豬糞秸稈高溫堆肥過程中物質(zhì)變化的研究

牛明芬等

摘要：將豬糞與秸稈通過調(diào)節(jié)水分至配比3∶1（以鮮重計(jì)），采用機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)、人工翻堆的靜態(tài)高溫堆肥方式，研究過程中各項(xiàng)指標(biāo)的變化以及達(dá)到腐熟的情況。在堆肥進(jìn)行的24 d中，根據(jù)溫度的變化取8次樣品進(jìn)行分析。結(jié)果表明，至堆肥結(jié)束，銨態(tài)氮呈先上升后下降趨勢，含量較初期減少82%，而硝態(tài)氮呈逐漸上升趨勢，含量增加20%，水溶性有機(jī)碳呈遞減趨勢，總氮呈先下降后上升的趨勢，液相水溶性有機(jī)碳與總氮的比值C/N由最初的2.1降到0.5，溫度、pH值、WSC/TN、種子發(fā)芽指數(shù)GI已趨于穩(wěn)定，初步認(rèn)為堆肥24 d時(shí)腐熟基本完全，堆肥中氮素和碳素分別在升溫期和降溫期損失最大。豬糞與秸稈混合堆肥，水分是不可忽視的重要指標(biāo)，物料高水分會(huì)使微生物發(fā)生厭氧反應(yīng)，引發(fā)臭氣，降低分解率，因此堆肥之前最好根據(jù)水分設(shè)計(jì)出一個(gè)初始配方，獲得合適的C/N，后期可以通過加水來調(diào)節(jié)。建議在堆肥初期一次發(fā)酵時(shí)加大通風(fēng)量，經(jīng)常翻堆，在堆肥后期二次發(fā)酵時(shí)，由于易分解有機(jī)物反應(yīng)基本結(jié)束，應(yīng)適當(dāng)減少通風(fēng)量，減少翻堆次數(shù)，以確保高品質(zhì)的堆肥產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：豬糞；秸稈；堆肥；腐熟；溫度；pH值；銨態(tài)氮；硝態(tài)氮；發(fā)芽指數(shù)

中圖分類號(hào)： S141.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2014）09-0291-03

近年來，隨著我國畜牧業(yè)的不斷發(fā)展，畜禽糞便的排放量日益增大。這些糞便處置不當(dāng)或者不經(jīng)過任何處理就排放的話，對(duì)大氣、土壤、環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重的污染，同時(shí)也給畜牧場的環(huán)境衛(wèi)生以及人類的健康帶來威脅。秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的副產(chǎn)品之一，是主要的農(nóng)村能源，也被用于造紙、飼料、肥料以及建筑材料，除此之外，還有相當(dāng)一大部分秸稈被荒棄或者直接焚燒，不僅浪費(fèi)資源，而且污染環(huán)境。目前，好氧堆肥是處理有機(jī)廢棄物最常用的方法，畜禽糞便等經(jīng)過堆肥過程的高溫發(fā)酵后，能成為對(duì)農(nóng)作物無害并且可以改良土壤的肥料[1]。同時(shí)，畜禽糞便堆肥后還田利用，能夠?qū)ν寥肋M(jìn)行改良，抑制病菌，減輕土傳病害[2]。然而，在好氧堆肥過程中由于畜禽糞便的來源不同，堆肥物料的組成存在較大的養(yǎng)分差異，最突出表現(xiàn)在碳氮比（C/N）上，堆肥前需要進(jìn)行調(diào)節(jié)以便使堆肥C/N保持在25左右[1]。秸稈作為最常見的有機(jī)碳源是進(jìn)行堆肥C/N調(diào)節(jié)的主要物料來源，因此將秸稈和畜禽糞便堆肥過程相結(jié)合是在堆肥基礎(chǔ)上對(duì)秸稈進(jìn)行資源化的有效途徑，對(duì)秸稈與畜禽糞便混合堆肥過程中物質(zhì)變化情況進(jìn)行研究，將為確定相關(guān)工藝參數(shù)，提高堆肥效率提供重要的技術(shù)支撐，對(duì)我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展有著不可代替的作用。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖1所示，為小型模擬堆肥裝置，是有機(jī)玻璃制成的密閉容器，長300 mm，寬240 mm，高360 mm，堆肥外套電熱毯進(jìn)行保溫，裝置底部安裝曝氣盤進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，空氣泵連接曝氣盤進(jìn)行間歇式通風(fēng)，采用人工翻堆，裝置底部留有排液管收集濾液。

