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紅薯渣在畜禽養殖發酵床墊料基質中的應用.pdf

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紅薯 畜禽 養殖 發酵 床墊 基質 中的 應用
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摘要
申請專利號:

CN201710048485.5

申請日:

20170123

公開號:

CN106993540A

公開日:

20170801

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A01K1/015,A01K31/04,C05F15/00,C05F17/00 主分類號: A01K1/015,A01K31/04,C05F15/00,C05F17/00
申請人: 中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所,河北省科學院生物研究所
發明人: 唐哲仁,葉婧,黃亞麗,李紅娜,李峰,耿兵,劉雪,田云龍,鄧春生,朱昌雄
地址: 100081 北京市海淀區中關村南大街12號
優先權: CN201710048485A
專利代理機構: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司 代理人: 楊欽祥;董金國
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201710048485.5

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明公開了紅薯渣的一種新應用,即在畜禽養殖發酵床墊料基質中的應用,所述墊料基質包括重量比為3:1的紅薯渣和作物秸稈,由該基質制成畜禽養殖發酵床墊料時,還可添加0.05?0.2wt%的礦物性索瑪提作為促腐劑。本發明選用紅薯渣、作物秸稈作為發酵床基質,同時選用礦物性索瑪瑅作為促腐劑,能實現墊料混合物的快速發酵腐熟。發酵后的產物符合《有機肥料》和腐熟度評價標準,是一種高度腐熟的優質有機肥料。

權利要求書

1.紅薯渣在畜禽養殖發酵床墊料基質中的應用。2.一種畜禽養殖發酵床墊料基質,其特征在于:其包括紅薯渣和作物秸稈。3.根據權利要求2所述的一種畜禽養殖發酵床墊料基質,其特征在于:所述紅薯渣和作物秸稈的重量比為3:1且干重比為0.83:1。4.利用權利要求2或3所述的基質制備的畜禽養殖發酵床墊料,其特征在于:還包括發酵床促腐劑。5.根據權利要求4所述的畜禽養殖發酵床墊料,其特征在于:所述發酵床促腐劑為礦物性索瑪提。6.根據權利要求5所述的畜禽養殖發酵床墊料,其特征在于:其中所述礦物性索瑪提的添加量為所述基質的0.05-0.2wt%。7.根據權利要求6所述的畜禽養殖發酵床墊料,其特征在于:其中所述礦物性索瑪提的添加量為所述基質的0.05wt%。

說明書

技術領域

本發明涉及養殖糞污處理墊料及發酵領域,具體涉及一種農業固體廢棄物紅薯渣作為生態畜禽養殖發酵床墊料基質的應用。

背景技術

據報道,我國的紅薯種植面積620萬ha,年總產量為1億t,分別占世界總種植面積和總產量的70%、80%。同時紅薯也是我國主要糧食作物之一,僅次于三大糧食作物。據統計,每年加工淀粉、粉絲及食品后產生的紅薯渣約為24萬t,除了部分用于酒精生產和飼料外,有約40%的紅薯渣作為廢棄物進入了環境中,既造成巨大的資源浪費也帶了嚴重的環境污染。因此,開發簡便易行的紅薯渣資源化處理方式對降低環境污染、提高薯渣的利用價值具有重要的意義。

生物發酵床養殖是一種利用木屑和稻殼為墊料,通過添加微生物菌種來進行養殖糞便處理一種養殖方式,通過墊料和微生物的轉化可以將養殖糞污和墊料轉化為品質良好的有機肥。然而,隨著木屑和稻殼資源的緊缺,墊料的價格迅速升高,使生物發酵床養殖成本升高。因此,亟需開發新型的養殖墊料原材料具有非常巨大的需求。

本發明針對目前對新型養殖墊料開發的需求,提供一種以紅薯渣為主要成分的、與秸稈配合的養殖墊料,確定了紅薯渣與秸稈的配比,及適合墊料發酵的制劑。目前將紅薯渣用作在畜禽養殖發酵床墊料基質的研究沒有報道。

