劉宇鋒， 羅 佳， 嚴(yán)少華， 張振華

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京210014;2.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣西 南寧530007)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖業(yè)已經(jīng)由傳統(tǒng)的農(nóng)戶散養(yǎng)向規(guī)?；⒓s化、工廠化養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)了許多大型畜禽養(yǎng)殖企業(yè)［1］?，F(xiàn)代規(guī)?；B(yǎng)殖生產(chǎn)，在滿足人們對畜禽產(chǎn)品消費(fèi)的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生大量的糞尿、污水和有害氣體，畜禽糞尿未經(jīng)處理直接排放到環(huán)境中，導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染，成為中國重要的面源污染之一［2-3］。尤其在人口稠密、土地面積有限的農(nóng)業(yè)省份，畜禽糞便對環(huán)境污染問題尤為突出。耕地資源的不可再生性及傳統(tǒng)的畜禽飼料養(yǎng)殖對環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重成為限制養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的瓶頸之一［4］。

生態(tài)發(fā)酵床是利用全新的自然農(nóng)業(yè)理念，綜合利用微生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、發(fā)酵工程學(xué)原理，以活性功能微生物作為物質(zhì)能量“轉(zhuǎn)換中樞”的一種環(huán)保、安全、有效的生態(tài)養(yǎng)豬模式。實(shí)現(xiàn)養(yǎng)豬無排放、無污染、無臭氣、徹底解決規(guī)模養(yǎng)豬場的環(huán)境污染問題，它是集養(yǎng)豬學(xué)、營養(yǎng)學(xué)、環(huán)境衛(wèi)生學(xué)、生物學(xué)、土壤肥料學(xué)于一體，遵循低成本、高產(chǎn)出、無污染的原則建立起的一套良性循環(huán)的生態(tài)養(yǎng)豬體系。它是工廠規(guī)模化養(yǎng)豬發(fā)展到一定階段而形成的一個(gè)亮點(diǎn)，是畜禽養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一種新模式。

發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)最早起源于日本，1970 年日本利用坑道，以鋸木屑為墊料建立了世界上第一個(gè)微生物發(fā)酵床養(yǎng)殖系統(tǒng)［5］。1985 年，加拿大BioTech公司推出以土壤為地板，秸稈為深層墊料，并完善了圍欄、食槽等輔助結(jié)構(gòu)的新型發(fā)酵床系統(tǒng)［6］。此后，中國香港、荷蘭等地的科研人員對發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)進(jìn)行了深入研究，在推廣應(yīng)用過程中，確定了商業(yè)復(fù)合菌劑和鋸木屑為發(fā)酵床研制菌種和墊料基質(zhì)，其相互作用加快畜禽糞便的降解速度并使發(fā)酵床的效果更加穩(wěn)定［7-8］。20 世紀(jì)90 年代末起，發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)開始在中國部分省市陸續(xù)開展試點(diǎn)。2000年，江蘇鎮(zhèn)江科技局首先從日本引進(jìn)發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)，依據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r開始本土化推廣示范［9］。2008 年該項(xiàng)技術(shù)被國家環(huán)保部建議推廣。自2009 年以來，江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，與日韓等國專家合作，引進(jìn)成熟的發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)，開展發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)本土化的研究工作，并對發(fā)酵床、發(fā)酵床菌種，墊料、棚舍結(jié)構(gòu)和環(huán)境調(diào)控等方面進(jìn)行了系統(tǒng)化研究［10-11］，并將研究成果在江蘇省15 個(gè)示范點(diǎn)推廣應(yīng)用，取得了良好的效果。

發(fā)酵床墊料的來源與選擇是發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)的核心環(huán)節(jié)之一。本研究通過綜合生態(tài)發(fā)酵床墊料來源、資源化利用中存在的問題，為發(fā)酵床墊料的研究與應(yīng)用以及資源化利用提供參考。