1.2試驗(yàn)初始條件及配比

本試驗(yàn)所用新鮮豬糞取自遼寧省沈陽市十里河村農(nóng)戶，秸稈經(jīng)粉碎后處理成粒徑1～3 cm的小段。試驗(yàn)于2014年春季在中國科學(xué)院生態(tài)研究所進(jìn)行。堆肥原料基本性質(zhì)見表1。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1采樣及方法本試驗(yàn)中以豬糞作為堆肥填料，并利用玉米秸稈進(jìn)行堆肥C/N調(diào)節(jié)，堆體總質(zhì)量15 kg，堆高25～35 cm，將堆肥原料混合均勻，混合后物料含水率為55%左右，裝置外面包裹電熱毯以保證堆體內(nèi)部溫度，人工翻堆 3 d/次，機(jī)械間歇式通風(fēng)，前4 d每3 h通風(fēng)30 min，之后每 6 h 通風(fēng)30 min。堆體中心插入數(shù)字溫度計(jì)，每天10：00、16：00 記錄堆體溫度，取平均值。分別在0、2、4、8、12、16、20、24 d 各采集3個(gè)平行樣，用密封袋封存并保存在冰箱冷藏，一部分樣品經(jīng)自然風(fēng)干后過100目篩網(wǎng)，以備分析。

1.3.2檢測項(xiàng)目及分析方法將3個(gè)平行新鮮樣品混勻后取1 g放在錐形瓶中，按水肥比10 ∶1用去離子水浸提1 h后，用Orion 868型pH計(jì)測定pH值。取風(fēng)干后過100目篩網(wǎng)堆肥樣品1 g放在離心管中，加入50 mL去離子水， 3 000 r/min 離心15 min，過0.45 μm纖維樹脂濾膜，以備分析。水溶性銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量用凱氏定氮儀法測定，水溶性碳（WSC）、總氮（TN）含量用analysis Multi N/C 3100型 TOC/TN 分析儀器直接測得。最后進(jìn)行種子發(fā)芽指數(shù)的測定。

2結(jié)果與分析

2.1溫度與pH值

堆肥內(nèi)部溫度變化既能反映微生物所具有的活性，又是堆肥穩(wěn)定和無害的重要標(biāo)志。由圖2可以看出，堆肥3 d后迅速升溫至50 ℃以上，從堆肥初始的升溫階段迅速進(jìn)入了高溫階段，溫度變化比較敏感。高溫階段反映堆肥前原料配比以及預(yù)處理的好壞，也是有機(jī)物在堆肥過程中氧化分解的關(guān)鍵階段，溫度過高、過低都不利于堆肥進(jìn)行。從變化曲線可以看出，堆體溫度在堆肥3 d達(dá)到50 ℃后，持續(xù)了7 d，堆肥 10 d 后溫度迅速下降，堆肥12 d時(shí)溫度下降到38 ℃，隨后溫度有所回升，經(jīng)過小幅度上升之后，堆肥14 d后開始下降，最后與環(huán)境溫度保持一致。堆肥升溫期是0～3 d，高溫期為 4～10 d，降溫期為11～18 d，穩(wěn)定期為19～24 d，可以從溫度變化曲線判斷堆肥的進(jìn)行情況，高溫堆肥符合衛(wèi)生指標(biāo) GB 7959—1987 《糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

