秸稈和畜禽糞便聯(lián)合堆肥試驗研究*

朱金蘭，王華為，吉 莉，常志州

（1.江蘇省泰州市農(nóng)林畜水產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心，泰州 225300；2.江蘇省泰州市耕地質(zhì)量保護站，泰州 225300；3.江蘇省農(nóng)科院資源與環(huán)境研究所，南京 210014）

江蘇省泰州市現(xiàn)有耕地面積31.67萬hm2，常年種植模式為典型的稻麥兩熟制，每年約產(chǎn)生350多萬t農(nóng)作物秸稈，秸稈中含有大量的有機質(zhì)、氮、磷、鉀和微量元素等，是農(nóng)田重要的養(yǎng)分來源。秸稈直接還田能提高土壤的肥力與質(zhì)量，但大量還田會對作物生長產(chǎn)生不利影響。通過將秸稈和畜禽糞便混合進行堆肥，有助于降低秸稈的碳氮比以及木質(zhì)素、纖維素和多酚含量，促進物料的腐熟與穩(wěn)定，進而降低其對作物的不利影響。本研究擬通過小麥秸稈與奶牛場廢棄物聯(lián)合進行堆肥，為奶牛場廢棄物和農(nóng)田秸稈的綜合處理及處置提供理論依據(jù)及技術(shù)參數(shù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試小麥秸稈取自泰州稻麥輪作田，供試奶牛場廢棄物取自泰州市海陵區(qū)某奶牛養(yǎng)殖場，包括沼渣、沼液、牛糞和牛糞水，其中沼渣和沼液取自該養(yǎng)殖場的厭氧沼氣池，牛糞和牛糞水取自該奶牛養(yǎng)殖場，牛糞通過干清糞方式獲得，牛糞水包括尿水、部分糞便和沖洗水。小麥秸稈、牛糞、沼渣、沼液和牛糞水的養(yǎng)分組成見表1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置5個處理，分別記作T1、T2、T3、T4和T5；T1為小麥秸稈和沼渣干重比1:1混合物，T2為小麥秸稈和沼液混合物，T3為小麥秸稈和牛糞干重比1:1混合物，T4為秸稈牛糞水混合物，T5為純秸稈并用尿素調(diào)節(jié)物料碳氮比為35∶1。各處理均采用條垛式堆制方式進行，T1和T3堆體長、寬、高均為1.2m；T2、T4和T5堆體長、寬、高均為1.5m，所有處理堆制秸稈用量均為101.5kg，不同處理秸稈中分別添加825kg沼渣、225kg沼液、550kg牛糞、193kg糞水和2.55kg尿素，供試小麥秸稈粉碎至5cm左右，各處理秸稈和奶牛場廢棄物混合物在堆制前均充分混勻，T1和T3處理調(diào)節(jié)含水率為75%，T2、T4和T5處理調(diào)節(jié)含水率為65%。所有處理混合物均露天避雨自然堆置，堆肥開始后翻堆，堆肥開始后前1個月每3天翻堆1次，后1個月每6天翻堆1次；每次翻堆時，物料充分混勻，每次翻堆后多點取樣組成混合樣品，樣品充分混合后取部分鮮樣置于4℃冰箱中保存?zhèn)溆?，部分鮮樣自然風(fēng)干用于養(yǎng)分測定。

1.3 分析測定方法

每天上午八點用水銀溫度計測定堆體溫度，堆體溫度選取中心點 （該點距堆肥地面、頂部及四周距離相等）及與該中點位于同一平面的兩點 （該兩點距左右邊界及中心點距離均相等）作為測定點，共3點，取該3點溫度平均值作為堆體溫度，同時記錄堆肥場地環(huán)境溫度；總有機碳 （TOC）采用重鉻酸鉀氧化法測定；可溶性有機碳 （DOC）采用1:10純水浸提，0.45μm濾膜過濾后經(jīng)TOC分析儀 （德國耶拿、MultiN/C3100）測定；堆肥樣品全氮 （TN）采用半微量凱氏定氮法，全磷 （TP）采用鉬藍比色法，全鉀 （TK）采用火焰光度法；沼液和牛糞水樣品經(jīng)過硫酸鉀消解后，全氮 （TN）采用紫外分光光度法測定，全磷 （TP）采用鉬酸銨分光光度法測定，全鉀（TK）采用火焰光度法測定；COD采用重鉻酸鉀法。

