发酵垫料蛋鸡粪便承载能力评价指标的研究

王春蕾，曹顶国，李福伟， 武 彬，雷秋霞，黄保华*

(1.青岛农业大学 动物科技学院，山东 青岛266109；2.山东省农业科学院 家禽研究所，山东 济南 250023；3.山东省家禽育种工程技术研究中心，山东 济南 250023)

发酵垫料养殖以有机垫料作为吸附和固定畜禽粪便的基质和碳源补充，通过微生物有氧发酵分解有机质，抑制畜禽粪便分解产生氨气、硫化氢和其他有害气体[1]。锯末和稻壳具有耐降解，吸水、透气性能良好，质地坚韧等优点，为发酵床养殖中主要的垫料原料，但其成本过高和供应受限的问题影响发酵床养殖技术的推广。研究表明，秸秆、种壳、菌渣等原料用作发酵床垫料原料，使用后不会对畜禽的生产性能造成显著影响[2-3]。目前研究多是在粪污排放量远小于垫料承载力的条件下进行的，评判标准为畜禽的生长性能或垫料的铵态氮含量等理化指标。而这些指标受其他因素影响较多，对发酵作用的反映并不敏锐，无法直观反映垫料发酵作用的强弱，因此所得的结果多为验证某些特定垫料配方可以使用，不能定量比较不同发酵垫料原料的使用效果。本文选取了锯末、稻壳和山东当地生产的玉米秸、麦秸、稻草、花生壳、棉花柴等7种常见原料，探讨定量评价鸡粪发酵效果指标以及比较农作物秸秆原料组合的发酵效果，以得到适宜当地发酵垫料养殖的垫料原料组合，为发酵垫料在蛋鸡舍合理选材、管理及使用年限等方面提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

秸秆材料采购于济南周边农贸市场。锯末、稻壳维持原状，麦秸切短、稻草切短、玉米秸分别以铡草机铡成2 cm长段，棉花柴、花生壳打成0.2～0.5 cm小块或小条，麦秸粉、稻草粉以粉碎机磨成0.2 cm以下的粉末。锯末、麦秸粉、稻草粉吸水性良好，稻壳、麦秸稻草切短、玉米秸、棉花柴切短、花生壳透气性和支撑性较好。垫料发酵菌种，根据文献制备[4]，其他药品试剂为分析纯。

1.2 试验分组

按“粉末状”吸水材料与“条块状”透气材料体积比1∶1的原则，分为9种配合(锯末+麦秸切短、锯末+玉米秸切短、锯末+花生壳、稻壳+麦秸粉、稻壳+稻草粉、麦秸切短+麦秸粉、棉花柴、锯末+稻壳、玉米秸切短)。“锯末+玉米秸切短”组分别在第2周和第3周补料5 kg，“玉米秸切短”组在第2周补料6 kg、第3周补料9 kg。

1.3 垫料堆积发酵与取样

各试验组垫料，加入占垫料14%重量的鲜鸡粪混合均匀，再加入垫料2倍重量的1∶1000的菌种稀释液，搅拌均匀堆积放入长1 m、宽1 m、高0.4 m的围栏中，覆盖编织袋保温保湿，预堆积发酵7 d。

发酵模拟试验在围栏中进行，按上述9种组合分为9组，记录每组垫料的初始重量并取样测取最初的相关指标。每组垫料组合每天定时加入平均含水率75%的新鲜鸡粪5 kg，翻动混匀。每周一上午称取各试验组垫料湿重，并在翻动均匀后采用五点法取样500 g左右，带回试验室检测相关指标。

1.4 指标测定

垫料含水率采用饲料中含水率测定方法[5]。使用热碱蒸馏滴定法，以半自动凯式定氮仪蒸馏、滴定测定铵态氮含量[6]。有机质含量以有机质的质量分数表示，采用重铬酸钾容量法测定[7]。鸡粪承载量和超载程度按如下公式计算：

