2种不同养猪微生物发酵床垫料使用后的异质性分析

蓝江林 刘波 吴小彬 陈峥 史怀

摘 要：為了筛选更多可用养猪微生物发酵床垫料的材料，以谷壳/锯糠垫料和椰糠垫料为研究对象，分析饲养了保育猪12个月后不同垫料的营养成分、微生物含量及挥发性物质的差异性。结果表明：饲养保育猪12个月后，2种垫料腐熟程度均较低，椰糠垫料的有机质、腐植酸、胡敏酸、富啡酸、全氮和全钾（K2O）的含量均高于谷壳/锯糠垫料。椰糠垫料可培养微生物含量为0.15×107 cfu·g-1，显著低于谷壳/锯糠垫料（3.60×107 cfu·g-1），未检测到沙门氏菌。2种垫料检测挥发性物质（匹配度≥90）种类少，含量低;其中椰糠垫料的挥发性物质2种，分别为1，4二氯苯（3.91%）和D樟脑（1.667%）;谷壳/锯糠垫料中的挥发性物质3种，分别为1，3二氯苯（3.65%）、左旋樟脑（1.36%）和B柏木烯（0.66%）。2种垫料使用12个月后均可作为良好的腐殖酸原料（NY/T1106-2010《含腐植酸水溶肥料》）或有机肥原料（NY/T525-2021《有机肥标准》）。

关键词：保育猪;养猪微生物发酵床垫料;异质性;挥发性物质

中图分类号：S 828   文献标志码：A   文章编号：0253-2301（2022）02-0015-05

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2022.02.003

Heterogeneity Analysis on Two Different Kinds of Mattresses ofMicrobial Fermentation Bed for Pig Breeding After Using

LAN Jiang-lin， LIU Bo， WU Xiao-bin， CHEN Zheng， SHI Huai

（Institute of Agricultural Biological Resources， Fujian Academy ofAgricultural Sciences， Fuzhou， Fujian 350003， China）

Abstract： In order to screen more materials that could be used as the mattresses of microbial fermentation bed for pig breeding， by taking the hull/saw bran bedding and coconut bran bedding as the research objects， the differences of nutritional components， microbial content and volatile substances of different bedding materials after raising the nursery pigs for 12 months were analyzed. The results showed that raising the nursery pigs for 12 months， the two kinds of bedding materials had lower degree of maturity， and the contents of organic matter， humic acid， humic acid fraction， fulvic acid， total nitrogen and total potassium （K2O） in the coconut bran bedding were higher than those in the hull/saw bran bedding. The content of culturable microorganisms in the coconut bran bedding was 0.15×107 cfu·g-1， which was significantly lower than that in the hull/saw bran bedding （3.60×107 cfu·g-1）， and no salmonella was detected. There were few types and low contents of volatile substances （matching degree≥90） detected in the two bedding materials. Among them， there were two kinds of volatile substances in the coconut bran bedding， which were 1，4-dichlorobenzene （3.91%） and D-camphor （1.667%）， respectively; and there were three kinds of volatile substances in the hull/saw bran bedding， which were 1，3-dichlorobenzene （3.65%）， lumbar camphor （1.36%） and B-cedrene （0.66%）， respectively. The two kinds of bedding materials could be used as the good raw materials of humic acid （NY/T1106-2010 ″water-soluble fertilizer containing humic acid″ or the raw materials of organic fertilizer （NY/T525-2021 ″standard of organic fertilizer″） after being used for 12 months.

Key words： Nursery pigs; Mattress of the microbial fermentation bed for pig breeding; Heterogeneity; Volatile substances

