肉牛發酵床墊料的理化性狀變化研究

李曉鋒,劉明雄,樊孝軍,夏斌斌

(1.湖北省農業科學院 畜牧獸醫研究所，湖北 武漢 430064；2.潛江市畜牧技術推廣站，湖北 潛江 433100；3.湖北鵬樂農業發展有限公司，湖北 潛江 433100)

畜禽養殖產生的糞污是環境污染的主要來源之一。肉牛發酵床養殖模式是在牛欄內鋪設墊料，添加發酵菌種，肉牛散放式飼養，糞尿隨牛的活動而與墊料充分混合、發酵，墊料定期清理，無需沖欄、無需每日清糞，可降低人工成本，近年來在湖北等南方省區應用較多。國內關于發酵床養牛的文獻報道較少，且多集中于牛舍建設、犢牛培育、生產性能、牛群健康、舍內空氣質量、成本分析等方面，而對墊料理化性狀的演變及成分分析的報道還不多見。同時，種養結合、循環利用是農業發展的重要方向，所謂的“零排放”只是暫時不排放，畜禽糞便最終還是要回到農田，而牛床墊料的肥效成分及重金屬含量則是種植業所關注的問題。為此，本研究分析發酵床養牛時墊料理化性狀的變化情況，為發酵床養牛模式的推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 時間地點

試驗于2018年9月至2019年8月在湖北省潛江市某肉牛育肥場進行。

1.2 試驗分組

選擇牛舍內同側相鄰的4個小欄，面積96 m/欄，墊料、發酵菌兩因子交叉分組，墊料A由切短稻草、麥殼按體積比1:1混合，墊料B為本場自然曬干的牛糞，微生物發酵菌由黑曲酶、地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母、乳酸菌等原料自配而成。設4個處理組，處理1為墊料A，處理2為墊料A加發酵菌，處理3為墊料B，處理4為墊料B加發酵菌。試驗牛為西門塔爾雜交公牛，體重450～650 kg，常規育肥，養殖密度10～15 m/頭。

1.3 飼養管理

牛床墊料初始鋪設厚度10 cm，處理1和處理3不添加菌種，正常飼養管理，處理2和處理4于墊料水分達到30%時，按10 g·m添加菌種。各處理墊床厚度超過30 cm時(該牛舍擋糞墻高度為45 cm)清運30%～50%的墊料，水分超過60%時適當降低養殖密度或添加干墊料，墊床每月翻耙1～2次。散放式飼養管理，由青貯玉米、酒糟、稻草、混合精料制備TMR日糧，日喂2次，自由采食、飲水，正常出欄、補欄。

1.4 設備及測定工具

卷尺、溫度計、臺秤、烘箱等。

1.5 樣品采集及測定分析

采樣和測定每月進行1次(上午10:00左右)，其中墊床溫濕度自添加菌種后測定，轉群、墊料添加及清運等管理情況隨時記錄。肉眼估測育肥牛體重，以單位牛欄面積的育肥牛體重(kg·m)來表示墊床承載量；在牛欄的外側、中部、內側測定墊床厚度，于墊床深25 cm處測定溫度；隨機多點采墊料樣，設2個重復，帶回實驗室，65 ℃烘干法測定含水率，烘干樣委托青島科創公司測定碳氮比(C/N)、全氮(N)、磷(P)、鉀(K)、有機質(以干基計)、重金屬鉛(Pb)、汞(Hg)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、砷(As)；分層隨機多點取農田土壤樣2個，測定同前。隨機取各階段鮮糞50份，測定含水率。

1.6 數據統計

采用Excel 2007進行數據初步處理與圖表繪制，采用SPSS 21.0軟件進行兩因素交叉分組方差分析或樣本均數差異的顯著性檢驗及各因素之間相關性的顯著性分析，采用Duncan法進行多重比較，<0.01表示差異極顯著，<0.05表示差異顯著，>0.05表示差異不顯著。

2 結果與分析

2.1 墊床厚度

各組的墊床承載量及厚度變化見圖1，除處理4外，其余3組于中期清運1次墊料。以體重600 kg育肥牛占地15 m為標準(承載量40 kg·m)按比例計算，本試驗平均每個月(30 d)的墊床厚度增量為2.95±2.55 cm，組間無顯著差異(>0.05)，亦無季節性差異(>0.05)。

圖1 各組墊床承載量(A)及厚度(B)變化

2.2 墊床溫濕度

4個處理組的墊床平均溫度變化情況見圖2A。組間的墊床溫度無顯著差異(>0.05)，與舍內環境溫度的變化規律基本一致(冬季比舍內氣溫高2～3 ℃，夏季比舍內氣溫低2～4 ℃)。