表1 堆肥原料的基本理化性狀

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2003、SPSS11.5、Origin 6.0軟件進行統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果

2.1 秸稈和奶牛場廢棄物混合堆肥溫度變化

溫度影響微生物活動能力，進而影響微生物對有機物料的腐解，同時其變化也反映堆肥過程中微生物活動強度及堆肥進程。秸稈與養(yǎng)殖場廢棄物混合堆肥各處理溫度變化趨勢基本相同，均經(jīng)過快速升溫、高溫和降溫3個階段 （圖1）。T1、T2、T3、T4和 T5處理堆溫分別在堆肥開始后的2、3、2、3和3天超過50℃，50℃以上的持續(xù)天數(shù)分別為30、17、41、12和24天，均符合糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的高溫天數(shù)要求 （GB7959-1987）[1]（表2），其中T3處理持續(xù)天數(shù)最長，T4處理持續(xù)時間最短。不同處理分別在堆肥后的第6、5、5、3和7天達到相應(yīng)的堆肥最高溫度 74.3℃、60.6℃、72.3℃、59.1℃和 66℃（表 2）。

2.2 不同處理堆肥物料的碳、氮含量變化

圖1 不同處理堆體溫度變化

表2 堆肥過程溫度特性

本試驗各堆肥處理的有機碳含量均隨堆肥進程呈下降趨勢，各處理的有機碳含量在高溫堆肥前期下降較快，后期趨于平緩。60天堆肥結(jié)束后，各處理有機碳含量分別降低了14%、5.5%、15.8%、4.45%和10.7%，其中T3處理的有機碳含量下降幅度最大，T1處理次之，T2處理下降幅度最小。各處理總有機碳含量在高溫期分別下降了12.07%、4.77%、14.8%、4.25%和9.14%，占堆肥全過程總有機碳含量下降的86.21%、86.72%、93.67%、95.51%和85.42%。各處理50℃以上高溫持續(xù)天數(shù)分別為30、17、41、12和24天，與堆肥全過程各處理的相應(yīng)有機碳含量降幅呈極顯著正相關(guān) （r=0.965，P＜0.01），堆肥結(jié)束時，各處理有機質(zhì)含量介于590.28～701.86 g/kg之間（圖 2a）。

試驗中T1處理全氮含量隨堆肥進程逐漸增加，到54天達到最大值31.38g/kg，隨后有所減少并保持穩(wěn)定；T3和T5處理的全氮含量在前30天逐漸增加，隨后有所下降；T2處理和T4處理的全氮含量在堆肥結(jié)束后增加較少，其中T2處理的全氮含量先緩慢增加，36天后緩慢降低，T4處理的全氮含量先緩慢增加，42天后下降。堆肥結(jié)束時，T1、T2、T3、T4和T5處理的全氮含量分別比堆肥開始時增加66.75%、50.89%、77.05%、43.08%和74.12%；堆肥結(jié)束時，各處理堆肥產(chǎn)物全氮含量依次為T3＞T1＞T5＞T2＞T4 （圖 2b）。

圖2 不同處理堆肥物料的總有機碳、全氮和C/N的變化

試驗中T1、T3和T5處理的C/N隨堆肥進程呈逐漸減小的趨勢，并最終趨于穩(wěn)定；T2和T4處理的C/N前期逐漸減少，而在第42天后逐漸增加 （圖2c）。試驗結(jié)束時各處理C/N分別由24.29、54.04、24.82、60.78和36.63降為12.55、33.82、11.45、40.59和18.79。有研究者提出采用堆肥終點C/N與初始C/N的比值 （T值）來評價腐熟度，并認(rèn)為當(dāng)T值小于0.6時堆肥才達到腐熟[2]。也有研究者認(rèn)為T值應(yīng)介于0.53~0.72或0.49~0.59之間[3]。該試驗結(jié)束時，各處理T值分別為0.52、0.63、0.46、0.67和0.51，與上述研究結(jié)果一致。

