菌劑添加對蔬菜用農(nóng)家肥發(fā)酵效果的影響

馬躍，邱鵬飛

（1.中國中化集團(tuán)有限公司農(nóng)業(yè)事業(yè)部，北京100000；2.中化農(nóng)業(yè)<臨沂>研發(fā)中心有限公司，山東臨沂276000）

在畜禽糞便當(dāng)中，豬糞里發(fā)營養(yǎng)成分是很豐富的，可以做肥料使用，不僅促進(jìn)蔬菜的生長發(fā)育有很大的幫助，而且還能防止蔬菜土壤板結(jié)，促進(jìn)蔬菜的根系發(fā)達(dá)，預(yù)防土壤病害，使蔬菜達(dá)到增產(chǎn)增收的目的[1，2]。但是豬糞必須經(jīng)過適當(dāng)處理才可以做有機(jī)肥使用。未經(jīng)處理的豬糞直接施用在蔬菜上容易導(dǎo)致有害菌的繁殖，使蔬菜生長產(chǎn)發(fā)生多種病蟲害。

將畜禽糞便進(jìn)行堆肥處理，利用微生物的降解作用將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，堆肥后返田為土壤提供大量腐殖質(zhì)和有機(jī)態(tài)的營養(yǎng)物質(zhì)[3]，這是一條環(huán)境友好的可持續(xù)發(fā)展之路，既能利用廢棄物，又可以涵養(yǎng)土地，促進(jìn)生態(tài)修復(fù)和自然環(huán)境改善。但近年來隨著規(guī)模化養(yǎng)殖的快速發(fā)展，畜禽糞便對環(huán)境造成的污染日益嚴(yán)重，我國畜禽糞便的總體土地負(fù)荷值已超過0.49，呈現(xiàn)出比較嚴(yán)重的壓力水平（小于0.4 為宜）[4]。多數(shù)規(guī)模化養(yǎng)殖廠均未進(jìn)行環(huán)境影響評價，而且設(shè)施相對比較落后，節(jié)能減排和對畜禽糞便無害化處理及資源化利用是現(xiàn)階段我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展面臨的新挑戰(zhàn)[5]。在處理畜禽糞便的過程中避免不了會出現(xiàn)發(fā)酵腐熟程度低、周期長等問題，通過添加外源菌劑提高發(fā)酵溫度、殺死或控制病原微生物的生長，改善微生物群落結(jié)構(gòu)，提高有益菌群在有機(jī)肥中的比例，同時提高畜禽糞便的腐熟度，達(dá)到改善土壤理化性狀，提高土壤肥力，促進(jìn)作物生長，防治土傳病害的目的[6]。本研究從腐爛秸稈和畜禽糞便中篩選4 種較好的發(fā)酵菌株，將其與酵母菌復(fù)配，制得3 種復(fù)合菌劑，對豬糞不同處理發(fā)酵過程中溫度、發(fā)芽指數(shù)（GI）的變化情況，以及腐熟成品的常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行了測定，以便于解決畜禽糞便對環(huán)境的污染，同時提高畜禽糞便發(fā)酵成品的質(zhì)量，縮短發(fā)酵時間，節(jié)約成本。

1 材料與方法

1.1 供試材料

菌劑選用從腐爛秸稈和畜禽糞便中自主篩選的菌株淡紫擬青霉D1、哈茨木霉H1、枯草芽孢桿菌K1、圓褐固氮菌Y1，與釀酒酵母復(fù)配后制得三種復(fù)合菌劑，分別為MT1（D1、K1、Y1 和J1 復(fù)配）、MT2（H1、K1、Y1 和J1復(fù)配）、MT3（D1、H1、K1、Y1 和J1 復(fù)配），MT1、MT2 復(fù)配菌劑各物質(zhì)之間的比例為1:1:1:1，MT3 復(fù)配菌劑各物質(zhì)之間的比例為1:1:1:1:1。新鮮豬糞購于河南南陽牧原食品股份有限公司，統(tǒng)糠和粉煤灰由湖北石首稼寶肥業(yè)有限公司提供。黃瓜種子購于天津宏豐蔬菜研究有限公司。豬糞、統(tǒng)糠和粉煤灰養(yǎng)分含量指標(biāo)如表1 所示。

表1 各材料原始指標(biāo)含量（均以濕基計）Table 1 Contents of raw indicators for each material(all measured on a wet basis)

1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計

試驗(yàn)選擇在湖北省石首市稼寶生物肥業(yè)有限公司進(jìn)行。試驗(yàn)采用新鮮豬糞，經(jīng)檢測水分含量為60.67%，每個處理添加統(tǒng)糠150 kg、粉煤灰2.5 t 和不同的發(fā)酵菌劑各5 kg、豬糞25 t。CK 為對照組不添加菌劑；MT1、MT2、MT3 處理分別添加MT1、MT2、MT3 復(fù)合菌劑混合均勻，使含水量達(dá)到55%左右，C/N 為28:1，將其堆成長27 m、高1.7 m、底寬6 m 的堆體，每個處理之間用塑料膜隔開，堆體下方進(jìn)行曝氣，上部覆膜處理，進(jìn)行好氧發(fā)酵，每天用溫度計監(jiān)測溫度，從第三周開始進(jìn)行黃瓜發(fā)芽指數(shù)的測定，試驗(yàn)周期定為5 周。