因墊床初期較薄(10 cm)，其濕度迅速增加至70%左右，隨后根據承載量的不同，在60%～70%間波動(見圖2B)，組間無顯著差異(>0.05)。牛糞(鮮樣)含水量為82.6%±2.4%。

圖2 墊床溫度(A)與濕度(B)變化

2.3 墊料肥效成分及C/N

墊料(烘干樣)的肥效成分變化詳見表1。含N量總體呈現前期略有下降、后期緩慢升高的趨勢，8月份最高，其中處理1的含N量8月份較12月和2月份分別提高11.6%(<0.01)和9.6%(<0.05)，6月和10月份較12月分別提高了8.5%和8.9%(<0.05)；處理2在6月和8月份較12月分別提高了12.8%和13.2%(<0.01)，較10月和2月的也有顯著提高(<0.05)；處理3各月份間差異均不顯著(>0.05)；處理4在6月和8月份較2月分別提高了9.7%和10.6%(<0.05)；同月份的組間差異不顯著(>0.05)。

表1 各階段墊料N、P、K含量

含P量總體呈緩慢升高趨勢，其中處理1的含P量4月、6月和8月份均極顯著高于10月和12月(<0.01)，提高幅度為23.8%～30.1%，8月份較2月提高17.1%(<0.05)；處理2在12月份極顯著低于4月、6月和8月(<0.01)；處理3及處理4各月份間差異均不顯著(>0.05)；同月份的組間差異不顯著(>0.05)。

含K量明顯呈升高趨勢，其中處理1在8月份分別高于10月59.0%、12月63.1%、2月36.4%和4月19.1%(<0.01)，比6月高15.4%(<0.05)，4月、6月極顯著高于10月和12月(<0.01)，顯著高于2月(<0.05)，2月顯著高于10月和12月(<0.05)；處理2含K量8月份分別高于10月44.7%、12月67.6%、2月38.5%(<0.01)，比4月高18.3%(<0.05)，4月、6月較12月分別提高41.7%和48.2%(<0.01)、較10月分別提高22.4%和28.0%(<0.05)，6月較2月提高22.4%(<0.05)；處理3在8月份分別高于10月29.8%、4月32.2%(<0.01)，高于12月22.7%(<0.05)；處理4的6月、8月份的較10月的分別提高21.3%(<0.05)和28.1%(<0.01)；同月份的組間差異不顯著(>0.05)。

各處理組的墊料有機質含量均呈下降趨勢，其中處理1在8月份較10月、12月、2月分別降低27.4%、28.9%和24.6%(<0.01)，較4月、6月的分別降低9.5%和10.7%(<0.05)，4月和6月的也較10月、12月、2月的降低12.5%～17.7%(<0.01)；處理2在8月份較10月、12月、2月、4月分別降低27.1%、26.4%、24.7%和15.3%(<0.01)，較6月降低8.5%(<0.05)，4月和6月也較10月、12月、2月降低8.1%～17.2%(<0.01或<0.05)；處理3的4月、6月、8月份的較10月、12月、2月的降低10.1%～18.4%(<0.01)，6月的較4月降低6.3%(<0.05)；處理4在8月份較10月、12月、2月分別降低18.9%、19.0%和20.2%(<0.05)，詳見表2。10月、12月、2月的墊料A的有機質含量均極顯著高于對應月份墊料B的有機質含量(<0.01)，其他月份兩者差異均不顯著(>0.05)；各月份加菌種組有機質含量與不加菌種組的差異均不顯著(>0.05)。

表2 各階段墊料的有機質含量

墊料的C/N前期變化幅度不大、后期逐漸下降，其中處理1在8月份的C/N較12月的降低了38.5%(<0.05)；處理2在6月、8月份較2月分別降低25.8%和38.0%(<0.05)；處理3在8月份較2月降低了19.0%(<0.01),較12月、4月、6月分別降低15.3%、16.6%和11.8%(<0.05)；處理4的各月份間差異均不顯著(>0.05)，詳見表3。各月份墊料A的C/N與墊料B的差異均不顯著(>0.05)，加菌種組的與不加菌種組的差異也不顯著(>0.05)。

表3 各階段墊料的C/N

墊料及其原料的N含量(干基，下同)與土壤的相當；干牛糞和墊料的P含量平均比麥殼、稻草及土壤的高6%、K含量高24%；麥殼、稻草的有機質含量最高，干牛糞和墊料的次之，土壤的相對很低；干牛糞和墊料的C/N低于麥殼和稻草。牛場土壤的P、K、有機質含量均比農戶土壤的高。詳見表4。