由圖3可知，堆肥原料的初始pH值為7.2，呈中性，pH值在堆肥2 d后下降到5.8，隨后開始上升，16 d后達(dá)到了pH值最大值8.5，到堆肥結(jié)束pH值保持在7.0～8.0之間。初期堆肥中微生物分解有機(jī)氮，增加了酸性物質(zhì)，使得pH值下降；之后隨著有機(jī)物質(zhì)的分解，溶解在堆肥中得NH+4增加，堿性增強(qiáng)，在高溫階段嗜熱微生物代替中溫微生物進(jìn)行降解活動(dòng)，此時(shí)銨態(tài)氮也迅速積累，使pH值達(dá)到了最高值；而后較高的pH值使得氨氣逸出堆體，物料有機(jī)物分解產(chǎn)生的有機(jī)酸增加，使得堆體pH值下降。pH值的變化呈先降后升的趨勢，在堆肥完成之前pH值在8.5～9.0之間，最終的成品pH值在7.0～8.0之間。endprint

2.2水溶性氨態(tài)氮（NH+4-N）和硝態(tài)氮（NO-3-N）

在初期堆肥一次發(fā)酵時(shí)，有機(jī)物在微生物的作用下迅速降解，由于初期含水率比較高，因此生成的氨通過溶解作用以 NH+4-N 離子的形式存在，銨態(tài)氮含量不斷增加，在堆肥4 d后達(dá)到了最高值，由圖4可知，銨態(tài)氮含量由初期的 2.13 g/kg 迅速增加到了3.52 g/kg，增加了65%，至高溫期開始有下降的趨勢，堆肥12 d后降到1.15 g/kg，在堆肥4～12 d銨態(tài)氮含量損失達(dá)67%，可能是因?yàn)樵诟邷丨h(huán)境下，物料中的水汽蒸發(fā)，引起NH3大量揮發(fā)。在堆肥12 d左右開始的二次發(fā)酵的過程中，NH+4-N的變化規(guī)律類似于一次發(fā)酵，但作用機(jī)理不同。一次發(fā)酵是在微生物的作用下進(jìn)行，二次發(fā)酵是在硝化細(xì)菌的作用下進(jìn)行，進(jìn)一步氧化成硝態(tài)氮，因此銨態(tài)氮含量回升至16 d出現(xiàn)一個(gè)小的峰值（1.56 g/kg）后開始下降，并穩(wěn)定不變到堆肥結(jié)束，這時(shí)銨態(tài)氮含量為0.38 g/kg，一般認(rèn)為堆肥腐熟后銨態(tài)氮含量下降到小于400 mg/kg，符合堆肥腐熟的標(biāo)準(zhǔn)[3]。銨態(tài)氮最后損失比較多，可能是因?yàn)閺?qiáng)制機(jī)械通風(fēng)不利于銨態(tài)氮的累積[4]，加快了氨氣的逸出。從圖中變化曲線可以看出，銨態(tài)氮經(jīng)過短暫的上升呈逐漸下降的趨勢。

硝化與反硝化的速率差決定硝態(tài)氮的含量，在高溫好氧堆肥中硝化作用占主導(dǎo)地位，堆肥開始硝態(tài)氮含量很少，僅為0.25 g/kg，在升溫期小幅度增加到0.29 g/kg，在堆肥進(jìn)入高溫階段，由于屬于嗜溫細(xì)菌的硝化細(xì)菌對(duì)高溫特別敏感，因此嚴(yán)重抑制硝化細(xì)菌的硝化作用，在堆肥4～12 d中硝態(tài)氮含量一直很低，保持在0.30 g/kg左右。在堆肥二次發(fā)酵中，硝化作用的條件合適，硝態(tài)氮含量不斷增加，16 d后增加到053 g/kg，是初始含量2倍左右，之后緩慢下降，到堆肥完成時(shí)含量變?yōu)?.30 g/kg?？傮w來說硝態(tài)氮在堆肥過程中有所增加，符合堆肥腐熟度的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3水溶性碳（WSC）、總氮（TN）及液相碳氮比（C/N）

液相C/N是堆肥中的水溶性碳與總氮量的比值，圖5描述了這一過程的變化。本試驗(yàn)在堆肥初期為了使其營養(yǎng)平衡，加入了富碳物質(zhì)秸稈，減少了NH+4-N在物料中的積累，有較少氨氣揮發(fā)，還能夠更好地吸附銨態(tài)氮，從而可以很好地降低氮的損失。堆肥過程中水溶性碳呈逐漸減少趨勢，因?yàn)樗俏⑸锘顒?dòng)的直接碳源，被微生物直接利用。WSC在升溫期變化緩慢，初值為13.2 g/kg，24 d后堆肥完成時(shí)減少到2.3 g/kg，減少了83%左右，表明在堆肥過程中，微生物進(jìn)行了劇烈的分解作用。Garcia等提出堆肥腐熟后的水溶性有機(jī)碳應(yīng)小于0.5%[5]，本研究結(jié)果符合這一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