1 發(fā)酵床墊料來源和養(yǎng)分含量變化

1.1 鋸木屑

鋸木屑在墊料中的主要功能是保持水分含量并為微生物提供穩(wěn)定的碳源。從技術(shù)角度分析，由于畜禽糞便中，特別是豬糞的碳氮比較低，含水量較高，制作發(fā)酵床應(yīng)選擇碳氮比高、碳水化合物含量高、疏松多孔透氣、吸水吸附性能良好、細(xì)度適當(dāng)?shù)膲|料，以便對豬糞的發(fā)酵性能進(jìn)行補(bǔ)充，保證發(fā)酵過程的持續(xù)高效。在所有墊料中 鋸木屑的碳氮比最高，含有豐富的纖維素、木質(zhì)素和半纖維素。木質(zhì)素的存在可保護(hù)纖維素不易被微生物分解，且與NH3形成穩(wěn)定化合物［12］，使得鋸木屑最耐發(fā)酵，經(jīng)久耐用，純鋸木屑作為墊料的豬生態(tài)發(fā)酵床使用壽命可達(dá)3 ～4 年。同時(shí)鋸木屑疏松多孔、保水性好、透氣性也比較好，使得鋸木屑成為發(fā)酵床墊料的首選原料。從目前微生物發(fā)酵床墊料在各地的使用情況來看，以鋸木屑為主配以其他物料作為發(fā)酵床墊料的使用效果良好。

1.2 稻殼

稻殼也是發(fā)酵床墊料來源之一，其透氣性能比鋸木屑好，比表面積大，有利于吸收NH3，含碳水化合物比例比鋸木屑低，灰分含量比鋸木屑高，使用效果和壽命次于鋸木屑［13-14］。實(shí)踐中常將鋸木屑與稻殼混合使用，不僅可以彌補(bǔ)鋸木屑、稻殼單一使用的不足，更能起到疏松透氣，為微生物提供氧氣的作用，提高發(fā)酵效果。在鋸木屑中加入稻殼的效果與單一使用鋸木屑的效果相接近，但可以降低墊料成本。

1.3 菌糠

菌糠是指以棉籽殼、鋸木屑、稻草、玉米芯、甘蔗渣及多種農(nóng)作物秸稈為主要原料栽培食用菌后的廢棄培養(yǎng)基［15］。過去培養(yǎng)食用菌后將菌糠丟棄，菌糠具有自身難以降解的特點(diǎn)，釋放到環(huán)境中自然降解緩慢，污染很大。后來研究發(fā)現(xiàn)，菌糠中含有木質(zhì)素、纖維素、菌絲體蛋白、多糖以及氮、磷、鉀等多種營養(yǎng)元素，并且質(zhì)地柔軟，無毒無刺激性，通透性好，有特殊香味，自身分布著大量土著菌群，價(jià)格低廉［16-17］，菌糖是發(fā)酵床床體微生物菌群的天然發(fā)酵載體，經(jīng)發(fā)酵床使用后的菌糠墊料又是良好的農(nóng)業(yè)有機(jī)肥料，對延長農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，降低發(fā)酵床墊料制作成本，控制養(yǎng)殖業(yè)污染，減少環(huán)境污染具有重要實(shí)際意義。賈月樓等［18］研究認(rèn)為，菌糠加入發(fā)酵床墊料中，替代部分鋸木屑不影響發(fā)酵效果及生豬的育肥性能，在菌糠資源比較充足的條件下，可以廣泛應(yīng)用。盛清凱等［19］研究發(fā)現(xiàn)用金針菇菌渣替代50%鋸木屑后，菌渣+鋸木屑+稻殼配方的發(fā)酵床溫度高于鋸木屑+稻殼配方。馮國興等［20］在不接種任何菌劑的條件下，金針菇菌糠作為發(fā)酵床墊料使用時(shí)表現(xiàn)出較高的發(fā)酵溫度，且成本顯著降低，生豬料肉比優(yōu)勢明顯。

1.4 秸稈

發(fā)酵床效率的高低決定了發(fā)酵床養(yǎng)殖模式經(jīng)濟(jì)效益的高低。近年來，隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，國家加大了對木材砍伐的限制，以及木材加工業(yè)對于鋸木屑的回收再利用，部分畜禽養(yǎng)殖地區(qū)林木資源匱乏，大量使用鋸木屑，抬升鋸木屑價(jià)格，增加發(fā)酵床養(yǎng)殖成本。再加上部分鋸木屑中含有甲醛等有害化學(xué)物質(zhì)，影響發(fā)酵床的發(fā)酵效果并影響生豬的生產(chǎn)性能，在一定程度上制約了發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)的推廣應(yīng)用。實(shí)際生產(chǎn)中，亟需結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，降低鋸木屑使用比例，增加其他墊料含量，降低成本，提高效益。

