養(yǎng)豬發(fā)酵床熟化墊料組分及重金屬含量評估

張霞 劉蓓一 李健

摘要：為評價豬發(fā)酵床廢棄墊料的資源化利用價值及潛力，測定4種使用了3～4年的豬發(fā)酵床廢棄墊料的基本理化性質、鹽分及重金屬含量等指標。結果表明，墊料富含有機質及氮磷鉀營養(yǎng)物質，有機質含量在37.11%～50.73% 之間，全氮含量為13.62～18.99 mg/g，全磷（P2O5）含量為23.04～55.32 mg/g，全鉀（K2O）含量為40.37～51.74 mg/g，且部分墊料之間差異顯著?？偢乘岷枯^高，在35.36～43.60 g/kg之間。廢棄墊料pH值在6.72～7.58 之間，電導率為1.06～2.60 mS/cm，可溶性總鹽含量為1.28%～3.77%，電導率、可溶性總鹽含量及Na+、NO3+-N含量不同墊料間差異顯著，電導率與無機氮含量、可溶性總鹽含量呈極顯著正相關，pH值與NO3+-N含量、可溶性總鹽含量呈極顯著負相關。墊料Cr、Cd、Pb含量均低于有機肥料農業(yè)行業(yè)標準（NY 884—2012《生物有機肥》）的要求;菌糠墊料As元素含量高于有機肥農業(yè)行業(yè)標準（As含量≤15 mg/kg）。Cu、Zn含量超過了《農用污泥中污染物控制標準》（GB 4284—1984）控制范圍?？傊?，使用了 3～4年的廢棄墊料有機質、氮、磷、鉀、腐殖酸含量豐富，鹽含量相對較高，超標的重金屬以Cu、Zn、As為主。

關鍵詞：養(yǎng)豬發(fā)酵床;墊料;資源化利用;養(yǎng)分;重金屬

中圖分類號： X713? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）11-0302-04

發(fā)酵床養(yǎng)豬技術是基于控制畜禽糞便排放與污染的一種養(yǎng)殖模式，主要是將鋸末、稻殼等材料接種生物菌種堆積發(fā)酵后用作墊料，在厚的墊料上養(yǎng)豬，使糞污分解產生的臭味物質轉化為菌體固定下來，達到降低養(yǎng)殖舍內有害氣體濃度、減少養(yǎng)殖污染排放的目的[1-3]。發(fā)酵床養(yǎng)殖技術減少了現(xiàn)代養(yǎng)殖方式中水沖圈產生的大量污水對環(huán)境的污染，改善了飼養(yǎng)環(huán)境，在農業(yè)生態(tài)循環(huán)技術中起著重要的作用[4]。

近年來生物發(fā)酵床養(yǎng)殖技術逐漸發(fā)展起來，并在全國大力推廣。但是墊料在使用一定年限后便因為各種原因（如墊料理化性質、微生物發(fā)酵菌群以及病原微生物等）導致處理糞便的能力及飼養(yǎng)效果下降，須要進行更新。作為有機肥還田是廢棄墊料資源化利用的主要途徑，而廢棄墊料作有機肥利用的可行性研究相對較少，且主要集中在以稻殼與木屑為原料的墊料[5-10]。

筆者所在研究團隊自2010年開始進行豬發(fā)酵床生態(tài)養(yǎng)殖研究，2010—2011年使用的墊料經過3～4年的連續(xù)養(yǎng)殖后，已不再適合繼續(xù)進行養(yǎng)殖。本研究對這些已連續(xù)使用 3～4年的由不同原料構成的廢棄墊料進行研究，探討廢棄墊料基本理化特性、重金屬元素含量等指標的變化，從而對廢棄墊料作有機肥的適宜性及安全性進行評價，以期為合理的資源化利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

樣品采集自江蘇省農業(yè)科學院六合動物科學基地豬發(fā)酵床養(yǎng)殖場。本試驗采用使用3～4年的廢棄墊料（60%稻殼+40%木屑墊料，簡稱稻殼墊料;60%酒糟+40%木屑墊料，簡稱酒糟墊料;60%菌糠+40%木屑墊料，簡稱菌糠墊料;60%棉花秸稈+20%稻殼+20%木屑墊料，簡稱棉花秸稈墊料），共4欄。取樣時每一欄發(fā)酵床內取5點，墊料約50 cm厚，分上下2層，每層5點的樣品混合后作為該樣的混合樣品裝于自封袋內。取回的墊料樣品，放于60 ℃烘箱烘至恒質量，用小型高速粉碎機粉碎后貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 測定方法