由圖5可知，總氮整體呈先降低再升高后降低的趨勢，含量由最初的6.3 g/kg在4 d后驟降到3.1 g/kg，然后回升，在 12 d 后達(dá)到峰值5.7 g/kg，然后開始下降，曲線變化比較平緩，到堆肥完成時(shí)降到4.9 g/kg，比初期減少了22%左右。

由圖5還可以看出，液相C/N 24 d后堆肥完成時(shí)降到05左右。微生物在堆肥過程中主要消耗的是水溶性物質(zhì)，碳和氮的變化也是堆肥的主要特征，而且變化不易受物料限制，因此液相的C/N比可以用來評(píng)價(jià)腐熟的程度。合適的碳氮比可以減少氮的損失，因此在堆肥預(yù)處理時(shí)將C/N調(diào)節(jié)到合適的值很關(guān)鍵。文獻(xiàn)報(bào)道液相的WSC/TN應(yīng)小于0.7[6]，本試驗(yàn)的最后結(jié)果符合這一數(shù)據(jù)，表明物料腐熟完全，符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.4種子發(fā)芽指數(shù)

種子發(fā)芽指數(shù)可以反映物料的植物毒性，是可靠敏感的評(píng)價(jià)腐熟度的指標(biāo)。由圖6可以看出，在堆肥初期，有機(jī)酸與高濃度NH3的產(chǎn)生，嚴(yán)重抑制了種子發(fā)芽，使得在試驗(yàn)開始階段種子發(fā)芽指數(shù)（GI）幾乎為零，隨著堆肥的進(jìn)行，抑制作用減弱，GI呈逐漸上升趨勢，并且在堆肥完成時(shí)已經(jīng)趨于穩(wěn)定，保持在70%～90%的范圍。Zucconi等認(rèn)為，一般情況下，GI>50%，堆肥產(chǎn)品的毒性已經(jīng)降到種子可以忍受的程度；GI>85%，堆肥產(chǎn)品已經(jīng)無毒性，堆肥腐熟完全[7]。

3結(jié)論

豬糞與秸稈混合堆肥，水分是不可忽視的重要指標(biāo)，物料

高水分會(huì)使微生物發(fā)生厭氧反應(yīng)、引發(fā)臭氣、降低分解率，因此堆肥之前最好根據(jù)水分設(shè)計(jì)出一個(gè)初始配方，獲得合適的C/N，后期可以通過加水來調(diào)節(jié)。

對(duì)NH+4-N、NO-3-N、C/N、GI等變化的研究結(jié)果表明，堆肥啟動(dòng)后24 d已基本腐熟，發(fā)酵分一次發(fā)酵和二次發(fā)酵2個(gè)階段，建議在堆肥初期一次發(fā)酵時(shí)加大通風(fēng)量，經(jīng)常翻堆；在堆肥后期的二次發(fā)酵時(shí)，由于易分解有機(jī)物反應(yīng)基本結(jié)束，適當(dāng)減少通風(fēng)量，減少翻堆次數(shù)，可確保堆肥產(chǎn)品具有高品質(zhì)。

在本次24 d的堆肥過程中，堆肥溫度逐步上升到55 ℃以上，堆肥高溫在50 ℃以上持續(xù)了7 d，滿足了堆肥高溫?zé)o害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，且pH值作為評(píng)價(jià)腐熟度的必要條件，最終穩(wěn)定在7.0～8.0之間。

至堆肥結(jié)束，銨態(tài)氮呈先上升后下降趨勢，含量較初期減少82%；而硝態(tài)氮呈逐漸上升趨勢，含量增加20%；水溶性有機(jī)碳呈遞減趨勢，總氮呈先下降后上升的趨勢，液相水溶性有機(jī)碳與總氮之比由最初的2.1降到0.5，堆肥中的氮素和碳素分別在升溫期和降溫期損失最大。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳銀寶，汪植三，廖新俤，等. 豬糞堆肥腐熟指標(biāo)的研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，22（2）：189-193.