農(nóng)作物秸稈通常指小麥、水稻、玉米、薯類、油料、棉花、甘蔗和其他農(nóng)作物在收獲籽實(shí)后的剩余部分［21］。農(nóng)作物光合作用的產(chǎn)物有50%以上存在于秸稈中，秸稈富含氮、磷、鉀、鈣、鎂和有機(jī)質(zhì)等，農(nóng)作物秸稈作為農(nóng)村最主要的農(nóng)作物副產(chǎn)品，具有產(chǎn)量大、分布廣、供應(yīng)穩(wěn)的特點(diǎn)，同時(shí)更是一種重要的具有多用途的可再生的生物資源。2010 年中國農(nóng)業(yè)秸稈資源總量達(dá)7.4 ×108t，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤5.0 ×108t［22-23］，約占中國生物質(zhì)總資源量的50%，約占全世界秸稈總量的30%［24］。

隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和能源供應(yīng)的改善，農(nóng)民對秸稈的燃燒利用逐漸減少，秸稈在農(nóng)村能源中的比重逐步下降，同時(shí)受到機(jī)械成本、勞動(dòng)力成本、運(yùn)輸成本和秸稈資源化利用補(bǔ)貼措施不太完善的影響，難以形成對農(nóng)戶有效利用秸稈的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)，加之受到秸稈消費(fèi)市場不明晰和農(nóng)時(shí)限制等因素的影響［25］，中國每年有大量農(nóng)作物秸稈在收獲季節(jié)被焚燒，秸稈焚燒不僅浪費(fèi)資源，也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。大面積露天焚燒秸稈使農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)、生物群落數(shù)量和密度顯著減少，致使耕地貧瘠化、農(nóng)田板結(jié)化，也影響后茬作物生長，降低作物產(chǎn)量［26-27］，秸稈焚燒已成為中國農(nóng)業(yè)面源污染的重要來源之一。農(nóng)作物秸稈大規(guī)模廢棄焚燒還造成了航空交通經(jīng)常受阻、道路交通事故增多和火災(zāi)事故頻繁發(fā)生等諸多社會(huì)問題［28］。

江蘇作為農(nóng)業(yè)大省，擁有豐富的農(nóng)作物秸稈資源，江蘇每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量約4 ×107t ，位列全國第4 位［29-30］。2009 年江蘇省人大在全國率先出臺(tái)了《關(guān)于促進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用的決定》，目前江蘇省秸稈約有30%作為農(nóng)村生活燃料和能源、16%作為飼料、15%還田、4%用作發(fā)電、3%用作食用菌生產(chǎn)、2%用作其他，而丟棄或在田間直接焚燒的約占30%［31］。雖然農(nóng)業(yè)秸稈綜合化利用在江蘇取得較大成績，但秸稈每年大量產(chǎn)生，每年都需要花費(fèi)大量人力、物力禁止秸稈焚燒。治理秸稈焚燒問題的關(guān)鍵是徹底解決秸稈的出路問題［32］，走符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的秸稈綜合化利用道路。

在發(fā)酵床墊料替代研究領(lǐng)域，科學(xué)工作者開展了一系列研究工作，取得了一定研究成果。劉偉等［33］研究認(rèn)為在發(fā)酵床墊料中摻入5% ～20%的稻草秸稈不會(huì)影響豬的肥育性能。王亞犁等［34］在豬發(fā)酵床墊料中使用麥秸代替10%鋸木屑發(fā)現(xiàn)，不會(huì)影響發(fā)酵床效果和豬的肥育性能。用麥秸代替鋸木屑作為發(fā)酵床墊料，不僅可以降低墊料成本，而且可以延長發(fā)酵床使用年限。高金波等［35］等發(fā)現(xiàn)利用玉米秸稈和花生殼作為發(fā)酵床墊料能夠明顯提高豬的增重率和飼料利用率。俸祥仁等［36］對水稻、玉米、木薯、甘蔗、桑樹等農(nóng)作物秸稈替代50%鋸木屑的試驗(yàn)結(jié)果分析認(rèn)為，桑樹秸稈可以替代50%鋸木屑作發(fā)酵床墊料

秸稈墊料具有來源充足，價(jià)格低廉，與傳統(tǒng)發(fā)酵床墊料相比較可降低墊料成本。同時(shí)，秸稈墊料排列疏松，透氣性好，有利于氧氣輸送到墊料底層進(jìn)行有氧發(fā)酵。通過開發(fā)秸稈型墊料資源，不僅可解決發(fā)酵床墊料資源限制性問題，降低生態(tài)發(fā)酵床養(yǎng)殖成本，也為農(nóng)作物秸稈資源綜合利用找到了新的出路，是今后一段時(shí)間發(fā)酵床墊料研究的重點(diǎn)領(lǐng)域和發(fā)展方向。

