牛糞和秸稈好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)

劉術(shù)均

（遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，遼寧沈陽110161）

我國是農(nóng)業(yè)大國，每年養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)都會產(chǎn)生大量的農(nóng)業(yè)廢棄物，據(jù)統(tǒng)計，養(yǎng)殖業(yè)每年大約產(chǎn)生3.8 億t 的禽畜糞便，綜合利用率不足60%，種植業(yè)每年產(chǎn)生的秸稈近9 億t，約有2 億t 未被有效利用[1-3]。這些未能被綜合利用的農(nóng)業(yè)廢棄物中含有豐富的有機質(zhì)和農(nóng)作物生長所需的營養(yǎng)成分，同時存在不利于農(nóng)作物生長和人類健康的病原菌、蟲卵、重金屬和抗生素，這些農(nóng)業(yè)廢棄物如不加以綜合利用、變廢為寶，而是隨意排放、肆意焚燒，將會對生態(tài)環(huán)境造成極大危害。

2016 年中央1 號文件中關(guān)于加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式做出明確部署，對于農(nóng)業(yè)廢棄物資源的再利用給予高度重視，國內(nèi)許多專家學(xué)者一直在研究和倡導(dǎo)農(nóng)業(yè)廢棄物無害化處理和綜合利用技術(shù)，目前應(yīng)用較為廣泛的是農(nóng)業(yè)廢棄物的好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)，就是將農(nóng)業(yè)廢棄物進行堆制，并利用農(nóng)業(yè)廢棄物原有的好氧菌或人為添加微生物菌劑，對農(nóng)業(yè)廢棄物進行生物降解，從而達到無害化并實現(xiàn)資源再利用的技術(shù)。該文研究并闡述了牛糞和秸稈的好氧堆肥技術(shù)，以期為養(yǎng)殖場和有機肥廠農(nóng)業(yè)廢棄物的無害化處理提供依據(jù)。

1 原料和場地的準(zhǔn)備

1.1 牛糞和秸稈的準(zhǔn)備

發(fā)酵的原料主要是牛糞和玉米秸稈，最好是干料，不含其他雜質(zhì)；好氧發(fā)酵堆體的初始含水率和物料的粒度是發(fā)酵成敗的關(guān)鍵，有研究表明，好氧發(fā)酵初始含水率為55%～65%時，堆體中微生物活性最大、堆肥效果最佳[4]，水分高于60%，氧氣活動被抑制，微生物活力下降，容易轉(zhuǎn)化為厭氧活動。因此，如果原料是鮮牛糞和鮮秸稈，需進行晾曬，曬干后將大塊的牛糞進行簡單粉碎，再將曬干的秸稈粉碎成小于1 cm 的小碎塊，各自堆放備用。

1.2 腐熟劑的準(zhǔn)備

外源微生物可加速堆肥初期基質(zhì)的分解，提高堆體溫度，也能加快木質(zhì)纖維素的降解，促進堆體后熟，縮短堆肥周期。該試驗發(fā)酵菌劑由河南益加益生物工程有限公司提供，主要由枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、側(cè)芽孢桿菌、植物乳桿菌及多種有益菌復(fù)合而成，平均每1 t 物料可用0.5～1.0 kg 發(fā)酵菌劑，為了使菌劑和物料混合均勻，先將發(fā)酵菌劑與一定量的米糠、麥麩或谷粉等均勻混合配制成腐熟劑備用。

1.3 場地的準(zhǔn)備

根據(jù)發(fā)酵物料的多少選擇適宜的場地，盡量選擇地勢平坦、能夠避雨且通風(fēng)良好的地方，一般選擇通風(fēng)好的倉庫、簡易房或遮雨棚。好氧堆肥發(fā)酵效果不僅受物料堆溫度、濕度的影響，還要保證一定量的氧氣供應(yīng)，需要經(jīng)常進行翻堆、噴水等操作，如果發(fā)酵量比較大，除了考慮供水設(shè)備還要考慮鏟車等機械設(shè)備的操作，因此，場地要足夠開闊，并且能夠遮雨，還要設(shè)計好堆體的大小和距離，要方便鏟車的操作和物料的運輸。