[2]汜勝之. 汜勝之書[M]. 北京：科學(xué)出版社，1956.

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[5]Garcia C，Hernandez T，Costa F. Changes in carbon fractions during composting and maturation of organic wastes[J]. Environmental Management，1991，15（3）：433-439.

[6]李艷霞，王敏健，王菊思. 有機(jī)固體廢棄物堆肥的腐熟度參數(shù)及指標(biāo)[J].環(huán)境科學(xué)，1999，20（2）：99-104.endprint

2.2水溶性氨態(tài)氮（NH+4-N）和硝態(tài)氮（NO-3-N）

在初期堆肥一次發(fā)酵時(shí)，有機(jī)物在微生物的作用下迅速降解，由于初期含水率比較高，因此生成的氨通過溶解作用以 NH+4-N 離子的形式存在，銨態(tài)氮含量不斷增加，在堆肥4 d后達(dá)到了最高值，由圖4可知，銨態(tài)氮含量由初期的 2.13 g/kg 迅速增加到了3.52 g/kg，增加了65%，至高溫期開始有下降的趨勢，堆肥12 d后降到1.15 g/kg，在堆肥4～12 d銨態(tài)氮含量損失達(dá)67%，可能是因?yàn)樵诟邷丨h(huán)境下，物料中的水汽蒸發(fā)，引起NH3大量揮發(fā)。在堆肥12 d左右開始的二次發(fā)酵的過程中，NH+4-N的變化規(guī)律類似于一次發(fā)酵，但作用機(jī)理不同。一次發(fā)酵是在微生物的作用下進(jìn)行，二次發(fā)酵是在硝化細(xì)菌的作用下進(jìn)行，進(jìn)一步氧化成硝態(tài)氮，因此銨態(tài)氮含量回升至16 d出現(xiàn)一個(gè)小的峰值（1.56 g/kg）后開始下降，并穩(wěn)定不變到堆肥結(jié)束，這時(shí)銨態(tài)氮含量為0.38 g/kg，一般認(rèn)為堆肥腐熟后銨態(tài)氮含量下降到小于400 mg/kg，符合堆肥腐熟的標(biāo)準(zhǔn)[3]。銨態(tài)氮最后損失比較多，可能是因?yàn)閺?qiáng)制機(jī)械通風(fēng)不利于銨態(tài)氮的累積[4]，加快了氨氣的逸出。從圖中變化曲線可以看出，銨態(tài)氮經(jīng)過短暫的上升呈逐漸下降的趨勢。

硝化與反硝化的速率差決定硝態(tài)氮的含量，在高溫好氧堆肥中硝化作用占主導(dǎo)地位，堆肥開始硝態(tài)氮含量很少，僅為0.25 g/kg，在升溫期小幅度增加到0.29 g/kg，在堆肥進(jìn)入高溫階段，由于屬于嗜溫細(xì)菌的硝化細(xì)菌對(duì)高溫特別敏感，因此嚴(yán)重抑制硝化細(xì)菌的硝化作用，在堆肥4～12 d中硝態(tài)氮含量一直很低，保持在0.30 g/kg左右。在堆肥二次發(fā)酵中，硝化作用的條件合適，硝態(tài)氮含量不斷增加，16 d后增加到053 g/kg，是初始含量2倍左右，之后緩慢下降，到堆肥完成時(shí)含量變?yōu)?.30 g/kg?？傮w來說硝態(tài)氮在堆肥過程中有所增加，符合堆肥腐熟度的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3水溶性碳（WSC）、總氮（TN）及液相碳氮比（C/N）

