牛糞強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)堆肥中添加抑菌劑對(duì)沙門氏菌的殺滅效果及相關(guān)指標(biāo)測(cè)定

滿 達(dá)，敖日格樂，何孟蓮，張?zhí)旎?/p>

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，呼和浩特 010018；2.山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學(xué)院動(dòng)物科技系）

牛糞強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)堆肥中添加抑菌劑對(duì)沙門氏菌的殺滅效果及相關(guān)指標(biāo)測(cè)定

滿 達(dá)1，敖日格樂1，何孟蓮2，張?zhí)旎?

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，呼和浩特 010018；2.山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學(xué)院動(dòng)物科技系）

通過對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)牛糞強(qiáng)制通風(fēng)堆肥中添加抑菌劑（石灰氮），研究堆肥過程中堆肥產(chǎn)品的物理化學(xué)和生物學(xué)特征變化及其殺滅沙門氏菌的效果。結(jié)果表明：堆肥開始時(shí)對(duì)照組和試驗(yàn)組沙門氏菌對(duì)數(shù)值分別為5.83 logCFU/g和4.93 logCFU/g；試驗(yàn)組在堆肥的第26天溫度達(dá)到60℃以上，并維持9 d，第9天時(shí)未檢測(cè)到沙門氏菌，堆肥結(jié)束時(shí)水分含量下降10.26%，TN濃度起始時(shí)為1.25%，結(jié)束時(shí)為2.59%；對(duì)照組在堆肥的第9天溫度上升到50℃以上，維持5 d后緩慢下降，第35天時(shí)未檢測(cè)到沙門氏菌，堆肥結(jié)束時(shí)水分含量下降16.42%，TN濃度起始時(shí)為1.06%，結(jié)束時(shí)為1.44%。

沙門氏菌；牛糞堆肥；抑菌劑；堆肥指標(biāo)

目前，國(guó)內(nèi)外畜禽糞便的處理方法主要有衛(wèi)生填埋法、焚燒處理、用作飼料、厭氧發(fā)酵制沼氣和好氧堆肥處理。畜禽糞便本身是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥源，對(duì)其進(jìn)行填埋處理不僅浪費(fèi)大量的有機(jī)原料，還會(huì)大量占用土地、污染地下水及周圍環(huán)境，眾多的負(fù)面因素使填埋法的應(yīng)用受到限制。堆肥化處理是畜禽糞便減量化、無害化、資源化、產(chǎn)業(yè)化的最有效方法，不僅可以殺死糞便中的各種病菌及雜草種子，使糞便達(dá)到無害化，還可生成大量可被植物吸收利用的有效養(yǎng)分，并合成新的腐殖質(zhì)，成為構(gòu)成土壤肥力的重要物質(zhì)，且堆肥化處理具有運(yùn)行費(fèi)用低、處理量大、二次污染較小等優(yōu)點(diǎn)，近年來已成為世界各國(guó)資源、環(huán)保領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。因此，有機(jī)廢棄物的堆肥技術(shù)正日益受到重視。

堆肥是殺滅糞便病原微生物非常有效的手段[1]，但處理不當(dāng)仍可能給環(huán)境與公共安全帶來風(fēng)險(xiǎn)。到目前為止，學(xué)者們從堆肥的物理、化學(xué)、生物學(xué)變化提出了多種評(píng)價(jià)堆肥腐熟度的指標(biāo)［2-3］。用生物學(xué)法測(cè)定堆肥的植物毒性是檢驗(yàn)堆肥腐熟度的有效方法［4］。發(fā)芽指數(shù)（GI）是通過檢驗(yàn)堆肥對(duì)植物發(fā)芽是否產(chǎn)生抑制作用來評(píng)價(jià)堆肥無害化程度的指標(biāo)，它不但能檢測(cè)堆肥樣品植物毒性水平，且能預(yù)測(cè)堆肥植物毒性變化［5-6］。靜態(tài)堆肥槽式工藝可提高堆肥利用效率，比露天散堆能節(jié)省占地50%，并可減少二次污染和避免雨水對(duì)堆肥發(fā)酵過程的不利影響。