1.5 發(fā)酵床墊料養(yǎng)分含量變化

微生物發(fā)酵床在畜禽飼養(yǎng)過程中，經(jīng)過畜禽的踩踏翻拱，排泄的糞尿與墊料充分混合，實(shí)現(xiàn)了原位吸附、分解和消納，富含營養(yǎng)成分。經(jīng)過堆肥化處理后的產(chǎn)物達(dá)到了有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)，是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥。充分腐熟的墊料也是優(yōu)質(zhì)的生物基質(zhì)，可用作種苗培育、食用菌栽培等多種用途。對于墊料轉(zhuǎn)化過程中，墊料綜合理化性質(zhì)的變化特性和變化趨勢，相關(guān)科研工作者進(jìn)行了大量報(bào)道(表1)。焦洪超等［37］模擬發(fā)酵床試驗(yàn)認(rèn)為，墊料中氮素的損失主要在發(fā)酵前期。馬晗等［38］對發(fā)酵床養(yǎng)豬欄內(nèi)0 ～20 cm、20 ～40 cm 墊料層不同形態(tài)氮素含量以及有機(jī)質(zhì)含量等指標(biāo)的測定結(jié)果表明，隨著墊料使用時(shí)間的延長，墊料中有機(jī)質(zhì)含量均呈現(xiàn)持續(xù)降低趨勢;由于豬糞尿的不斷排放，墊料中全氮、堿解氮和硝態(tài)氮含量逐漸增加，而銨態(tài)氮含量和pH 均呈現(xiàn)先上升后降低趨勢。陸揚(yáng)等［39］對連續(xù)飼養(yǎng)2 批豬后發(fā)酵床墊料中氮、磷的含量變化分析發(fā)現(xiàn)，氮、磷含量顯著提高，銨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度顯著升高，碳氮比由養(yǎng)豬前的84∶ 1 下降至31∶ 1，氮磷比由2.80∶ 1.00 下降至1.26∶ 1.00。張霞等［40］對2 年和7 年下層墊料氮、磷含量研究發(fā)現(xiàn)，隨著墊料使用時(shí)間延長，氮、磷含量在底層墊料逐步積累。藍(lán)江林等［41］以使用5 個(gè)月的發(fā)酵床墊料為對照，對使用5 ～16 個(gè)月的墊料有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀總量進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)使用5 個(gè)月、7 個(gè)月、9 個(gè)月和16 個(gè)月的墊料有機(jī)質(zhì)的含量分別為59.72% 、49.34% 、44.94%和38.4l% ，墊料有機(jī)質(zhì)的含量隨使用時(shí)間的延長而逐漸降低，含量變化差異顯著。全磷和全鉀的含量隨著使用時(shí)間延長均呈上升趨勢。李娟等［42］對發(fā)酵床墊料前期模擬發(fā)酵發(fā)現(xiàn)，全氮含量、有機(jī)質(zhì)含量均呈降低趨勢;pH 緩慢升高;電導(dǎo)率在整個(gè)發(fā)酵期間變化不明顯。胡海燕等［43］對中國山東、吉林兩省5 個(gè)發(fā)酵床養(yǎng)豬場的廢棄墊料的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等指標(biāo)測定，表明有機(jī)質(zhì)含量為 42.62% ～54.12%，全 氮 1.54% ～2.12%，全 磷(P2O5)2.24% ～5.55%，全鉀(K2O)0.57% ～2.15%，均達(dá)到了有機(jī)肥的標(biāo)準(zhǔn)。

基于兩階段優(yōu)化的分布式潮流控制器配置方法//湯奕,劉煜謙,寧佳,趙靜波,王大江,朱寧輝//(16):141

表1 發(fā)酵床墊料養(yǎng)分含量變化Table 1 Changes of nutrient contents in pig deep－litter system

2 發(fā)酵床墊料資源化利用的可行性及存在問題

目前，國內(nèi)外學(xué)者對于發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)改善豬的福利、減少環(huán)境污染、降低豬群疾病、提高豬肉品質(zhì)、提高生產(chǎn)性能等方面的作用做了較多的研究［44-46］。但是，對于養(yǎng)殖后發(fā)酵床墊料農(nóng)田土壤利用的適宜性，墊料作為有機(jī)肥料使用的可行性，以及無害化處理和資源化應(yīng)用技術(shù)等目前尚缺乏系統(tǒng)研究，本研究就發(fā)酵床墊料中存在的主要問題和未來研究方向進(jìn)行了歸納。