液相C/N是堆肥中的水溶性碳與總氮量的比值，圖5描述了這一過程的變化。本試驗(yàn)在堆肥初期為了使其營養(yǎng)平衡，加入了富碳物質(zhì)秸稈，減少了NH+4-N在物料中的積累，有較少氨氣揮發(fā)，還能夠更好地吸附銨態(tài)氮，從而可以很好地降低氮的損失。堆肥過程中水溶性碳呈逐漸減少趨勢，因?yàn)樗俏⑸锘顒?dòng)的直接碳源，被微生物直接利用。WSC在升溫期變化緩慢，初值為13.2 g/kg，24 d后堆肥完成時(shí)減少到2.3 g/kg，減少了83%左右，表明在堆肥過程中，微生物進(jìn)行了劇烈的分解作用。Garcia等提出堆肥腐熟后的水溶性有機(jī)碳應(yīng)小于0.5%[5]，本研究結(jié)果符合這一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

由圖5可知，總氮整體呈先降低再升高后降低的趨勢，含量由最初的6.3 g/kg在4 d后驟降到3.1 g/kg，然后回升，在 12 d 后達(dá)到峰值5.7 g/kg，然后開始下降，曲線變化比較平緩，到堆肥完成時(shí)降到4.9 g/kg，比初期減少了22%左右。

由圖5還可以看出，液相C/N 24 d后堆肥完成時(shí)降到05左右。微生物在堆肥過程中主要消耗的是水溶性物質(zhì)，碳和氮的變化也是堆肥的主要特征，而且變化不易受物料限制，因此液相的C/N比可以用來評(píng)價(jià)腐熟的程度。合適的碳氮比可以減少氮的損失，因此在堆肥預(yù)處理時(shí)將C/N調(diào)節(jié)到合適的值很關(guān)鍵。文獻(xiàn)報(bào)道液相的WSC/TN應(yīng)小于0.7[6]，本試驗(yàn)的最后結(jié)果符合這一數(shù)據(jù)，表明物料腐熟完全，符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.4種子發(fā)芽指數(shù)

種子發(fā)芽指數(shù)可以反映物料的植物毒性，是可靠敏感的評(píng)價(jià)腐熟度的指標(biāo)。由圖6可以看出，在堆肥初期，有機(jī)酸與高濃度NH3的產(chǎn)生，嚴(yán)重抑制了種子發(fā)芽，使得在試驗(yàn)開始階段種子發(fā)芽指數(shù)（GI）幾乎為零，隨著堆肥的進(jìn)行，抑制作用減弱，GI呈逐漸上升趨勢，并且在堆肥完成時(shí)已經(jīng)趨于穩(wěn)定，保持在70%～90%的范圍。Zucconi等認(rèn)為，一般情況下，GI>50%，堆肥產(chǎn)品的毒性已經(jīng)降到種子可以忍受的程度；GI>85%，堆肥產(chǎn)品已經(jīng)無毒性，堆肥腐熟完全[7]。

3結(jié)論

豬糞與秸稈混合堆肥，水分是不可忽視的重要指標(biāo)，物料

高水分會(huì)使微生物發(fā)生厭氧反應(yīng)、引發(fā)臭氣、降低分解率，因此堆肥之前最好根據(jù)水分設(shè)計(jì)出一個(gè)初始配方，獲得合適的C/N，后期可以通過加水來調(diào)節(jié)。

對(duì)NH+4-N、NO-3-N、C/N、GI等變化的研究結(jié)果表明，堆肥啟動(dòng)后24 d已基本腐熟，發(fā)酵分一次發(fā)酵和二次發(fā)酵2個(gè)階段，建議在堆肥初期一次發(fā)酵時(shí)加大通風(fēng)量，經(jīng)常翻堆；在堆肥后期的二次發(fā)酵時(shí)，由于易分解有機(jī)物反應(yīng)基本結(jié)束，適當(dāng)減少通風(fēng)量，減少翻堆次數(shù)，可確保堆肥產(chǎn)品具有高品質(zhì)。

在本次24 d的堆肥過程中，堆肥溫度逐步上升到55 ℃以上，堆肥高溫在50 ℃以上持續(xù)了7 d，滿足了堆肥高溫?zé)o害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，且pH值作為評(píng)價(jià)腐熟度的必要條件，最終穩(wěn)定在7.0～8.0之間。

