河西荒漠綠洲區(qū)牛糞高溫好氧堆肥試驗

王 磊，張永東，伏中方（甘肅省張掖市畜牧管理站，張掖 734000）

河西荒漠綠洲區(qū)牛糞高溫好氧堆肥試驗

王 磊，張永東，伏中方
（甘肅省張掖市畜牧管理站，張掖 734000）

為研究添加輔料及微生物菌劑對牛糞高溫好氧堆肥的影響，試驗對不同處理牛糞的溫度、pH值、GI值、含水率等指標進行了測定。結(jié)果表明：添加微生物菌劑后牛糞堆肥效果無明顯差異，不添加可降低生產(chǎn)成本；若為提高堆肥效果而添加菌劑，可同時添加秸稈等輔料適當提高碳氮比有利于堆肥，且能解決畜牧業(yè)固體廢棄物因焚燒和任意堆放污染環(huán)境的問題。各處理堆肥產(chǎn)物經(jīng)實驗室測定，其碳氮比（C/N）、含水率、氮、磷、鉀總有效養(yǎng)分、有機質(zhì)等指標均符合糞便無害化衛(wèi)生標準和有機肥標準。

牛糞；玉米秸稈；微生物菌劑；堆肥

隨著我國養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模化、集約化的快速發(fā)展，畜禽糞便的產(chǎn)生量與日俱增，如果不加以處理和利用，不僅造成養(yǎng)分流失，而且會造成環(huán)境污染，阻礙農(nóng)牧業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。高溫好氧堆肥是采用人工或機械堆積的方式，在有氧條件下，經(jīng)微生物作用，使糞便和生活垃圾等有機物，溫度達到50℃以上并維持一定時間的處理方法。實踐證明，高溫好氧堆肥是處理固體有機廢棄物的一個有效途徑，是糞便和秸稈管理與利用的重要手段之一，有利于糞便達到無害化并生產(chǎn)商品有機肥，實現(xiàn)糞便和秸稈的資源化利用［1］。本試驗研究了牛糞中添加玉米秸稈輔料或微生物菌劑對高溫有氧堆肥的影響，為大規(guī)模生產(chǎn)有機肥提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

牛糞：取自張掖市甘州區(qū)希望農(nóng)牧產(chǎn)業(yè)科技開發(fā)有限責任公司肉牛養(yǎng)殖場。

玉米秸稈：取自該場切碎后的青貯飼料，經(jīng)晾干后使用（調(diào)節(jié)堆肥的水分和碳氮比）。

金藻液微生物菌劑：購自甘肅富民生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司，使用時原液加水稀釋50倍，一般1 000mL原液可發(fā)酵800～1 000 kg糞便。

起始堆肥時，控制初始含水量在65%左右。堆肥原料的基本理化性狀見表1。

表1 堆肥材料的基本理化性狀

1.2 試驗設(shè)計

本試驗通過添加玉米秸稈調(diào)整堆料碳氮比（C/N），研究純牛糞堆肥與添加秸稈或添加微生物菌劑后之間的區(qū)別，所有處理都同時人工翻堆，翻堆時間根據(jù)每天監(jiān)測溫度調(diào)整。由于試驗結(jié)果側(cè)重實際應用，故對堆肥效果的分析主要在一次發(fā)酵階段。試驗設(shè)計為處理1：牛糞；處理2：牛糞+菌劑；處理3：牛糞+玉米秸稈+菌劑；處理4：牛糞+玉米秸稈。

按照以上4個處理分別堆成4個堆體，堆體尺寸為長1.5m×寬1.2m×高0.8m，每個堆體容積約1.44m3。試驗時間為2014年7月1日—7月20日，該時間段為本地區(qū)最熱時期。

1.3 樣品采集與測定方法

1.3.1 采樣時間及方法 樣品每周采集1次，采取多點采樣法及四分法，每次從堆體的不同位置（前后左右和中心5點）分層各取樣品約300 g，混勻，再按四分法縮樣后帶回實驗室立即測定。

1.3.2 指標測定 在試驗過程中觀察并記錄堆體溫度、堆料顏色、氣味和體積等變化情況。

堆料含水率測定：稱取500 g樣品于已知重量的鋁盒（W）中，稱其重量（W1），放入烘箱，在105℃下烘24 h至恒重，取出，在干燥器中冷卻后稱其重量（W2）。含水率=（W1-W2）/（W1-W）×100%。

堆體溫度測定：發(fā)酵周期內(nèi)，使用金屬套管數(shù)顯溫度計于每天下午4：00測定所有堆體溫度，以堆體前、后、左、右和中心5點溫度的平均值作為堆體的發(fā)酵溫度，同時記錄環(huán)境溫度。

pH值測定：取混合后的樣品，用去離子水按糞水比1∶10（W∶V）浸提1 h，用pH計測定懸浮液pH值。

有機物及氮、磷測定：有機物（OM）采用500～600℃烘干恒重法測定，總氮（TN）采用凱氏半微量定氮法測定，總磷（TP）采用釩鉬酸比色法測定，這3項指標委托甘肅農(nóng)業(yè)大學動物營養(yǎng)實驗室測定。