2.1 病原微生物積累

發(fā)酵床本身利用有益微生物通過發(fā)酵降解畜禽糞尿，但發(fā)酵床并不能通過發(fā)酵產(chǎn)生的熱能和有益菌的增殖而殺滅或抑制致病菌。在普通養(yǎng)豬模式下，養(yǎng)豬場每天沖洗豬舍，定期對豬舍消毒，減少了微生物的存在，也能在很大程度上減少病原菌的存在。而在發(fā)酵床養(yǎng)豬模式下，只能對豬舍及墊料表面進(jìn)行消毒或者不消毒，墊料則可能成為微生物良好的繁殖場所。據(jù)檢測，每克新鮮墊料中，各種微生物的含量可達(dá)1 ×108個(gè)以上。雖然通過接種環(huán)境益生菌進(jìn)行充分發(fā)酵后，達(dá)到70 ℃的高溫能消滅不耐受高溫的微生物，但部分發(fā)酵不完全的墊料仍然保存了大量的微生物。在飼養(yǎng)過程中，一些病豬攜帶的病原菌也可能保留在墊料中，造成病原菌累積的隱患。同時(shí)，墊料更換周期較長，容易滋生霉菌、致病菌及寄生蟲等，給畜禽養(yǎng)殖帶來一定安全隱患。

王瀟娣等［47］對南方高熱高濕地區(qū)發(fā)酵床養(yǎng)殖模式下豬腸道與發(fā)酵床墊料的細(xì)菌分離及其致病性分析結(jié)果表明，發(fā)酵床養(yǎng)豬模式的環(huán)境中均檢出大腸桿菌、葡萄球菌、沙門氏菌、鏈球菌等致病菌，存在一定致病性風(fēng)險(xiǎn)。糞大腸菌被普遍認(rèn)為是判斷病原體存在的可能性指標(biāo)，是評定畜禽養(yǎng)殖廢棄物堆肥處理是否達(dá)到無害化的4 大指標(biāo)之一。胡海燕等［43］對山東、吉林2 省5 個(gè)發(fā)酵床養(yǎng)豬場的廢棄墊料的有害微生物數(shù)量檢測發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵床廢棄墊料中腸道寄生蟲卵嚴(yán)重超標(biāo)，具有生物安全隱患，施用前必須對其進(jìn)行無害化處理。但目前資料表明，無害化處理能否達(dá)到完全有效的抑制致病菌的效果還需進(jìn)一步深入研究。

2.2 重金屬及有毒元素殘留

畜禽飼養(yǎng)中添加適量Cu、Zn 等重金屬元素，能調(diào)節(jié)動(dòng)物代謝，對畜禽生長有一定的促進(jìn)作用。發(fā)酵床養(yǎng)殖過程中因畜禽的進(jìn)食、排便等原因不可避免地會(huì)使飼料中添加的重金屬滯留在墊料中［48］，重金屬元素具有難遷移、易富集、危害大等特點(diǎn)，隨著廢棄墊料還田，進(jìn)入農(nóng)田生態(tài)環(huán)境后，會(huì)對土壤生態(tài)系統(tǒng)造成危害，從而影響食品安全。所以有必要對墊料中重金屬富集問題進(jìn)行關(guān)注。

目前中國在有機(jī)肥農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對部分重金屬含量只做了限量標(biāo)準(zhǔn)，沒有給出土壤年最高承載量和土壤最高含量的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對發(fā)酵床墊料中容易出現(xiàn)積累的Cu、Zn 沒有給出明確指標(biāo)，本研究結(jié)合部分歐洲國家有機(jī)肥料中重金屬及有毒元素限量標(biāo)準(zhǔn)(表2)進(jìn)行歸類。

表2 中國、荷蘭、德國和比利時(shí)有機(jī)肥料中重金屬及有毒元素限量標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Maximum heavy metal and toxic element limits in compost in China，Dutch German and Belgian

