牛糞中添加玉米秸稈對堆肥發(fā)酵的影響

靳 光，薛艷蓉，淡江華，曹 晶

（山西農(nóng)業(yè)大學動物科學學院，山西太原030032）

隨著肉牛養(yǎng)殖集約化、規(guī)模化發(fā)展，肉牛糞便產(chǎn)量迅速增長，不僅給養(yǎng)殖場帶來巨大壓力，同時對環(huán)境的污染越來越嚴重[1]。因此，糞便的科學處理利用是保證肉牛規(guī)?；B(yǎng)殖的前提。好氧發(fā)酵堆肥是利用好氧微生物分解畜禽糞便中的有機物，在分解過程中釋放大量的熱量，使整個堆肥過程溫度達60℃以上，從而有效滅殺堆肥物料中的有害菌、病蟲卵，達到無害化的目的，是處理固體有機廢棄物的有效途徑[2]。堆肥化過程是1個復雜的過程，影響好氧發(fā)酵堆肥的因素較多，如堆體初始含水率、碳氮比（C/N）、溫度、pH值等因素均會影響微生物活動，進而影響堆肥質(zhì)量[3-4]。牛糞中含有的粗蛋白、粗脂肪、無氮浸出物、粗脂肪等是很好的有機肥原料[5]。但因其含水量較高，通氣性較差，有機質(zhì)部分較難分解，影響牛糞的利用效率。于海霞等[6]在牛糞堆肥時加入玉米芯作為調(diào)理劑；張云峰等[7]在牛糞中添加稻殼；魏彥紅等[8]在牛糞中添加玉米秸稈；趙秀玲等[9]以新鮮牛糞和苜蓿秸稈混合物為堆料。以上研究表明，適當添加合適比例的秸稈和微生物可以提高堆肥的C/N，有利于通風供氧，加強微生物活動代謝，有利于加快牛糞堆肥的腐熟。目前，對牛糞堆肥方面的研究比較多，但大部分均處于實驗室研究，對于實際生產(chǎn)中到底如何應用報道較少。本研究以牛糞為原料，在實際生產(chǎn)中通過添加不同比例的玉米秸稈，研究牛糞與玉米秸稈不同配比下對堆肥發(fā)酵的影響，以期獲得最佳混合比例，為肉牛養(yǎng)殖場牛糞處理實際操作提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

牛糞采自山西省朔州市肉牛場；玉米秸稈切成1～3 cm，曬干后使用。堆肥材料的理化性狀見表1。

1.2 試驗設(shè)計

堆肥試驗在肉牛場糞污處理區(qū)進行，防雨，通風良好。調(diào)整含水量約為65%。處理T1為牛糞∶玉米秸稈=1∶1；處理T2為牛糞∶玉米秸稈=2∶3；處理T3為牛糞∶玉米秸稈=1∶3；處理T4為對照組，僅牛糞發(fā)酵。每組將其堆成長3 m、寬1 m、高1 m的條垛式發(fā)酵堆，采用翻堆方式通風供氧，每10 d堆翻1次，發(fā)酵周期為45 d。

表1 堆肥材料的理化性狀Tab.1 Physical and chemical propertiesof composting materials

1.3 測定指標及方法

從堆體的不同位置，分上、中、下3層各取樣品約300 g，混勻，共9次。

溫度：每天8：30和17：00時記錄溫度。測量時溫度計插入堆體表面30 cm以下，每天測量堆體8個方位溫度的平均值作為堆體的發(fā)酵溫度，記錄周圍環(huán)境溫度。

pH值：將樣品使用蒸餾水按糞水比1∶10進行稀釋，振蕩30 min后靜止10 min，用pH計測定懸浮液的pH值。

全碳、全氮：取新鮮樣風干后，粉碎、細化、均一化，參照中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY 525—2012[10]中的試驗方法進行試劑制備及測定。

種子發(fā)芽指數(shù)（GI）：取樣品10 g與蒸餾水按1∶10比例混合搖勻，搖床振蕩1 h，提取液離心20 min，再用濾紙過濾上清液備用。在9 cm培養(yǎng)皿中放置2張濾紙，在濾紙上面均勻擺放20粒生菜種子，吸取5 mL備用上清液加入培養(yǎng)皿中，將培養(yǎng)皿在黑暗條件下，25℃培養(yǎng)48 h后，計算種子的發(fā)芽率，并用游標卡尺量取種子的根長。對照組以蒸餾水作為培養(yǎng)液。

種子發(fā)芽指數(shù)=（堆肥處理的種子發(fā)芽率×種子根長）/（對照的種子發(fā)芽率×對照種子根長）×100%[11]（1）

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米秸稈配比對堆體溫度的影響（見圖1）

在發(fā)酵過程中微生物分解有機物質(zhì)會釋放大量熱量，使堆體溫度升高。因此，堆肥過程中堆體溫度越高表明微生物活性越好，但過高的溫度會過度消耗有機質(zhì)，降低堆肥產(chǎn)品質(zhì)量，阻礙微生物的活動[12]。

由圖1可知，堆肥開始后，各處理溫度迅速升高，T1、T2、T3組在第3 d均已達到50℃，進入高溫期；T1和T3組在第7 d達到最高溫度，為65.4、65.6℃，T2組在第5 d達到最高溫，為68.7℃；各處理組高溫期持續(xù)時間分別為22、23、27 d；T1組在第30 d降溫至40℃，T2組在第37 d降溫至40℃，T3則在第41 d降溫至40℃。對照組在第5 d進入高溫期，第9 d達到最高溫，為58.9℃，高溫持續(xù)20 d，第33 d降溫至40℃。