石灰氮（CaCN2）學(xué)名氰胺化鈣，是一種無殘留、無污染、能改良土壤和抑制農(nóng)作物病蟲害的多功能肥料，在分解為尿素的過程中所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物氰氨和雙氰氨具有消毒、殺滅病蟲作用，目前在多種果蔬病蟲害防治、土壤改良以及無公害果蔬生產(chǎn)中得到應(yīng)用。本課題組前期在實(shí)驗(yàn)室通過抑菌劑添加量試驗(yàn)（重復(fù)3次），將堆肥培養(yǎng)溫度設(shè)為30℃，抑菌劑添加量設(shè)為0%、2.0%、2.5%和3.0%，結(jié)果表明，在30℃下堆肥時(shí)，添加2.5%和3.0%石灰氮至48 h時(shí)未檢測(cè)到沙門氏菌，而對(duì)照組在堆肥至第5天仍有殘留。因此，要達(dá)到殺滅牛糞堆肥中大腸桿菌的目的，需在牛糞堆肥中至少添加2.5%的抑菌劑［7］。本試驗(yàn)采用室外牛糞強(qiáng)制通風(fēng)堆肥中添加抑菌劑（2.0%的石灰氮）的方法來探討其對(duì)堆肥過程中牛糞微生物沙門氏菌的殺滅作用，為畜禽糞便堆肥研究提供技術(shù)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

鮮牛糞（采集帶有55株疑似沙門氏菌的新鮮牛糞，水分含量86%），采自包頭市侯家營(yíng)奶牛場(chǎng)200余頭泌乳牛。石灰氮，購(gòu)自寧夏嘉峰化工有限公司。

1.2 方法

1.2.1 堆肥方案及裝置 堆肥試驗(yàn)設(shè)試驗(yàn)組（添加2%石灰氮）和對(duì)照組（添加0%石灰氮），堆肥期63 d，在堆肥的第18天進(jìn)行翻堆（重復(fù)3次）。

堆肥槽：長(zhǎng)、寬、高均120 cm，堆積糞便500 kg，堆肥在水泥地面上進(jìn)行，上面鋪100 mm的PVC管，主風(fēng)管道長(zhǎng)1.2 m、兩端布風(fēng)管道長(zhǎng)0.6 m，主風(fēng)管道一端密封，一端與鼓風(fēng)機(jī)相連，布風(fēng)管道的一端與主管道相通，另一端密封，并在其斜上方每隔200 mm開有一個(gè)5 mm的小孔，PVC管上端鋪設(shè)打有小孔的木板，為了使通氣均勻，應(yīng)在木板上鋪一層長(zhǎng)1～5 cm的粉碎玉米秸稈，約5 cm厚，然后按糞便與粉碎秸稈3:1的體積添加糞便，進(jìn)行堆肥，每天早8:00—10:00通風(fēng)。

1.2.2 取樣與測(cè)定 在堆肥0 d、1 d、3 d、4 d、9 d、14 d、21 d、28 d、35 d、42 d、48 d、56 d和63 d分別進(jìn)行采樣，每堆在不同部位采集多點(diǎn)樣品，然后充分混勻組成一個(gè)混合樣品。每天定時(shí)測(cè)定堆肥溫度，同時(shí)記錄氣溫。采回的鮮樣貯于4℃冰箱中，部分項(xiàng)目用鮮樣測(cè)定，部分項(xiàng)目風(fēng)干后測(cè)定。測(cè)定指標(biāo)有水分、pH值、沙門氏菌數(shù)（采用稀釋平板計(jì)數(shù)法）、嗜溫菌和嗜熱菌數(shù)量（采用鮮樣測(cè)定）、總有機(jī)碳含量（光度法）、全氮含量（用凱氏定氮儀）、全磷含量（硫酸-過氧化氫消煮）、C/N值（總有機(jī)碳量與全氮的比值）。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

采用EXCEL軟件初步整理，并用SAS 9.0軟件中的方差分析和Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 牛糞堆肥表觀特征

堆肥初始抑菌添加0%組堆體呈黃褐色，有鮮牛糞味，第9天采樣發(fā)現(xiàn)有大量白色菌絲和強(qiáng)烈氨味，并吸引少量蚊蠅，隨著堆肥化的進(jìn)程，堆肥物料顏色逐漸變深至黑褐色，堆體疏松均勻，無臭味；2%組呈深褐色，有較濃的石灰氮味，堆體出現(xiàn)成團(tuán)現(xiàn)象，堆制后第4天采樣即發(fā)現(xiàn)表層下20 cm左右開始冒熱氣及散發(fā)刺激性氣味。

