养分均衡的优势，还有微生态平衡作用和良好的保水作用，是作物育苗和栽培的良好基料。其利用流程见图2。常见的是蚯蚓粪与菇渣、椰糠、秸秆及草炭等物料配比制备育苗或栽培基质，在黄瓜、番茄等蔬菜上均有应用。郝帅[5]试验观察到将蚯蚓粪、菇渣与秸秆好氧发酵进行基质化处理，可用于蔬菜育苗基质。他以蚯蚓粪∶菇渣∶秸秆=2∶1∶1比例基质化处理后，得到的产物容重为0.45 g/cm3、总孔隙度为71%、大小孔隙比为0.43、pH值为7.88、EC值为0.90mS/cm，符合基质标准，制作多种蔬菜育苗基质，其壮苗指数优，与草炭相比，成本减低1.1%～17.4%。沈卫月[6]也通过试验观察到以蚯蚓粪和草炭按5:5的比例混配作为主料基质，添加珍珠岩后配成黄瓜穴盘育苗基质，能提升黄瓜幼苗的各项生长指标，叶绿素的含量均有增高趋势。

图2 虫粪基质化利用流程

3 发酵垫料基质化利用

该技术主要流程为畜禽粪便通过前期异位发酵床和后期好氧堆肥处理，按照需求配置蔬果育苗或栽培基质，具体地说是在畜禽粪便中添加合适辅料，经异位发酵床处理后，废弃垫料通过好氧发酵堆肥进行无害化处理，达到腐熟作为基质原料利用，具体流程见图3。魏宾斌[7]等以发酵床废弃垫料发酵后替代泥炭，能够促进“皇尊”金花茶植株生长，添加粪便发酵床废弃垫料堆肥替代泥炭30%～50%时对金花茶生长促进效果最佳。结果说明了发酵床废弃垫料基质化处理产品可以部分替代泥炭用于金花茶栽培，降低了生产成本，但也观察到替代泥炭量太大，其pH，EC等将影响植株的生长，所以发酵床垫料基质化还需要进一步研究，其推广应用有待制定标准化和规范化程序。

图3 发酵床垫料基质化利用流程

4 沼渣基质化利用

该模式利用畜禽粪便厌氧发酵后，固液分离出的沼渣，作为原料配制基质。流程见图4。易丹丹[8]试验的混配基质（沼渣∶醋糟∶蛭石=4∶4∶2）黄瓜出苗率、叶绿素含量、净光合速率和根系活力等均比其他配比高；而混配基质（沼渣：醋糟：蛭石=2∶6∶2）番茄出苗率、茎粗、株高、叶绿素含量、净光合速率和根系活力等均比其他配比高。地标中对沼渣基质化利用也进行了规范和引导，在标准《畜禽粪污沼渣基质制备技术规程》[9]中公布了以畜禽沼渣为主要原料配制的育苗基质和栽培基质配方。根据基质的特性需要，畜禽粪便种类的不同，配比也有一定差异。

图4 沼渣基质化利用流程

5 粪便制作食用菌基质

该模式以畜禽粪便为主要原料，针对不同种类食用菌的生产需求，通过原料预处理、发酵、分装、灭菌等过程，生产制备食用菌基质，构建高值化利用循环模式（流程见图5）。袁建生[10]利用秸秆和粪便制作基料栽培姬松茸技术成熟，菌丝生长旺盛，出菇率高，经济效益较好，并总结出一套农业废弃物栽培姬松茸的新技术，该技术得到了菇农的极大认可。成刚[11]等在常规平菇栽培基料中添加适当比例的猪粪、牛粪、鸡粪及蚓粪中的一种或混合粪，观察到添加粪便组平菇茵丝生长状态良好，出菇批次和产量明显高于对照组。添加猪粪的实验组，生物转化率随猪粪添加量的增加而增高。添加多种动物粪便，还能有效缩短生长周期，提升产量。刘建凤[12]等在双孢蘑菇基料中添加20%左右牛粪，经过一次发酵后和二次发酵后的水分、pH、含氮量、C/N等指标测定，都适合隧道式发酵技术工艺。

图5 畜禽粪便食用菌基质化利用流程

6 展望

随着我国农业的快速发展，目前我国的农产品产量以及温室数量均居世界第一，占比88%。蔬菜产量增长最为迅速，对基质的需求量日益增加，每年高达6000万m3以上。现今全国使用的基质栽培面积占比仅为0.05%[5,13]。基质市场需要量大，发展前景良好。但目前基质以泥炭为主原料，在国产泥炭储量持续下降的背景下，泥炭的缺口越来越大。寻找泥炭的替代品成了产业研究和生产需求的焦点。因此，畜禽粪便基质化在降低无土栽培成本、提高农业生产效益方面必将发挥更大的作用，在减少化肥农药的使用方面也具有明显优势，有巨大的市场优势和发展前景。但在选择畜禽粪便生物处理方式、规范基质化利用操作技术和提升安全高值化利用水平方面还值得进一步研究。□