肉牛发酵床垫料筛选的研究

熊 飙,李英姣,俸祥仁,苏江伟,陆晶山, 韦巧燕

1.广西农业职业技术大学,广西 南宁 530007 2.广西陆生野生动物救护研究与疫源疫病监测中心,广西 南宁 530007 3.广西壮族自治区柳州种畜场,广西 柳州 545003

0 引言

随着规模化、集约化的养殖动物数量逐渐增多,养殖动物排泄的粪尿引起的环境污染问题越来越严重[1],加强养殖动物粪尿污染的防治已刻不容缓,新型养殖方式的探索与应用显得越来越重要。利用农业废弃物制作发酵床作为养牛粪污吸纳垫料,铺设于养殖栏舍地面,牛饲养过程中排泄出来的粪尿被垫料吸纳后,通过添加于垫料中的微生物发酵,使牛的粪污得到充分的分解和转化,是一种对环境无污染、零排放的环保型养牛技术[2]。而关于发酵床养牛的国内文献报道较少,且多集中于牛舍建设[3]、牛群生产性能[4-8]、健康状况[7-8]、发酵床微生物群落多样性[8]、栏舍空气质量[9-11]、垫料发酵效果[12-13]等方面。

鉴于此,为进一步探讨牛用发酵床垫料组成,本试验利用南方农业生产中数量较多、价格便宜的稻草秸杆、甘蔗尾叶等废弃物为试验材料,通过观察垫料物理性状、测定发酵温度、pH值、氮(N)、磷(P)、钾(K)等指标,分析发酵床养牛时不同垫料理化性状的变化情况,探讨利用稻草秸杆与甘蔗尾叶代替部分锯末屑制作发酵床用于肉牛养殖的可行性,以期为稻草秸杆与甘蔗尾叶等农作物秸秆用作肉牛发酵床垫料提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 发酵床菌种

菌种购自广西助农畜牧科技有限公司加强型发酵床复合发酵剂。

1.1.2 发酵床垫料

发酵床垫料用的锯末屑从木材加工厂购置;农作物(稻草秸杆、甘蔗尾叶等)秸秆于广西壮族自治区南宁市田间直接收集,晒干后自行加工粉碎,各配料粉碎度为:稻草秸秆0.5 cm、甘蔗叶0.5 cm;鲜牛粪来自广西农业职业技术大学养殖场。

1.2 试验设计

试验模拟发酵床肉牛养殖模式,采用单因子随机试验设计。试验设计7 d为1期,共5期,合计35 d。以100%锯木屑做发酵床垫料为对照,按照垫料总质量相等原则,共设4个处理,每个处理4次重复。处理1组为50%锯末屑、10%稻草秸杆、40%甘蔗尾叶(T1);处理2组为50%锯末屑、20%稻草秸杆、30%甘蔗尾叶(T2);处理3组为50%锯末屑、30%稻草秸杆、20%甘蔗尾叶(T3);对照组为100%锯末屑(T4)。试验处理设计方案见表1

表1 试验处理设计方案Table 1 Test treatment design scheme 单位:%

1.3 发酵床的制作及日常管理

1.3.1 模拟发酵床的制作

各处理组按比例称取适量的样品,待用。将菌种用温糖水活化后与玉米粉均匀搅拌;然后将各处理组准备好的锯末屑、稻草秸杆、甘蔗尾叶与带有菌种的玉米粉搅拌均匀;在搅拌过程中一边喷水,一边搅拌,随时监测垫料的水分,使其保持在30%～40%。

先将已经和微生物菌种搅拌均匀的各组垫料分别铺在地上,各自堆成60 cm×50 cm×30 cm的堆体,用彩条布覆盖其表,放置10 d,期间深翻2次,待垫料发酵温度稳定后转移至塑料箱内,垫料厚度设置为10 cm[14],每个试验组4个重复。

1.3.2 发酵床日常维护

模拟发酵床每日加粪重量按每10 m2加体质重为300 kg的牛日产粪量进行计算,每日产粪量=体质量×10.62%[15]。本次试验按照发酵容器底面积比例折换成添粪重量为每塑料箱添加1.2 kg/d。每天上午9:00添加新鲜牛粪并手动混匀。试验用牛粪为300 kg左右育肥牛的当天粪便。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 物理性状

