本发明涉及养殖粪污处理垫料及发酵领域，具体涉及一种农业固体废弃物红薯渣作为生态畜禽养殖发酵床垫料基质的应用。
背景技术：
据报道，我国的红薯种植面积620万ha，年总产量为1亿t，分别占世界总种植面积和总产量的70％、80％。同时红薯也是我国主要粮食作物之一，仅次于三大粮食作物。据统计，每年加工淀粉、粉丝及食品后产生的红薯渣约为24万t，除了部分用于酒精生产和饲料外，有约40％的红薯渣作为废弃物进入了环境中，既造成巨大的资源浪费也带了严重的环境污染。因此，开发简便易行的红薯渣资源化处理方式对降低环境污染、提高薯渣的利用价值具有重要的意义。
生物发酵床养殖是一种利用木屑和稻壳为垫料，通过添加微生物菌种来进行养殖粪便处理一种养殖方式，通过垫料和微生物的转化可以将养殖粪污和垫料转化为品质良好的有机肥。然而，随着木屑和稻壳资源的紧缺，垫料的价格迅速升高，使生物发酵床养殖成本升高。因此，亟需开发新型的养殖垫料原材料具有非常巨大的需求。
本发明针对目前对新型养殖垫料开发的需求，提供一种以红薯渣为主要成分的、与秸秆配合的养殖垫料，确定了红薯渣与秸秆的配比，及适合垫料发酵的制剂。目前将红薯渣用作在畜禽养殖发酵床垫料基质的研究没有报道。
技术实现要素：
基于以上技术现状，本发明的目的是提供红薯渣的一种新应用，即作为生态养猪发酵床垫料基质的应用，并进一步提供所述基质的组成，以及含有所述基质的发酵床垫料的组成。
本发明的技术方案：
红薯渣作为畜禽养殖发酵床垫料基质的应用，用于畜禽粪、红薯渣、作物秸秆废弃物的减量化、资源化利用，所述垫料基质中包含红薯渣与作物秸秆，二者重量比为3:1，折合成干重比为0.83:1。
进一步地，含有所述基质的垫料还含有发酵床促腐剂，所述促腐剂为矿物性索玛瑅，其添加量为所述基质的0.05-0.2wt％，优选0.05wt％。
本发明选用红薯渣、作物秸秆作为发酵床基质，同时选用矿物性索玛瑅作为促腐剂，能实现垫料混合物的快速发酵腐熟。发酵后的产物符合《有机肥料》和腐熟度评价标准，是一种高度腐熟的优质有机肥料。
具体实施方式
下面用具体实施例来对本发明的技术方案进行详细说明。其中所用矿物性索玛瑅(qe)由韩国(株)量子能技术研究所提供，并已申请国家发明专利(201480000985.6)，北京菌剂由开创阳光环保(北京)有限公司提供。
实施例1最佳红薯渣-秸秆质量配比确定
本实验设置在顺义基地阳光棚内，用固体发酵为研究手段，以猪粪、玉米秸秆、红薯渣作为混合发酵原料，选用北京菌剂作为发酵促腐剂，在容积60l的静态发酵箱内进行，模拟异位发酵床养殖环境，利用定期人工翻堆方式调节垫料通风量和温度，以发酵过程中高温期持续天数、升温速率、有机质、总氮、总磷、总钾含量为主要过程监测指标。本实验设计了3个不同梯度(3:1,2:1,1:1)的薯—秸重量比，基质与猪粪重量比统一为4:3，菌剂添加量为垫料基质(红薯渣+秸秆)总重的1‰，并用猪粪水调节初始含水率至64-65％，并在第15d补充与初始质量相等的垫料基质(红薯渣+秸秆)和菌剂，进行二次发酵。每个梯度2-3次重复，同时以不添加菌剂作为对照，共6组处理。具体处理和编号见表1。
本实施例旨在通过3组不同薯秸比处理进行的发酵实验，以发酵过程中高温期持续天数、升温速率、有机质、总氮、总磷、总钾含量作为主要依据指标，确定适用于生态养猪发酵床垫料的最佳基质配比。结果如下。
表1玉秸-薯渣质量配比实验设置表