圖1 不同玉米秸稈配比對堆體溫度的影響Fig.1 Effect of different ratiosof corn stalkson piletemperature

2.2 不同玉米秸稈配比對堆體pH值的影響（見圖2）

由圖2可知，各處理組的pH值變化基本一致，均是先增大后緩慢減小，并逐漸趨于穩(wěn)定。T1、T2、T3組pH值迅速升高，在第15 d達到最高值，分別為9.12、9.17、和9.13。T4組在第20 d達到最高值，為9.08，達到最高值后各組pH值緩慢下降，到第40 d后基本穩(wěn)定。

圖2 不同玉米秸稈配比對堆體p H值的影響Fig.2 Effect of different ratios of corn stalkson thepH of thepile

2.3 不同玉米秸稈配比對堆體C/N的影響（見圖3）

由圖3可知，各個組的C/N比總體呈減小趨勢，T1、T2和T3組的C/N下降趨勢基本一致。堆肥開始，T1、T2和T3組的C/N下降較快，因為有機碳被微生物大量分解，碳快速消耗，但氮變化不明顯；后期下降平穩(wěn)。至堆肥結(jié)束，4個組的最終C/N分別為13.52、13.07、15.61、15.13。

圖3 不同玉米秸稈配比對堆體C/N的影響Fig.3 Effect of different ratios of corn stalks on the C/N of thepile

2.4 不同玉米秸稈配比對種子發(fā)芽指數(shù)的影響（見圖4）

由圖4可知，隨著堆肥的進行，T1、T2、T3、T4組的GI值隨之升高，基本在15 d之前GI值穩(wěn)定增長，15～20 d時增長最快，添加玉米秸稈處理要比純牛糞發(fā)酵增長速度快。直至堆肥結(jié)束，GI值快速增長，最終達到88.21%、93.46%、97.35%、68.55%，可見GI值隨之添加玉米秸稈比例增加而提高。

圖4 不同玉米秸稈配比對種子發(fā)芽指數(shù)的影響Fig.4 Effect of different ratiosof corn stalkson the Seed germination index of thepile

3 討論

好氧發(fā)酵堆肥是一個復雜的生化過程，其中起主導作用的是微生物，堆肥中的有機質(zhì)被微生物分解利用，在此過程中產(chǎn)生大量熱量促使物料溫度上升[13]。堆體溫度可以最直接、最敏感的反映好氧堆肥發(fā)酵進程[14]。

本試驗中，4個處理組高溫天數(shù)在20 d及以上，滿足采用條垛式堆肥，發(fā)酵溫度45℃以上的時間不少于14 d，實現(xiàn)無害化處理要求[15]。添加玉米秸稈的處理比純牛糞發(fā)酵，升溫快，在第3 d均達到50℃以上，而對照組在第5 d才進入高溫期；最高溫度、發(fā)酵溫度均在65℃以上，純牛糞發(fā)酵只有58.9℃；高溫時間持續(xù)22 d以上，純牛糞發(fā)酵只有20 d。由此可見，添加玉米秸稈可以加快牛糞發(fā)酵時間，提高發(fā)酵溫度。

一般認為，pH值在8.0左右能縮短堆肥達到高溫所需的時間。至堆肥結(jié)束時，所有處理組的pH值為8.21、8.26、8.25、8.24，符合腐熟堆肥pH值在8.0～9.0的標準[16]。

單德臣等[17]認為，堆肥產(chǎn)品的C/N比值小于20時堆肥腐熟。本次堆肥結(jié)束后，各個處理組C/N為13.52、13.07、15.61、15.13。因此，推斷本次試驗堆肥完成腐熟。堆體的C/N是影響堆體發(fā)酵腐熟過程的主要因素之一[18]。T3組雖然發(fā)酵時間最長，達27 d，但發(fā)酵溫度卻不是最高，可能因為T3組初始C/N過高反而不利于堆體微生物的生長繁殖。田智輝等[19]、張鶴等[20]對牛糞和秸稈好氧發(fā)酵堆肥的初始條件進行研究，結(jié)果表明，C/N為30∶1左右時堆肥效果最佳，過高或過低都不利于微生物生長。本研究中，T2組的C/N比為30，結(jié)果發(fā)酵溫度最高，發(fā)酵時間較長，優(yōu)于其他處理。

Zucconi等[21]提出，如果GI值＞50%，則堆肥基本腐熟；當GI值＞80%時，堆肥已經(jīng)完全腐熟，對植物無毒性。本研究結(jié)果中，堆肥結(jié)束后，各處理種子發(fā)芽指數(shù)為83.21%、88.46%、81.35%、68.55%。T1、T2、T3處理的最終GI值均高于80%。可見，添加玉米秸稈后，堆肥發(fā)酵達到完全腐熟，堆肥產(chǎn)品對植物無毒害作用。綜合分析，當牛糞與玉米秸稈比例為2∶3時，堆肥發(fā)酵效果最好，與李紅玉等[22]、劉凱等[23]的研究結(jié)果相似。

4 結(jié)論

本試驗條件下，牛糞與玉米秸稈添加比例為2∶3時，發(fā)酵3 d達到55℃，高溫持續(xù)時間為23 d，最高溫度為69.7℃，種子發(fā)芽指數(shù)高達到97.35%，堆肥達到完全腐熟，符合畜禽糞便無害化處理要求。