家禽羽毛化為肥分!長肥效的新型栽培介質

羽毛為家禽副產物,其角蛋白含量豐富,分解後的胺基酸可做為製肥原料之一。(攝影/董昱)

文.圖/曾宥綋 行政院農業委員會臺中區農業改良場土壤肥料研究室助理研究員 郭雅紋 行政院農業委員會臺中區農業改良場土壤肥料研究室主持人

本文介紹的羽毛循環再利用產品,則著重於發揮羽毛具有的特性及優點,搭配微生物進行轉化,雖然會限縮羽毛處理量能,但可提高後端產品應用價值。

依據行政院農業委員會(簡稱農委會)的農業統計資料,臺灣每年約生產2萬8,000公噸廢棄羽毛。羽毛為家禽副產物,角蛋白含量豐富,氮含量一般為12~15%,其分解釋放的寡胜肽或胺基酸具有生物刺激素的功能,例如色胺酸為吲乙酸的前驅物,可促進作物根系生長、提高氮同化作用效率、增進微量元素吸收;某些研究亦指出,施用富含脯胺酸的蛋白質水解物,可促進作物生成細胞分裂素,可見羽毛分解後的胺基酸可做為製肥原料之一。(表一)。

羽毛生物堆肥具長肥效特性,適合應用於家庭園藝栽培介質,如種植草莓盆栽與多肉植物等,定期澆水即可生長與收成。

(資料來源/Wang et al., 2016)

羽毛在農業生產上的應用與特性

傳統利用羽毛副產物於作物生產上,常以強鹼處理羽毛後再經酸鹼中和,雖然酸鹼處理法的流程較為簡便,水解時間也短,然而以此方法產製的羽毛水解液,有腐蝕性酸鹼液操作危險、必須廢液處理、成品無法應用於有機農業及缺乏額外促進作物生長的物質等缺點。因此,如以微生物水解羽毛可生產較高應用價值的產品,並進一步減少環境汙染問題。羽毛具有抗分解的特性,可用於生產長肥效的堆肥產品,藉由添加適當菌株並依不同作物類別,調配合適的堆肥資材組成及配比,透過堆肥化過程提高成品保肥力並促成養分釋放,使堆肥成品同時兼具離子養分及有機養分,離子養分可立即供作物幼苗吸收,而有機養分如胜肽及胺基酸可促進作物根系生長,亦可於作物生產過程中,持續分解釋放離子養分,達到緩效供肥的效果。由於緩效供肥及成分穩定的特性,羽毛堆肥可直接作為離地栽培介質,在不額外施肥的情況下仍保有基礎生產力,可取代泥炭等非短期再生的自然資源、減少追施肥料用量及頻率,以及減少介質鹽化等價值。

菌株TCPiA讓羽毛發揮更大功

研究指出,羽毛分解菌是羽毛堆肥的接種菌劑,羽毛分解菌能以羽毛做為生長的碳氮源,不同菌株具有不同額外功能及生理特性,農委會臺中區農業改良場(簡稱臺中農改場)篩選的羽毛分解菌——巨大芽孢桿菌TCPiA具有生成吲乙酸、溶磷、分解蛋白質等特性,可促進作物根系生長、加速高氮有機肥分分解並提高養分利用率。此外,含內生孢子的菌液亦可與蝦殼粉混合造粒,產製固態菌劑,每公克菌劑有7.1×108 CFU/g可應用於羽毛水解。經200公升的簡易醱酵槽體試驗,菌株TCPiA可分解5%乾羽毛,分解率為92%,羽毛水解液特性為pH值8.9、EC值12.0 dS/m,成分包含氮0.6%、磷0.04%、鉀0.11%、鈣0.28%、鎂0.02%,另外可以此水解液為基礎,調配不同肥料配方,應用於作物生產。羽毛水解液再經過濾烘乾,則可製成羽毛粉,其特性為pH值5.1、EC值11.1 dS/m,成分含氮10.7%、磷0.4%、鉀4.1%、鈣0.5%、鎂0.2%,一般市售膨化羽毛粉則是pH值5.5、EC值9.7 dS/m,成分含有氮12.5%、磷0.2%、鉀0.1%、鈣0.5%、鎂0.1%。兩種羽毛粉的體外相對蛋白質消化率,以菌株TCPiA的水解羽毛粉較高(88.0±0.7%),膨化羽毛粉僅有65.6±2.1%。顯示經微生物水解的羽毛粉,其養分較易為動物消化吸收。