發明內容

基于以上技術現狀,本發明的目的是提供紅薯渣的一種新應用,即作為生態養豬發酵床墊料基質的應用,并進一步提供所述基質的組成,以及含有所述基質的發酵床墊料的組成。

本發明的技術方案:

紅薯渣作為畜禽養殖發酵床墊料基質的應用,用于畜禽糞、紅薯渣、作物秸稈廢棄物的減量化、資源化利用,所述墊料基質中包含紅薯渣與作物秸稈,二者重量比為3:1,折合成干重比為0.83:1。

進一步地,含有所述基質的墊料還含有發酵床促腐劑,所述促腐劑為礦物性索瑪瑅,其添加量為所述基質的0.05-0.2wt%,優選0.05wt%。

本發明選用紅薯渣、作物秸稈作為發酵床基質,同時選用礦物性索瑪瑅作為促腐劑,能實現墊料混合物的快速發酵腐熟。發酵后的產物符合《有機肥料》和腐熟度評價標準,是一種高度腐熟的優質有機肥料。

具體實施方式

下面用具體實施例來對本發明的技術方案進行詳細說明。其中所用礦物性索瑪瑅(QE) 由韓國(株)量子能技術研究所提供,并已申請國家發明專利(201480000985.6),北京菌劑由開創陽光環保(北京)有限公司提供。

實施例1最佳紅薯渣-秸稈質量配比確定

本實驗設置在順義基地陽光棚內,用固體發酵為研究手段,以豬糞、玉米秸稈、紅薯渣作為混合發酵原料,選用北京菌劑作為發酵促腐劑,在容積60L的靜態發酵箱內進行,模擬異位發酵床養殖環境,利用定期人工翻堆方式調節墊料通風量和溫度,以發酵過程中高溫期持續天數、升溫速率、有機質、總氮、總磷、總鉀含量為主要過程監測指標。本實驗設計了3個不同梯度(3:1,2:1,1:1)的薯—秸重量比,基質與豬糞重量比統一為4:3,菌劑添加量為墊料基質(紅薯渣+秸稈)總重的1‰,并用豬糞水調節初始含水率至64-65%,并在第15d補充與初始質量相等的墊料基質(紅薯渣+秸稈)和菌劑,進行二次發酵。每個梯度2-3次重復,同時以不添加菌劑作為對照,共6組處理。具體處理和編號見表1。

本實施例旨在通過3組不同薯秸比處理進行的發酵實驗,以發酵過程中高溫期持續天數、升溫速率、有機質、總氮、總磷、總鉀含量作為主要依據指標,確定適用于生態養豬發酵床墊料的最佳基質配比。結果如下。

表1玉秸-薯渣質量配比實驗設置表

發酵溫度方面,一次發酵階段(0-14d),CK31、BJ31、CK21、BJ21、CK11、BJ11這六組處理最高溫度分別為56.67℃、60.67℃、56.33℃、55℃、50.67℃、55.67℃,BJ31組最高;到達最高溫度所需天數分別為4d、1d、3d、1d、3d、3d,BJ31和BJ21處理組最快;50℃以上高溫持續天數分別為3d、5d、2d、3d、1d、4d,BJ31處理組最多。二次發酵階段(15-43d), CK31、BJ31、CK21、BJ21、CK11、BJ11這六組處理最高溫度分別為55.33℃、57.67℃、52℃、 47.33℃、53.33℃、58℃;到達最高溫度所需天數為1d;50℃以上高溫持續天數BJ31處理組為2d,其他處理組皆為1d。整個發酵期,BJ31處理組升溫速率最高,50℃以上高溫持續天數為7d,顯著優于其他處理組。一次發酵階段(0-14d)和二次發酵階段(15-44d),添加菌劑的各處理組中,薯渣-秸稈重量比3:1處理組升溫最快,且高溫持續天數長于其他處理組。不添加菌劑的各處理組中,薯渣-秸稈重量比3:1處理組升溫最快,且高溫持續天數長于其他處理組。一次發酵階段(0-14d)添加菌劑的薯渣-秸稈重量比3:1處理組最高溫度為60.67℃,到達最高溫度用了2d,50℃以上高溫期持續了5d,分別比不添加菌劑的處理高了4℃,少用了2d,多持續了2d。二次發酵階段(15-43d)添加菌劑的薯渣-秸稈重量比3:1處理組最高溫度為57.67℃,到達最高溫度用了1d,50℃以上高溫期持續了2d,分別比不添加菌劑的處理高了2℃,少用了1d,多持續了1d。整個發酵期,添加菌劑的薯渣-秸稈重量比3:1處理組50℃以上高溫期持續了7d,比不添加菌劑的處理多持續了3d。