Tam 等［53］使用發(fā)酵床墊料進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn)認(rèn)為，不斷積累的重金屬及有毒元素，特別是Cu 和As 是造成發(fā)酵床墊料生理毒害的主要原因。張麗萍等［54］對不同發(fā)酵床墊料中As、Cu 和Zn 等重金屬及有毒元素積累研究發(fā)現(xiàn)，不同墊料對3 種重金屬及有毒元素的吸納效果均不相同，As、Cu 和Zn 作為庫存在于發(fā)酵床墊料中。郭彤等［55］對不同使用時(shí)間、不同深度的發(fā)酵床墊料中墊料組分及重金屬含量的變化研究結(jié)果表明，1 ～3 年墊料中重金屬含量均低于國家最高允許標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為經(jīng)常深翻、合理補(bǔ)充新的墊料和菌種，廢棄墊料能直接用作有機(jī)肥還田。馬建民等［56］對北京大興區(qū)3 個(gè)發(fā)酵床養(yǎng)豬墊料中As 的含量分析結(jié)果表明，1 年發(fā)酵床墊料、2 年發(fā)酵床墊料、3 年發(fā)酵床墊料中砷殘留量最大值分別是2.15 mg/kg、5.01 mg/kg、8.34 mg/kg，雖然沒有超過國家有機(jī)肥中As 的限定范圍，但隨著年限的增加，發(fā)酵床墊料中砷殘留出現(xiàn)明顯富集。

應(yīng)三成等［57］對瀘州、樂山、簡陽等市使用l ～3年的保育和育肥豬發(fā)酵床的5 個(gè)豬場的生豬發(fā)酵床墊料的Cu、Zn、As、Cd、Pb、Cr 含量的檢測結(jié)果表明，Zn 在第1 年、第2 年和第3 年墊料中的含量分別達(dá)到 了 231.33 mg/kg、1 639.75 mg/kg、2 741.00 mg/kg，第2 年和第3 年墊料中Zn 的含量分別比第1 年增加了7.1 倍和11.8 倍;Cu 在1 ～3 年墊料中含量分別為227.33 mg/kg、413.85 mg/kg、750.75 mg/kg，第2 年和第3 年墊料中Cu 的含量較第1 年分別增加了1.8 倍和3.3 倍;As 在第1 ～3 年墊料中含量分別為11.43 mg/kg、14.02 mg/kg和32.08 mg/kg，其中第2 年墊料中As 含量已經(jīng)接近中國有機(jī)肥中As 含量上限，第3 年超過國家標(biāo)準(zhǔn)1 倍多。應(yīng)三成等［57］認(rèn)為使用l ～3 年的墊料中Cu、Zn 的平均值接近或超過國家標(biāo)準(zhǔn)的最高允許含量，廢棄墊料不能直接用作有機(jī)肥還田。

當(dāng)前與墊料重金屬含量的相關(guān)研究報(bào)道結(jié)論不盡相同，可能與發(fā)酵床管理方式、畜禽飼料和墊料來源有一定關(guān)系，墊料的施用是否會(huì)對土壤結(jié)構(gòu)、土壤特性、農(nóng)作物生長、質(zhì)量安全等方面產(chǎn)生不利的影響尚需進(jìn)一步觀測，墊料能否直接還田的問題還需要進(jìn)一步深入分析研究。

2.3 抗生素累積

在規(guī)?；B(yǎng)豬業(yè)中，飼料和獸藥均添加部分抗生素和添加劑，起到促進(jìn)生豬健康生長、提高飼料利用率等作用［58］，目前，中國已有17 種抗生素、抗氧化劑和激素類藥物及11 種抗菌劑作為獸藥用于飼喂畜禽［59］，其中土霉素(OTC)、四環(huán)素(TC)和金霉素(CTC)等四環(huán)素類抗生素是應(yīng)用最廣泛、使用量最大的一類抗生素，約占獸用抗生素總用量的57%［60］。張慧敏等［61］研究結(jié)果表明，進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)的抗生素有60% ～90%以藥物原形或初級代謝產(chǎn)物的形式隨動(dòng)物糞尿排出體外。張樹清等［62］對中國7 個(gè)省市自治區(qū)的典型規(guī)?；B(yǎng)殖場畜禽糞便的主要成分分析結(jié)果表明，豬糞中土霉素平均含量為9.09 mg/kg，最高達(dá)134.75 mg/kg，四環(huán)素平均含量為5.22 mg/kg，最高達(dá)78.57 mg/kg，金霉素平均含量為3.57 mg/kg，最高達(dá)121.78 mg/kg。

