生猪养殖零污染排放技术研究

石正驰，田 丹，陈 晴，邹序安，杨 李

（铜仁职业技术学院，贵州 铜仁 554300）

1 研究背景

我国作为世界最大的生猪饲养国，其生猪饲养量约占世界总量的1/2。在禽畜养殖快速增长的同时，养殖方式也发生了较大的变化，传统畜禽散养方式逐渐被规模养殖取代，不可避免地带来环境污染问题。2014年，温氏集团进驻铜仁市以来，当地大规模发展生猪一体化养殖技术，此举不仅使居民生活得到了改善，还对农民增收、脱贫致富起到重要作用[1]。现代生猪一体化养殖技术主要使用混合饲料，产生的猪粪中常含有铜、锌、砷等元素，无法将其作为优质有机肥源直接施用于果、蔬、茶等农作物中。此外，冲圈污废水及猪粪尿进入储粪池，若处理不及时或发生渗漏，不仅造成养分浪费，还会污染地表和地下水，且因猪粪污随机、分散、隐蔽、难以量化和不易监测等特性，使得治理更加困难。

我国农副产品产出的如秸秆、稻壳等废弃资源丰富。铜仁市水稻秸秆丰富，近年来食用菌产业大力发展产生的大量废弃菌渣亟待解决，同时，铜仁市木材加工厂的锯末资源丰富，因锯末无法应用于生产，常采用原地堆积和焚烧处理，造成资源浪费和环境污染。近年来，有学者提出异位微生物发酵床模式，将此类农副产品制成发酵床，通过微生物发酵升温促进水分蒸发以解决养殖场过多废水污染问题，使得粪污干燥化，同时还可杀死粪便中的病原菌。

TAM等[2]研究表明，发酵床对猪粪污分解能力的强弱取决于发酵菌种的活性及组成成分，有氧发酵中深层垫料有机质难以被有效分解，厌氧发酵会影响表层猪粪污的分解，而温度过低或过高也会影响发酵效果。因此，需选择耐高温、嗜热型、微好氧且自我繁殖能力强、退化慢、纤维素酶含量低的多菌种复配产品共同分解猪粪污[3]。此外，由于猪粪污含水量高且碳氮比较低，选择粗细适当、疏松多孔、透气吸水性能好且高碳氮比的垫料，可在保证微生物生长碳源的同时改良发酵床孔隙度和湿度[4]，从而促进猪粪污的分解和发酵。因此，筛选出成本低廉、发酵效果好、经济价值高的最优发酵床垫料配比对生猪养殖零污染排放技术的运用具有实际意义。

2 实验方法与实验组别设置

本实验以贵州省铜仁市铜仁职业学院内养殖场的猪粪污为研究对象，研究采用校内食用菌研究中心的废弃平菇菌渣、铜仁市万山区高楼平乡水稻秸秆（以铡刀铡为1～3 cm的小段）与锯末制成的垫料，控制初始温度为25℃，初始pH为7.5，垫料初始含水率为60%，采用红糖作为营养成分，每周深翻一次，发酵时间为60 d，在此条件下发酵猪粪污制成有机肥。有机肥样品经风干粉碎后，采用重铬酸钾容量法测定其肥力，TN、TP、TK经硫酸-过氧化氢消解后测定，金属含量经消解后测定。

供试材料特性如表1所示。

表1 供试材料特性

本研究设置3个实验组，分别为：①垫料配比组。控制猪粪污为500 g，采用复合菌剂（开创阳光猪场垫料发酵剂零污染1号，以芽孢杆菌为主，有益菌数>109个/g[4]），添加量为3‰，设置CK1、CK2、M1、M2实验组，水稻秸秆、菌渣、锯末添加量分别为50/-/-、-/-/50、25/25/-、25/12.5/12.5。②菌剂添加组。控制猪粪污为500 g，垫料配比为50%水稻秸秆+50%1:1配比的锯末和菌渣，设置F1、F2、F3实验组，复合菌剂添加量分别为1‰、5‰、10‰。③探究猪粪污发酵组。控制垫料配比为50%水稻秸秆+50%1:1配比的锯末和菌渣，菌剂添加量为3‰，设置M2、G1、G2实验组，控制猪粪污添加量为500 g、800 g、1000 g。

3 实验结果与讨论

控制其他条件不变，发酵完成后对制成的有机肥中有机质、总养分和重金属含量进行测定，得到实验结果如下。

3.1 不同垫料配比对发酵效果的影响

不同垫料配比对发酵效果的影响如图1所示。

图1 不同垫料配比对发酵效果的影响

实验表明，水稻秸秆处理组（CK1）中发酵后产物的有机质含量偏高，相较于水稻秸秆，锯末和菌渣的添加（CK2、M1、M2实验组）可增强对猪粪污中有机质的消耗，使其有机质含量降低，在水稻秸秆和菌渣添加量为1:1的实验组（M1）中有机质含量达到最低。