2.3 不同處理堆肥物料的DOC含量變化

該試驗各處理在60天的堆制過程中，T1和T3處理的DOC變化趨勢相同，前24天先增加后減少，分別在第18天和第6天達到最大值2.59 g/kg和2.96g/kg，在隨后的第30天和第42天又出現(xiàn)兩個高峰，分別為2.49 g/kg、2.59 g/kg和2.25 g/kg、3.02 g/kg，42天后趨于減少；T2、T4和T5處理的DOC呈先增加后減少的趨勢，均在第6天達到峰值，分別為2.11 g/kg、1.94 g/kg和2.39g/kg（圖3）。

2.4 不同處理堆肥物料的全磷和全鉀含量變化

各堆肥處理過程中全磷含量均呈上升趨勢，在堆肥結(jié)束時，T1、T2、T3、T4和T5處理的全磷含量分別由開始時的 9.81g/kg、3.47g/kg、10.71g/kg、2.23g/kg和 2.11g/kg 增 加 到 12.02g/kg、4.80g/kg、20.06g/kg、3.49g/kg 和4.40g/kg，堆肥結(jié)束時的全磷含量比堆肥開始時分別增加22.43%、38.41%、87.37%、56.70%和100.09%；在堆肥結(jié)束時，不同堆肥處理全磷含量依次為T3﹥T1﹥T2﹥T5﹥T4 （圖 4a）。

圖3 不同處理堆肥過程中DOC含量變化

各堆肥處理過程中全鉀含量均呈上升趨勢，與蘭時樂等人的研究一致[4]，分別由開始時的24.59g/kg、25.02g/kg、24.67g/kg、 26.54g/kg和 24.53g/kg增加到 30.04g/kg、32.44g/kg、39.49g/kg、33.02g/kg和 38.54g/kg， 堆肥結(jié)束時的全鉀含量分別比堆肥開始時高22.19%、29.66%、60.11%、24.42%和57.12%；在堆肥結(jié)束時，不同處理全鉀含量依次為 T3﹥T5﹥T4﹥T2﹥T1 （圖 4b）。

堆肥結(jié)束時，各堆肥產(chǎn)物總養(yǎng)分 （N+P2O5+K2O）含量分別由開始時的 50.94g/kg、36.34g/kg、51.76g/kg、35.78g/kg和 34.35g/kg增加為 69.61g/kg、 49.10g/kg、89.45g/kg、46.54g/kg和63.33g/kg，其中T3處理總養(yǎng)分含量最高，T1次之，各堆肥終產(chǎn)物均符合國家有機肥的總養(yǎng)分含量標(biāo)準(zhǔn)[1]，是一種肥效較高的有機肥。

3 結(jié)論

圖4 不同堆肥處理過程中全磷和全鉀變化

（1）秸稈分別與沼渣、沼液、牛糞、牛糞水和尿素混合堆肥后，50℃以上堆體溫度持續(xù)天數(shù)分別為30、17、41、12和24天，持續(xù)時間均超過7天，所有處理均符合糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) （GB7975-87）對堆肥過程高溫時間的要求。

（2）經(jīng)60天堆肥后，T1、T2、T3、T4和T5處理的有機碳含量分別降低了14%、5.5%、15.8%、4.45%和10.7%，其中T3處理的有機碳含量下降幅度最大，T1處理次之，T2處理下降幅度最小。

（3）堆肥過程中各處理氮、磷、鉀含量逐漸增加，堆肥結(jié)束后T3處理總養(yǎng)分含量最高 （89.45g/kg），T1次之 （69.61g/kg）。

（4）T2和T4處理盡管在高溫持續(xù)時間和堆肥終產(chǎn)物總養(yǎng)分含量上低于T1和T3處理，但由于T2和T4處理是麥秸和沼液或牛糞水混合堆肥，每處理1t麥秸大約可同時處理1.8t沼液 （或牛糞水），在實際運行中有利于奶牛場降低養(yǎng)殖廢水處理成本，并增加收益。

[1]潘顧昌，嚴(yán)秀宜，潘長慶，等.糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB7959-1987.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1988

[2]Morl T L,Colin F,Germon J C,et al.Methods for the evaluation of the maturity of municipal refuse compost.London and New York:Elsevier Applied Science Publish,1985

[3]盧秉林，王文麗，李娟，等.添加小麥秸稈對豬糞高溫堆肥腐熟進程的影響.環(huán)境工程學(xué)報，2010，4(4):926~930

[4]蘭時樂，曹杏芝，戴小陽，等.雞糞與油菜秸稈高溫堆肥中營養(yǎng)元素變化的研究.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，28(3):564~569