发酵温度方面，一次发酵阶段(0-14d)，ck31、bj31、ck21、bj21、ck11、bj11这六组处理最高温度分别为56.67℃、60.67℃、56.33℃、55℃、50.67℃、55.67℃，bj31组最高；到达最高温度所需天数分别为4d、1d、3d、1d、3d、3d，bj31和bj21处理组最快；50℃以上高温持续天数分别为3d、5d、2d、3d、1d、4d，bj31处理组最多。二次发酵阶段(15-43d)，ck31、bj31、ck21、bj21、ck11、bj11这六组处理最高温度分别为55.33℃、57.67℃、52℃、47.33℃、53.33℃、58℃；到达最高温度所需天数为1d；50℃以上高温持续天数bj31处理组为2d，其他处理组皆为1d。整个发酵期，bj31处理组升温速率最高，50℃以上高温持续天数为7d，显著优于其他处理组。一次发酵阶段(0-14d)和二次发酵阶段(15-44d)，添加菌剂的各处理组中，薯渣-秸秆重量比3:1处理组升温最快，且高温持续天数长于其他处理组。不添加菌剂的各处理组中，薯渣-秸秆重量比3:1处理组升温最快，且高温持续天数长于其他处理组。一次发酵阶段(0-14d)添加菌剂的薯渣-秸秆重量比3:1处理组最高温度为60.67℃，到达最高温度用了2d，50℃以上高温期持续了5d，分别比不添加菌剂的处理高了4℃，少用了2d，多持续了2d。二次发酵阶段(15-43d)添加菌剂的薯渣-秸秆重量比3:1处理组最高温度为57.67℃，到达最高温度用了1d，50℃以上高温期持续了2d，分别比不添加菌剂的处理高了2℃，少用了1d，多持续了1d。整个发酵期，添加菌剂的薯渣-秸秆重量比3:1处理组50℃以上高温期持续了7d，比不添加菌剂的处理多持续了3d。
有机质含量方面，各处理组在一次发酵、二次发酵期有机质含量皆随发酵进行呈下降趋势。43d后，ck31、bj31、ck21、bj21、ck11、bj11这六组处理有机质含量分别从初始的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％。发酵结束后各处理组的有机质含量都显著高于《有机肥料》标准中的45％。
总氮(tn)含量方面，ck31、bj31两组处理发酵前后tn含量变化不大，其他四组处理发酵后tn含量皆小于初始值。ck31处理组tn含量在0-7d上升，7-22d下降，22d-29d上升，随后又下降。bj31处理组tn含量在0-14d上升，14-22d下降，22-29d上升，随后又下降。ck21、bj21处理组在0-14d上升，14-22d下降，22-29d变化不大，随后又下降。ck11、bj11处理组在0-7d下降，7-14d上升，随后下降，29-43d又小幅上升。
43d时，ck31、bj31、ck21、bj21、ck11、bj11这六组处理tn含量分别从初始的1.86％、1.86％、1.85％、1.85％、1.83％、1.83％变化至1.83％、1.81％、1.56％、1.37％、1.35％、1.69％。ck31、bj31两组处理43d的tn含量显著高于其他四组处理。
总磷(tp)含量方面，各处理组tp含量随发酵进行整体呈下降趋势。ck31、bj31两组处理发酵43d比发酵前tp含量下幅下降，其他四组处理tp含量大幅下降。ck31、bj31两组处理0-7d先上升，随后呈整体下降趋势。其他四组处理在整个发酵期内整体呈下降趋势。43d时，ck31、bj31、ck21、bj21、ck11、bj11这六组处理tp含量分别从初始的2.84％、2.84％、2.84％、2.84％、2.85％、2.85％变化至2.73％、2.76％、1.91％、1.93％、1.88％、1.62％。ck31、bj31两组处理43d的tp含量显著高于其他四组处理。
总钾(tk)含量方面，ck31、bj31两组处理发酵前后tk含量差异不大，其他四组处理tk含量发酵结束后与发酵前相比显著下降。ck31、bj31两组处理0-14d先上升，随后整体呈下降趋势。其他四组处理tk含量在0-14d整体呈上升趋势，随后总体呈下降趋势。43d时，ck31、bj31、ck21、bj21、ck11、bj11这六组处理tk含量分别从初始的1.50％、1.50％、1.48％、1.48％、1.45％、1.45％变化至1.48％、1.56％、1.22％、1.14％、0.95％、1.07％。ck31、bj31两组处理43d的tk含量显著高于其他四组处理。