在水稻秸秆处理组（CK1）中，由于水稻秸秆的碳氮比偏高且透气性不佳，微生物新陈代谢受到抑制，可能存在发酵不彻底的情况，因此其发酵产物中剩余有机质含量较高。锯末的添加（CK2）会提高垫料透气性，发酵过程升温较快，堆肥进入高温阶段，好氧微生物开始占据优势；但锯末碳氮比较高，会限制微生物生长，降低有机质分解速度，从而影响发酵产物的养分含量，造成产物养分不达标[5-6]。M1和M2处理组中，菌渣的添加可增大垫料中有机质含量，且碳氮比适中，更利于微生物新陈代谢，同时还可维持垫料含水率和持水性。相较于M2处理组，M1处理组有机质含量最低，发酵更为彻底。

因此，采用50%水稻秸秆+50%1:1配比的锯末和菌渣实验组作为猪粪污发酵垫料效果最佳。相同的实验结果在蔡婷[7]的研究中也被证实。

3.2 不同复合菌剂使用量对发酵效果的影响

不同复合菌剂使用量对发酵效果的影响如图2所示。

图2 不同复合菌剂使用量对发酵效果的影响

F1、M2、F2、F3各处理组中菌剂添加量分别为1‰、3‰、5‰、10‰，实验表明，随着菌剂添加量的增加，F1、M2、F2处理组发酵产物中的有机质含量分别为38.84%、40.89%、42.17%，呈现略微升高的趋势，但相差不大。在菌剂添加量为10‰处理组（F3），发酵产物中有机质含量最高，达54.10%。

菌剂添加量加大可有效增加微生物数量，加快其对猪粪污的分解速度。另外，微生物导致升温过快，有机物物料在前期被迅速分解，存在腐熟不彻底情况，因此，当菌剂添加量为10‰时，有机质消耗量最少。而菌剂添加量为1‰和10‰的处理组均存在碳氮比高、养分含量不达标、腐熟不彻底的情况。3‰和5‰菌剂添加处理组中有机质和总养分含量相差不大。

因此，综合考虑，选择3‰菌剂添加量发酵制有机肥时，发酵效果好且经济效益佳。

3.3 不同猪粪污添加量对发酵效果的影响

不同猪粪污添加量对发酵效果的影响如图3所示。

图3 不同猪粪污添加量对发酵效果的影响

M2、G1、G2实验组中猪粪污添加量分别为500 g、800 g、1000 g，有机质含量分别为40.89%、42.10%、52.55%，随着猪粪污添加量的增加，最终发酵产物中有机肥有机质含量增大，总养分含量也呈现增大的趋势。

G1、G2处理组碳氮比分别达到30、33，不利于微生物新陈代谢。且G2实验组猪粪污含量过大，微生物对猪粪污有机质含量的消耗降低，存在有机肥腐熟不彻底的情况。

综合而言，粪污添加量在500～800 g较为合适。

3.4 各处理组制成有机肥中重金属含量的变化

不同处理组制成有机肥中重金属含量如图4所示。

图4 不同处理组制成有机肥中重金属含量

实验表明，菌渣的添加会增大垫料中铜和硒的含量，水稻秸秆的添加会增大锌的含量，但浓度均较低。针对养殖场垫料重金属污染问题，由于单个垫料成本为800元/m3左右，大多数养殖场一次垫料后，很少更换垫料或者很长时间才更换，造成有机肥中重金属严重超标。

本地具有丰富廉价的水稻秸秆和锯末、菌渣资源，收储运成本可控制在120～200元/t，极大地降低了运输费用，可避免由于垫料成本过高造成垫料更换周期长以至于发酵制成有机肥后重金属超标的问题。

4 生猪养殖零污染排放技术研究展望及前景预测

本项目制成有机肥有机质含量最低为34.27%，有机质含量达到《有机肥料》（NY 525—2002）[8]的规定。采用50%水稻秸秆+50%1:1配比的锯末+菌渣作为发酵垫料，菌剂添加量为3‰，粪污添加量为500～800 g时，发酵效果佳。

在本研究中，当地具有丰富廉价的水稻秸秆和锯末、菌渣资源，因此，可降低垫料成本，提高垫料更换频率，可解决重金属超标问题。

基于新《中华人民共和国环境保护法》，结合铜仁市新农村、新农业、美丽乡村等概念提出的“五城联创”工作，探索适合于铜仁市实际的生猪养殖零排放模式具有实际意义[1]。项目规模化后以期与肥料厂合作，规模化制成废旧垫料有机肥，实现绿色产业发展、生态与经济的双赢局面，具有广阔的应用前景。