不同促腐劑對菇渣-雞糞混合物發(fā)酵的影響

呂樂福，劉佃平，趙旭東，高 翔

（1.國家化肥產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，山東 臨沂 276000；2.山東史貝美肥料股份有限公司，山東 臨沂 276000；3.蘭陵縣農(nóng)業(yè)局土肥站，山東 臨沂 276000）

不同促腐劑對菇渣-雞糞混合物發(fā)酵的影響

呂樂福1，劉佃平2，趙旭東1，高 翔3

（1.國家化肥產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，山東 臨沂 276000；2.山東史貝美肥料股份有限公司，山東 臨沂 276000；3.蘭陵縣農(nóng)業(yè)局土肥站，山東 臨沂 276000）

選用菇渣與雞糞為原料進行高溫好氧堆肥，研究了不同促腐劑對菇渣-雞糞混合物的腐熟過程及腐熟效果的影響。結(jié)果表明：接種促腐劑后，經(jīng)發(fā)酵腐熟的菇渣-雞糞混合物理化性質(zhì)均得到一定改善，具體表現(xiàn)為堆肥升溫加快，超過55℃高溫腐熟天數(shù)增加，有機碳含量顯著下降，氮、磷和鉀累積養(yǎng)分明顯增加；其中，接種B2菌劑的處理腐熟效果最好。經(jīng)過發(fā)酵腐熟后，菇渣-雞糞混合物中的重金屬含量增加顯著，但均符合NY 525—2012有機肥料標準限量要求，可以直接施用。

菇渣；雞糞；促腐劑；發(fā)酵

近年來，隨著環(huán)境污染的日益嚴重以及能源危機的不斷加劇，再生資源循環(huán)利用越來越被關(guān)注。在種植業(yè)與畜牧養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的有機廢棄物，例如菇渣、秸稈、畜禽糞便等[1-2]，如果不及時處理，一方面會占用大量空間造成資源浪費，另一方面會造成環(huán)境污染，處理不當還會引起二次污染[3-4]。目前，常用的有機廢棄物處理方法是高溫好氧堆肥[5-6]，其原理是通過微生物作用使大分子有機物降解，同時釋放大量的熱，通過高溫作用殺死病原微生物、蛔蟲卵、害蟲蟲卵、雜草種子等，從而實現(xiàn)廢棄物的無害化、資源化處理。然而，由于自然狀態(tài)下堆肥中所含微生物的種類和數(shù)量有限[7]，加上發(fā)酵工藝條件的限制，傳統(tǒng)的自然堆肥腐熟過程存在發(fā)酵周期長、養(yǎng)分損失大、堆肥質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點，不利于有機肥的規(guī)?；a(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營，堆肥效果也無法保證。因此，試驗以臨沂市蘭陵縣當?shù)胤N植業(yè)的菇渣下腳料和養(yǎng)殖業(yè)的雞糞為原料，人為地接種不同配比的促腐劑進行條垛式高溫好氧腐熟堆肥，研究了促腐劑對菇渣-雞糞混合物腐熟過程及腐熟效果的影響，旨在篩選出適合當?shù)厣a(chǎn)的高效發(fā)酵腐熟菌劑，為當?shù)赜袡C固體廢棄物資源的合理利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試菇渣取自臨沂市蘭陵縣某平菇栽培基地，雞糞取自臨沂市蘭陵縣某養(yǎng)雞廠，其養(yǎng)分含量見表1。

供試促腐劑由山東史貝美肥料股份有限公司自行篩選研發(fā)，為混合菌，包括細菌、真菌和放線菌，按照不同比例混合而成，分為3種劑型：劑型1，有效菌含量≥1×109CFU/g；劑型2，有效菌含量≥1×108CFU/g；劑型3，有效菌含量≥0.5×109CFU/g。

表1 菇渣和雞糞的養(yǎng)分含量

1.2 試驗設計

堆肥試驗于2015年7～8月在山東史貝美肥料股份有限公司發(fā)酵場地進行，將菇渣與雞糞按照4︰6（重量比）混合均勻，并控制含水量在60%左右。發(fā)酵方式采用條垛式，堆肥體積1.5 m×1.0 m×0.6 m，削平頂部并輕拍堆體，每隔5 d定時翻堆一次。試驗設4個處理：（1）不接種促腐劑（CK）；（2）按0.03%堆體質(zhì)量接種菌劑1（B1）；（3）按0.03%堆體質(zhì)量接種菌劑2（B2）；（4）按0.03%堆體質(zhì)量接種菌劑3（B3）。每個處理3次重復，共計12個處理。

