奶牛糞便不同堆肥方式的比較研究

劉文清，王德冰，王麗霞，曲威，邵蕾

（1.中國農(nóng)業(yè)大學煙臺研究院，煙臺 264670；2.煙臺市牟平區(qū)畜牧獸醫(yī)局，煙臺 264100）

★養(yǎng)殖環(huán)境保護

奶牛糞便不同堆肥方式的比較研究

劉文清1，王德冰2，王麗霞1，曲威1，邵蕾1

（1.中國農(nóng)業(yè)大學煙臺研究院，煙臺 264670；2.煙臺市牟平區(qū)畜牧獸醫(yī)局，煙臺 264100）

本研究以奶牛糞便為原料，通過自然堆放（T1）、被動通風靜態(tài)堆肥（T2）、條垛式翻堆堆肥（T3）、槽式翻堆堆肥（T4）4種堆肥方式研究堆肥過程中溫度的變化，并對堆肥的產(chǎn)品進行評價，為奶牛糞便的低成本、簡易資源化利用提供參考依據(jù)。結(jié)果表明，T1堆肥最高溫度低于50℃，T2、T3、T4堆肥溫度≥50℃的時間分別持續(xù)了6、10、10d。T1處理的堆肥產(chǎn)品糞大腸桿菌數(shù)和蛔蟲卵死亡率不符合《有機肥料》（NY525-2012）規(guī)定，T2、T3、T4處理符合規(guī)定；發(fā)芽率試驗表明，T1處理的堆肥產(chǎn)品未完全腐熟，對植物生長具有毒害，而T2、T3、T4處理的堆肥產(chǎn)品達到腐熱，對植物生長無毒害作用。

奶牛糞便；堆肥；相對發(fā)芽指數(shù)

隨著我國規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，大量畜禽糞便已成為新的污染源，阻礙養(yǎng)殖業(yè)集約化發(fā)展[1]。高溫好氧堆肥是畜禽糞便無害化處理和肥料化利用的重要途徑[2,3]。將養(yǎng)殖糞便進行資源化處理，不僅可以解決養(yǎng)殖業(yè)帶來的環(huán)境污染問題，還可以改良土壤結(jié)構(gòu)、降低化肥用量、提高作物產(chǎn)量，所以具有重要的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益[4]。

奶牛糞便含水量高，并有膠質(zhì)保護，水分不易揮發(fā)[5]；含有大量纖維素，通常與半纖維素和木質(zhì)素連接在一起，其非均質(zhì)基團為己糖、戊糖、糖醛酸聚合體，它們在物料中常與一些更難分解的物質(zhì)相復(fù)合，因此比較難降解。然而，在我國的絕大多數(shù)養(yǎng)殖場，處理和利用廢棄物以及保護生態(tài)環(huán)境意識淡薄，投資大、工藝復(fù)雜的堆肥技術(shù)不易推廣，造成糞便污染問題難以解決。因此，探索工藝簡單、投資節(jié)省的堆肥技術(shù)是當務(wù)之急。本研究以奶牛糞便為原料，通過簡單堆放、被動通風靜態(tài)堆肥、條垛式翻堆堆肥、槽式翻堆堆肥4種堆肥方式研究堆肥過程中溫度的變化，并對堆肥的產(chǎn)品進行評價，以期為奶牛糞便的低成本、簡易資源化利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

表1 堆肥原料的理化性質(zhì)

牛糞為煙臺市長生奶牛場的新鮮牛糞，花生殼粉為市購，其理化性質(zhì)見表1。發(fā)酵菌種為山東君德生物科技有限公司的有機肥發(fā)酵劑。

1.2 試驗方法

堆肥是微生物作用的過程，微生物生命活動受到堆肥原料C/N、含水率、通氣性、pH、有機質(zhì)等的影響，必須要經(jīng)過嚴格的發(fā)酵物料配比和過程控制，才能滿足微生物生命活動需要。文獻顯示發(fā)酵物料要求含水量50%～60%，C/N調(diào)整為25～30:1。本試驗經(jīng)過計算，新鮮牛糞和花生殼粉按照鮮重的2.1:1混合（混合物的理化性質(zhì)見表2），按照1L/t的量將發(fā)酵菌種添加到發(fā)酵物料中。