2.4 墊料次生鹽漬化

墊料組分添加了部分礦物鹽，同時(shí)畜禽養(yǎng)殖過程中飼料外源添加礦物鹽，除小部分被畜禽吸收外，大部分隨畜禽糞便排出體外，使得畜禽糞便中含有較高濃度的鹽分［63］，使墊料中鹽分含量逐步增加，墊料使用周期越長，鹽分含量越高。胡海燕等［43］對中國山東、吉林兩省5 個(gè)發(fā)酵床養(yǎng)豬場的廢棄墊料鹽分含量進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率為8.14 ～16.06 mS/cm，Na 含量為1.18 ～4.18 g/kg，認(rèn)為安全、有效利用發(fā)酵床廢棄墊料資源需要檢測和考慮其鹽分，防止土壤次生鹽漬化。朱紅等［64］對生態(tài)發(fā)酵床墊料剖面中鹽分含量分析發(fā)現(xiàn)，2 年6 批次生豬養(yǎng)殖后，墊料中鹽分含量可達(dá)25 mg/kg，呈重度鹽漬化。連續(xù)使用2 年的墊料中可溶性鹽含量遠(yuǎn)高于使用2 個(gè)月的新墊料，鹽分在剖面上呈上高下低的規(guī)律分布。

以發(fā)酵床墊料為主的有機(jī)肥施用到農(nóng)田中，將增加土壤鹽分水平，造成土壤鹽分積累。而作為發(fā)酵床墊料的主要用途之一的栽培基質(zhì)，如果不能有效降低基質(zhì)中鹽含量，將抑制作物的出苗和生根。相關(guān)墊料次生鹽漬化問題報(bào)道還不多見，所以安全有效地使用發(fā)酵床墊料，需要深入研究降低墊料中鹽分含量的辦法。

3 展望

發(fā)酵床養(yǎng)豬是一項(xiàng)新興技術(shù)，也是一個(gè)技術(shù)含量較高的生物環(huán)境控制技術(shù)。墊料制作過程就是如何處理好豬與墊料、微生物、環(huán)境的關(guān)系，維持微生態(tài)系統(tǒng)平衡不被破壞的過程。微生物發(fā)酵床養(yǎng)豬不僅解決了養(yǎng)殖污染排放的問題，且能改善畜禽肉產(chǎn)品風(fēng)味和品質(zhì)，也迎合了目前提倡的提高動(dòng)物福利的要求。墊料的篩選與優(yōu)化解決了農(nóng)作物秸稈的利用問題，節(jié)約能源，減少污染，提高了養(yǎng)殖效益，應(yīng)用前景廣闊，是值得大力推廣的養(yǎng)殖模式。盡管發(fā)酵床養(yǎng)豬法在當(dāng)前的應(yīng)用中仍存在一些不足，但可以借鑒先進(jìn)技術(shù)，并與中國實(shí)際結(jié)合起來，從實(shí)踐中不斷完善和改進(jìn)。

3.1 深入進(jìn)行墊料腐熟過程研究

墊料發(fā)酵周期較長，一般為2 ～3 年，墊料腐熟是逐步形成的過程，中間次生代謝物對發(fā)酵影響重大，對發(fā)酵床墊料腐熟過程和無害化使用影響顯著。腐殖酸作為堆肥過程中形成的一種次生產(chǎn)物，腐殖酸在墊料腐熟過程中的變化更能反映墊料的腐殖化過程，因此可以把腐殖酸含量作為評價(jià)含量腐熟過程的一個(gè)有效指標(biāo)。也有研究發(fā)現(xiàn)腐殖酸對墊料重金屬具有鈍化效果，腐殖酸含有多種功能基，如羧基、醇羥基、酚羥基、甲氧基等，因此具有很高的反應(yīng)活性，能與環(huán)境中的重金屬離子發(fā)生吸附、絡(luò)合等作用，所形成的有機(jī)-金屬絡(luò)合物及吸附物的穩(wěn)定性對重金屬離子的遷移轉(zhuǎn)化、生物活性具有很大影響。但目前發(fā)酵床墊料研究中對這類次生代謝產(chǎn)物的變化和作用的相關(guān)報(bào)道還不多見。

發(fā)酵床墊料微生物研究一直是處于“黑箱”狀態(tài)。大量研究認(rèn)為，通過傳統(tǒng)分離培養(yǎng)方法估計(jì)的微生物種類只占環(huán)境微生物種類總數(shù)的0.1% ～1.0%，有相當(dāng)大部分的微生物是不可培養(yǎng)的。同時(shí)，由于發(fā)酵墊料發(fā)酵周期較長，始終又處于一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)酵狀態(tài)，發(fā)酵床墊料空間變異差異大，加之發(fā)酵床墊料微生物群落易受墊料類型、畜禽種類和墊料管理措施的影響，使墊料微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)變化的信息極為復(fù)雜。同時(shí)針對經(jīng)典土壤微生物培養(yǎng)研究方法中存在的可培養(yǎng)的微生物種類有限，反應(yīng)的信息狹窄，傳統(tǒng)研究方法和手段已經(jīng)不能夠滿足墊料發(fā)酵微生物動(dòng)態(tài)研究的需要，因此對墊料微生物的研究需要新的研究手段和方法的支持。