每天定时观察发酵床垫料干湿程度、颜色变化、是否板结、腐烂、变质等[16]。

1.4.2 发酵床温度测定

每天定时采用电子探针温度计(型号:TP101)对垫料深层(5～8 cm处)温度进行测量记录(采用30 cm钢尺测定垫料深度)。发酵温度处于平稳状态后,分析每期内4个处理组间的温度差异。

1.4.3 pH值含量测定

每周定时采用五点采样法收集垫料25 g,纯净水1：10稀释溶解后,用尼龙布过滤分离出残渣和滤液,采用中华人民共和国农业行业标准NY/T 525-2021测定滤液的pH值。

1.4.4 氮(N)、磷(P)、钾(K)含量检测

每周采用五点采样法采垫料样,设2个重复,带回实验室,委托广西益谱检测技术有限公司测定其全氮(N)、磷(P)、钾(K)的含量。

1.5 数据统计

采用Excel2019对试验数据进行初步处理与图表绘制,并用SPSS25.0统计软件进行样本均数差异的显著性检验,P>0.05表示差异不显著,P<0.05表示显著差异,P<0.01表示极显著差异。

2 结果与分析

2.1 发酵床物理性状变化

4个处理组垫料前10 d均颜色呈淡黄色,湿度适宜。10 d后各组垫料的颜色逐渐加深,直至深褐色。T3处理组20 d后部分垫料出现结块,其他各处理组垫料均未发生结块、霉变、腐烂等现象。

2.2 发酵床温度变化情况

4个处理组模拟发酵床平均温度变化情况见图1。各组间的发酵床温度差异不明显(P>0.05)。

图1 模拟发酵床温度变化Fig.1 Temperature change of simulated fermentation bed

4个处理组的第26天均达到最高值(T1组32.35 ℃、T2组32.27 ℃、T3组31.32 ℃、T4组30.95 ℃),然后逐渐下降。

2.3 发酵床垫料pH变化

垫料的pH值变化见表2。各组pH值呈缓慢升高趋势。整体上看T1、T2、T3、T4组的第14天、第21天、第28天与、35天的pH值高于第7天pH值,均具有统计学意义(P<0.01) 。从组间的比较看出,在第7天,T2、T3组的pH值高于同期的T4组的pH值,具有统计学意义(P<0.01) ;在第14天,T1组与T4组比较(P<0.05) ,T3组与T4组比较(P<0.01),具有统计学意义;在第21天,仅T3组与T4组比较(P<0.01),具有统计学意义;在第28天,T1组与T4组比较(P<0.05),T2、T3组与T4组比较(P<0.01),均具有统计学意义;在第35天情况与第28天相同。

表2 发酵床垫料pH变化Table 2 pH change of fermented mattress

2.4 发酵床垫料各阶段N、P、K含量变化

垫料各阶段N、P、K变化见表3。各组含N量总体呈显著升高趋势,T1与T2组第7天与同组的第14天差异均不显著(P>0.05),同组的第21天、28天、35天与第7天相比均有极显著提高(P<0.01);T3组第14天较第7天提高13.27%,差异显著(P<0.05),同组的第21天、28天、35天比第7天分别提高20.35%、19.46%、51.32%,差异极显著(P<0.01);T4组第14天、21天、28天、35天较第7天分别提高18.96%、39.65%、58.62%、98.27%,差异均极显著(P<0.01)。另外T1、T2、T3组均极显著的高于同期T4组(P<0.01)。

表3 发酵床垫料各阶段N、P、K含量变化Table 3 Changes of N,P and K contents in different stages of fermentation mattress material

各组含P量呈逐渐升高趋势,T1组第7天与第21天差异不显著(P>0.05),第14天、28天、35天较第7天提高53.19%、51.06%、57.44%,均差异显著(P<0.05);T2组第28天、35天比第7天分别提高35.84%(P<0.05)、49.05%(P<0.01),第7天与第14天、21天差异不显著(P>0.05);T3组第14天、28天、35天较第7天分别提高62.22%、60%、82.22%,差异均极显著(P<0.01),第21天比第7天提高46.66%,差异显著(P<0.05);T4组第14天比第7天提高62.5%,差异显著(P<0.05),第7天与同组其他差异极显著(P<0.01)。4组同期数据比较,其中第7天T4与 T1差异显著(P<0.05),与T2、T3差异极显著(P<0.01);第14天T4与T1、T3差异显著(P<0.05),与T2差异不显著(P>0.05);第21天T1、T2、T3均与T4差异极显著(P<0.01);第28天T1、T2、T3与T4差异显著(P<0.05);第35天T4与T1差异显著(P<0.05),与T2、T3差异极显著(P<0.01)。