2.2 牛糞堆肥溫度變化

由圖1看出，對(duì)照組和試驗(yàn)組的最初溫度都在20℃左右，經(jīng)過強(qiáng)制通風(fēng)后，添加2%石灰氮的試驗(yàn)組在堆肥的第26天溫度達(dá)到60℃以上，并維持9 d；沒有添加石灰氮的對(duì)照組在堆肥的第9天溫度開始上升，達(dá)到50℃以上，維持5 d后緩慢下降，在第18天翻堆后對(duì)照組和試驗(yàn)組的溫度都有小幅上升。

圖1 糞便堆肥溫度變化

2.3 牛糞堆肥水分含量變化

由圖2可知，堆肥水分含量在堆肥過程中總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。試驗(yàn)組堆肥初始水分含量70.97%，結(jié)束時(shí)60.71%；對(duì)照組堆肥初始水分含量75.28%，結(jié)束時(shí)58.86%。

圖2 堆肥中水分含量變化

2.4 牛糞堆肥pH值變化

由圖3看出，堆肥過程中試驗(yàn)組和對(duì)照組的pH值均在8.0～9.0間，整個(gè)試驗(yàn)期間堆體pH值變化幅度不大。

圖3 糞便堆肥中pH值變化

2.5 牛糞堆肥T-C值變化

從圖4可以看出，堆肥0～21 d之間，兩組的總碳含量均呈下降趨勢(shì)，而添加2%石灰氮的試驗(yàn)組下降最為明顯。21 d后到堆肥結(jié)束，總有機(jī)碳（TOC）含量進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定階段，維持在25%～40%之間，在堆肥后期，總有機(jī)碳含量（TOC）保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，至堆肥結(jié)束時(shí)，兩組總有機(jī)碳（TOC）含量都下降至30%～40%之間。

圖4 鮮牛糞堆肥T-C值

2.6 T-N值變化

由圖5可知，對(duì)照組和試驗(yàn)組2個(gè)堆體在63 d的堆肥過程中總氮含量均有所升高，TN濃度分別從起始的1.06%和1.25%，增加到結(jié)束的1.44%和2.59%。

圖5 鮮牛糞堆肥T-N值

2.7 牛糞堆肥C/N值變化

從圖6可看出，在整個(gè)堆制過程中，對(duì)照組和試驗(yàn)組的C/N值均呈下降趨勢(shì)，對(duì)照組由初始的39.74下降到24.31，試驗(yàn)組由初始的39.73降低到13.09。

圖6 鮮牛糞堆肥C/N值

2.8 牛糞堆肥T-P值

由圖7可知，在整個(gè)堆制過程中，對(duì)照組和試驗(yàn)組磷含量逐漸升高，但兩組全磷含量變化不大，且差異不顯著。

圖7 鮮牛糞堆肥T-P值（mg）

2.9 牛糞堆肥GI值變化

由表1可以看出，試驗(yàn)組GI值從第4天開始呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，最大值為122.03±1.58。堆肥結(jié)束時(shí)，兩組GI值均高于堆肥初始值，且試驗(yàn)組高于對(duì)照組。

表1 鮮牛糞堆肥GI值

2.10 牛糞堆肥沙門氏菌數(shù)量變化

由表2可以看出，堆肥開始時(shí)對(duì)照組和試驗(yàn)組沙門氏菌對(duì)數(shù)值分別為5.83 logCFU/g和4.93 logCFU/g。兩組分別在堆肥的第35天和第9天時(shí)未檢測(cè)到沙門氏菌。

表2 鮮牛糞堆肥沙門氏菌對(duì)數(shù)值變化

2.11 牛糞堆肥嗜溫菌和嗜熱菌數(shù)量變化

由圖8可以看出，對(duì)照組和試驗(yàn)組嗜溫菌和嗜熱菌數(shù)量對(duì)數(shù)值均呈現(xiàn)先上升后下降的變化規(guī)律，其中對(duì)照組在0～9 d或0～28 d增長(zhǎng)、后緩慢下降，試驗(yàn)組在0～21 d或0～14 d呈現(xiàn)上升、后下降并趨于穩(wěn)定。

