赤峰市牛糞資源化利用途徑探索

趙勝男 余洪茜 張艾明 王秀艷 常建闖 賈紅偉 于顯雙

摘 要：為豐富赤峰市畜禽糞便資源化利用途徑，提高糞便資源化利用水平，本文篩選利用當(dāng)?shù)啬膛Ｅ＜S和玉米芯為原料種植雙孢菇的配方。在測(cè)定奶牛牛糞和玉米芯營(yíng)養(yǎng)成分基礎(chǔ)上，結(jié)合雙孢菇生長(zhǎng)發(fā)育的營(yíng)養(yǎng)需求設(shè)計(jì)4種培養(yǎng)料配方，進(jìn)行二次發(fā)酵和棚室內(nèi)栽培對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明：奶牛牛糞的碳氮比與已有研究接近，玉米芯的相差較大;配方2（以每100m2計(jì)）：奶牛糞2670kg、玉米芯2330kg、尿素4kg、過(guò)磷酸鈣50kg、石灰50kg，產(chǎn)量最高，達(dá)13kg/m2。配方2可使每噸牛糞價(jià)值增加近2倍，可作為牛糞資源化利用和為農(nóng)戶創(chuàng)收的途徑。

關(guān)鍵詞：赤峰;奶牛牛糞;雙孢菇;資源化利用

中圖分類號(hào)：S158.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1673-260X（2021）04-0006-05

1 引言

畜禽糞污數(shù)量大，分布廣，用則利，棄則害。赤峰市是內(nèi)蒙古自治區(qū)的養(yǎng)殖大市，2019年肉豬出欄數(shù)172.91萬(wàn)頭，位居全區(qū)第一位，占全區(qū)總量的22.8%，牛年末存欄數(shù)113.43萬(wàn)頭，位居全區(qū)第二位，占全區(qū)總量的18.1%，羊出欄數(shù)627.16萬(wàn)只，位居全區(qū)第六位，占全區(qū)總量的9.7%[1]。按照包維卿等[2]更新的畜禽排泄系數(shù)估算，2019年赤峰市畜禽糞污量可達(dá)1749萬(wàn)噸。赤峰市委市政府高度重視畜禽糞污資源化利用工作，深入貫徹落實(shí)習(xí)近平總書(shū)記關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化工做重要指示精神和《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見(jiàn)》等文件，2018年制定了《赤峰市畜禽糞污資源化利用工作方案（2018-2020年）》（簡(jiǎn)稱工作方案）。該方案明確了2018-2020年畜禽糞污綜合利用率目標(biāo)，主要從能源化利用和肥料化利用兩個(gè)方向推動(dòng)畜禽糞污資源化利用[3]。2021年黨中央國(guó)務(wù)院在中央一號(hào)文件中再次明確畜禽糞污資源化利用是推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要方面[4]，因而，積極探索畜禽糞便資源化途徑對(duì)不斷提高赤峰市畜禽糞污資源化利用率和利用水平具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

在生態(tài)系統(tǒng)中，菌類是有機(jī)物的主要分解者，相關(guān)學(xué)者的研究表明利用牛糞等農(nóng)業(yè)廢棄物栽培食用菌不僅能使廢棄物變廢為寶，降低環(huán)境污染，還可拓寬農(nóng)民增收渠道，增加就業(yè)[5，6]。隨著中國(guó)居民生活水平的提高，人均食用菌消費(fèi)量不斷提高，從2013年2.6kg/年，提高到2019年3.4kg/年，年均增長(zhǎng)率為4.6%，遠(yuǎn)高于鮮菜的增長(zhǎng)率（0.05%），食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊[7]。雙孢菇俗稱白蘑菇，屬中低溫性草腐菌，是目前世界上栽培歷史最悠久、栽培面積最大、消費(fèi)人群最廣的食用菌之一，因而也被稱為“世界菇”。中國(guó)是雙孢菇的栽培大國(guó)和出口大國(guó)，國(guó)際貿(mào)易中，中國(guó)貿(mào)易量占亞洲總量的80%，占世界總量的40%;在國(guó)內(nèi)種植業(yè)中，雙孢菇僅次于糧、棉、油、菜、果，居第6位[8]。我國(guó)雙孢菇生產(chǎn)主要集中江蘇、廣西、山東和福建等省份[9]，在“南菇北移”大潮的推動(dòng)下，遼寧、吉林等北方省份發(fā)展很快。赤峰市屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，光照充足，夏季利用農(nóng)閑季節(jié)發(fā)酵料栽培雙孢菇，可填補(bǔ)南方生產(chǎn)空白，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰上市。鑒于此，本文以赤峰市某奶牛養(yǎng)殖農(nóng)民專業(yè)合作社為例，分析測(cè)試其牛糞成分，探索當(dāng)?shù)乩媚膛Ｅ＜S種植雙孢菇的配方，以期為赤峰市在制定畜禽糞便資源化利用途徑和拓寬養(yǎng)殖戶創(chuàng)收渠道等方面提供有益參考。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