表2不同质量配比垫料发酵效果比较
如表2所示，除ck31、bj31处理组外，其他四组处理总养分含量＜5.0％，不符合《有机肥料》要求。综合升温速率、高温持续天数、有机质、总养分含量，确定bj31处理组为最优处理。即选择薯渣与秸秆重量比为3:1(折合成干重比为0.83:1)且添加菌剂的组合作为后续阶段的实验基础。
实施例2最佳促腐剂筛选实验
以实施例1确定的3:1薯渣-秸秆重量比为基础，并添加矿物性索玛瑅、阳光2号菌剂这两种高效促腐熟剂，以发酵过程中高温期持续天数、升温速率、有机质、总氮、总磷、总钾含量作为主要依据指标，确定适用于生态养猪发酵床垫料的最佳促腐剂种类。
本实验设置在顺义基地阳光棚内，用固体发酵为研究手段，以猪粪、玉米秸秆、红薯渣作为混合发酵原料，选用阳光2号菌剂和矿物性索玛瑅作为发酵接种剂，在容积60l的静态发酵箱内进行，以模拟发酵床养殖环境，利用定期人工翻堆方式调节垫料通风量和温度，以发酵过程中高温期持续天数、升温速率、有机质、总氮、总磷、总钾含量为主要过程监测指标。本实验设计了2组添加不同促腐剂种类的处理(矿物性索玛瑅、阳光2号)，薯渣和秸秆重量比皆为3:1，基质与猪粪重量比统一为4:3，促腐剂添加量为垫料基质(红薯渣+秸秆)总重的1‰，并用猪粪水调节初始含水率至64-65％，并在第15d补充与初始质量相等的垫料基质(红薯渣+秸秆)和促腐剂，进行二次发酵。每个梯度2-3次重复，同时以不添加菌剂作为对照，共3组处理。具体处理和编号见表3。结果如下。
表3薯渣垫料最佳菌剂筛选实验设置表
发酵温度方面，一次发酵阶段(0-14d)，ck、bj、qe这三组处理最高温度分别为54.33℃、60.67℃、63.33℃，qe处理组最高；到达最高温度所需天数分别为4d、3d、2d，qe处理组最快；50℃以上高温持续天数分别为3d、5d、7d，qe处理组最多。二次发酵阶段(15-43d)，ck、bj、qe这三组处理最高温度分别为55.67℃、57.67℃、62.33℃，qe处理组最高；到达最高温度所需天数分别为2d、1d、1d，bj、qe处理组最快；50℃以上高温持续天数分别为1d、1d、3d，qe处理组最多。整个发酵期，qe处理组升温速率最高，50℃以上高温持续天数为10d，显著优于其他处理组。
有机质含量方面，各处理组在一次发酵、二次发酵期有机质含量皆随发酵进行呈下降趋势。43d后，ck、bj、qe这三组处理有机质含量分别从初始的77.08％、77.08％、77.08％下降至57.94％、57.88％、65.28％。发酵结束后各处理组的有机质含量都显著高于《有机肥料》标准中的45％。qe处理组显著高于其他两组处理。
总氮(tn)含量方面，ck、bj两组处理发酵前后tn含量变化不大，qe处理组发酵后tn含量显著上升。ck处理组0-7dtn含量先上升，7-22d大幅下降，22-29d又上升，29d-43d又小幅下降。bj处理组0-14dtn含量先上升，14-22d大幅下降，随后又上升。qe处理组0-7dtn含量先上升，7-29d下降，29-43d又上升。
43d时，ck、bj、qe这三组处理tn含量分别从初始的1.87％、1.87％、1.87％变化至1.84％、1.85％、2.08％。qe处理43d的tn含量显著高于其他两组处理。
总磷(tp)含量方面，ck、bj两组处理发酵前后tp含量小幅下降，qe处理组发酵后tp含量有所上升。ck处理组0-14dtp含量先上升，14-22d大幅下降，22-29d上升，29-43d又小幅下降。bj处理组0-14dtp含量先上升，14-29d大幅下降，29-43d又上升。qe处理组0-7dtp含量先上升，7-22d大幅下降，22-43d又上升。
43d时，ck、bj、qe这三组处理tp含量分别从初始的2.84％、2.84％、2.84％变化至2.71％、2.79％、2.96％。qe处理43d的tp含量显著高于其他两组处理。