圖8 嗜溫菌和嗜熱菌數(shù)量對(duì)數(shù)值變化

2.12 牛糞堆肥種子發(fā)芽指數(shù)變化

不同堆肥天數(shù)的種子發(fā)芽情況見圖9。

圖9 牛糞堆肥種子發(fā)芽情況

3 討論

（1）牛糞堆肥對(duì)照組和試驗(yàn)組最初溫度都在20℃左右，經(jīng)過強(qiáng)制通風(fēng)后，添加2%石灰氮的試驗(yàn)組在堆肥的第26天溫度達(dá)到60℃以上，并維持9 d，而對(duì)照組在堆肥的第9天溫度開始上升，達(dá)到50℃以上，維持5 d后緩慢下降。第18天翻堆后對(duì)照組和試驗(yàn)組溫度都有小幅上升，主要是因?yàn)榉芽墒刮锪线M(jìn)一步混合均勻，并且起到通風(fēng)供氧的作用。整個(gè)堆肥經(jīng)歷了升溫、高溫持續(xù)和降溫3個(gè)階段，根據(jù)（GB7959—87）標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)照組、試驗(yàn)組堆肥均達(dá)到無害化標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗(yàn)組堆肥水分含量由初始的70.97%降到60.71%，下降了10.26個(gè)百分點(diǎn)；對(duì)照組堆肥水分含量由初始的75.28%下降到58.86%，下降了16.42個(gè)百分點(diǎn)，兩個(gè)組水分基本穩(wěn)定在60%左右，均達(dá)到堆肥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（2）堆肥過程中試驗(yàn)組和對(duì)照組的 pH值均在8.00～9.00之間，滿足好氧堆肥對(duì)pH值的要求。堆肥初期pH值急劇升高是由于微生物活動(dòng)使有機(jī)酸大量分解，蛋白質(zhì)水解和氨化作用產(chǎn)生大量氫氧。一次發(fā)酵過后，隨著氨氣的揮發(fā)損失，微生物活動(dòng)減弱，堆肥pH值逐漸下降。但整個(gè)試驗(yàn)期間堆體pH值變化幅度不大。堆肥結(jié)束時(shí)各處理組pH值均基本穩(wěn)定在7.00～8.00之間，符合腐熟堆肥pH值應(yīng)在7.00～8.00之間的標(biāo)準(zhǔn)［8］。

（3）堆肥過程中試驗(yàn)組的總有機(jī)碳及有機(jī)質(zhì)含量基本呈下降趨勢(shì)。堆肥過程中總有機(jī)碳和有機(jī)質(zhì)的下降主要發(fā)生在堆肥初期階段，主要是因?yàn)樵诔跗陔A段添加的石灰氮和堆體本身存在的微生物活動(dòng)旺盛，使易降解的有機(jī)物迅速分解，生成二氧化碳和水，揮發(fā)至空氣中。

全氮在堆肥中隨著堆肥時(shí)間的延長(zhǎng)而呈上升趨勢(shì)，堆肥發(fā)酵中，由于溫度的逐漸下降，NH3的揮發(fā)損失減少，而微生物的分解使有機(jī)碳含量減少引起的濃縮效應(yīng)增加，從而使全氮含量增加［9-10］。對(duì)照組和試驗(yàn)組的TN濃度分別從起始的1.06%和1.25%，增加到結(jié)束的1.44%和2.59%，就是由于堆肥過程中有機(jī)物的礦化、CO2的損失以及水分的蒸發(fā)，造成堆料的干物質(zhì)和體積都隨之減小，總氮因濃縮效應(yīng)而濃度有所增加。

（4）在整個(gè)堆制過程中，對(duì)照組和試驗(yàn)組的C/N值均呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著好氧堆肥過程的進(jìn)行，碳和氮同時(shí)在減少，而碳的損失比氮要高，因此導(dǎo)致體系中C/N值不斷降低，直到微生物對(duì)有機(jī)垃圾的降解反應(yīng)完成為止。在整個(gè)堆肥期間，對(duì)照組C/N值由堆肥最初的39.74降低到24.31，試驗(yàn)組C/N值由堆肥初始的39.73降低到13.09，下降比例分別達(dá)到15.43%和26.64%。由此可見，試驗(yàn)組C/N值變化幅度較大。