1.2.1 基本理化性質的測定 （1）有機質含量采用重鉻酸鉀法測定。（2）墊料腐殖酸含量采用焦磷酸鈉-氫氧化鈉溶液提取法和重鉻酸鉀法測定。（3）pH值及電導率：用水浸提鮮樣，固液比為1 g ∶ 10 mL，用Mettler Toledo FiveEasy Plus型pH計測定pH值，用EC215 Conductivity Meter電導率儀測定電導率。（4）全氮（TN）含量采用凱氏定氮法測定。（5）全磷（TP）含量采用鉬黃比色法測定。（6）銨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮含量：用2 mol/L的KCl溶液浸提，固液比為 1 g ∶ 10 mL，用流動分析儀測定。（7）可溶性總鹽含量：用重量法測定水溶性鹽分總量。

1.2.2 重金屬的測定 重金屬元素Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb以及K元素采用硝酸 ∶ 高氯酸=4 ∶ 1在130～200 ℃條件下消煮，采用ICP-MS電感耦合等離子體質譜儀感應耦合等離子體質譜儀測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel軟件整理，方差分析采用SAS 8.1軟件進行分析，多重比較采用LSD法，采用Excel軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 不同廢棄墊料有機質含量、腐殖酸含量及氮、磷、鉀含量

由表1可知，在4種墊料中，稻殼墊料灰分含量最低，對應的有機質含量最高，菌糠墊料灰分含量最高，有機質含量最低。上層墊料灰分均低于下層墊料，有機質高于下層?？偢乘岷吭?4.10～43.60 g/kg之間，酒糟墊料總腐殖酸含量顯著低于稻殼墊料、菌糠墊料，稻殼墊料含量最高，酒糟墊料最低;酒糟、菌糠與棉花秸稈上層墊料的總腐殖酸含量均高于下層墊料。全氮含量為13.62～18.99 mg/g，稻殼墊料顯著高于其他3種墊料，菌糠墊料顯著低于其他3種墊料，而酒糟墊料與棉花秸稈墊料二者含量差異不顯著。P2O5含量為 23.04～55.32 mg/g，上層墊料高于下層，稻殼與酒糟墊料含量顯著高于菌糠與棉花秸稈墊料，棉花秸稈磷含量顯著低于其他3種墊料。K2O含量為40.37～51.74 mg/g，酒糟墊料鉀含量最高且上下層墊料鉀含量差異不大，其他3種墊料均為下層墊料鉀含量較高。

2.2 不同廢棄墊料無機氮含量、pH值、電導率及含鹽量

由表2可知，4種墊料pH值均為中性偏堿，稻殼墊料下層pH值最低。電導率為1.06～2.60 mS/cm，稻殼墊料最高且顯著高于其他3種墊料，棉花秸稈墊料最低，上層墊料電導率高于下層;可溶性總鹽含量在1.28%～3.77%之間，稻殼墊料含量顯著高于菌糠與棉花秸稈墊料。Na+離子含量在 1.05～2.90 mg/g之間，棉花秸稈墊料含量顯著低于稻殼與酒糟墊料。硝態(tài)氮含量平均值在0.13～2.70 mg/g之間，稻殼墊料最高且下層略高于上層，棉花秸稈墊料最低，酒糟、菌糠與棉花秸稈墊料上層均略高于下層;銨態(tài)氮含量平均值在0.13～0.30 mg/g 之間，不同墊料之間差異不顯著，稻殼墊料最高，酒糟墊料最低。相關分析（分析結果未列成表格）表明，墊料電導率與NO3+-N含量（r2=0.89，df=23）、NH4+-N含量（r2=0.91，df=23）可溶性總鹽（r2=0.96，df=23）呈極顯著正相關，pH值與NO3+-N含量（r2=-0.69，df=23）、可溶性總鹽（r2=-0.62，df=23）呈極顯著負相關。

2.3 不同廢棄墊料重金屬元素含量

由表3可知，不同墊料金屬元素Cr、Cd、Pb含量均遠低于有機肥料農業(yè)行業(yè)標準的要求。菌糠墊料As含量略高于有機肥農業(yè)行業(yè)標準的要求。有機肥行業(yè)標準對Cu、Zn含量沒有要求，但它們的含量超過了《農用污泥中污染物控制標準》（GB 4284—1984）的要求。同一元素，部分墊料之間含量差異顯著，稻殼墊料金屬元素含量最低，且Cr、Cu、Zn含量顯著低于其他3種墊料。上層墊料的As、Cd、Pb元素含量均低于下層墊料;上層墊料Zn元素含量均高于下層墊料，Cu元素在上下層墊料間在差異較小且規(guī)律不一致。