每周鸡粪承载量=每周加入的鸡粪干重-垫料干重增重

超载程度=垫料干重增重/每周鸡粪承载量×100%

1.5 数据处理

采用graphpad prism 4.0对1～8周垫料总重和干重变化进行了线性回归分析。

2 结果与分析

2.1 发酵垫料的铵态氮变化

表1的结果显示，“锯末+玉米秸切短”组和“玉米秸切短”组铵态氮水平略高，而发酵垫料铵态氮随时间变化并不规律。

表1 垫料铵态氮含量变化Table 1 Ammonium nitrogen content of litter g·kg-1

2.2 发酵垫料重量和含水率的变化

各试验组垫料的含水率一直保持稳定，基本维持在60%～80%。各组垫料干重与湿重变化趋势保持一致，其变化分为两个阶段：在开始使用的第1周内垫料重量基本维持不变甚至略有下降，之后除玉米秸组外各组的总重与干重基本成线性增加，而且变化趋势基本一致(表2)。

2.3 发酵垫料周增重与承载力的比较

不同垫料原料的吸水、通风、耐降解等特性不同，制成的发酵垫料对鸡粪的承载能力也有差别，因此在加入同等数量的过量鸡粪时，上述各种组合垫料的超载程度也不一致。

除发酵过程中大量补充垫料的玉米秸组外，其余各组1～8周总重和干重都呈线性增加趋势(R2>0.98)，与图1情况类似。线性回归的斜率为各试验组的平均每周垫料干重增重，即超载总物质干重，各试验组垫料总重每周增加10～13 kg，干重增加量2.6～3.9 kg。每组垫料每周加入鸡粪35 kg，平均含水率约为80%，因此，其干物质含量为7 kg。

表3显示了基于平均周增重计算得到的不同垫料组合的承载量、相对承载能力及超载程度的数据。在现行养殖密度下，8周的垫料使用时间，鸡粪的超载程度约为59.85%～123.93%。其中，锯末稻壳组、棉花柴组表现出更强的粪污处理能力；锯末花生壳、稻壳麦秸粉、稻壳稻草粉表现比较接近；锯末麦秸切短、麦秸粉麦秸切短效果较差。

2.4 有机质降解情况

图2显示了各种垫料组合的有机质含量的变化情况。锯末切短玉米秸秆组、棉花柴组、锯末麦秸切短组、锯末稻壳组、锯末花生壳组和稻壳麦秸粉组的有机质含量持续降低，且降低幅度都在20%以上；而稻壳稻草粉组、麦秸粉切短麦秸组和玉米秸切短组的有机质含量变化不大，降低幅度在10%以内，其中，玉米秸切短组在0～2周有机质含量降低较快，2～8周基本保持稳定，这与中期补充新鲜玉米秸有关。

表2 发酵垫料总重、干重、含水率的变化Table 2 Total weight of litter

表3 各试验组的1～8周垫料平均周增重与承载能力的比较Table 3 The comparison of average weekly weight gain and carrying capacity for each experimental group of 1～8 weeks litter

图2 有机质的降解Fig.2 Degradation of organic matter

3 讨 论

3.1 铵态氮浓度变化与垫料的发酵效果

垫料中铵态氮的含量直接影响其氨气排放量，铵态氮过高将释放大量氨气会对畜禽健康和生产性能造成不良影响。另外，垫料中铵态氮含量还能反应垫料的供氧水平，能够在一定程度上表征在限氧条件下硫化氢和其他恶臭气体的产生量。粪便发酵过程中与氮元素的形态转化有关的作用主要有：无机矿化作用、亚硝化和硝化作用以及反硝化作用[8]。粪便中的有机氮经微生物分解矿化为无机铵态氮，铵态氮可被亚硝化细菌和硝化细菌转化为硝态氮，硝态氮被反硝化细菌的转化生成氮气和氮氧化物排放到空气中。

发酵垫料使用过程中，与铵态氮生成和转化有关的微生物的数量受到多种环境因素的影响，因此铵态氮的浓度变化也不规律。本研究中，锯末玉米秸组、玉米秸组铵态氮水平较高，可能是由于玉米秸分解旺盛发酵温度升高所致。在较高温度下硝化细菌受抑制、氨化细菌活跃，有机氮在较强的矿化作用下分解为铵态氮，温度较低时，硝化细菌活跃起来，铵态氮转化为硝态氮，铵态氮减少，硝态氮增加[9]。不同有机物料铵态氮存在很大差异，很难用其绝对数值来描述腐熟程度[10]。可见，铵态氮变化很难用作垫料发酵效果判断的评价指标。