表2 堆肥原料混合后的理化性質(zhì)

1.2.1 自然堆放（T1）

將混合后的發(fā)酵物料添加發(fā)酵菌劑后堆成直徑1.5m、高1m的圓錐堆體。發(fā)酵期間不翻堆。為了堆體保溫的需要，堆肥期間在堆體表面蓋一層塑料薄膜進行保溫。

1.2.2 被動通風靜態(tài)堆肥（T2）

將混合后的發(fā)酵物料添加發(fā)酵菌劑后堆成直徑1.5m、高1m的圓錐堆體。堆料混合物料鋪在孔徑約為0.5mm的紗網(wǎng)上，紗網(wǎng)下鋪設(shè)間距約3cm的紅磚，在紅磚間形成進氣通道。

1.2.3 條垛式翻堆堆肥（T3）

將混合后的發(fā)酵物料添加發(fā)酵菌劑后堆成直徑1.5m、高1m的圓錐堆體。第3天和第7天翻堆，以后每隔一周翻堆一次。

1.2.4 槽式翻堆堆肥（T4）

將混合后的發(fā)酵物料添加發(fā)酵菌劑后放入長25m、寬5m、高0.8m的發(fā)酵槽中，采用翻堆機翻堆，每天翻堆一次。

1.3 測定指標與方法

發(fā)酵過程中定期測定堆體中部的溫度，連續(xù)2次測量的堆體溫度與室溫相同則發(fā)酵結(jié)束，采集堆肥樣品測定理化性質(zhì)。

發(fā)酵結(jié)束后采樣，按照《有機肥》（NY525-2012）測定發(fā)酵產(chǎn)物中的有機質(zhì)、氮、磷、鉀和含水量、大腸菌群數(shù)量、蛔蟲卵死亡率。

測定發(fā)酵產(chǎn)物的水提取液對植物種子發(fā)芽的生理毒性[6]：取樣品10g，按1:2加入蒸餾水搖動5min。紗布過濾，濾液以3 000r/min離心10min，上清液稀釋5倍。再取直徑9cm培養(yǎng)皿，內(nèi)放兩層濾紙，在濾紙上滴加10mL堆肥浸提稀釋液，均勻擺放20粒種子，放置在25℃恒溫箱中培養(yǎng)6d，統(tǒng)計發(fā)芽率和發(fā)芽幼苗的根長，以清水處理為對照(CK) ，每個處理3次重復(fù)。相對發(fā)芽指數(shù)（GI）計算公式為：GI = ( 堆肥浸提液處理種子發(fā)芽率×堆肥浸提液處理平均根長) /( 清水對照種子發(fā)芽率×清水對照平均根長) 。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵過程中溫度的變化

堆肥過程的完成即堆肥達到穩(wěn)定化的指標，一般以腐熟度表示。目前衡量腐熟度的方法可分為物理指標、化學指標、生物學指標以及毒理學指標[7]。本次試驗的著重點是研究污泥的好氧堆肥過程，而腐熟階段的外在體現(xiàn)可以通過溫度的變化來反映。一般而言，腐熟階段的完成過程中，溫度的變化需要經(jīng)歷升溫、恒溫以及降溫的過程，伴隨著降溫過程的結(jié)束，腐熟階段也基本已完成。由圖1可以看出，4個處理的發(fā)酵周期內(nèi)溫度的變化經(jīng)歷了升溫、恒溫和降溫的過程。T1、T2、T3、T4的發(fā)酵周期分別為56、46、28、24d。T2處理發(fā)酵周期相比T1縮短10d，T3較T2縮短18d，T4較T3縮短4d。