有機質含量方面,各處理組在一次發酵、二次發酵期有機質含量皆隨發酵進行呈下降趨勢。43d后,CK31、BJ31、CK21、BJ21、CK11、BJ11這六組處理有機質含量分別從初始的77.08%、77.08%、77.12%、77.12%、77.20%、77.20%下降至58.95%、58.75%、63.92%、 60.87%、65.76%、66.38%。發酵結束后各處理組的有機質含量都顯著高于《有機肥料》標準中的45%。

總氮(TN)含量方面,CK31、BJ31兩組處理發酵前后TN含量變化不大,其他四組處理發酵后TN含量皆小于初始值。CK31處理組TN含量在0-7d上升,7-22d下降,22d-29d 上升,隨后又下降。BJ31處理組TN含量在0-14d上升,14-22d下降,22-29d上升,隨后又下降。CK21、BJ21處理組在0-14d上升,14-22d下降,22-29d變化不大,隨后又下降。CK11、 BJ11處理組在0-7d下降,7-14d上升,隨后下降,29-43d又小幅上升。

43d時,CK31、BJ31、CK21、BJ21、CK11、BJ11這六組處理TN含量分別從初始的 1.86%、1.86%、1.85%、1.85%、1.83%、1.83%變化至1.83%、1.81%、1.56%、1.37%、1.35%、 1.69%。CK31、BJ31兩組處理43d的TN含量顯著高于其他四組處理。

總磷(TP)含量方面,各處理組TP含量隨發酵進行整體呈下降趨勢。CK31、BJ31 兩組處理發酵43d比發酵前TP含量下幅下降,其他四組處理TP含量大幅下降。CK31、BJ31 兩組處理0-7d先上升,隨后呈整體下降趨勢。其他四組處理在整個發酵期內整體呈下降趨勢。 43d時,CK31、BJ31、CK21、BJ21、CK11、BJ11這六組處理TP含量分別從初始的2.84%、2.84%、2.84%、2.84%、2.85%、2.85%變化至2.73%、2.76%、1.91%、1.93%、1.88%、1.62%。 CK31、BJ31兩組處理43d的TP含量顯著高于其他四組處理。

總鉀(TK)含量方面,CK31、BJ31兩組處理發酵前后TK含量差異不大,其他四組處理TK含量發酵結束后與發酵前相比顯著下降。CK31、BJ31兩組處理0-14d先上升,隨后整體呈下降趨勢。其他四組處理TK含量在0-14d整體呈上升趨勢,隨后總體呈下降趨勢。 43d時,CK31、BJ31、CK21、BJ21、CK11、BJ11這六組處理TK含量分別從初始的1.50%、1.50%、1.48%、1.48%、1.45%、1.45%變化至1.48%、1.56%、1.22%、1.14%、0.95%、1.07%。 CK31、BJ31兩組處理43d的TK含量顯著高于其他四組處理。

表2不同質量配比墊料發酵效果比較

如表2所示,除CK31、BJ31處理組外,其他四組處理總養分含量<5.0%,不符合《有機肥料》要求。綜合升溫速率、高溫持續天數、有機質、總養分含量,確定BJ31處理組為最優處理。即選擇薯渣與秸稈重量比為3:1(折合成干重比為0.83:1)且添加菌劑的組合作為后續階段的實驗基礎。

實施例2最佳促腐劑篩選實驗

以實施例1確定的3:1薯渣-秸稈重量比為基礎,并添加礦物性索瑪瑅、陽光2號菌劑這兩種高效促腐熟劑,以發酵過程中高溫期持續天數、升溫速率、有機質、總氮、總磷、總鉀含量作為主要依據指標,確定適用于生態養豬發酵床墊料的最佳促腐劑種類。