总钾(tk)含量方面，三组处理发酵前后tk含量变化不大。ck处理组0-14dtk含量先上升，14-22d大幅下降，22-29d上升，29-43d又小幅下降。bj处理组0-14dtk含量先上升，14-29d大幅下降，29-43d又上升。qe处理组0-14dtk含量先上升，14-22d大幅下降，22-43d又小幅上升。
43d时，ck、bj、qe这三组处理tk含量分别从初始的1.50％、1.50％、1.50％变化至1.49％、1.61％、1.55％。bj、qe处理组43d的tk含量差异不显著。
如表4所示，qe处理组达到最高温度需要1.5d，50℃以上高温持续天数10d，有机质含量65.28％，总养分含量6.59％，各项指标显著优于其他两组处理。综合升温速率、高温持续天数、有机质、总养分含量，确定qe处理组为最优处理。即选择矿物性索玛瑅(qe)为堆肥添加剂作为后续阶段的实验基础。
表4不同促腐剂类型垫料发酵效果比较
实施例3最佳促腐剂施用量确定实验
以实施例1确定的3:1薯渣-秸秆重量比和实施例2筛选的矿物性索玛瑅为基础，设置3组不同促腐剂施用量(分别为0.5‰、1‰和2‰)，以发酵过程中高温期持续天数、升温速率、有机质、总氮、总磷、总钾含量作为主要依据指标，确定适用于生态养猪发酵床垫料的最佳促腐剂施用量。
同时对以三阶段实验最终确定的配方组合为基础的，发酵43d的垫料成品进行堆肥品质和腐殖化程度的测定，以明确用该工艺发酵的垫料是否达标。
本实验设置在顺义基地阳光棚内，用固体发酵为研究手段，以猪粪、玉米秸秆、红薯渣作为混合发酵原料，选用矿物性索玛瑅作为促腐剂，在容积60l的静态发酵箱内进行，模拟发酵床养殖环境，利用定期人工翻堆方式调节垫料通风量和温度，以发酵过程中高温期持续天数、升温速率、有机质、总氮、总磷、总钾含量为主要过程监测指标。本实验设计了3组不同促腐剂添加量的处理(0.5‰、1‰、2‰，为占基质重量的比例)，薯渣和秸秆重量比皆为3:1，基质与猪粪重量比统一为4:3，并用猪粪水调节初始含水率至64-65％，并在第15d补充与初始质量相等的垫料基质(红薯渣+秸秆)和促腐剂，进行二次发酵。每个梯度2-3次重复，同时以不添加菌剂作为对照，共4组处理。具体处理和编号见表5。结果见表6-表8。
表5薯渣垫料最佳促腐剂施用量确定实验设置表
发酵温度方面，一次发酵阶段(0-14d)，qe0、qe0.5、qe1、qe2这四组处理最高温度分别为55.67℃、64.33℃、63.33℃、61.67℃，qe0.5处理组最高，但除qe0外，其他三组处理差异不显著；到达最高温度所需天数分别为4d、3d、2d、2d，qe1、qe2处理组最快；50℃以上高温持续天数分别为2d、5d、5d、5d。二次发酵阶段(15-43d)，qe0、qe0.5、qe1、qe2这四组处理最高温度分别为53.33℃、58.67℃、56.33℃、57.33℃，qe0.5处理组最高，但除qe0外，其他三组处理差异不显著；到达最高温度所需天数分别为2d、1d、1d、1d；50℃以上高温持续天数分别为1d、3d、3d、3d。整个发酵期，除qe0处理组外，其他三组处理在最高温度、升温速率、50℃以上高温期持续天数方面差异皆不显著。
有机质含量方面，各处理组在一次发酵、二次发酵期有机质含量皆随发酵进行呈下降趋势。43d后，qe0、qe0.5、qe1、qe2这四组处理有机质含量分别从初始的77.08％、77.08％、77.08％、77.08％下降至59.18％、58.46％、62.91％、60.71％。发酵结束后各处理组的有机质含量都显著高于《有机肥料》标准中的45％。qe1处理组有机质含量最高，但除qe0外，其他三组处理有机质含量差异不显著。
