畜禽糞便堆肥高效固氮添加劑研究

錢靖華

摘 要：通過在畜禽糞便堆肥過程中加入不同的添加劑，以減少氮素在堆肥過程中的流失。結(jié)果表明：添加過磷酸鈣、磷石膏、鈣鎂磷肥可達(dá)到固氮的效果。固氮效果最佳的是磷石膏，比對(duì)照提高了11.2%;其次為鈣鎂磷肥、過磷酸鈣;過磷酸鈣、鈣鎂磷肥、磷石膏與草炭的組合均有固氮效果，與對(duì)照比較，磷石膏+草炭的效果最佳。

關(guān)鍵詞：畜禽糞便;堆肥;固氮;好氧堆肥;添加劑

中圖分類號(hào) X713文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2021）01-0134-03

Study on High Efficiency Nitrogen Fixation Composting Additive for Livestock Manure

QIAN Jinghua

（Beijing Municipal Research Institute of Environmental Protection， Beijing 100037，China）

Abstract： In this study， different additives were added during the aerobic composting process of livestock manure to reduce the loss of nitrogen in the composting process. The addition of superphosphate， phosphogypsum and calcium magnesium phosphate can reduce the nitrogen loss. The best nitrogen fixation effect is phosphogypsum， which is 11.2% higher than the control; Among the composite additives， phosphogypsum and peat have the best effect.

Key words： Livestock manure; Compost; Nitrogen fixation; Aerobic composting;Additive

密云水庫流域是北京市的地表水水源地和生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，但密云水庫二、三級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)目前仍然存在規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，短期內(nèi)不能全部關(guān)停，尤其是南水北調(diào)的來水進(jìn)入密云水庫后，如何控制密云水庫保護(hù)區(qū)的污染保障水質(zhì)顯得尤為重要。堆肥化被認(rèn)為是一種固體廢棄物資源化、無害化、減量化的有效手段。堆肥可以使有機(jī)廢物穩(wěn)定化，在高溫發(fā)酵時(shí)殺死病原菌，其最終產(chǎn)物還能作為肥料或土壤調(diào)節(jié)劑，使有機(jī)物得到循環(huán)再利用[1]。但在畜禽糞便堆制腐熟過程中，由于氨揮發(fā)造成了嚴(yán)重的氮素?fù)p失[2]。目前，控制氮損失的方法主要有以下2種：一是改變工藝條件;二是在堆肥過程中加入添加劑[3]。

好氧堆肥的環(huán)境影響因素有pH值、含水率、溫度、C/N、通風(fēng)方式等幾個(gè)方面。在實(shí)際堆肥中發(fā)現(xiàn)，pH在3～12可以進(jìn)行堆肥，而堆肥適宜的pH值為8.0左右[4]。當(dāng)含水量在35%～40%時(shí)，堆肥微生物的降解速率會(huì)顯著下降，但水分下降到30%以下時(shí)，降解過程會(huì)完全停止。對(duì)于絕大多數(shù)堆肥混合物，推薦的含水量上限為50%～60%[5]。研究表明，大多數(shù)微生物活動(dòng)的適宜溫度為50～60℃，所以堆肥的最高溫度保持在50～60℃較為適宜。強(qiáng)制通風(fēng)就是利用風(fēng)機(jī)對(duì)物料進(jìn)行正壓鼓風(fēng)、負(fù)壓抽氣以及兩者結(jié)合的方式，進(jìn)行氣體交換，促進(jìn)物質(zhì)傳輸和對(duì)微生物的氧傳遞[6]。若堆肥物料中C/N值過高，則微生物生長(zhǎng)過程氮素不足，會(huì)導(dǎo)致“氮饑餓”[7]，微生物不能正常繁殖;若C/N值過低，則碳素不足，而過量的氮素不能用于微生物細(xì)胞合成，特別是pH值和溫度高時(shí)容易轉(zhuǎn)變成氨氣揮發(fā)引起氮素?fù)p失。