1.3 試驗方法

堆肥開始后，分別于第0、5、10、15、20、25、30天的上午10︰00點進行翻堆，翻堆前用水銀溫度計測定料堆20 cm處溫度及室溫，翻堆后按照前后左右與中心5點采樣，每個點采樣不少于1 kg，經(jīng)四分法縮分至500 g備用。堆肥樣品含水率采用105℃烘干恒重法測定；pH值測定前用去CO2蒸餾水按水土比5∶1浸提，采用Sartorius PB～10C型pH計測定；電導率（EC值）測定前用去離子水按水土比5∶1浸提，采用梅特勒-托利多SevenEasy電導率儀測定；總有機碳含量采用外加熱重鉻酸鉀氧化法測定；全氮、全磷和全鉀含量先用H2SO4-H2O2消煮后，分別用凱氏定氮法、釩鉬黃比色法和火焰光度法測定；有害重金屬含量（Pb、Cr、Cd、Hg和As）測定及限量要求均參考NY 525—2012有機肥料標準中方法[8]。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007軟件、SPSS18.0軟件和OrigiPro8.0進行計算分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同促腐劑對堆肥溫度的影響

堆肥溫度能夠直觀地反應堆肥過程中微生物降解有機物的程度，其升溫的主要動力依賴于堆腐原料中微生物代謝釋放的能量[9]。從圖1可知，4個堆肥處理腐熟過程中溫度變化趨勢相同，均表現(xiàn)為前期溫度快速上升，后期溫度緩慢下降的趨勢。與空白對照相比，接種促腐劑后，堆體溫度升溫較快，超過55℃的持續(xù)天數(shù)增加。高溫過程有利于降解大分子有機物，殺死堆體中的有害病原菌、寄生蟲及雜草種子，從而實現(xiàn)糞便無害化處理。不同促腐劑處理之間，B2處理升溫最快，最高溫度達72℃，其次為B3處理，B1處理效果最差；從超過55℃的高溫持續(xù)天數(shù)來看，B2和B3處理均超過12 d，B1處理僅持續(xù)了7 d左右?？偟膩砜?，接種促腐劑有利于提高堆體微生物活性，改善堆體功能微生物群落結(jié)構(gòu)，促使堆肥溫度快速上升，增加高溫持續(xù)天數(shù)，這與多數(shù)研究結(jié)論一致[10-11]。

圖1 不同促腐劑處理堆肥溫度的變化

2.2 不同促腐劑對堆肥含水率的影響

堆肥過程保持適宜的水分含量是堆肥成功的首要條件[12]。堆肥過程主要是微生物降解大分子有機物的過程，由于微生物缺乏有效的保水機制，因而微生物對外界水分變化極為敏感[13]。從圖2可知，隨著堆肥時間的延長，4個處理的含水率均呈現(xiàn)不同程度的降低，且表現(xiàn)為前期快速降低，后期緩慢減少的趨勢。與空白對照相比，接種促腐劑的處理水分降低速度更快，堆體含水率均低于CK處理；不同促腐劑處理間，在堆肥前期（0～10 d），堆體水分含量從低到高排列依次為B2＜B3＜B1；堆肥超過10 d后，各處理間含水率有所區(qū)別，但差異變小；堆肥結(jié)束時，B1、B2和B3處理含水率分別為36.27%、34.01%和36.33%。堆體水分的散失主要與堆體結(jié)構(gòu)、原料孔隙度、通風條件及發(fā)酵溫度等因素有關(guān)，在該試驗中主要是由于發(fā)酵溫度上升、水分蒸發(fā)散失而導致的，堆肥溫度變化趨勢恰能印證這一論斷。在整個堆肥過程中，高溫發(fā)酵階段（0～10 d），接種促腐劑處理平均含水量均保持在50%左右，可以滿足微生物生長與繁殖要求，后期快速脫水對實現(xiàn)有機肥工廠化生產(chǎn)有著重要的意義。

圖2 不同促腐劑處理堆肥含水率的變化

2.3 不同促腐劑對堆肥養(yǎng)分的影響

堆肥過程中，微生物在氧氣的作用下將有機物轉(zhuǎn)化為自身能量并釋放出熱量和二氧化碳[14]。堆料中碳素物質(zhì)（糖、纖維素、半纖維素及木質(zhì)素）主要作為微生物活動的能源和碳源。由圖3可知，與未發(fā)酵物料相比，發(fā)酵處理有機碳含量明顯降低；與CK處理相比，接種促腐劑處理的有機碳含量降低了8.12%～9.97%，差異達顯著水平（P＜0.05），這表明促腐劑促進了堆肥物料中碳素物質(zhì)的降解。不同促腐劑處理間有機碳含量差異不顯著（P＞0.05）。