1、2羽毛分解菌株TCPiA菌落及固態菌劑形態。

3、4羽毛分解菌株TCPiA應用於羽毛水解及其水解液。5羽毛水解液。

羽毛生物堆肥緩效供肥省肥量,價格更勝泥

臺中農改場以菇類培植廢棄包的木屑及羽毛(以羽毛為主),經堆肥醱酵二至三個月生成的羽毛生物堆肥成品,其pH值6.8、EC值5.9dS/m、氮2.6%、磷1.7%、鉀2.0%,而碳氮比為13,雖具高EC值,然而經試驗證明可直接做為洋香瓜(臺南13號)的無土栽培介質,栽培期間不額外施肥亦有生產效益。若以純羽毛堆肥再額外施用滴灌養液(追肥),堆肥的高EC性質並不會影響作物生長,反而有良好的洋香瓜葉片性狀及果實品質。若跟純椰纖搭配滴灌養液做對照,洋香瓜的單果重未有顯著差異,顯示羽毛生物堆肥具有長肥效的特性(表二)。此外,試驗結果顯示羽毛堆肥可替代泥炭介質,有助於減少追肥頻率及用量,降低農友生產成本,甚至提高果實風味。

註1:英文字母相同者為處理間無顯著差異。註2:試驗日期為2020年5月26日。

洋香瓜種植於純羽毛堆肥,不額外施肥仍具基礎產量(上圖),額外滴灌養液不抑制植株生長且可增加洋香瓜養分吸收(下圖)。

此外,考量離地栽培的生產模式,一期作後經常會發生介質分解導致需額外充填介質的情形,常用的補充介質為泥炭或椰纖,部分椰纖在使用前需以清水洗鹽,讓補土程序更為繁瑣,而泥炭雖不需清洗,但價格較椰纖昂貴。以腐熟羽毛堆肥做為充填介質,此介質不需額外水洗處理,且價格比泥炭便宜,可降低農業生產成本,其保有的肥分及逐漸釋放的有機養分,使洋香瓜幼苗生長狀況良好。除農業生產外,因羽毛生物堆肥質輕、穩定及緩效供肥,可應用於家庭園藝或都市農場,不會生成或吸引蚊蠅、發惡臭,且在不需額外給肥的情況下,能保有最少一期作的生產。以草莓為例,種植於裝填羽毛堆肥的盆栽,並定時給水,草莓便可順利生長和結果,經調查每株草莓於此條件下可生產22顆果實,每顆果實平均18.0公克重,最大果重達39.0公克而最小果重為7.6公克,果實糖酸比為12.4,若是栽種於家庭,既可做為視覺觀賞,又可享用有機草莓,一舉兩得。此外,多肉植物經羽毛生物堆肥,並維持一週澆一次水的頻率,生長情況也相當良好。

洋香瓜幼苗定植於補充禽畜糞堆肥(上圖)及)羽毛生物堆肥(下圖)的生育情形。

副產物的處理與應用之間,必須找到平衡

羽毛為相對抗分解的高氮有機副產 物,再利用性的價值極高,然而目前針對羽毛循環再利用,大多是以處理羽毛為目標,這樣勢必考量處理時間及處理量,因此現今以化學藥劑水解羽毛或添加大量羽毛於堆肥中為大宗。而本文介紹的羽毛循環再利用產品,則著重於發揮羽毛具有的特性及優點,搭配微生物進行轉化,雖然會限縮羽毛處理量能,但可提高後端產品應用價值,未來如何找尋平衡點,除了期待技術商品化,實際於市場中獲知應用效益,仍需同步進行科技研發和改良。

(參考文獻請逕洽作者)

 

更多文章請見《豐年雜誌》2020年7月號