在堆肥過程中，氮的各種形態(tài)包括總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和有機(jī)氮[8]。堆肥初期，在高溫微生物的作用下，大量的有機(jī)物質(zhì)被分解，轉(zhuǎn)化成無機(jī)態(tài)氮，無機(jī)銨態(tài)氮在氨化細(xì)菌的作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成NH3。因此，堆肥初期NH3呈現(xiàn)直線上升趨勢(shì)，NH3釋放量的高峰期出現(xiàn)在堆肥后第2～12天，12d后堆肥NH3的釋放量均很低，說明隨著微生物礦化作用減弱，NH3的產(chǎn)生量也隨之減少。銨態(tài)氮在硝化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，抑制了NH3的產(chǎn)生。因此，堆肥過程中NH3 釋放的調(diào)控重點(diǎn)在于堆肥的前期[9]。堆肥降溫腐熟階段，由于溫度、pH和NH3濃度降低，促進(jìn)了硝化細(xì)菌的快速生長(zhǎng)和大量繁殖，有利于硝化細(xì)菌順利進(jìn)行。因此，水溶性NO3-N不斷升高[10]。在堆肥前14d，有機(jī)氮含量下降，而在隨后堆肥過程中（15～50d），堆體的有機(jī)氮不斷上升，至堆肥結(jié)束時(shí)較堆肥初期上升30.3%，這是由于在堆肥開始階段，有機(jī)氮在微生物的作用下被分解成無機(jī)養(yǎng)分而減少;而在堆肥中、后期部分有機(jī)氮上升可能是由于無機(jī)氮轉(zhuǎn)變成有機(jī)氮，而被同化固定下來的緣故[11]。摸清氮素的轉(zhuǎn)化規(guī)律，就可以選取適當(dāng)?shù)靥砑觿﹣砜刂贫逊蔬^程中的氮素?fù)p失。本研究根據(jù)好氧堆肥技術(shù)原理，選擇比較適宜的堆肥技術(shù)參數(shù)，通過選取不同添加劑進(jìn)行試驗(yàn)，探討堆體在堆置過程中各種理化性質(zhì)的變化規(guī)律以及不同添加劑的固氮效果，以期為減少畜禽糞便堆肥化處理過程中的氮素?fù)p失提供理論依據(jù)。

1 研究方法

本研究采用牛糞、羊糞、雞糞進(jìn)行好氧堆肥，混合比例為2∶2∶1;利用草末調(diào)節(jié)C/N比為25;各發(fā)酵箱均調(diào)節(jié)初始含水率至55%;每箱裝堆重量為35kg（不含添加劑的量）。試驗(yàn)中選擇人工翻堆法，裝箱后前10d每天進(jìn)行翻堆，溫度高于70oC，增加翻堆次數(shù);10d后每7d翻堆1次，堆肥周期28d。分別在0、3、7、14、21、28d取樣，采樣點(diǎn)位于堆料箱中部，使用5點(diǎn)采樣法，每次采樣100g。采用風(fēng)干后，過篩供檢測(cè)。固氮添加劑選擇過磷酸鈣、鈣鎂磷肥、磷石膏、沸石粉、草炭等。處理1為空白;處理2：添加4%過磷酸鈣;處理3：添加8%過磷酸鈣;處理4：添加5%過磷酸鈣;處理5：添加10%鈣鎂磷肥;處理6：添加5%磷石膏;處理7：添加10%磷石膏（百分比均按干重計(jì)）。另外，本研究還進(jìn)行了復(fù)合添加劑的固氮效果試驗(yàn)。處理1為空白;處理2：添加4%過磷酸鈣+5%沸石粉;處理3：4%添加過磷酸鈣+5%草炭;處理4：添加10%鈣鎂磷肥+5%沸石粉;處理5：添加10%鈣鎂磷肥+5%草炭;處理6：添加10%磷石膏+5%沸石粉;處理7：添加10%磷石膏+5%草炭。（百分比均按干重計(jì)）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同添加劑對(duì)固氮效果的影響