至堆肥結(jié)束，銨態(tài)氮呈先上升后下降趨勢，含量較初期減少82%；而硝態(tài)氮呈逐漸上升趨勢，含量增加20%；水溶性有機(jī)碳呈遞減趨勢，總氮呈先下降后上升的趨勢，液相水溶性有機(jī)碳與總氮之比由最初的2.1降到0.5，堆肥中的氮素和碳素分別在升溫期和降溫期損失最大。

參考文獻(xiàn)：

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2.2水溶性氨態(tài)氮（NH+4-N）和硝態(tài)氮（NO-3-N）

在初期堆肥一次發(fā)酵時(shí)，有機(jī)物在微生物的作用下迅速降解，由于初期含水率比較高，因此生成的氨通過溶解作用以 NH+4-N 離子的形式存在，銨態(tài)氮含量不斷增加，在堆肥4 d后達(dá)到了最高值，由圖4可知，銨態(tài)氮含量由初期的 2.13 g/kg 迅速增加到了3.52 g/kg，增加了65%，至高溫期開始有下降的趨勢，堆肥12 d后降到1.15 g/kg，在堆肥4～12 d銨態(tài)氮含量損失達(dá)67%，可能是因?yàn)樵诟邷丨h(huán)境下，物料中的水汽蒸發(fā)，引起NH3大量揮發(fā)。在堆肥12 d左右開始的二次發(fā)酵的過程中，NH+4-N的變化規(guī)律類似于一次發(fā)酵，但作用機(jī)理不同。一次發(fā)酵是在微生物的作用下進(jìn)行，二次發(fā)酵是在硝化細(xì)菌的作用下進(jìn)行，進(jìn)一步氧化成硝態(tài)氮，因此銨態(tài)氮含量回升至16 d出現(xiàn)一個(gè)小的峰值（1.56 g/kg）后開始下降，并穩(wěn)定不變到堆肥結(jié)束，這時(shí)銨態(tài)氮含量為0.38 g/kg，一般認(rèn)為堆肥腐熟后銨態(tài)氮含量下降到小于400 mg/kg，符合堆肥腐熟的標(biāo)準(zhǔn)[3]。銨態(tài)氮最后損失比較多，可能是因?yàn)閺?qiáng)制機(jī)械通風(fēng)不利于銨態(tài)氮的累積[4]，加快了氨氣的逸出。從圖中變化曲線可以看出，銨態(tài)氮經(jīng)過短暫的上升呈逐漸下降的趨勢。

硝化與反硝化的速率差決定硝態(tài)氮的含量，在高溫好氧堆肥中硝化作用占主導(dǎo)地位，堆肥開始硝態(tài)氮含量很少，僅為0.25 g/kg，在升溫期小幅度增加到0.29 g/kg，在堆肥進(jìn)入高溫階段，由于屬于嗜溫細(xì)菌的硝化細(xì)菌對(duì)高溫特別敏感，因此嚴(yán)重抑制硝化細(xì)菌的硝化作用，在堆肥4～12 d中硝態(tài)氮含量一直很低，保持在0.30 g/kg左右。在堆肥二次發(fā)酵中，硝化作用的條件合適，硝態(tài)氮含量不斷增加，16 d后增加到053 g/kg，是初始含量2倍左右，之后緩慢下降，到堆肥完成時(shí)含量變?yōu)?.30 g/kg。總體來說硝態(tài)氮在堆肥過程中有所增加，符合堆肥腐熟度的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3水溶性碳（WSC）、總氮（TN）及液相碳氮比（C/N）

液相C/N是堆肥中的水溶性碳與總氮量的比值，圖5描述了這一過程的變化。本試驗(yàn)在堆肥初期為了使其營養(yǎng)平衡，加入了富碳物質(zhì)秸稈，減少了NH+4-N在物料中的積累，有較少氨氣揮發(fā)，還能夠更好地吸附銨態(tài)氮，從而可以很好地降低氮的損失。堆肥過程中水溶性碳呈逐漸減少趨勢，因?yàn)樗俏⑸锘顒?dòng)的直接碳源，被微生物直接利用。WSC在升溫期變化緩慢，初值為13.2 g/kg，24 d后堆肥完成時(shí)減少到2.3 g/kg，減少了83%左右，表明在堆肥過程中，微生物進(jìn)行了劇烈的分解作用。Garcia等提出堆肥腐熟后的水溶性有機(jī)碳應(yīng)小于0.5%[5]，本研究結(jié)果符合這一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