1.3 試驗(yàn)指標(biāo)測定

1.3.1 溫度監(jiān)測

每天進(jìn)行溫度監(jiān)測，每個處理選取堆體兩邊和上部3 個點(diǎn)測定，取樣深度為堆體30～60 cm。

1.3.2 黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)的測定

從第三周開始取樣，每周各測一次。每個處理周圍和上部取9 個點(diǎn)，取樣深度為30～60 cm，共500 g 樣品，混合均勻后送中化農(nóng)業(yè)臨沂研發(fā)中心實(shí)驗(yàn)室測定。

稱取堆肥樣品10.0 g，置于250 mL 錐形瓶中，按固液比（質(zhì)量: 體積）1:10 加入100 mL 的去離子水或蒸餾水，封口膜封口后垂直固定于搖床上，轉(zhuǎn)速為170 rpm/min，在室溫下浸提1 h，取下靜止0.5 h 后，取上清液過濾，收集浸提液，搖勻后備用。在9 cm 培養(yǎng)皿上墊上兩張濾紙，放入大小均勻、顆粒飽滿的黃瓜種子15 粒，加入堆肥浸提液5 mL，蓋上皿蓋，在25 ℃的培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)48 h，統(tǒng)計發(fā)芽率并測量根長。每個樣品3 個重復(fù)，以去離子水或蒸餾水作對照。

發(fā)芽指數(shù)GI 的計算公式參考文獻(xiàn)4 的方法[4]，具體見式（1）。發(fā)芽指數(shù)試驗(yàn)評價如表2 所示。

表2 黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)的試驗(yàn)評價Table 2 Evaluation of germination index test

1.3.3 理化與微生物指標(biāo)

農(nóng)家肥國家標(biāo)準(zhǔn)各指標(biāo)測定：第五周時各處理分別測定總養(yǎng)分（氮、磷、鉀）、有機(jī)質(zhì)、含水量、pH，挑選腐熟度最高的處理和對照組測定重金屬（鉻、鎘、砷、汞、鉛）、抗生素（土霉素、金霉素、四環(huán)素、強(qiáng)力霉素）、糞大腸菌群和蛔蟲卵死亡率等指標(biāo)，測定方法由中化農(nóng)業(yè)臨沂研發(fā)中心參照中華人民共和國有機(jī)肥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY525-2012要求進(jìn)行[7]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同菌劑處理對發(fā)酵溫度的影響

豬糞添加復(fù)合菌劑試驗(yàn)溫度記錄情況如圖1 所示，各處理溫度上升速度為MT3＞MT2＞MT1＞對照組；發(fā)酵最高溫度為MT3＞MT2＞MT1＞對照組。前期溫度上升較快，尤其是添加MT2 和MT3 復(fù)合菌劑的處理，與對照組相比有明顯差異，添加MT1 菌劑的處理與對照組相比差異不明顯。而且添加MT2 和MT3 復(fù)合菌劑的處理溫度較高，可達(dá)70 ℃，遠(yuǎn)高于對照組，三周以后各處理發(fā)酵溫度開始下降，逐漸趨于平穩(wěn)接近55 ℃，但添加MT2 和MT3復(fù)合菌劑的處理溫度仍高于對照組。結(jié)果表明添加MT3和MT2 復(fù)合菌劑能夠促進(jìn)豬糞發(fā)酵溫度迅速上升且保持較高溫度，高溫有利于殺死有害微生物，同時可以促進(jìn)糞便中纖維素、半纖維素等物質(zhì)的分解，縮短發(fā)酵時間，提高腐熟程度。

圖1 不同處理發(fā)酵溫度變化情況Table 1 The change of fermentation temperature in different treatments

2.2 不同處理對黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)的影響

圖圓 不同處理的堆肥對黃瓜發(fā)芽指數(shù)的影響Fig.2 Effects of different treatments on cucumber index of compost

分別采集各處理發(fā)酵第三、四、五周時的樣品進(jìn)行黃瓜種子的發(fā)芽試驗(yàn)，確定腐熟程度。檢測結(jié)果如圖2 所示，第三、四、五周黃瓜種子的發(fā)芽指數(shù)為MT3＞MT2＞MT1＞對照組，在第三周時對照組黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)為74.35%，未完全腐熟，有一定的風(fēng)險，添加MT3 和MT2復(fù)合菌劑的處理發(fā)芽指數(shù)超過80%，分別達(dá)到87.47%和80.81%，已經(jīng)完全腐熟，安全性高，與對照組相比均差異顯著；添加MT1 復(fù)合菌劑的處理與對照組相比差異不顯著，說明在第三周時添加MT3 和MT2 的處理已經(jīng)腐熟。

