不同發(fā)酵物料對(duì)牛羊糞堆肥腐熟效率的影響

孟阿靜 趙紅霞 阿依努爾·艾海買提 艾斯卡爾·吐地努爾買買提·木沙 楊 莉 邵華偉 王新勇

（1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所 烏魯木齊 830091；2．庫(kù)車市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站 新疆庫(kù)車 842000；3.阿克蘇地區(qū)林業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心 新疆阿克蘇 842008）

近年來(lái)，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，每年產(chǎn)生的有機(jī)廢棄物數(shù)量不斷攀升，總量超過(guò)40億t，其中畜禽糞便占比65.3%，作物秸稈占比17.5%[1-2]。秸稈與牛糞的合理化配比，可使資源得以有效利用，減少農(nóng)業(yè)污染，提高農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入，堆肥是資源化處理農(nóng)業(yè)廢棄物的有效途徑[3-4]。堆肥后施入土壤可以有效增加土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤生態(tài)活力，促進(jìn)土壤養(yǎng)分充分釋放[5]。本研究以牛羊糞為主料，研究添加菌棒、短棉秸稈、雜草3種物料對(duì)堆肥腐熟的影響，選出最佳物料配比，為庫(kù)車市牛羊糞堆肥處理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

堆肥物料：新鮮出圈牛糞和羊糞、粉碎的棉花秸稈（直徑2～5 cm）、蘑菇菌棒（直徑2～5 cm）、雜草（直徑5～10 cm）、水、尿素。發(fā)酵菌劑：人元公司生物發(fā)酵菌劑。3種不同生物發(fā)酵物料在同一溫度下進(jìn)行堆肥發(fā)酵。

1.2 試驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)

堆肥試驗(yàn)于2020年9月26日至11月9日,試驗(yàn)在庫(kù)車市比西巴格鄉(xiāng)牛場(chǎng)村溫棚內(nèi)進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及樣品采集

試驗(yàn)按照堆肥發(fā)酵菌劑、水分一致，物料配比不同的處理方式，共設(shè)4個(gè)處理。處理物料1：羊糞+牛糞+菌棒+人元發(fā)酵菌劑；處理物料2：羊糞+牛糞+短棉秸稈+人元發(fā)酵菌劑；處理物料3：羊糞+牛糞+雜草+人元發(fā)酵菌劑；處理物料4：羊糞+雜草+人元發(fā)酵菌劑。各處理牛羊糞質(zhì)量比為1∶1，棉秸稈、菌棒和雜草添加量全部為總物料的2%，生物發(fā)酵菌劑為人元發(fā)酵菌劑，添加量為100 g/t，水分控制為55%，混合均勻后隨機(jī)排列在溫棚內(nèi)。每處理堆肥物料堆成長(zhǎng)×寬×高為3.40 m×1.85 m×1.41 m的梯形，每隔7 d取樣1次，從堆體表層、中層、內(nèi)層各取樣300 g，多點(diǎn)取樣混合均勻后置于自封袋中送實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。

1.4 試驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)

1.4.1 堆體溫度測(cè)定將水銀溫度計(jì)從堆體頂部垂直插入各處理組，深度為50 cm，每天于上午11:00、下午18:00讀取堆體溫度，同時(shí)記錄室內(nèi)環(huán)境溫度。

1.4.2 樣品養(yǎng)分測(cè)定樣品水分、pH按照NY 525-2012標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)；水解氮按照LY/T 1228-2015、有效磷按照GB 8573-2017、速效鉀按照NY/T 889-2004標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。

1.4.3 種子發(fā)芽指數(shù)的測(cè)定取新鮮堆肥樣品與蒸餾水按固液比1∶10混合,于離心機(jī)中200 r/min離心1 h后4 000 r/min離心10 min，將上清分裝到潔凈10 mL離心管中,得到堆肥水浸提液4℃保存。取一張大小合適的濾紙放入干凈無(wú)菌的培養(yǎng)皿中,均勻放入20粒白菜種子,加入上述浸提液10 mL，同時(shí)以蒸餾水作對(duì)照,每個(gè)樣品3次重復(fù)。25℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h后取出,觀察發(fā)芽情況及種子根長(zhǎng),計(jì)算發(fā)芽指數(shù)（GI）。計(jì)算公式：發(fā)芽指數(shù)（%）=樣品發(fā)芽數(shù)×根長(zhǎng)×100/對(duì)照發(fā)芽數(shù)×根長(zhǎng)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)采用SPSS 17.0和Excel數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同物料對(duì)堆肥溫度的影響