3.2 開展發(fā)酵床墊料組分替代研究與應(yīng)用

發(fā)酵床原料要求具有高碳氮比。采用高碳氮比的原料，墊料消耗量少，使用壽命更長。經(jīng)典發(fā)酵床墊料制作需要消耗大量的谷殼和鋸木屑，谷殼和鋸木屑資源有限，制約了發(fā)酵床墊料技術(shù)的推廣與應(yīng)用。發(fā)酵床的墊料來源可根據(jù)不同地區(qū)的資源情況靈活選擇，如華南地區(qū)的甘蔗渣、花生產(chǎn)地的花生殼、北方玉米產(chǎn)區(qū)的玉米秸、水稻產(chǎn)區(qū)的稻秸等都可以用來作為發(fā)酵床墊料，既為消化每年大量產(chǎn)生的作物秸稈找到了出路，也降低了發(fā)酵床墊料的成本，節(jié)能環(huán)保。

3.3 加強(qiáng)發(fā)酵床墊料日常管理

墊料日常管理是發(fā)酵床使用與維護(hù)的重要環(huán)節(jié)，管理不當(dāng)會(huì)縮短墊料使用壽命，甚至?xí)?dǎo)致發(fā)酵床“死床”，墊料提前整體報(bào)廢，并引起畜禽疾病。所以，墊料日常管理對發(fā)酵床墊料正常使用至關(guān)重要。目前，中國發(fā)酵床墊料組成類型各有不同，沒有統(tǒng)一的發(fā)酵床日常管理的操作規(guī)則，在發(fā)酵床技術(shù)的推廣過程中缺少系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，這也是目前技術(shù)推廣層面上對發(fā)酵床技術(shù)發(fā)生爭議的重要原因之一。

對于微生物發(fā)酵床養(yǎng)豬，相關(guān)管理部門應(yīng)盡快進(jìn)行微生物發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)規(guī)程的制定，指導(dǎo)養(yǎng)豬人員規(guī)范技術(shù)管理。對于有條件的養(yǎng)豬場，可采用墊料發(fā)酵遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，監(jiān)測豬場污染狀況，解決污染預(yù)警失控的生態(tài)安全問題［65］。同時(shí)利用洗鹽等再生處理技術(shù)解決發(fā)酵床墊料中次生鹽漬化問題。國家應(yīng)從技術(shù)層面，結(jié)合各地畜禽養(yǎng)殖業(yè)實(shí)際，制定符合實(shí)際的發(fā)酵床墊料管理規(guī)范，揚(yáng)長避短，促進(jìn)發(fā)酵床技術(shù)的推廣應(yīng)用。

3.4 加強(qiáng)循環(huán)農(nóng)業(yè)中畜禽糞便處理和利用的標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

中國目前有機(jī)肥料中重金屬的國家標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，為滿足中國農(nóng)業(yè)及環(huán)境領(lǐng)域，特別是發(fā)酵床墊料資源化利用不斷發(fā)展的要求，應(yīng)盡快著手制定達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)肥料中重金屬測定的國家標(biāo)準(zhǔn)。針對發(fā)酵床墊料中重金屬、鹽分、抗生素殘留以及病原微生物的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)幾乎還是空白，這也造成了相關(guān)領(lǐng)域研究的盲目性，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定亟需提上議事日程。

微生物發(fā)酵床養(yǎng)豬在實(shí)踐中帶來了良好的社會(huì)效益，目前看來能夠很好地解決養(yǎng)豬造成的環(huán)境問題，具有重大的推廣意義和廣闊的前景。然而，也存在一些不容忽視的生態(tài)安全問題。如墊料資源的生態(tài)安全問題、抗生素和重金屬的累積、病原微生物的累積、廢棄墊料的資源利用等。這些問題產(chǎn)生的根本原因不在于技術(shù)本身，而是由于技術(shù)應(yīng)用的過程缺乏系統(tǒng)化的運(yùn)行，因此，解決這些問題，還在于基于微生物發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)的特性，除了繼續(xù)進(jìn)行完善各技術(shù)細(xì)節(jié)的研究，亟需建立起一套體系化的運(yùn)行機(jī)制。

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