2 堆肥過程

2.1 堆肥時間

在遼寧地區(qū)，好氧堆肥發(fā)酵最好選擇每年5—10月，外界環(huán)境溫度相對較高，有利于提高堆體的溫度，保證堆體內(nèi)微生物良好的活性，可縮短發(fā)酵周期，并且通風(fēng)、噴水、翻堆等操作也比較方便。其他時間，外界環(huán)境溫度低，會影響堆體的整體溫度，物料堆內(nèi)外溫差大，發(fā)酵不均勻，從而影響堆肥發(fā)酵的效果，還會延長堆肥發(fā)酵的時間，不利于好氧堆肥發(fā)酵。

2.2 堆肥方式

物料堆的截面一般呈梯形，如果發(fā)酵量不大，可堆成下底寬1.5 m，高1～1.2 m，長度為2～3 m 的小堆，如果發(fā)酵量比較大，場地允許，可以堆成下底寬2 m，高1.2～1.5 m，長度為3～5 m 或8～10 m 的大堆，堆與堆之間距離5～8 m，方便鏟車翻堆和物料的運輸。

2.3 物料混合

物料混合初始C/N 是影響堆肥發(fā)酵效果的關(guān)鍵性因素，微生物活動需要適宜的C/N，田智輝[4]、李國學(xué)[5]等研究表明，C/N 為25∶1～30∶1 時，堆肥效果最佳。N 元素是微生物生產(chǎn)繁殖的主要營養(yǎng)成分之一，C/N 過高會影響微生物活性，使堆體溫度上升緩慢，縮短高溫期時間，延長了堆肥時間，影響堆肥品質(zhì)；當(dāng)C/N 過低時，堆體中水溶性鹽分高，不利于堆體中有機物質(zhì)無機化。通過對牛糞和玉米秸稈中C源和N 源的檢測和計算，最終確定牛糞和玉米秸稈按照5∶2 的質(zhì)量比進行混合，滿足C/N 為25∶1～30∶1 的條件?；旌蠒r可以分層混合，并按照混合物料添加0.5～1.0 kg/t 的發(fā)酵菌劑的比例，將提前準(zhǔn)備好的腐熟劑與牛糞和秸稈進行混合，邊混合邊噴水，再用鏟車反復(fù)翻堆直至混合均勻，將物料堆截面大致呈梯形，可堆成下底寬1.5 m，高1～1.2 m，長度為2～3 m 的小堆。

2.4 監(jiān)測設(shè)備放置

在每個物料堆兩側(cè)上中下部位分別放置5～10個堆肥專用溫度/含水率傳感器和堆肥專用氧氣含量分析儀，時刻監(jiān)測堆體內(nèi)30～50 cm 處溫濕度及氧氣含量的變化。

2.5 水分管理

水分對堆肥成功與否至關(guān)重要，有研究表明[6]堆體水分控制在55%～65%，微生物活性最大，堆肥效果最好。水分過高或過低都會影響微生物的活性，因此，在好氧堆肥發(fā)酵過程中，隨著堆肥時間的延長，物料堆水分會蒸發(fā)，要經(jīng)常監(jiān)測物料堆水分含量，及時補水，保證物料堆水分在55%～65%，才能確保微生物的最大活性。

2.6 溫度管理

堆肥的過程中，溫度是持續(xù)變化的，堆肥最佳溫度控制在45～55℃之間，溫度高于70℃將會對物料堆內(nèi)微生物產(chǎn)生有害影響，一般溫度超過60℃時，可通過翻堆來降低溫度。因此，及時掌握堆體內(nèi)的溫度十分重要。

2.7 氣體管理

好氧堆肥發(fā)酵過程中，除了溫度、水分適宜之外，還需要給微生物提供足夠的氧氣。堆肥過程中適宜的氧氣含量為8%～18%，低于8%堆體內(nèi)微生物生命活動受限，易產(chǎn)生厭氧發(fā)酵，需要通過翻堆來進行通風(fēng)換氣，補充氧氣。