3 討論

3.1 廢棄墊料有機質及氮、磷、鉀等主要營養(yǎng)成分

有機質及氮、磷、鉀等是有機肥的主要營養(yǎng)成分，有機肥農業(yè)標準NY 848—2012《生物有機肥》規(guī)定：有機肥有機質含量≥40%，氮磷鉀總含量≥5%。本研究表明，廢棄墊料有機質含量在 37.11%～50.73%之間，全氮含量為13.62～18.99 mg/g，全磷（P2O5）含量為23.04～55.32 mg/g，全鉀（K2O）含量為 40.37～51.74 mg/g，且部分墊料之間差異顯著。菌糠墊料有機質含量略低于40%，其他3種墊料有機質含量均符合有機肥農業(yè)標準（NY 848—2012《生物有機肥》）的要求。整體上，氮磷鉀總量均大于5%，符合農業(yè)有機肥標準（NY 525—2012《有機肥料》）的要求，此結果與國內對廢棄墊料營養(yǎng)成分的研究結果[5，10-12]相符。墊料使用年限為3～4年，墊料全氮含量并不高（13～18 mg/g），這可能是由于在發(fā)酵床養(yǎng)殖期間墊料氮素損失引起的。

3.2 廢棄墊料無機氮含量、pH值、電導率及鹽分含量

土壤次生鹽漬化成為影響農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要障礙因子之一[13-14]。盡管施用有機肥在一定程度上可以減輕土壤次生鹽漬化，但現(xiàn)在畜禽有機肥也含有較高的鹽分，施用畜禽糞肥對露天種植的土壤次生鹽漬化沒有顯著影響，而對溫室土壤影響較大[13-16]。飼料中大量使用的添加劑應是畜禽糞便中鹽分的重要來源之一，食鹽、磷酸鹽、膨潤土、稀土沸石等礦物質飼料、非蛋白質氮（如尿素）等添加劑最終均有可能通過動物的消化排泄系統(tǒng)進入畜禽糞便[17-18]。糞尿中的無機鹽在墊料中累積，長期使用墊料存在鹽漬化的風險[4]。本研究結果表明，墊料pH值多為中性偏堿（6.72～7.58）標準要求，與國內對廢棄墊料pH值檢測結果[5，12，19-21]相符。電導率為1.06～2.60 mS/cm，與胡海燕等的研究結果（8.14～16.06 mS/cm）[5]相比較低?？扇苄钥傷}含量在1.28%～3.77% 之間，此研究結果與朱洪等的研究中使用2～4年的墊料可溶性鹽含量（1.5%～3.5%和 2.22%～4.57%）[4-5]均相一致。從pH值、電導率以及可溶液性鹽含量可知，經過長期使用的墊料鹽漬化較高，作有機肥使用時應考慮其鹽分，防止長期大量使用引起土壤次生鹽漬化。

3.3 廢棄墊料重金屬元素含量

大量促進動物生長發(fā)育的飼料添加劑、預混劑的廣泛使用，使畜禽糞便的鹽分含量較高，另外由于畜禽對微量重金屬元素吸收利用率較低，重金屬元素大部分通過糞便排到體外。而墊料中重金屬含量將直接影響到墊料作為有機肥使用時對環(huán)境的污染以及能否資源化利用。研究表明，使用3～4年的不同廢棄墊料Cr、Cd、Pb含量均低于有機肥料農業(yè)行業(yè)標準（NY 884—2012）的要求;菌糠墊料As元素含量高于有機肥農業(yè)行業(yè)標準（As含量≤15 mg/kg），稻殼、酒糟及棉花秸稈墊料As含量均低于有機肥農業(yè)行業(yè)標準規(guī)定。這些結果與筆者所在研究團隊以前的研究結果[8，22]一致。有機肥行業(yè)標準對Cu、Zn含量沒有硬性要求，但超過了農用污泥中污染物的控制標準（GB 4284—1984，酸性土壤Cu含量≤250 mg/kg、Zn含量≤500 mg/kg，堿性土壤Cu含量 ≤500 mg/kg、Zn含量≤1 000 mg/kg），這一結果高于筆者所在研究團隊前期的研究結果[8]。本試驗所用墊料均有3年或4年使用時間，相對來說墊料使用時間較長，另一方面由于豬飼養(yǎng)期間飼料內Cu、Zn添加量較高，從而引起墊料內Cu、Zn含量超標[23]。郭彤等研究認為，只要飼料中重金屬含量控制在國家規(guī)定的范圍內，且發(fā)酵床管理好，定期深翻墊料或更換新的墊料和發(fā)酵菌種（尤其是糞尿區(qū)），重金屬就不會超標，不會污染環(huán)境[22]。

參考文獻：

[1]Nfy T，Llp V. Effects of the inoculum size of commercial bacterial product and the age of sawdust bedding on pig waste decomposition in a pig-on-litter system[J]. Waste Management，1993，11（2）：107-115.