本實驗設置在順義基地陽光棚內,用固體發酵為研究手段,以豬糞、玉米秸稈、紅薯渣作為混合發酵原料,選用陽光2號菌劑和礦物性索瑪瑅作為發酵接種劑,在容積60L的靜態發酵箱內進行,以模擬發酵床養殖環境,利用定期人工翻堆方式調節墊料通風量和溫度,以發酵過程中高溫期持續天數、升溫速率、有機質、總氮、總磷、總鉀含量為主要過程監測指標。本實驗設計了2組添加不同促腐劑種類的處理(礦物性索瑪瑅、陽光2號),薯渣和秸稈重量比皆為3:1,基質與豬糞重量比統一為4:3,促腐劑添加量為墊料基質(紅薯渣+秸稈) 總重的1‰,并用豬糞水調節初始含水率至64-65%,并在第15d補充與初始質量相等的墊料基質(紅薯渣+秸稈)和促腐劑,進行二次發酵。每個梯度2-3次重復,同時以不添加菌劑作為對照,共3組處理。具體處理和編號見表3。結果如下。

表3薯渣墊料最佳菌劑篩選實驗設置表

發酵溫度方面,一次發酵階段(0-14d),CK、BJ、QE這三組處理最高溫度分別為54.33℃、 60.67℃、63.33℃,QE處理組最高;到達最高溫度所需天數分別為4d、3d、2d,QE處理組最快;50℃以上高溫持續天數分別為3d、5d、7d,QE處理組最多。二次發酵階段(15-43d), CK、BJ、QE這三組處理最高溫度分別為55.67℃、57.67℃、62.33℃,QE處理組最高;到達最高溫度所需天數分別為2d、1d、1d,BJ、QE處理組最快;50℃以上高溫持續天數分別為 1d、1d、3d,QE處理組最多。整個發酵期,QE處理組升溫速率最高,50℃以上高溫持續天數為10d,顯著優于其他處理組。

有機質含量方面,各處理組在一次發酵、二次發酵期有機質含量皆隨發酵進行呈下降趨勢。43d后,CK、BJ、QE這三組處理有機質含量分別從初始的77.08%、77.08%、77.08%下降至57.94%、57.88%、65.28%。發酵結束后各處理組的有機質含量都顯著高于《有機肥料》標準中的45%。QE處理組顯著高于其他兩組處理。

總氮(TN)含量方面,CK、BJ兩組處理發酵前后TN含量變化不大,QE處理組發酵后TN含量顯著上升。CK處理組0-7d TN含量先上升,7-22d大幅下降,22-29d又上升,29d-43d 又小幅下降。BJ處理組0-14d TN含量先上升,14-22d大幅下降,隨后又上升。QE處理組0-7d TN含量先上升,7-29d下降,29-43d又上升。

43d時,CK、BJ、QE這三組處理TN含量分別從初始的1.87%、1.87%、1.87%變化至 1.84%、1.85%、2.08%。QE處理43d的TN含量顯著高于其他兩組處理。

總磷(TP)含量方面,CK、BJ兩組處理發酵前后TP含量小幅下降,QE處理組發酵后TP含量有所上升。CK處理組0-14d TP含量先上升,14-22d大幅下降,22-29d上升,29-43d 又小幅下降。BJ處理組0-14d TP含量先上升,14-29d大幅下降,29-43d又上升。QE處理組 0-7d TP含量先上升,7-22d大幅下降,22-43d又上升。

43d時,CK、BJ、QE這三組處理TP含量分別從初始的2.84%、2.84%、2.84%變化至 2.71%、2.79%、2.96%。QE處理43d的TP含量顯著高于其他兩組處理。

總鉀(TK)含量方面,三組處理發酵前后TK含量變化不大。CK處理組0-14d TK含量先上升,14-22d大幅下降,22-29d上升,29-43d又小幅下降。BJ處理組0-14d TK含量先上升,14-29d大幅下降,29-43d又上升。QE處理組0-14d TK含量先上升,14-22d大幅下降, 22-43d又小幅上升。