圖1 發(fā)酵溫度變化

《糞便無害化衛(wèi)生標準》（GB 7959-2012）規(guī)定的好氧發(fā)酵的衛(wèi)生要求是：人工翻堆堆溫≥50℃的時間至少持續(xù)10d或者堆溫≥60℃的時間至少持續(xù)5d，機械翻堆堆溫≥50℃的時間至少持續(xù)2d。T1處理的最高溫度為38℃，沒有達到《糞便無害化衛(wèi)生標準》要求。王國興以牛糞和草坪草為原料的堆肥試驗中，未通風處理的堆體溫度47℃維持了2d，也未達到50℃的要求[8]。由于未翻堆造成堆體中氧氣不足，影響了好氧微生物的生長，從而降低了堆體的溫度、延長了發(fā)酵周期[9]。T2處理的最高溫度為58℃，堆溫≥50℃的時間持續(xù)了6d。經(jīng)過翻堆的T3和T4處理最高溫度分別為63℃和68℃，溫度高于50℃的時間持續(xù)了10d，達到了《糞便無害化衛(wèi)生標準》要求。T2處理在第6天溫度超過50℃， T3、T4處理在第4天溫度超過50℃。

2.2 發(fā)酵產(chǎn)物的理化性質(zhì)分析

堆肥過程中，一方面由于有機氮的礦化、持續(xù)性氨的揮發(fā)及硝態(tài)氮的反硝化作用引起堆肥過程中氮素的損失；另一方面，由于微生物的分解，堆肥原料總質(zhì)量下降，堆肥產(chǎn)物中氮的濃度相對提高。本試驗中相對于堆肥原料的含氮量，T1處理的氮含量下降（表3），原因可能為：T1處理由于不翻堆造成了堆體中氧氣供應(yīng)不足，并且發(fā)酵周期也長于其他處理，因此反硝化作用加劇了氮的損失；并且由于發(fā)酵不充分，堆體的總質(zhì)量下降量低于其他處理。相對于堆肥原料的含氮量，T2、T3和T4處理的氮含量提高，這與高建程[9]、胡雨彤[7]的試驗結(jié)果相同。

表3 堆肥產(chǎn)物理化性質(zhì)

《有機肥料》（NY525-2012）規(guī)定，有機肥中總養(yǎng)分含量≥5%。本試驗中4個處理的堆肥產(chǎn)物中總養(yǎng)分含量都低于5%。施寵以牛糞和玉米秸稈為原料發(fā)酵后產(chǎn)物的總養(yǎng)分含量也低于5%[10]。發(fā)酵過程中，由于物料發(fā)酵產(chǎn)生的高溫和機械翻料攪拌作用，促使物料水分蒸發(fā)。添加發(fā)酵菌劑的T2處理堆肥產(chǎn)物中含水量高于T1；翻堆次數(shù)多的T4含水量低于T3。發(fā)酵過程中微生物的生長需要分解有機質(zhì)，造成堆肥產(chǎn)物中有機質(zhì)含量的下降。T1處理發(fā)酵的有機質(zhì)含量顯著高于T3和T4，原因可能是：T1發(fā)酵不充分，微生物分解的有機質(zhì)少于T3和T4。

糞大腸桿菌數(shù)和蛔蟲卵死亡率表示堆肥產(chǎn)品的安全性?！队袡C肥料》（NY525-2012）規(guī)定有機肥中糞大腸桿菌數(shù)≤100個/g和蛔蟲卵死亡率≥95%。T1處理由于發(fā)酵不充分，糞大腸桿菌數(shù)和蛔蟲卵死亡率都不達標。T3和T4溫度高于50℃時間都持續(xù)了10d，達到了《糞便無害化衛(wèi)生標準》（GB 7959-2012）的限定值，糞大腸桿菌數(shù)和蛔蟲卵死亡率符合《有機肥料》（NY525-2012）規(guī)定。雖然T2處理堆溫≥50℃時間只持續(xù)6d，但是其糞大腸桿菌數(shù)和蛔蟲卵死亡率也達標。