物料配比不同，對(duì)堆肥發(fā)酵溫度影響也有所不同。由圖1可知,隨著堆肥時(shí)間的不斷延長(zhǎng),各處理組堆體溫度呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。在堆肥5 d時(shí)，物料2處理率先進(jìn)入高溫期45℃，其他3個(gè)處理溫度未升到45℃，物料1處理最低，只有43℃。

圖1 添加不同物料對(duì)堆肥溫度的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

隨著時(shí)間的增加，各處理溫度也逐漸升高，在堆肥12 d時(shí)，物料2處理溫度已達(dá)到50℃，物料3為46℃，物料1和物料4處理為45℃。在堆肥15 d時(shí)，所有堆肥進(jìn)行了翻堆處理，翻堆后5 d（堆肥20 d時(shí)）物料3處理迅速升溫，溫度達(dá)到58℃，在25 d時(shí)物料3處理溫度達(dá)到全程最高溫60℃，物料3處理全程發(fā)酵50℃以上高溫保持13 d。其他處理溫度均未超過(guò)50℃，物料1和物料2處理在堆肥30 d時(shí)溫度開始下降，溫度下降至44℃，物料4處理全程堆肥最高溫只升到48℃，按照我國(guó)堆肥溫度要求50～55℃維持5 d以上均可達(dá)到無(wú)害化的要求，物料2和物料3可達(dá)到無(wú)害化要求，而物料1和物料4處理不能達(dá)到無(wú)害化要求。

綜上,不同物料處理對(duì)堆肥物料溫度影響不一致，從溫度變化角度分析,促進(jìn)堆肥溫度變化物料配比推薦順序：物料3配比（羊糞+牛糞+雜草+人元發(fā)酵菌劑）優(yōu)于物料2配比（羊糞+牛糞+短棉秸稈+人元發(fā)酵菌劑）優(yōu)于物料1配比（羊糞+牛糞+菌棒+人元發(fā)酵菌劑）優(yōu)于物料4配比（羊糞+雜草+人元發(fā)酵菌劑）。

2.2 不同物料配比對(duì)堆肥pH的影響

由于本處理發(fā)酵物料不一致，起始pH也不同，各處理起始pH在8.4以上。由圖2可知,堆肥前14 d物料3和物料4的pH呈上升趨勢(shì)，而物料1和物料2處理pH呈下降趨勢(shì)，第14天物料3升至全部處理的最高值8.84，物料4為8.75，物料2為最低8.46。堆肥14 d后，各物料處理pH均呈下降趨勢(shì)，在堆肥21 d時(shí)，各處理pH在8.4～8.7之間，腐熟堆肥的pH指標(biāo)為8.0～9.0。處理1～處理4都符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。但堿性的環(huán)境會(huì)加劇氨的揮發(fā)，使肥料的養(yǎng)分含量受到損失，所以堆肥過(guò)程中，物料以維持較小的pH為好。物料3的pH一直處于下降和較低的水平，在堆肥35 d時(shí)，各物料處理pH均在8.5～8.9之間，全部符合堆肥腐熟標(biāo)準(zhǔn)。物料4處理在28 d時(shí)pH升高至9.26，這是取樣和翻堆等因素影響造成的。適宜的pH是滿足堆肥體內(nèi)微生物生長(zhǎng)繁殖的必要條件，堆肥過(guò)程中堆體pH取決于微生物自身調(diào)節(jié)作用，底物物料的不同對(duì)堆體pH變化規(guī)律影響不大。

圖2 不同生物發(fā)酵菌種對(duì)堆體pH的影響

2.3 不同物料對(duì)堆肥C/N的影響

不同物料堆肥C/N同牛糞中添加不同生物發(fā)酵菌種結(jié)果相似，也呈逐漸下降的趨勢(shì)。本試驗(yàn)由于物料不一致，起始物料堆肥C/N除物料1外都比較接近20，因此本試驗(yàn)堆肥C/N不能作為判斷堆肥腐熟度的主要指標(biāo)。由圖3可知，物料1～物料4處理，在堆肥14 d（第2次取樣）時(shí)都全部低于20，物料1最高，為18.94，物料2最低，為8.36。各處理在堆肥21 d和27 d時(shí)雖然有不同的變化，但C/N都在20以下，各處理物料數(shù)據(jù)變化受物料翻堆的影響較大。