总氮(tn)含量方面，qe0处理发酵前后tn含量变化不大，其他三组处理发酵后tn含量显著上升。qe0处理组0-7dtn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处理组0-14dtn含量先上升，14-29d下降，随后又上升。qe1、qe2处理组0-7dtn含量先上升，7-29d下降，29-43d又上升。
43d时，qe0、qe0.5、qe1、qe2这四组处理tn含量分别从初始的1.87％、1.87％、1.87％、1.87％变化至1.89％、2.03％、2.05％、1.99％。qe1处理43d的tn含量最高，但除qe0外，其他三组处理tn含量差异不显著。
总磷(tp)含量方面，各处理组发酵前后tp含量变化不大。qe0处理组0-14dtp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处理组0-7dtp含量先下降，7-14d上升，14-22d大幅下降，22-43d又上升。qe1处理组0-7dtp含量先上升，7-22d大幅下降，22-43d又上升。qe2处理组0-14dtp含量先上升，14-22d大幅下降，22-43d又上升。
43d时，qe0、qe0.5、qe1、qe2这四组处理tp含量分别从初始的2.84％、2.84％、2.84％、2.84％变化至2.75％、2.89％、2.96％、2.71％。qe1处理43d的tp含量最高，但与qe0.5处理组相比，差异不显著。
总钾(tk)含量方面，各处理组发酵前后tk含量变化不大。qe0处理组0-14dtk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处理组0-14dtk含量先上升，14-43d下降。qe1处理组0-14dtk含量先上升，14-22d大幅下降，22-43d又下降。qe2处理组0-14dtk含量先上升，14-22d大幅下降，22-29d又上升，29d-43d又下降。
43d时，qe0、qe0.5、qe1、qe2这四组处理tk含量分别从初始的1.50％、1.50％、1.50％、1.50％变化至1.58％、1.45％、1.43％、1.48％。qe0处理43d的tk含量最高，而其他三组处理tk含量接近且差异不显著。
表6不同促腐剂施用量垫料发酵效果比较
如表6所示，qe0处理组50℃以上高温持续天数太短，难以达到无害化处理要求。其他三组处理，在达到最高温度所需天数、50℃以上高温持续天数这两项指标间差异都不显著。虽然qe1处理组有机质、总养分含量最高，然而与qe0.5处理组相比，差异不大。因此，在各项指标无显著差异的情况下，从经济角度考虑，选择qe0.5处理组为最优处理组。即矿物性索玛瑅(qe)施用量为0.5‰是最优添加量。
实施例3中的四组处理堆肥结束后，以腐熟度评价指标和《有机肥料》(2012)中对于堆肥腐熟度及产品品质的要求为依据对混合发酵产物进行评价，qe组均达标，其中qe0.5组的腐熟度评价见表7，品质评价见表8。
如表7所示，各项腐熟度评价指标显示，混合发酵产物已深度腐熟，符合肥料腐熟化处理要求。从表8可见混合发酵产物各项品质指标均符合《有机肥料》标准。因此，运用该工艺生产的垫料发酵产品是一种高度腐熟的、无害化的优质有机肥料。
发酵共进行43天，综合三个实施例的结果，以高温期持续天数、升温速率、有机质、总氮、总磷、总钾含量、等指标为参考，确定薯渣垫料基质组成包括重量比为3:1-6:1的红薯渣和作物秸秆，由该基质制成畜禽养殖发酵床垫料时，还可添加0.05-0.2wt％的矿物性索玛提作为促腐剂，优选0.05wt％。
表7混合发酵产物腐熟度评价
表8混合发酵产物品质评价
红薯渣与其他畜禽粪便的混合发酵效果与猪粪相当，在此不再赘述。
以上仅为本发明的较佳实施方式，而不是其可实施方式的穷举，也不应认为是对其保护范围的限制，本领域技术人员在本发明的精神和原则下所作出的任何不具有创造性的改进，均应认为在本发明的保护范围内。