從圖3還可以看出，堆肥發(fā)酵作用促進了大量元素養(yǎng)分的積累，其中全氮、全磷及全鉀含量較發(fā)酵前物料分別增加了23.40%～29.79%、5.06%～15.19%、22.37%～27.63%。這是因為堆肥過程中，隨著堆體有機質(zhì)不斷被降解，二氧化碳損失及水分蒸發(fā)，堆料中干物質(zhì)減少，養(yǎng)分濃度因“濃縮效應”而增加。接種促腐劑后，在一定程度上促進了元素的積累，其中B1和B2處理全氮含量顯著增加，但各處理全磷和全鉀的增加量并不顯著。不同促腐劑處理間，B2處理的全氮、全磷及全鉀含量均最高，其中B2處理的全磷含量顯著高于B3處理，但其他養(yǎng)分各促腐劑處理間差異不顯著。

圖3 不同促腐劑處理堆肥養(yǎng)分的變化

2.4 不同促腐劑對堆肥pH值與EC值的影響

堆肥結(jié)束后，腐熟產(chǎn)品的pH值過高或過低均不能直接施入土壤，一般應控制在5.5～8.5之間[8]。由圖4可知，堆肥發(fā)酵產(chǎn)品pH值均較未發(fā)酵前降低了0.45～0.66個單位。這可能是由于堆肥發(fā)酵過程中微生物降解有機物而產(chǎn)生大量低分子有機酸，并在腐熟過程中形成穩(wěn)定的腐植酸物質(zhì)導致的[15]。與CK處理相比，接種促腐劑后堆肥的pH值均有所降低，但除B2處理外，其他處理間的差異并不顯著。促腐劑處理的堆肥pH值從低到高排列依次為B2＜B3＜B1，各處理產(chǎn)品均符合NY 525—2012有機肥料產(chǎn)品要求。

EC值是反應堆體水溶性離子總濃度的指標，其大小與堆肥含鹽量有關(guān)[16]。從圖4還可以看出，經(jīng)過堆肥發(fā)酵后，產(chǎn)品的EC值明顯高于未發(fā)酵物料，這可能是由于堆肥過程大分子有機物分解為小分子，經(jīng)礦化作用轉(zhuǎn)化為離子狀態(tài)導致的。與CK處理相比，接種促腐劑的處理中除B3處理外，B1處理和B2處理的EC值均高于CK處理；促腐劑處理的堆肥EC值從高到低排列依次為B2＞B1＞B3。有機肥料標準中對于EC值沒有限量要求，在堆肥產(chǎn)品用作栽培基質(zhì)時，一般認為EC值安全上限為2.60 mS/cm，菇渣與雞糞接種促腐劑發(fā)酵后電導率值為2.52～2.67 mS/ cm，經(jīng)過簡單處理后可以作為栽培基質(zhì)直接使用。

圖4 不同促腐劑處理堆肥pH值與EC值的變化

2.5 不同促腐劑對堆肥重金屬含量的影響

堆肥產(chǎn)品施用的安全性一直是有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者與農(nóng)產(chǎn)品消費者重點關(guān)注的內(nèi)容，其中就包括重金屬含量是否超標[17]。堆肥中的重金屬含量越高，其生物有效性就越強，施入土壤后的潛在風險就越大。由表2可知，與未發(fā)酵物料相比，堆肥發(fā)酵后重金屬含量除Hg外，均不同程度顯著增加，其中Pb、Cr、Cd和As含量分別增加了47.10%～75.41%、62.32%～110.51%、21.15%～36.54%和6.91%～21.45%。重金屬含量增加是由于堆肥過程中水分、CO2揮發(fā)損失后，總干物質(zhì)重量下降以及堆體體積減小濃縮所致，而Hg含量保持不變甚至減小可能與堆肥發(fā)酵中高溫作用導致Hg揮發(fā)有關(guān)。接種促腐劑后，重金屬含量濃縮效應更加明顯（除Hg外），其中B2處理的Pb、Cr、Cd和As含量均最高，分別為15.12、5.81、0.71和3.34 mg/kg。根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)行NY 525—2012有機肥料標準中重金屬限量要求判斷，發(fā)酵后物料符合農(nóng)業(yè)用肥指標控制要求，可以直接施用，但仍需嚴格控制生產(chǎn)流程，避免環(huán)境污染。