種子發(fā)芽指數(shù)（GI）的測定：把2張大小合適的濾紙放入干凈無菌的9 cm培養(yǎng)皿中，濾紙上整齊擺放20粒油菜種子，準確吸入5.0mL堆肥浸提液（糞水比1∶10浸提2 h）于培養(yǎng)皿中，每個處理3次重復，以蒸餾水作為對照，在25℃培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)48 h后，計算種子發(fā)芽率，并用游標卡尺量取種子的根長，然后根據(jù)下列公式計算出種子發(fā)芽指數(shù)，種子發(fā)芽指數(shù)GI（%）=（堆肥處理的種子發(fā)芽率×處理種子平均根長）/（對照的種子發(fā)芽率×對照種子根長）×100%。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同處理堆肥溫度的變化

溫度是影響微生物活動和堆肥工藝的重要因素，堆肥過程中微生物由于分解有機物而釋放出熱量，促使堆溫快速上升［2］。根據(jù)畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理工程技術(shù)規(guī)范（環(huán)保部發(fā)布HJ 497—2009）及糞便處理衛(wèi)生標準（GB 7959—2012），當堆肥溫度控制在60℃以上（人工翻堆），且持續(xù)時間不少于5 d，是殺滅堆肥所含致病微生物和有害蟲卵，保證衛(wèi)生指標合格和堆肥腐熟的重要條件。當堆肥溫度穩(wěn)定在30～40℃時，說明發(fā)酵已基本完成［3］。如圖1所示，本試驗4個處理在堆肥過程中溫度變化趨勢基本一致，先后經(jīng)歷了升溫期、高溫期、腐熟保溫期3個典型溫變階段。由于試驗期正處于當?shù)刈顭峒竟?jié)，從堆積發(fā)酵開始，所有處理的堆溫經(jīng)3 d便迅速升高到60℃，第8天堆溫達到最高值74℃，之后堆溫逐漸下降，至第16天，堆溫基本保持在38℃左右不再變化。因此，可證明堆肥產(chǎn)物已基本腐熟。整個試驗期，按照2～3 d翻堆一次，根據(jù)堆肥的實時檢測，每次翻堆完，由于堆體散熱原因，溫度有所下降，但因為翻堆供氧，堆溫隨后上升。由于試驗期氣溫較高，整個堆肥一次發(fā)酵16 d即完成。

圖1 不同處理堆肥溫度的變化

2.2 純牛糞與添加秸稈或菌劑堆肥效果比較

碳源是微生物的主要能源物質(zhì)，氮源是微生物的營養(yǎng)物質(zhì)。在堆肥過程中，碳源被消耗，轉(zhuǎn)化成CO2和腐殖質(zhì)物質(zhì)，而氮則以NH3形式散失，或變?yōu)橄跛猁}和亞硝酸鹽，或由生物體同化吸收。因此，碳和氮的變化是堆肥的基本特征之一。由于微生物的C/N范圍為4～30，因此用作其營養(yǎng)的有機物碳氮比最好也在此范圍內(nèi)，C/N過高或過低都不利于嗜氧菌的生長和繁殖，Pioncelot提出堆肥的初始碳氮比為30∶1是比較理想的，而黃國鋒提出堆肥起始的碳氮比在25～30為堆肥的最佳條件［4］，在生產(chǎn)實踐中可采用在牛糞中添加有關(guān)原料調(diào)節(jié)碳氮比。本試驗設(shè)置了兩個組合進行比較，組合1是純牛糞堆肥（處理1）和牛糞+玉米秸稈堆肥（處理4）比較，組合2是牛糞+菌劑堆肥（處理2）和牛糞+玉米秸稈+菌劑堆肥（處理3）比較，其中，處理3和處理4根據(jù)堆體容重和玉米秸的碳氮比53∶1，將混合堆料C/N調(diào)節(jié)到28∶1。從溫度變化看，組合1兩個處理無明顯變化，但單一牛糞堆肥時間相對較長，因牛糞屬于冷性糞便，不易起溫；組合2兩個處理由于噴灑添加了微生物菌劑，發(fā)酵速度加快，初期升溫較組合1快，其中，處理3因為添加了秸稈提高了C/N比，滿足了微生物對C的需求，升溫及發(fā)酵速度較處理4快。結(jié)果表明，純牛糞一般堆肥發(fā)酵也可不調(diào)整C/N，若需添加微生物菌劑提高發(fā)酵效率，應添加有關(guān)原料適當提高碳氮比較好。