2.8 綜合控制

堆肥剛開始2～3 d，溫度會升高到60～70℃，如果濕度在要求的范圍內(nèi)，可以通過單獨翻堆來降低堆體的溫度；隨著堆肥時間的延長，水分會蒸發(fā)，并伴隨溫度的升高，因此要經(jīng)常監(jiān)測溫濕度儀和氧氣儀，發(fā)現(xiàn)溫度超過60℃，水分低于40%，及時進行翻堆降溫并補充堆體水分，讓物料堆的含水率最好控制在55%～65%的范圍內(nèi)，溫度控制在60℃以下。這樣操作可以確保堆體中各類微生物的活性最大、堆肥發(fā)酵的效果最佳，溫度過高或水分過低都不利用微生物的活動。

隨著堆肥時間的延長，物料堆的溫度也呈現(xiàn)先增后降的規(guī)律性。在好氧發(fā)酵的前20～30 d，微生物活動劇烈，會不斷分解大量的有機質(zhì)，從而使堆體的溫度不斷升高，因此發(fā)酵前期溫度經(jīng)常突破60℃，水分散失也快，因此翻堆降溫、補水的操作也比較多，1 個月以后，隨著有機質(zhì)的分解，堆體的溫度會逐漸下降，翻堆和補水的次數(shù)也隨之下降，此時溫度一般在45～55℃之間，很難達到60℃。為了確保充足的氧氣供給，當(dāng)氧氣含量低于8%時，堆體內(nèi)微生物生命活動受限，易產(chǎn)生厭氧發(fā)酵，所以要結(jié)合濕度情況，及時翻堆噴水。

3 腐熟程度的判斷

堆肥一般經(jīng)過20～30 d 的高溫期和20～30 d 的適溫期，基本可發(fā)酵完全。根據(jù)GB7959-2012《糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，堆肥溫度保持在50℃以上，7～10 h，即達到無害化標(biāo)準(zhǔn)[7-8]，該方法一般50℃以上可達20 d，完全達到GB7959-2012《糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。腐熟情況一般憑借感官也可以判斷，物料堆經(jīng)過50～60 d 堆肥發(fā)酵后，氨味和糞臭味減弱，玉米秸稈和牛糞的顏色也變成黑褐色。如果玉米秸稈仍呈塊狀，還可以繼續(xù)腐熟2～3 個月，溫度控制在45～55℃，濕度控制在55%～65%范圍內(nèi)，監(jiān)測堆肥專用氧氣分析儀及時翻堆，增加堆體氧氣含量，牛糞和秸稈會進一步腐化，物料堆中的有害蟲卵被殺死，有害物質(zhì)被降解，牛糞會由原來的大塊變?yōu)槭杷删鶆虻男☆w粒，秸稈也會腐化成細碎的小塊，經(jīng)過加工過篩，變成可以使用的基質(zhì)原料。

4 應(yīng)用前景展望

好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)就是通過細菌、放線菌和霉菌等微生物利用物料反應(yīng)堆中的有機物質(zhì)等成分進行生長繁殖，并將各種物料轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)的過程，經(jīng)過該好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)處理2～3 個月的發(fā)酵物，有機質(zhì)含量達到45%以上，N+P2O5+K2O 含量達到5%以上，酸堿度、糞大腸菌群、總鉛、總鉻、總砷、總鎘、總汞、蛔蟲卵死亡率等指標(biāo)均滿足GB7959-2012《糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》和NY525-2012《有機肥料》標(biāo)準(zhǔn)。因此，該技術(shù)適用于各類禽畜糞便的無害化處理和有機肥廠有機肥料的生產(chǎn)。隨著脫貧攻堅的不斷深入和決勝全面小康的推進，生態(tài)與發(fā)展并重的理念不斷深入人心，“綠水青山就是金山銀山”，禽畜糞便和作物秸稈不再是無處安放的生活垃圾，好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)可以讓它們變廢為寶，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)與生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。