我国是畜禽养殖大国，每年畜禽粪污排放量大约为38亿t，但是畜禽粪便的还田利用率仅有约50%，已经成为中国农业面源污染主要来源之一[1-2]。目前常用的畜禽粪污处理方法主要有生产有机肥、作为饲料转化、作为燃料使用和沼气发酵等，但都存在一定的局限性，不能从根本上解决养殖造成的污染问题[3-7]。近年来发展起来的微生物发酵床养殖技术因其源头消纳粪污，实现了养殖过程的清洁环保，受到了许多养殖户和研究人员的关注。该技术是以有机垫料为载体，使微生物与养殖粪污有效结合，充分发酵，源头消纳，去污除臭，实现了养殖全过程的清洁环保，用后的垫料还可资源化循环利用，是当前生猪养殖污染治理的主推技术之一[8-11]。常规微生物发酵床制作以锯糠和谷壳为主要原料，但随着技术规模化的大面积推广应用，单一的垫料配方成为技术推广应用的地区差异限制因素，筛选多元化的发酵床垫料配方势在必行。本研究团队在垫料筛选研究过程发现，椰糠吸水性好，纤维弹性大，透气性强，耐腐蚀，可作为垫料基材使用[12-14]。實际养殖试验也表明，椰糠是一种良好的垫料基材，有广阔的推广应用前景。为了对比不同基材的垫料使用后的性状差异性，本研究以谷壳/锯糠垫料和椰糠垫料为研究对象，分析了饲养保育猪12个月后不同垫料的营养成分、微生物含量及挥发性物质的异质性，为发酵床垫料的多元化选择提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

样品采自南平市峡阳猪场，采用原位微生物发酵床，垫料厚度为80 cm，猪舍1垫料为100%椰糠，猪舍2垫料为谷壳/锯糠按1∶1比例混合。每个猪舍分为4栏，每栏面积40～50 m2，饲养保育猪30～40头，饲养12个月。日常垫料管理措施为每天翻扒局部粪便堆积处，使粪便疏散，避免局部过湿;及时补充水分保持垫料适宜湿度;每2 d表层20 cm左右翻耕1次，每半月深翻1次（40 cm左右），每2个月深翻1次，日常根据垫料损耗程度及时调整补充新鲜垫料。

样品采集：采集时间为7月，选取每个猪栏中心点为采样点，每个采样点直径约50 cm，将垫料上下纵深翻匀，取样品500 g，再将4个猪栏样品充分混合于无菌袋中封存待用。

1.2 微生物发酵床垫料营养特性分析

取2个猪舍垫料样品各50 g，送至福建省农业科学院土壤肥料研究所测试技术中心进行检测。

1.3 发酵床垫料可培养微生物分离检测

取2个猪舍垫料样品各10 g，采用稀释涂板法分离垫料中的细菌、真菌、放线菌、大肠杆菌、沙门氏菌[15]。

1.4 微生物发酵床垫料挥发性物质收集与分析

1.4.1 样品处理 （1）SPME老化：使用前将SPME 萃取头旋入萃取柄，用丙酮浸泡萃取头30 min后，将SPME萃取头在气质联用仪的进样口250℃老化30 min。（2）挥发性气味收集：取2个猪舍垫料样品各50 g置于250 mL的锥形瓶中，将老化后的SPME萃取头插入样品瓶顶空部分，收集45 min后将萃取头收起，插入气相色谱进样口检测。

1.4.2 检测仪器 采用7890A/5975C气质联用仪（GC/MSD）（美国Agilent公司）、HP5MS色谱柱（美国Agilent公司）、SPME萃取柄（美国Supleco公司）、100 μm聚二甲基硅氧烷（PDMS）萃取头（美国Supleco公司）、锥形瓶等。试剂：AR丙酮。

1.4.3 色谱条件 GCMS分析条件为进样方式：手动进样;色谱条件：采用HP5MS色谱柱，进样口温度250℃，压力4.5338 psi，总流量104 mL·min-1，隔垫吹扫流量3 mL·min-1，不分流;升温程序为：50℃保持2 min，以5℃·min-1上升到280℃保持3 min。质谱条件为采集模式：全扫描;EMV模式：相对值;全扫描参数：开始时的质量数50.00 amu，结束时的质量数550.00 mu;MS温度：离子源230℃，MS四级杆150℃。

物质分析：以匹配度大于90（最大为100）为依据，选取各样品检测到的物质进行分析。

2 结果与分析

2.1 2种不同养猪微生物发酵床垫料营养特性分析

由表2可知，椰糠垫料的pH为7.9，全磷（P2O5）含量（3.54%）略低于谷壳/椰糠垫料（3.60%）;有机质、腐植酸、胡敏酸、富啡酸、全氮和全钾（K2O）的含量均略高于谷壳/锯糠垫料。从检测结果可知，这2种基材的垫料使用12个月后均可作为良好的腐殖酸原料（NY/T1106-2010《含腐植酸水溶肥料》）或有机肥原料（NY/525-2021《有机肥标准》），具有良好的资源转化利用价值。