2.3 不同處理pH值的變化

pH值是微生物生長的重要影響因素之一，一般堆肥中微生物最適宜的pH值為中性或弱堿性，pH值太高或太低都會使堆肥處理遇到困難，pH值可作為評價堆肥腐熟度的一個指標［5］。由圖2所示，所有處理的pH值在前8天總體上呈現(xiàn)上升趨勢，這與堆肥初期微生物分解有機物產(chǎn)生大量的NH3造成偏堿性環(huán)境有關(guān)，處理1和處理4的pH值在堆制3～6 d時有所下降，與堆體含水量偏高、有機物發(fā)酵產(chǎn)生有機酸的積累有關(guān)；堆制后期，由于氨氮的揮發(fā)，堆體的pH值又逐漸回落，至堆肥結(jié)束時，pH值最后維持在8.5左右，符合腐熟堆肥pH值在8.0～9.0的標準［5］。

圖2 不同處理pH值的變化

2.4 不同處理種子發(fā)芽指數(shù)（GI）的變化

植物種子發(fā)芽指數(shù)（GI）是判斷堆肥的植物毒性和腐熟度最具說服力的參數(shù)之一［6］，未腐熟的堆肥產(chǎn)物含有毒性物質(zhì)，對植物的生長能產(chǎn)生抑制作用。一般種子發(fā)芽率GI≥50%表示有機肥基本腐熟，GI≥85%以上表示已經(jīng)完全腐熟［7］。由圖3可知，隨著堆肥的進行，各處理組的GI值總體呈現(xiàn)上升趨勢，至堆肥第8天時，各處理GI值基本均達到50%以上，第13天各處理GI值均達到80%以上，其中以處理3的GI值最高，達到90%，第16 天GI值均達到95%以上，表明堆肥腐熟。試驗表明，各處理間無顯著差異（P＞0.05），但處理3的GI值始終較其他處理高，說明添加有機質(zhì)輔料有助于腐熟，若有機質(zhì)含量過低，分解產(chǎn)生的熱量不足以促進和維持堆肥中嗜熱性細菌的增殖，堆肥難于達到高溫階段。

2.5 堆肥產(chǎn)物的質(zhì)量評判

2.5.1 物理評判 本試驗牛糞發(fā)酵腐熟后，堆體體積減小1/2，發(fā)酵溫度降低到40℃以下，發(fā)酵產(chǎn)物團粒疏松，質(zhì)地均勻，顏色呈深褐色，無臭味，有較明顯的腐殖氣息，不吸引蚊蠅，放置一兩天后表面有白色或灰色的霉菌出現(xiàn)，物理觀察結(jié)果與徐同寶等［8］結(jié)論相一致。

2.5.2 化學評判 經(jīng)實驗室測定，堆肥發(fā)酵產(chǎn)物的pH值穩(wěn)定在8.5左右，碳氮比（C/N）為19.5∶1，氮、磷、鉀總有效養(yǎng)分為5.2%，有機質(zhì)65%，水分29%，各項指標符合糞便無害化衛(wèi)生標準（GB 7959—2012）［9］和有機肥標準（NY 525—2011）［10］。

圖3 不同處理種子發(fā)芽指數(shù)的變化

3 結(jié)論

根據(jù)試驗結(jié)果和生產(chǎn)應用綜合考慮，牛糞堆肥一般不需添加微生物制劑，添加后無明顯差異，不添加則可降低生產(chǎn)成本；鑒于張掖本地盛產(chǎn)玉米秸稈的實際，在生產(chǎn)中，可添加利用多余或廢棄的秸稈來混合堆肥，適當提高碳氮比滿足微生物需求，有利于堆肥，而且能夠解決畜牧業(yè)固體廢棄物因焚燒和任意堆放污染環(huán)境的問題。

［1］ WeiShi，Jeanette MNorton，Bruce EMiller，etal.Effectsofaeration and moisture duringwindrow composting on the nitrogen fertilizer valuesof dairywastecomposts［J］.Applied Soil Ecology，1999，11：17-28.

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［3］ 李建國，錢新東.堆肥腐熟度指標的探討［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，1990，3（2）：27-30.

［4］ 黃國鋒，鐘流舉，張振錮，等.有機固體廢棄物堆肥的物質(zhì)變化及腐熟度評價［J］.應用生態(tài)學報，2003，15（5）：813-818.

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［9］ GB 7959—2012，糞便無害化衛(wèi)生標準［S］.北京:中國標準出版社，2012.

［10］NY 525—2011，有機肥標準［S］.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2011.

S14

A

2095-3887（2015）04-0046-03

10.3969/j.issn.2095-3887.2015.04.014

2015-04-28

張掖肉牛規(guī)模養(yǎng)殖糞污高效處理技術(shù)研究與示范（GNSW-2013-5）

王磊（1982-），男，畜牧師，碩士研究生，主要從事畜牧科研及技術(shù)推廣工作。

張永東（1964-），男，高級畜牧師。