3.2 发酵垫料的重量变化原因

鸡粪腐解过程中总碳含量不断下降[11]，因为垫料的有氧发酵过程，大量的易降解有机质被微生物代谢而转化分解为CO2释放到空气中。垫料重量在发酵1周时维持不变或略有下降，主要是因为预堆积时N素供应不足，垫料中易降解的有机碳大量残留，未吸收完全的矿物质灰分也留存在垫料中，加入鸡粪后的C/N迅速降低，微生物快速生长代谢，有机碳大量分解为二氧化碳排出，抵消了加入鸡粪引起的重量增加。本研究中，尤以锯末麦秸组、麦秸粉/切短组和棉花柴组表现最为显著。而使用1周后随着使用时间的延长垫料重量基本成线性增加，主要是由加入鸡粪量超过垫料的承载能力，未完全发酵的鸡粪累积速率大于垫料中有机质分解速率导致累积增重引起的。

3.3 不同原料发酵垫料的超载程度定量比较分析

不同原料组合的垫料，其透气性、吸水性等物化属性差异大，存在的微生物群系也有很大差异，对鸡粪的分解能力也就不同，在加入等量超载鸡粪的情况下，粪便分解达到各组垫料的最大承载量，未被分解的鸡粪剩余量则相对差别较大，因而其相对承载能力及超载程度也表现出较大差异。本研究中，各种组合垫料在连续8周添加定量鸡粪的使用过程中，发酵垫料分解的物质占鸡粪干物质的45%～62.5%。而现行养殖密度下，添加鸡粪的超载程度约为59.85%～123.93%。锯末稻壳组、棉花柴组表现出更强的粪污处理能力。此外，试验过程中补加垫料对干重斜率影响较大，影响了玉米秸组承载能力的计算数据。由此可见，根据垫料增重计算得到的垫料承载力和超载程度，可用于发酵垫料鸡粪承载能力的评价分析。

3.4 有机质的降解分析

本研究中，锯末玉米秸切短组、棉花柴组、锯末麦秸组、锯末稻壳组、锯末花生壳组和稻壳麦秸粉组的有机质含量呈持续降低趋势，且降低幅度比稻壳稻草粉组、麦秸粉麦秸切短组和玉米秸切短组大10%以上。主要与垫料物化性质差异、有机质降解的难易程度及多种外界因素的影响有关。垫料有机质主要有木质素、纤维素和半纤维素，根据其降解程度分为易降解成分和难降解成分。发酵垫料中易降解成分受好氧微生物发酵降解，迅速产生CO2和水，但持续时间较短，随着易降解成分和垫料中氧气的消耗，逐渐过度至厌氧发酵阶段。随着垫料成分的变化和微生物作用，易降解有机大分子分解为有机或无机小分子，这些小分子物质部分留在垫料里，部分随发酵产生的水蒸气或CO2散发出去，从而使发酵垫料中有机质总量随时间的延迟呈下降趋势。发酵代谢活跃的试验组，垫料和鸡粪的分解速率更高，而且有机质含量降低幅度大往往与鸡粪承载能力具有一定的相关性。本试验中，鸡粪承载力较高的锯末玉米秸切短组、棉花柴组、锯末麦秸组、锯末稻壳组等试验组，其有机质含量的降幅远高于承载力较低的试验组稻壳稻草粉组、麦秸粉麦秸切短组。在一定程度上，有机质含量变化可以作为一项参考指标，对发酵垫料的承载能力进行初步评价。

4 结 论

铵态氮指标不能作为发酵垫料使用效果定量比较的指标。有机质含量变化可以作为初步评价发酵垫料承载能力的依据之一。根据垫料增重计算得到的垫料承载力和超载程度，可作为定量比较不同垫料组合的鸡粪承载能力的评价指标。在本试验条件下，锯末稻壳组、棉花柴组粪污处理能力最佳；锯末花生壳、稻壳麦秸粉、稻壳稻草粉组表现比较接近，效果较好；锯末麦秸切短、麦秸粉麦秸切短组效果较差。

参考文献:

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