43d時,CK、BJ、QE這三組處理TK含量分別從初始的1.50%、1.50%、1.50%變化至 1.49%、1.61%、1.55%。BJ、QE處理組43d的TK含量差異不顯著。

如表4所示,QE處理組達到最高溫度需要1.5d,50℃以上高溫持續天數10d,有機質含量65.28%,總養分含量6.59%,各項指標顯著優于其他兩組處理。綜合升溫速率、高溫持續天數、有機質、總養分含量,確定QE處理組為最優處理。即選擇礦物性索瑪瑅(QE)為堆肥添加劑作為后續階段的實驗基礎。

表4不同促腐劑類型墊料發酵效果比較

實施例3最佳促腐劑施用量確定實驗

以實施例1確定的3:1薯渣-秸稈重量比和實施例2篩選的礦物性索瑪瑅為基礎,設置3組不同促腐劑施用量(分別為0.5‰、1‰和2‰),以發酵過程中高溫期持續天數、升溫速率、有機質、總氮、總磷、總鉀含量作為主要依據指標,確定適用于生態養豬發酵床墊料的最佳促腐劑施用量。

同時對以三階段實驗最終確定的配方組合為基礎的,發酵43d的墊料成品進行堆肥品質和腐殖化程度的測定,以明確用該工藝發酵的墊料是否達標。

本實驗設置在順義基地陽光棚內,用固體發酵為研究手段,以豬糞、玉米秸稈、紅薯渣作為混合發酵原料,選用礦物性索瑪瑅作為促腐劑,在容積60L的靜態發酵箱內進行,模擬發酵床養殖環境,利用定期人工翻堆方式調節墊料通風量和溫度,以發酵過程中高溫期持續天數、升溫速率、有機質、總氮、總磷、總鉀含量為主要過程監測指標。本實驗設計了3 組不同促腐劑添加量的處理(0.5‰、1‰、2‰,為占基質重量的比例),薯渣和秸稈重量比皆為3:1,基質與豬糞重量比統一為4:3,并用豬糞水調節初始含水率至64-65%,并在第15d 補充與初始質量相等的墊料基質(紅薯渣+秸稈)和促腐劑,進行二次發酵。每個梯度2-3次重復,同時以不添加菌劑作為對照,共4組處理。具體處理和編號見表5。結果見表6-表8。

表5薯渣墊料最佳促腐劑施用量確定實驗設置表

發酵溫度方面,一次發酵階段(0-14d),QE0、QE0.5、QE1、QE2這四組處理最高溫度分別為55.67℃、64.33℃、63.33℃、61.67℃,QE0.5處理組最高,但除QE0外,其他三組處理差異不顯著;到達最高溫度所需天數分別為4d、3d、2d、2d,QE1、QE2處理組最快; 50℃以上高溫持續天數分別為2d、5d、5d、5d。二次發酵階段(15-43d),QE0、QE0.5、QE1、 QE2這四組處理最高溫度分別為53.33℃、58.67℃、56.33℃、57.33℃,QE0.5處理組最高,但除QE0外,其他三組處理差異不顯著;到達最高溫度所需天數分別為2d、1d、1d、1d;50℃以上高溫持續天數分別為1d、3d、3d、3d。整個發酵期,除QE0處理組外,其他三組處理在最高溫度、升溫速率、50℃以上高溫期持續天數方面差異皆不顯著。

有機質含量方面,各處理組在一次發酵、二次發酵期有機質含量皆隨發酵進行呈下降趨勢。43d后,QE0、QE0.5、QE1、QE2這四組處理有機質含量分別從初始的77.08%、77.08%、 77.08%、77.08%下降至59.18%、58.46%、62.91%、60.71%。發酵結束后各處理組的有機質含量都顯著高于《有機肥料》標準中的45%。QE1處理組有機質含量最高,但除QE0外,其他三組處理有機質含量差異不顯著。

總氮(TN)含量方面,QE0處理發酵前后TN含量變化不大,其他三組處理發酵后 TN含量顯著上升。QE0處理組0-7d TN含量先上升,7-22d大幅下降,22-29d又上升,29d-43d 又小幅下降。QE0.5處理組0-14d TN含量先上升,14-29d下降,隨后又上升。QE1、QE2處理組0-7d TN含量先上升,7-29d下降,29-43d又上升。