在第四周時各處理?xiàng)l件下黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)均超過80%，已經(jīng)完全腐熟，其中添加MT3 和MT2 復(fù)合菌劑的兩個處理?xiàng)l件下黃瓜種子的發(fā)芽指數(shù)超過100%，分別達(dá)到115.61%和108.51%，對照組發(fā)芽指數(shù)為86.34%，在第五周時添加復(fù)合菌劑的三個處理?xiàng)l件下黃瓜種子的發(fā)芽指數(shù)均超過100%，對照組發(fā)芽指數(shù)為97.84%，均已完全腐熟，安全性高，第三、四、五周添加MT3 復(fù)合菌劑的處理與添加MT2 復(fù)合菌劑的處理相比差異均不顯著；第四、五周添加MT3 和MT2 復(fù)合菌劑的兩個處理與對照組相比差異均顯著；添加MT1 復(fù)合菌劑的處理與對照組相比差異不顯著；說明添加復(fù)合菌劑可以提高有效促進(jìn)豬糞發(fā)酵，三周即可達(dá)到完全腐熟，使用安全性高，同時也可以縮短發(fā)酵時間，其中MT3 菌劑效果最好，MT2 菌劑次之。

2.3 發(fā)酵第五周時各處理的發(fā)酵結(jié)果

第五周發(fā)酵完成時各處理發(fā)酵結(jié)果如表4 所示，對照組豬糞通過發(fā)酵后有機(jī)質(zhì)含量為57.93%，添加復(fù)合菌劑的各處理有機(jī)質(zhì)含量分別為MT1 62.28%，MT2 56.22%、MT3 58.35%，而且各處理總養(yǎng)分含量、pH 值和含水量均處于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。

表源 豬糞發(fā)酵第五周時各處理的發(fā)酵結(jié)果Table 源 Fermentation results of each treatment during the fifth week of pig manure fermentation

進(jìn)行重金屬檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)MT3 處理和對照組重金屬鉻、鉛含量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)，且其他重金屬指標(biāo)均未檢出。MT3 處理和對照組糞大腸菌群數(shù)均小于3.0 MPN/g，蛔蟲卵死亡率均達(dá)到100%；結(jié)果表明添加MT3復(fù)合菌劑的處理和對照組各指標(biāo)均達(dá)到了國家有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)的要求，說明MT3 菌劑可以有效促進(jìn)豬糞發(fā)酵，能作為有機(jī)肥料進(jìn)行農(nóng)業(yè)推廣應(yīng)用。

3 小結(jié)與討論

近年來，國家農(nóng)業(yè)部門高度重視蔬菜生產(chǎn)中化肥減施增效技術(shù)的研究與推廣[8]。農(nóng)家肥目前在我國已形成較大的生產(chǎn)規(guī)模，在降低化肥使用量、提高化肥利用率和減少因化肥過量使用導(dǎo)致的環(huán)境污染等方而取得了較好的效果[9]，而農(nóng)家肥的主要原料就是畜禽糞便，畜禽糞便如果不能得到充分高效的處理利用，一方面會造成資源浪費(fèi)，另一方面，也會造成污染環(huán)境。畜禽糞便清潔生產(chǎn)、無害化處理、資源化利用極為重要。畜禽糞便發(fā)酵成品各指標(biāo)是否符合國家有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)是判斷其是否發(fā)酵完全的標(biāo)志，由于成本低、無害化程度高、腐熟效果好、處理能力大，堆肥腐熟發(fā)酵仍然是我國今后長時期內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)畜禽糞便處理常用和主要的方式[10]，但是傳統(tǒng)簡單化堆肥發(fā)酵，豬糞很難達(dá)到無害化的要求，越來越多的研究者就開始探索高效的發(fā)酵方式，其中添加外源發(fā)酵菌劑就是一種重要手段[11,12]。

本研究主要通過添加不同的外源發(fā)酵菌劑對豬糞進(jìn)行好氧堆肥發(fā)酵，結(jié)果表明添加外源發(fā)酵菌劑可顯著促進(jìn)豬糞堆肥達(dá)到升溫快、溫度高的效果，結(jié)合曝氣可以在短時間內(nèi)腐熟完全，尤其是添加MT3 復(fù)合菌劑的處理溫度最高可達(dá)70 ℃，高于對照組，可更有效地殺死蛔蟲卵和其它病原微生物，而且在第三周時發(fā)芽指數(shù)已經(jīng)超過80%，遠(yuǎn)高于對照組，第五周時各指標(biāo)已均符合國家有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)，腐熟效果最佳，說明MT3 復(fù)合菌劑可作為發(fā)酵豬糞的菌劑使用。本研究為添加菌劑發(fā)酵豬糞提供了依據(jù)，并通過探索新的畜禽糞便發(fā)酵技術(shù)研發(fā)出更為高效的發(fā)酵菌劑，加快了畜禽糞便的轉(zhuǎn)化效率，以便更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。