2.2 2种不同养猪微生物发酵床垫料可培养微生物检测分析

由表2可知，使用12个月的谷壳/锯糠垫料中全细菌、真菌、放线菌和大肠杆菌的含量均显著高于椰糠垫料，级差为1个数量级，可培养微生物含量达3.60×107 cfu·g-1;椰糠垫料中可培养微生物含量达0.15×107 cfu·g-1，未检测到沙门氏菌。说明使用12个月的椰糠垫料对微生物抑制作用要强于谷壳/椰糠垫料。

2.3 2种不同微生物发酵床垫料挥发性物质的分析

2.3.1 2种微生物发酵床垫料挥发性物质总离子流图谱分析 由图1、图2可知，横坐标表示各物质在气相色谱中出现特征峰的时间，纵坐标则表示各物质的峰高。2个样品共检测到挥发性物质43种（匹配度≥70），含量较高的物质峰都集中在0～25 min。

2.3.2 2种不同微生物发酵床垫料挥发性物质分析 由表4可知，2种基材的发酵床垫料中检测到高匹配度（匹配度≥90）的挥发性物质仅5种，但相对含量均不高。椰糠垫料的挥发性物质2种，分别为1，4二氯苯，相对含量为3.91%;D樟脑，相对含量为1.667%。谷壳/锯糠垫料中的挥发性物质3种，分别为1，3二氯苯，相对含量3.65%;左旋樟脑，相对含量1.36%;B柏木烯，相對含量为0.66%。两种垫料挥发性物质的含量相差不大，说明微生物对猪粪尿进行了有效发酵，垫料也对挥发性气体均有较好的吸附作用。

3 结论与讨论

微生物发酵床能够使猪排泄的粪尿在垫料中原位发酵分解，技术的关键在于选择适宜的垫料，通过科学的管理使猪的排泄物与垫料的处理能力达到平衡，猪粪尿能够充分发酵，实现源头消纳[8]。不同基材垫料单位时间内的腐熟程度和对粪污的消纳能力均有所差异，有机质、C/N比、总氮、总磷和总钾等指标也随着垫料中微生物的消纳效率而有所差异，反映出垫料的腐熟程度[16-17]。李艳苓等[18]研究表明，以稻壳和椰壳粉混合物为填料的处理总氮含量和有机质含量都低于玉米秸秆为填料的试验组，C/N比高于玉米秸秆为填料的试验组，微生物变化的波动较小，相对更为利于发酵，同时释放的钾元素和磷元素较多，腐熟程度要好于玉米秸秆填料的发酵床。在本研究中，饲养保育猪12个月后，由于饲养密度低，总体排泄量相对较小，2种垫料的有机质、全氮、全磷和全钾的含量均还处于较高的水平，总体腐熟程度都均较低[19-20]。因此，在有效管理措施下，饲养保育猪的垫料使用时间会更长。

良好的垫料基质必须能较好地协调空气和水分之间的关系，保证水分和空气充足，有利于微生物的生长，提高粪污的发酵转化，加快垫料的腐熟。发酵床垫料中微生物数量多，种类丰富，是发酵床健康有效运行的保障[21-22]。椰糠垫料中微生物数量低于谷壳/锯糠垫料，未检出沙门氏菌，大肠杆菌数量（0.3×105 cfu·g-1）远低于谷壳/锯糠垫料（2.5×105 cfu·g-1），健康程度要优于谷壳/锯糠垫料。2种垫料使用12个月时的吸附性均较强，能有效减少挥发性物质的扩散，检测到的挥发性物质（匹配度≥90）仅5种，其中椰糠垫料中挥发性物质2种，谷壳/锯糠垫料中的挥发性物质3种，种类和含量（0.99%～3.91%）都远低于猪粪直接降解或垫料完全腐熟时所产生的，表明发酵床养殖有利于保持猪舍良好的空气环境，有利于猪健康生长[23-24]。2种垫料的腐植酸、胡敏酸、富啡酸、全氮和全钾（K2O）含量均高于腐殖酸（NY/T1106-2010《含腐植酸水溶肥料》）或有机肥（NY/525-2021《有机肥标准》）的国家标准，具有良好的资源转化利用价值。

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（责任编辑：柯文辉）