2.1.1 NH4+-N的變化 從圖1可以看出，在整個(gè)堆肥過程中銨態(tài)氮的含量都呈現(xiàn)出增加然后減少的趨勢(shì)。7個(gè)處理都是在高溫期氨氮上升最快，在降溫和腐熟期氨氮含量減少。這是因?yàn)樵诙逊蔬^程中，隨著堆體溫度的升高，含氮有機(jī)物不斷被降解，產(chǎn)生了大量的NH4+-N;進(jìn)入穩(wěn)定期后，由于可降解的氮素物質(zhì)減少，加上NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO3-N，或轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮，所以含量會(huì)下降。添加過磷酸鈣的2個(gè)處理堆肥結(jié)束時(shí)，銨態(tài)氮分別比對(duì)照增加了89.9%、393%，這主要是由于過磷酸鈣呈酸性，有效地以磷酸銨鹽的形式固定了氮。添加鈣鎂磷肥、磷石膏的堆體中銨態(tài)氮含量與比對(duì)照比變化不大。

2.1.2 NO3--N的變化 從圖2可以看出，7個(gè)處理中硝態(tài)氮含量的變化趨勢(shì)相同，升高過程不明顯，整個(gè)堆肥過程中硝態(tài)氮的含量增加不多。

2.1.3 總氮的變化 從圖3可以看出，7個(gè)處理總氮含量均逐步升高，這主要是因?yàn)榭偟獮橐粋€(gè)相對(duì)量，當(dāng)堆體中其他易揮發(fā)物質(zhì)的損失總量大于氮素?fù)p失量時(shí)，單位干物質(zhì)中的TN相對(duì)含量就會(huì)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)[12];在堆肥過程中添加過磷酸鈣、磷石膏、鈣鎂磷肥的處理總氮含量都比對(duì)照要高，這也又一次說明了添加劑的固氮效果。通過總氮含量的對(duì)比得出：固氮效果最好的是磷石膏，達(dá)到了11.2%，其次為鈣鎂磷肥、過磷酸鈣;在3種添加劑中，適當(dāng)?shù)卦黾犹砑恿?，可以提高固氮效果?/p>

2.2 不同復(fù)合添加劑的固氮效果研究 從圖4可以看出，7個(gè)處理總氮含量的變化趨勢(shì)相同，均逐步升高。在堆肥過程中過3種添加劑與沸石粉的組合固氮效果比參照要低;3種添加劑與草炭的組合固氮效果均比對(duì)照要高。堆肥結(jié)束時(shí)，處理3、處理5、處理7的總氮含量分別比對(duì)照增加6.96%、8.41%、8.99%。說明不同添加劑與草炭的組合具有一定的固氮效果，與沸石粉的組合均未起到固氮的作用，即沸石粉的吸附作用不明顯。

3 結(jié)論與建議

（1）在堆肥過程中添加過磷酸鈣后，堆體中銨態(tài)氮的含量比對(duì)照要高，主要因?yàn)樘砑拥倪^磷酸鈣呈酸性，有效地以磷酸銨鹽的形式固定了氮。

（2）添加過磷酸鈣、磷石膏、鈣鎂磷肥可以達(dá)到固氮堆肥的效果，其中固氮效果最好的是磷石膏，比對(duì)照提高11.2%，其次為鈣鎂磷肥、過磷酸鈣。3種添加劑中，適當(dāng)?shù)卦黾油都恿靠梢蕴岣吖痰Ч?/p>

（3）不同添加劑與沸石粉的組合均未起到固氮的作用;過磷酸鈣、鈣鎂磷肥、磷石膏與草炭的組合均有固氮效果，與對(duì)照比較，磷石膏+草炭效果最好。

堆肥化可以實(shí)現(xiàn)畜禽糞便的綜合利用，是養(yǎng)殖企業(yè)得以存在的必要途徑。在堆肥過程中，通過添加不同的添加劑可以達(dá)到高效固氮的目的，同時(shí)減少了堆肥過程中的氨排放，控制環(huán)境污染。

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（責(zé)編：張宏民）