由圖5可知，總氮整體呈先降低再升高后降低的趨勢，含量由最初的6.3 g/kg在4 d后驟降到3.1 g/kg，然后回升，在 12 d 后達(dá)到峰值5.7 g/kg，然后開始下降，曲線變化比較平緩，到堆肥完成時(shí)降到4.9 g/kg，比初期減少了22%左右。

由圖5還可以看出，液相C/N 24 d后堆肥完成時(shí)降到05左右。微生物在堆肥過程中主要消耗的是水溶性物質(zhì)，碳和氮的變化也是堆肥的主要特征，而且變化不易受物料限制，因此液相的C/N比可以用來評(píng)價(jià)腐熟的程度。合適的碳氮比可以減少氮的損失，因此在堆肥預(yù)處理時(shí)將C/N調(diào)節(jié)到合適的值很關(guān)鍵。文獻(xiàn)報(bào)道液相的WSC/TN應(yīng)小于0.7[6]，本試驗(yàn)的最后結(jié)果符合這一數(shù)據(jù)，表明物料腐熟完全，符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.4種子發(fā)芽指數(shù)

種子發(fā)芽指數(shù)可以反映物料的植物毒性，是可靠敏感的評(píng)價(jià)腐熟度的指標(biāo)。由圖6可以看出，在堆肥初期，有機(jī)酸與高濃度NH3的產(chǎn)生，嚴(yán)重抑制了種子發(fā)芽，使得在試驗(yàn)開始階段種子發(fā)芽指數(shù)（GI）幾乎為零，隨著堆肥的進(jìn)行，抑制作用減弱，GI呈逐漸上升趨勢，并且在堆肥完成時(shí)已經(jīng)趨于穩(wěn)定，保持在70%～90%的范圍。Zucconi等認(rèn)為，一般情況下，GI>50%，堆肥產(chǎn)品的毒性已經(jīng)降到種子可以忍受的程度；GI>85%，堆肥產(chǎn)品已經(jīng)無毒性，堆肥腐熟完全[7]。

3結(jié)論

豬糞與秸稈混合堆肥，水分是不可忽視的重要指標(biāo)，物料

高水分會(huì)使微生物發(fā)生厭氧反應(yīng)、引發(fā)臭氣、降低分解率，因此堆肥之前最好根據(jù)水分設(shè)計(jì)出一個(gè)初始配方，獲得合適的C/N，后期可以通過加水來調(diào)節(jié)。

對(duì)NH+4-N、NO-3-N、C/N、GI等變化的研究結(jié)果表明，堆肥啟動(dòng)后24 d已基本腐熟，發(fā)酵分一次發(fā)酵和二次發(fā)酵2個(gè)階段，建議在堆肥初期一次發(fā)酵時(shí)加大通風(fēng)量，經(jīng)常翻堆；在堆肥后期的二次發(fā)酵時(shí)，由于易分解有機(jī)物反應(yīng)基本結(jié)束，適當(dāng)減少通風(fēng)量，減少翻堆次數(shù)，可確保堆肥產(chǎn)品具有高品質(zhì)。

在本次24 d的堆肥過程中，堆肥溫度逐步上升到55 ℃以上，堆肥高溫在50 ℃以上持續(xù)了7 d，滿足了堆肥高溫?zé)o害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，且pH值作為評(píng)價(jià)腐熟度的必要條件，最終穩(wěn)定在7.0～8.0之間。

至堆肥結(jié)束，銨態(tài)氮呈先上升后下降趨勢，含量較初期減少82%；而硝態(tài)氮呈逐漸上升趨勢，含量增加20%；水溶性有機(jī)碳呈遞減趨勢，總氮呈先下降后上升的趨勢，液相水溶性有機(jī)碳與總氮之比由最初的2.1降到0.5，堆肥中的氮素和碳素分別在升溫期和降溫期損失最大。

參考文獻(xiàn)：

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