2.3 發(fā)酵產(chǎn)物對發(fā)芽率的影響

相對發(fā)芽指數(shù)（GI）是評價堆肥腐熟度的重要指標，通常認為GI>50%時堆肥對植物生長基本沒有毒害作用，GI>80%時則堆肥對植物生長完全沒有毒害作用[11]。T3、T4的發(fā)芽率與清水對照差異不顯著，但根長高于清水對照，且GI大于80%，說明腐熟充分，對植物的生長無毒害作用（表4）。T2處理的發(fā)芽率雖然低于清水對照，但GI大于80%，對植物生長也無毒害作用。T1處理的發(fā)芽率和根長低于清水對照，GI為67.58%，說明未充分腐熟，對植物的生長有毒害作用。

表4 堆肥產(chǎn)物的種子發(fā)芽率試驗結(jié)果

3 討論與結(jié)論

T1處理發(fā)酵周期為56d，最高溫度和高溫持續(xù)天數(shù)未達到《糞便無害化衛(wèi)生標準》（GB 7959-2012）規(guī)定的好氧發(fā)酵衛(wèi)生要求，發(fā)酵產(chǎn)物中糞大腸桿菌數(shù)和蛔蟲卵死亡率也未達到《有機肥料》（NY525-2012）規(guī)定的限量值。因此T1處理發(fā)酵不充分，對種子的發(fā)芽產(chǎn)生了抑制作用。

T3和T4處理采用了工廠化堆肥方式，溫度高于50℃的時間都持續(xù)了10d，堆肥產(chǎn)品達到了好氧發(fā)酵的衛(wèi)生要求，發(fā)酵產(chǎn)物中糞大腸桿菌數(shù)和蛔蟲卵死亡率也符合國標，GI也大于80%。因此這兩種堆肥方式均可以作為奶牛場糞便處理的方式。

T2處理的發(fā)酵周期為46d，堆溫≥50℃時間僅持續(xù)6d，但是發(fā)酵產(chǎn)物中糞大腸桿菌數(shù)和蛔蟲卵死亡率符合國標，其GI也大于80%。因此將牛糞與秸稈混合后添加發(fā)酵菌劑、被動通風靜態(tài)堆放可以作為奶牛場糞便處理的一種手段。

相對于工廠化的條垛式、槽式翻堆堆肥，被動通風靜態(tài)堆放不需要購置翻堆機、節(jié)省了翻堆的人力和電力投入，且堆肥產(chǎn)品病原菌達標、對植物生長無毒害作用。因此，被動通風靜態(tài)堆放可以作為規(guī)?；膛ｐB(yǎng)殖場糞便處理的簡易處理方式。

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Comparison Study on Composting Technology of Cow Manure

LIU Wen-qing1, WANG De-bing2, WANG Li-xia1, QU Wei1, SHAO Lei1
(1.China Agricultural University (Yantai), Yantai 264670; 2.Animal Husbandry and Veterinary of Muping District,Yantai 264100)

In order to discuss the low-cost resource utilization of cow manure, the natural composting, passive aeration static composting, windrow composting and trough composting were studied. The change of composting temperature and composting products were tested. The results showed that, the composting temperature of T1 was less than 50℃, and the composting temperature above 50℃ of T2,T3,T4 continued respectively for 6, 10, 10d.The fecal coliform count and ascaris eggs mortality of T1 didn't meet the requirements of the national standard (＜Organic fertilizer NY-525-2012＞), but T2, T3, T4 met the requirements of the national standard. The experiment of germination rate showed that the composting product of T1 didn't fermented thoroughly and was poisonous to the plant, but the T2, T3, T4 were adverse.

Cow manure; Composting; Relative germination index

X713

A

1004-4264（2017）10-0067-04

10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.10.017

2017-03-06

煙臺市科技發(fā)展計劃項目（2015ZH070）。

劉文清（1996-），女，漢族，本科，主要從事土壤肥料方面的研究工作。

邵蕾，男，副教授，博士。