43d時,QE0、QE0.5、QE1、QE2這四組處理TN含量分別從初始的1.87%、1.87%、 1.87%、1.87%變化至1.89%、2.03%、2.05%、1.99%。QE1處理43d的TN含量最高,但除 QE0外,其他三組處理TN含量差異不顯著。

總磷(TP)含量方面,各處理組發酵前后TP含量變化不大。QE0處理組0-14d TP含量先上升,14-22d大幅下降,22-29d又上升,29d-43d又小幅下降。QE0.5處理組0-7d TP含量先下降,7-14d上升,14-22d大幅下降,22-43d又上升。QE1處理組0-7d TP含量先上升,7-22d大幅下降,22-43d又上升。QE2處理組0-14d TP含量先上升,14-22d大幅下降,22-43d 又上升。

43d時,QE0、QE0.5、QE1、QE2這四組處理TP含量分別從初始的2.84%、2.84%、 2.84%、2.84%變化至2.75%、2.89%、2.96%、2.71%。QE1處理43d的TP含量最高,但與 QE0.5處理組相比,差異不顯著。

總鉀(TK)含量方面,各處理組發酵前后TK含量變化不大。QE0處理組0-14d TK 含量先上升,14-22d大幅下降,22-29d又上升,29d-43d又小幅下降。QE0.5處理組0-14d TK 含量先上升,14-43d下降。QE1處理組0-14d TK含量先上升,14-22d大幅下降,22-43d又下降。QE2處理組0-14d TK含量先上升,14-22d大幅下降,22-29d又上升,29d-43d又下降。

43d時,QE0、QE0.5、QE1、QE2這四組處理TK含量分別從初始的1.50%、1.50%、 1.50%、1.50%變化至1.58%、1.45%、1.43%、1.48%。QE0處理43d的TK含量最高,而其他三組處理TK含量接近且差異不顯著。

表6不同促腐劑施用量墊料發酵效果比較

如表6所示,QE0處理組50℃以上高溫持續天數太短,難以達到無害化處理要求。其他三組處理,在達到最高溫度所需天數、50℃以上高溫持續天數這兩項指標間差異都不顯著。雖然QE1處理組有機質、總養分含量最高,然而與QE0.5處理組相比,差異不大。因此,在各項指標無顯著差異的情況下,從經濟角度考慮,選擇QE0.5處理組為最優處理組。即礦物性索瑪瑅(QE)施用量為0.5‰是最優添加量。

實施例3中的四組處理堆肥結束后,以腐熟度評價指標和《有機肥料》(2012)中對于堆肥腐熟度及產品品質的要求為依據對混合發酵產物進行評價,QE組均達標,其中QE0.5 組的腐熟度評價見表7,品質評價見表8。

如表7所示,各項腐熟度評價指標顯示,混合發酵產物已深度腐熟,符合肥料腐熟化處理要求。從表8可見混合發酵產物各項品質指標均符合《有機肥料》標準。因此,運用該工藝生產的墊料發酵產品是一種高度腐熟的、無害化的優質有機肥料。

發酵共進行43天,綜合三個實施例的結果,以高溫期持續天數、升溫速率、有機質、總氮、總磷、總鉀含量、等指標為參考,確定薯渣墊料基質組成包括重量比為3:1-6:1的紅薯渣和作物秸稈,由該基質制成畜禽養殖發酵床墊料時,還可添加0.05-0.2wt%的礦物性索瑪提作為促腐劑,優選0.05wt%。

表7混合發酵產物腐熟度評價

表8混合發酵產物品質評價

紅薯渣與其他畜禽糞便的混合發酵效果與豬糞相當,在此不再贅述。

以上僅為本發明的較佳實施方式,而不是其可實施方式的窮舉,也不應認為是對其保護范圍的限制,本領域技術人員在本發明的精神和原則下所作出的任何不具有創造性的改進,均應認為在本發明的保護范圍內。

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