[2]畢小艷，張 彬. 發(fā)酵床生態(tài)養(yǎng)殖模式在養(yǎng)豬生產中的應用研究進展[J]. 中國動物保健，2010（9）：50-51.

[3]孔凡真. 日本發(fā)酵床養(yǎng)豬技術簡介[J]. 肉品衛(wèi)生，2005（2）：40-42.

[4]朱 洪. 基于畜禽廢棄物管理的發(fā)酵床技術研究[D]. 南京：南京農業(yè)大學，2007.

[5]胡海燕，于 勇，張玉靜，等. 發(fā)酵床養(yǎng)豬廢棄墊料的資源化利用評價[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2013，19（1）：252-258.

[6]盛清凱，武 英，趙紅波，等. 發(fā)酵床養(yǎng)殖墊料組分的變化規(guī)律[J]. 西南農業(yè)學報，2010，23（5）：1703-1705.

[7]郭 彤，馬建民，趙曾元，等. 不同使用時間和深度的發(fā)酵床墊料成分及重金屬沉積規(guī)律的研究[J]. 中國畜牧雜志，2013，49（10）：51-55.

[8]張 霞，顧洪如，楊 杰，等. 豬發(fā)酵床墊料中氮、磷、重金屬元素含量[J]. 江蘇農業(yè)學報，2011，27（6）：1414-1415.

[9]劉天宇，李建輝，劉姝彤，等. 豬發(fā)酵床不同墊料中As、Hg累積規(guī)律[J]. 農業(yè)資源與環(huán)境學報，2016，33（4）：369-375.

[10]侯建華，孟莉蓉，李 暉，等. 基于肥料化利用的豬發(fā)酵床墊料主要化學性狀分析[J]. 揚州大學學報（農業(yè)與生命科學版），2017（3）：104-110.

[11]藍江林，劉 波，唐建陽，等. 基于微生物發(fā)酵床養(yǎng)豬模式的生態(tài)安全探討[J]. 中國農學通報，2010，26（19）：324-326.

[12]孫 盼，王全紅，直俊強，等. 生豬發(fā)酵床廢棄墊料主要組分檢測分析[J]. 北京農業(yè)，2014（6）：14-15.

[13]王 輝，董元華，張緒美，等. 江蘇省集約化養(yǎng)殖畜禽糞便鹽分含量及分布特征分析[J]. 農業(yè)工程學報，2007，3（11）：229-233.

[14]王 輝，董元華，張緒美，等. 集約化養(yǎng)殖畜禽糞便農用對土壤次生鹽漬化的影響評估[J]. 環(huán)境科學，2008，29（1）：183-188.

[15]余海英，李廷軒，周健民. 設施土壤鹽分的累積、遷移及離子組成變化特征[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2007，13（4）：642-650.

[16]董元華，王輝國，張勁強，等. 現(xiàn)代畜禽糞肥的特點及對土壤質量的潛在影響[C]//江蘇耕地質量建設文集. 南京：中國土壤學會，2008.

[17]感 昕. 常用的礦物質飼料和微量元素飼料[J]. 豬業(yè)觀察，2004（21）：30-30.

[18]丁述理，彭蘇萍，劉欽甫，等. 膨潤土用作飼料添加劑可行性分析[J]. 遼寧工程技術大學學報，2003，22（1）：24-26.

[19]陸 揚，吳淑杭，周德平，等. 發(fā)酵床養(yǎng)豬墊料的養(yǎng)分轉化與植物毒性研究[J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報，2011，30（7）：1409-1412.

[20]紀玉琨，何 洪，楊博瓊. 養(yǎng)豬場發(fā)酵床墊料營養(yǎng)物質及毒性研究[J]. 甘肅農業(yè)大學學報，2014，49（6）：25-28，34.

[21]馬 晗. 發(fā)酵床墊料降解特性及氮素變化研究[D]. 揚州：揚州大學，2015.

[22]張 霞，楊 杰，李 健，等. 豬發(fā)酵床不同原料墊料重金屬元素累積特性研究[J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報，2013，32（1）：166-171.

[23]郭 彤，馬建民，趙曾元，等. 不同使用時間和深度的發(fā)酵床墊料成分及重金屬沉積規(guī)律的研究[J]. 中國畜牧雜志，2013，49（10）：51-55.