項(xiàng)目單位位于赤峰市松山區(qū)穆家營(yíng)子鎮(zhèn)衣家營(yíng)子村，東鄰306國(guó)道2.1km，南鄰111國(guó)道1.5km，距居民區(qū)（村莊）2.5km，場(chǎng)區(qū)周邊環(huán)繞2000畝林地，養(yǎng)殖環(huán)境優(yōu)越。截至2020年8月末合作社共存欄奶牛1050頭，其中成年母牛755頭，后備育成牛300頭，日交售鮮牛奶16.3t。每頭成年奶牛每天所排泄的鮮糞大約是32.34kg，后備奶牛每天所排泄的鮮糞大約是8.4kg[10]，合作社牛糞日均產(chǎn)量26.9t。當(dāng)前，合作社將牛糞在露天空地中堆積一段時(shí)間，等待肥料商、農(nóng)戶來(lái)購(gòu)買(mǎi)，價(jià)格為45元/m3。

2.2 雙孢菇培養(yǎng)料配制原則

雙孢菇的培養(yǎng)料是指雙孢菇菌絲體可以生長(zhǎng)在其上或其中并能長(zhǎng)出子實(shí)體的栽培基質(zhì)[11]，培養(yǎng)料可為雙孢菇提供生長(zhǎng)發(fā)育所必需的碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽和其他生長(zhǎng)因子。秸稈類物質(zhì)、畜禽糞便通常分別作為雙孢菇生長(zhǎng)發(fā)育的碳源和氮源，兩者常作為培養(yǎng)料的主要原料，占培養(yǎng)料總量的90%～95%;石膏、石灰、碳酸鈣、過(guò)磷酸鈣等化學(xué)肥料常作為輔助原料，為雙孢菇的生長(zhǎng)發(fā)育提供無(wú)機(jī)鹽類，輔助原料占培養(yǎng)料總量的5%左右[12]。碳氮比，即培養(yǎng)料中總碳量與總氮量之比，決定雙孢菇出菇的快慢，是培養(yǎng)料配制的關(guān)鍵因素。在不同生長(zhǎng)發(fā)育階段雙孢菇所需的碳氮比不同，其中菌絲體生長(zhǎng)階段適宜的碳氮比17：1～18：1，發(fā)酵前培養(yǎng)料的碳氮比以30：1～35：1為宜。此外，氮素的絕對(duì)量代表培養(yǎng)料營(yíng)養(yǎng)水平的高低，直接決定雙孢菇的產(chǎn)量，高產(chǎn)配方的氮素含量一般為1.5%～1.7%[12]。

從生物結(jié)構(gòu)看，玉米芯海綿組織多，吸水性高，透氣性好，可為雙孢菇生長(zhǎng)發(fā)育提供優(yōu)質(zhì)碳源，同時(shí)由于赤峰市盛產(chǎn)玉米，玉米芯資源豐富，運(yùn)輸方便，價(jià)格低廉，因而本項(xiàng)目采用當(dāng)?shù)赜衩仔咀鳛殡p孢菇生長(zhǎng)發(fā)育的碳源，奶牛牛糞作為氮源。采用重鉻酸鉀法[13]和凱氏定氮法[14]檢測(cè)玉米芯和奶牛牛糞的有機(jī)碳和全碳兩個(gè)指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各種原料的調(diào)配。