表2 不同促腐劑處理堆肥重金屬含量的比較及限量要求（mg/kg）

3 結(jié)論與討論

堆肥物料中有機物的降解是在不同種類微生物共同作用下進行的，適當加入外源菌劑可以對堆肥進程起到較大促進作用[18]。堆肥發(fā)酵過程一般分為升溫、高溫、降溫和腐熟4個階段，各階段微生物菌落數(shù)量與組成有所不同，每種微生物所起的作用也有差異[19]。有研究表明，在自然堆肥初期接種微生物菌劑可以降解園林廢棄物中的木質(zhì)素和纖維素，縮短腐熟時間并提高堆肥產(chǎn)率，接種EM菌劑則有利于有機肥料機質(zhì)的礦化作用[20-21]。該試驗結(jié)果也表明，促腐劑對菇渣-雞糞混合物的腐熟降解有一定的促進作用，具體表現(xiàn)為堆體升溫加快，高溫持續(xù)時間加長，腐熟效率提高等。

堆肥過程中有機物不斷被降解，干物質(zhì)逐漸減少，同時由于高溫作用，堆體中含水率不斷降低，堆體中無機養(yǎng)分會產(chǎn)生濃縮效應，使養(yǎng)分含量相對增加[22]。該研究發(fā)現(xiàn)，接種促腐劑后，能促進有機質(zhì)的分解，加快堆體水分的蒸發(fā)，從而加劇“濃縮效應”，提高堆肥產(chǎn)品的養(yǎng)分含量，這與李楊等[22]的研究結(jié)果一致。楊坤等[23]的研究表明，在養(yǎng)分濃縮的同時，重金屬總含量也表現(xiàn)出相同的趨勢，但其最終產(chǎn)品重金屬含量均低于相應國家標準限量要求，可以作為有機肥料直接施用于農(nóng)田，但這類堆肥發(fā)酵產(chǎn)品仍需加強管理，避免因有機肥重金屬含量過高而引起土壤環(huán)境再次污染。

總的來看，3種不同配比的促腐劑中，以B2菌劑的效果最好，因此認為B2菌劑是適合蘭陵地區(qū)菇渣-雞糞混合物高溫發(fā)酵的菌劑。但研究僅在堆肥發(fā)酵初期接種了菌劑，在今后的研究中還應綜合考慮各種因素，調(diào)整接種菌劑的時間與用量，以探求更加科學地高溫好氧堆肥技術(shù)。

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（責任編輯：成 平）

EffectsofDifferentDecomposerAcceleratorsonFermentationPerformanceofMushroomResidue-ChickenManureMixture

LV Le-fu1，LIU Dian-ping2，ZHAO Xu-dong1，GAO Xiang3
（1. National Center for Quality Supervision and Testing for Fertilizers, Linyi 276000, PRC; 2.Shandong Shibeimei Fertilizer Co., Ltd., Linyi 276000, PRC; 3.Soil and Fertilizer Station, Agricultural Bureau of Lanling County, Linyi 276000, PRC）

In this study, decomposer accelerators were added to the compost with mushroom residue and chicken manure as raw materials, and effects of the decomposer accelerators on the fermentation performance of the compost were investigated. The results showed that the physicochemical properties of the mushroom residue and chicken manure were improved by adding decomposer accelerators. In the fermentation process, temperature rise of the compost was accelerated, days of decomposition at 55℃ or higher were increased, organic carbon content was decreased, and accumulated nutrients content of nitrogen, phosphorus and potassium increased significantly. Among the three treatments by adding decomposer accelerators, the treatment of B2 had a better effect on the fermentation performance. After the fermentation and decomposition, the heavy metals content in the mixture of mushroom residue and chicken manure increased remarkably, but the total content was in accord with the limited requirement of NY 525-2012 organic fertilizer standard, and the direct application of these products should pay attention to regulation, so as to avoid agricultural pollution.

mushroom residue; chicken manure; decomposer accelerator; fermentation

S141.4

A

1006-060X（2017）05-0048-05

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.005.014

2017-03-07

臨沂市重大科技創(chuàng)新項目（臨財企〔2014〕43號）

呂樂福（1986-），男，陜西咸陽市人，工程師，主要從事新型肥料研究與利用工作。

趙旭東