（5）試驗(yàn)組堆肥初期發(fā)芽率為8.43%。石灰氮起初抵制種子發(fā)芽或根系的生長(zhǎng)，隨著堆肥溫度的升高，石灰氮的分解反應(yīng)促進(jìn)其種子發(fā)芽，使發(fā)芽率隨之回升。湯江武等［3］研究表明，白菜種子的種子發(fā)芽指數(shù)大于80%時(shí)，堆肥被認(rèn)為已達(dá)到腐熟。本試驗(yàn)表明，試驗(yàn)組在堆肥第21天時(shí)種子發(fā)芽指數(shù)≥80%，對(duì)照組在堆肥的第28天達(dá)到≥80%。

（6）堆肥開始時(shí)試驗(yàn)組沙門氏菌數(shù)量為2.92 logCFU/g，在堆肥第9天未檢測(cè)到沙門氏菌，而對(duì)照組在堆肥第35天未檢測(cè)到沙門氏菌。原因在于處理組由于添加了石灰氮（2%），使得沙門氏菌迅速達(dá)到檢出界限以下，對(duì)照組（0%石灰氮）主要靠高溫來殺滅堆體中的病原菌。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)中石灰氮的添加起到殺滅病原菌的效果，可見沙門氏菌對(duì)石灰氮較敏感。添加0%石灰氮的對(duì)照組堆體溫度迅速升高，而添加2%石灰氮的試驗(yàn)組堆體高溫出現(xiàn)推遲現(xiàn)象，但沙門氏菌迅速達(dá)到檢出界限以下。處理組總有機(jī)碳下降幅度不大，全氮含量逐漸降低，發(fā)芽率提高，堆體達(dá)到腐熟所需時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。各組堆肥結(jié)束時(shí)均已達(dá)到腐熟。

［1］ 斯木吉德，敖日格樂，王純潔，等.奶牛新鮮糞便致病性大腸桿菌分離鑒定［J］.中國(guó)獸醫(yī)雜志，2009，45（8）:42-43.

［2］ 楊毓峰，薛澄澤，唐新保．畜禽廢棄物堆肥的腐熟指標(biāo)［J］.西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，27（4）：62-66.

［3］ 湯江武，吳逸飛，薛智勇，等.畜禽固棄物堆肥腐熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究［J］.浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2003，15（5）：293-296.

［4］ 姚政，趙京音.用種子發(fā)芽力作為生物指標(biāo)評(píng)判雞糞堆肥腐熟度的研究［J］.土壤肥料，1995（6）：30-32.

［5］ Wang P，Changa C M，Watson M E，et al.Maturity indices for composted dairyand pigmanures［J］.Soil Biologyand Biochemistry，2004，36：767-776.

［6］ 黃國(guó)鋒，吳啟堂，孟慶強(qiáng)，等.豬糞堆肥化處理的物質(zhì)變化及腐熟度評(píng)價(jià)［J］.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2002，23（3）：1-4.

［7］ 董克虞.畜禽糞便對(duì)環(huán)境的污染及資源化途經(jīng)［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，17（6）：281-283．

［8］ 李艷霞，王敏捷，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（2）：22-23.

［9］ Vuorinen AH，Saharinen MH.Evaluation ofmicrobiological and chemical parameters during manure and straw co-composting in a drum compostingsystem［J］.Agri Ecosys and Environ，1997，66：19-29.

［10］Sánchez monedero M A，RoigA，Paredes C，et al.Nitrogen transformation during organic waste composting by the Rutgers system and its effects on pH，EC and maturity of the composting mixtures［J］.Bio Resource Technology，2001，78：301-308.

S14

A

2095-3887（2015）06-0041-04

10.3969/j.issn.2095-3887.2015.06.013

2015-09-08

國(guó)家自然基金項(xiàng)目（31160473，31260570）；內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（NJZY14087)

滿達(dá)（1976－），女，碩士。

敖日格樂（1960-），男，博士生導(dǎo)師。研究方向：動(dòng)物生產(chǎn)與管理。