2.3 雙孢菇培養(yǎng)料設(shè)計(jì)方法

培養(yǎng)料總碳量計(jì)算方法為：

C=ycd×ccd+ycc×ccc ?（1）

其中，C為培養(yǎng)料總碳量，g/m2;ycd為奶牛牛糞的質(zhì)量，kg（干料）/m2;ccd為奶牛牛糞的有機(jī)碳含量，g/kg;ycc為玉米芯質(zhì)量，kg（干料）/m2;ccc為玉米芯的有機(jī)碳含量，g/kg。

培養(yǎng)料總氮量計(jì)算方法為：

N=ycd×ncd+ycc×ncc+y′×n′ ?（2）

其中，N為培養(yǎng)料總氮量，g/m2;ycd為奶牛牛糞的質(zhì)量，kg（干料）/m2;ncd為奶牛牛糞中的全氮量，g/kg;ycc為玉米芯質(zhì)量，kg（干料）/m2;ncc為玉米芯的全氮量，g/kg;y′為尿素質(zhì)量，用于調(diào)節(jié)碳氮比 kg/m2;n′為尿素含氮量，本項(xiàng)目采用46.4%。

碳氮比=C/N ? （3）

培養(yǎng)料含氮量的計(jì)算方法為：

n=N/[（ycd+ycc+y′+y其他）×0.85] ?（4）

其中，n為培養(yǎng)料含氮量，%;y其他為其他輔助原料如石灰、過(guò)磷酸鈣等的質(zhì)量，kg/m2，0.85為培養(yǎng)料的含水率。

2.4 栽培場(chǎng)所

栽培場(chǎng)地選在赤峰市敖漢旗某食用菌農(nóng)民專業(yè)合作社內(nèi)。為滿足雙孢菇對(duì)溫度、濕度、光照、空氣等生活條件的需要，避免外界復(fù)雜多變的環(huán)境條件的不利影響，需為雙孢菇設(shè)置專門(mén)的棚舍。本項(xiàng)目采用層架出菇技術(shù)，該方法是在大棚內(nèi)利用竹木等材料排設(shè)出菇架，搭設(shè)若干排架子，每排架子有4層，每層架子長(zhǎng)11m，寬為0.9m，每層架子間距0.6m，頂層離房頂1.5m，底層離地0.4m，每排架子相隔0.8m，栽培架示意圖如圖1和2所示。本研究共設(shè)計(jì)4個(gè)配方處理，根據(jù)尿素添加量設(shè)計(jì)3個(gè)梯度，以當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)方法為對(duì)照。每個(gè)配方設(shè)置4個(gè)重復(fù)，每重復(fù)栽培面積為9.9m2，4個(gè)配方按照從東到西依次排開(kāi)。

2.5 雙孢菇栽培流程

雙孢菇是草腐型菌，分解木質(zhì)素、纖維素等大分子物質(zhì)的能力較差，栽培前需要對(duì)培養(yǎng)料進(jìn)行發(fā)酵，以此將大分子物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)供雙孢菇吸收利用。雙孢菇的栽培流程為：培養(yǎng)料準(zhǔn)備→建堆→一次發(fā)酵（包含四次翻堆）→二次發(fā)酵→播種→覆土→調(diào)水→采收，本項(xiàng)目關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)如表1所示。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 奶牛牛糞和玉米芯成分

如表2所示，奶牛牛糞的有機(jī)碳含量為13%、全氮含量為0.5%，碳氮比為25.6：1，與相關(guān)文獻(xiàn)的結(jié)果較為接近。而當(dāng)?shù)赜衩仔镜娜扛哂谄渌墨I(xiàn)，碳氮比小于其他文獻(xiàn)，可能是由于在玉米生長(zhǎng)過(guò)程中施加的氮肥量偏多所致。測(cè)試結(jié)果反映了不能照抄照搬其他地區(qū)的培養(yǎng)料配方，在設(shè)計(jì)配方前測(cè)試各種原料營(yíng)養(yǎng)成分十分必要。