T1、T2、T3组含K量呈缓慢升高趋势,T4组显著升高,其中T1组第35天比第7天提高22.22%,差异极显著(P<0.01),第7天与第14天、21天、28天差异不显著(P>0.05);T2组第21天较第7天提高7.5%,差异显著(P<0.05),第35天比第7天提高25.47%,差异极显著(P<0.01);T3组第14天比第7天降低9.09%,差异显著(P<0.05),第35天比第7天高18.18%,差异极显著(P<0.01);T4组第14、21、28、35天均极显著高于第7天(P<0.01)。T1、T2、T3组均极显著的高于同期T4组(P<0.01)。

3 讨论

3.1 发酵床垫料的物理性状

发酵床菌种是否正常发酵可通过定期观察垫料松软程度、颜色变化、下沉状况等进行判定[17]。本试验中,各处理组垫料的颜色于10 d后逐渐加深,表明微生物发酵正常。T3处理组20 d后部分垫料出现结块,其余各处理组均未出现结块、霉变、腐烂等现象。据报道发酵床垫料中稻草秸秆的添加量宜控制在5%～20%,超过20%易出现垫料结块、腐烂[18]。所以T3处理组出现结块可能与稻草过多有关。

3.2 发酵床温度

温度是反应发酵床菌种代谢活动的重要指标之一[19]。本试验中,第26天后各处理组温度均逐渐下降,可能与垫料中的微生物进入衰老期、活菌数量急剧下降有关。因此,生产中为有效维持发酵床的正常发酵,应在20～25 d补充菌种。

3.3 垫料pH

据研究报道,随着发酵床垫料逐步发酵腐熟,释放出NH3,垫料pH值逐渐升高,此后随着NH3挥发和硝化菌硝化作用产生的H+,又引起pH 值逐步降低,并于300 d左右逐步趋于稳定[20]。本试验中根据各组垫料发酵第35天与第7天相比pH值升高情况,说明各组微生物发酵程度依次为T4>T1>T3>T2。另外T1、T2、T3组pH值升高值比T4低,还可能与垫料中添加的稻草秸杆与甘蔗尾叶长度过短,导致垫料孔隙度比锯末屑低,好氧微生物发酵减弱有关。

3.4 垫料各阶段N、P、K含量

垫料的成分在初期受原料影响,后期随着发酵床使用时间的增加则与饲料配方、牛粪中的营养成分及菌种发酵程度直接相关。在本研究中,第35天相比第7天N、P、K的含量,T1组分别增加44.23%、57.44%、22.22%;T2组增加55.55%、49.05%、25.47%;T3组增加51.32%、82.22%、18.18%;T4组增加98.27%、150%、285%。在仅垫料成分不同,其余试验条件相同的情况下,各组第35天相比第7天的数据,T4组升高的幅度明显高于T1、T2、T3组,可能与T4组菌种发酵更加充分有关。同期各组数据,T1、T2、T3组与T4组比较大部分差异显著或极显著,可能为T4组垫料原料本身的N、P、K含量较低。

4 结论

本试验测定了4种不同垫料组成的肉牛模拟发酵床温度及垫料5个不同时期的理化指标,结合文献对试验中发酵床的使用情况进行分析评估,主要结论如下:①过短的稻草秸杆、甘蔗尾叶在替代部分锯木屑添加到发酵床垫料中时,使用量应该少于50%。但稻草秸杆与甘蔗尾叶用于发酵床的最佳长度及对锯木屑的替代比例应进一步研究确定。 ②发酵床使用约25 d后由于功能菌的代谢活动水平下降,如不及时补充菌种发酵床温度将逐渐下降,故生产中应在20～25 d补充菌种营养液,以便有效维持发酵床的正常发酵。③结合发酵床垫料原料价格发酵情况,垫料配比为50%锯木屑、20%稻草秸杆、30%甘蔗尾叶的性价比最佳。