表4 墊料及其原料與土壤成分對比

2.4 墊料重金屬含量

試驗中期(2月)，墊料B的Pb、Cd含量均極顯著高于墊料A(<0.01)，Cr、As含量差異均不顯著(>0.05)；加菌種與否無差異(>0.05)。試驗結束時(8月)，墊料B的Pb含量顯著高于墊料A(<0.05)，其他重金屬含量差異均不顯著(>0.05)；加菌種組的Cr含量顯著低于不加菌種組(<0.05)，其他重金屬含量差異均不顯著(>0.05)。與2月份相比，8月份墊料Pb含量顯著升高(<0.05)，Cd、As含量極顯著升高(<0.01)，Cr含量有所提高(>0.05)。2月份墊料Hg未檢出(最低檢測限量0.03 mg·kg)；8月份墊料Hg亦未檢出(最低檢測限量0.05 mg·kg)，但給出了參考值(0.033～0.035 mg·kg)，因此不作比較。詳見圖3。

圖3 中期與末期的墊料重金屬含量對比

各樣品的Hg未檢出。麥殼的Pb、Cd、Cr、As含量均較低，稻草的Cr含量較高；與干牛糞相比，墊料的Cd含量較高，Pb、Cr、As含量相當；土壤中的Pb含量較高，牛場土壤的Pb、Cd、As含量均比農戶土壤的高。詳見表5。

圖5 墊料及其原料與土壤的重金屬含量對比

3 討 論

3.1 原料和菌種對墊床發酵的影響

原料、溫度和濕度互有影響，是墊床管理的3大核心。較高的溫度有利于蒸發水分、降低濕度，據楊前平等測定，墊料發酵的溫度可達55～60 ℃，而本試驗墊床溫度接近舍溫，應是濕度較大且不蓬松所致。菌種發酵的適宜含水量為30%～55%，蓬松性好的可放寬到65%左右，本試驗墊料原料鋪設較少，墊床水分迅速增加到65%～70%，外觀及質地呈淤泥狀，不利于耗氧發酵，也未體現出添加菌種后溫濕度的差別。為保持墊床蓬松、促進發酵，應首選谷殼、秸稈等農副產品，鋪設干牛糞則有利于降低墊料成本，可因地制宜、搭配使用。

3.2 原料和菌種對墊料成分的影響

墊料的成分在初期受原料影響，后期則與飼料配方、牛糞成分及菌種發酵直接相關。在本研究中，N、P、K的含量均隨著使用期的延長而增加，應當是來自于牛糞的積累，C/N逐漸下降，同樣是N的增加，而有機質含量下降，則可能是緩慢分解所致，處理間差異不顯著，應與原料鋪設少、墊床濕度大等有關。發酵床養豬的研究表明，墊料中的重金屬含量有富集效應，并因飼料的改變而有所波動，本試驗中的肉牛墊料也呈類似規律，部分指標的差異性可能與墊料原料有關。試驗結束時加菌種組的Cr含量顯著低于不加菌種組，是否被微生物轉化利用，需進一步驗證。

3.3 墊料還田的重金屬問題

畜禽糞便是農業生產的重要肥料資源，對作物增產、土壤改良發揮了積極作用，近年來隨著養殖業規?；陌l展，糞污處理引起公眾關注。劉衛東等較早提出了畜禽糞便的重金屬殘留問題，隨后有更多學者開展深入研究，有超標、不超標等不同結果，這可能與地區、飼料原料、畜種等差異有關。與國家標準、行業標準相比較，本研究中干牛糞、墊料的有機質、總養分(氮+五氧化二磷+氧化鉀)達標，重金屬含量均未超標。與農戶的相比，本試驗中牛場的飼料地經連續4年施用牛糞，土壤的有機質含量有所提高，重金屬積累效應不明顯，與前人觀點一致。對照國家土壤環境質量標準，pH取5.5～6.5，牛場飼料地的Cd含量略高于污染風險篩選值、低于風險管制值，其余4種重金屬含量低于風險篩選值；農戶土壤的重金屬含量均低于風險篩選值。

4 結 論

采用發酵床模式養殖肉牛，墊床的厚度增長受承載量影響，濕度較大且不蓬松者不利于菌種發酵。墊料N、P、K含量隨著使用時間的延長而顯著升高，有機質含量逐漸下降。比之添加菌種，優選谷殼等墊料原料、勤翻耙、保持墊床蓬松性和較低的濕度更為重要。使用1年后的墊料，有機質、總養分含量達到國家相關標準要求，重金屬含量均未超標，可以還田利用。