3.2 四種培養(yǎng)料配方

雙孢菇培養(yǎng)料厚度為25cm左右，每平方米培養(yǎng)料（干料）為50kg，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的四個(gè)配方如表3所示。配方1為當(dāng)?shù)貙?shí)際使用的配方，設(shè)為對(duì)照組。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，配方1的碳氮比為42.5：1，不滿足理論碳氮比30：1～35：1，主料中碳含量偏多，氮含量偏少，還應(yīng)添加尿素?？偤繎?yīng)為12.33（總含碳量）÷（30～35）=（0.352～0.411）kg，需要添加氮素的量為（0.352～0.411）-0.29（添加尿素前的總含氮量）=0.062～0.121kg，折合尿素（0.062～0.121）/0.464=（0.134～0.363）kg?？紤]到當(dāng)?shù)胤N植戶的實(shí)際操作水平，尿素添加過(guò)多會(huì)導(dǎo)致氨氣產(chǎn)生，抑制菌絲生長(zhǎng)，因而配方2～配方4中添加的尿素量分別為每平方米0.04kg、0.08kg和0.12kg，使得培養(yǎng)料的碳氮比從42.5：1調(diào)整至35.7：1，含氮量從0.68%增加至0.81%。

3.3 不同培養(yǎng)料配方的產(chǎn)量對(duì)比

如表4所示，二次發(fā)酵后4個(gè)配方的碳氮比分別降至16.2：1，14.4：1，12.9：1和15.3：1，其中配方1最接近理論值17：1～18：1，但從產(chǎn)量看，配方1的產(chǎn)量為9kg/m2，是4個(gè)配方中最低的，這說(shuō)明碳氮比盡管是影響雙孢菇產(chǎn)量的重要因素，但卻不是唯一因素，發(fā)菌階段人工管理水平的差異都會(huì)帶來(lái)產(chǎn)量的差異。本項(xiàng)目在栽培后期遭遇蟲(chóng)害，雙孢菇的產(chǎn)量受到影響，4個(gè)配方的產(chǎn)量均低于常規(guī)產(chǎn)量15kg/m2。但是仍然可以看出，配方2-配方4（在培養(yǎng)料中補(bǔ)充氮素）的產(chǎn)量，相比配方1均有不同程度的提高，但雙孢菇的產(chǎn)量并未隨著尿素添加量的增加而持續(xù)增加。

3.4 不同配方投入和經(jīng)濟(jì)效益比較

本項(xiàng)目共設(shè)計(jì)4個(gè)配方，每個(gè)配方栽培面積為39.6m2，各配方的成本收益如表5所示?？梢钥闯?，在遭遇蟲(chóng)害的情況下，配方1和配方4的凈收益小于0，處于虧損狀態(tài)，配方2和配方3凈收益均大于0，均處于盈利狀態(tài)，其中配方2的凈收益最好，每平方米可達(dá)21.131元。奶牛養(yǎng)殖農(nóng)民專業(yè)合作社目前一立方米牛糞創(chuàng)造的價(jià)值僅45元，如果采用配方2進(jìn)行雙孢菇種植，同樣的牛糞創(chuàng)造的價(jià)值達(dá)133元，提高了2倍。如果采用配方2，以生產(chǎn)規(guī)模為100萬(wàn)平方米的雙孢菇為例，預(yù)計(jì)每年可轉(zhuǎn)化牛糞和玉米芯15.7萬(wàn)噸和13.7萬(wàn)噸，以每平方米生產(chǎn)13公斤雙孢菇，每公斤8元計(jì)算，可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值1.04億元。

4 結(jié)論及建議

為了提高畜禽糞污資源化利用率及利用水平，積極探索適合赤峰市當(dāng)?shù)氐男笄菁S便資源化利用途徑非常必要。研究表明，選擇好栽培季節(jié)利用當(dāng)?shù)啬膛Ｅ＜S及玉米芯栽培雙孢菇完全可行。配方2（以每100m2干料計(jì)）：奶牛糞2670kg、玉米芯2330kg、尿素4kg、過(guò)磷酸鈣50kg、石灰50kg，產(chǎn)量最高。利用配方2可使每噸牛糞價(jià)值增加2倍，若以100萬(wàn)平方米的生產(chǎn)規(guī)模計(jì)算，可消納牛糞13.7萬(wàn)噸，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值1.04億元。

利用雙孢菇栽培來(lái)消納畜禽糞便時(shí)，建議在配制培養(yǎng)料之前，測(cè)試各原料的營(yíng)養(yǎng)成分，并結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的技術(shù)水平，切忌照搬照抄其他地區(qū)的配方;相對(duì)來(lái)說(shuō)雙孢菇種植對(duì)農(nóng)戶的技術(shù)管理水平要求較高，因而種植前應(yīng)進(jìn)行必要的培訓(xùn)。

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