圖3 不同物料對(duì)堆肥C/N的影響圖

2.4 不同物料配比對(duì)堆肥種子發(fā)芽指數(shù)的影響

由圖4可知，隨著堆肥時(shí)間的延長(zhǎng)種子發(fā)芽指數(shù)呈逐漸上升的趨勢(shì)。堆肥35 d，各處理種子發(fā)芽指數(shù)都在80%以上，其中物料3處理最高,為88%，最低的為物料4處理（81%），物料1和物料2分別為86%和83%。綜上數(shù)據(jù)分析，物料3為牛糞加羊糞和雜草，雜草中莖稈和葉片相對(duì)棉花秸稈和菌棒粒徑小，堆體物料中木質(zhì)素和纖維素易被微生物利用；不同物料配比對(duì)堆肥種子發(fā)芽指數(shù)影響順序：物料3優(yōu)于物料1優(yōu)于物料2優(yōu)于物料4。

圖4 不同物料對(duì)堆肥發(fā)芽指數(shù)的影響

2.5 不同物料配比對(duì)堆肥速效氮的影響

堆肥中速效氮含量的變化反映了微生物對(duì)氮素的利用情況。由圖5可知,堆體中銨態(tài)氮含量呈先下降后上升的趨勢(shì),由于物料配比不同，各處理起始含量有所不同，其中物料1配比速效氮含量最高，物料4為289 mg/kg,位于第二，物料2和物料3分別位于第三和第四。堆肥14 d后，各處理速效氮急劇下降，其中物料1～物料4速效氮分別下降58.3%、27.4%、45.7%和33.2%，物料1和物料3下降較快，這受物料在堆肥初期pH和溫度較高的影響，銨態(tài)氮損失較多。隨著堆肥時(shí)間的增加，堆肥中微生物（硝化細(xì)菌）的作用，硝化菌可將堆體中銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，防止氮素以氨氣逸出。本試驗(yàn)在堆肥35 d時(shí)，物料2和物料3中速效氮的含量較堆肥初期是升高的，分別升高了9.7%和23.7%，說(shuō)明物料2和物料3配比更適合硝化細(xì)菌生長(zhǎng)，減少了銨態(tài)氮的損失，符合現(xiàn)代高溫堆肥的要求,使肥效更高。而物料1和物料4較堆肥初期是下降的，兩處理分別下降了10.7%和55%，說(shuō)明物料1和物料4處理銨態(tài)氮損失較嚴(yán)重。

圖5 不同物料對(duì)堆肥速效氮的影響

2.6 不同物料配比對(duì)堆肥速效磷的影響

由圖6可知,各處理組速效磷含量隨堆肥進(jìn)程的延長(zhǎng)呈逐漸上升趨勢(shì)。堆肥過(guò)程中速效磷的變化相對(duì)速效氮和有機(jī)質(zhì)等變化較穩(wěn)定，其絕對(duì)含量不會(huì)發(fā)生太大變化,只是在不同形態(tài)之間不斷轉(zhuǎn)化。各處理速效磷含量都是呈先上升后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì),在堆肥35 d時(shí)各處理組速效P含量分別為1.41%、1.42%、1.50%、1.48%，較堆肥起始時(shí)均有一定的升高，物料1～物料4較起始有效磷分別增加了45.4%、57.8%、42.8%、54.2%，不同物料配比對(duì)堆肥有效磷的變化影響不顯著。

圖6 不同物料對(duì)堆肥速效磷的變化

2.7 不同物料配比對(duì)堆肥速效鉀的影響

由圖7可知，堆肥過(guò)程中堆體內(nèi)速效K含量呈逐漸上升趨勢(shì),速效K含量在28 d后增長(zhǎng)緩慢。處理1～處理4在堆肥35 d時(shí)堆體速效鉀含量與堆肥開始時(shí)相比分別增長(zhǎng)了56.4%、38.2%、7.8%、40.3%，物料1速效鉀增長(zhǎng)最多，這和物料菌棒中總鉀的含量有關(guān)，物料3為雜草處理，其含量總鉀含量較少，故速效鉀含量上升最少。

圖7 不同物料對(duì)堆肥速效鉀的變化

3 結(jié)論

不同物料配比對(duì)堆肥溫度、種子發(fā)芽指數(shù)、速效氮磷鉀等均有不同的影響。

（1）從堆肥腐熟時(shí)間和溫度分析，推薦物料配比：物料3配比（羊糞+牛糞+雜草+人元發(fā)酵菌劑）優(yōu)于物料2配比（羊糞+牛糞+短棉秸稈+人元發(fā)酵菌劑）優(yōu)于物料1配比（羊糞+牛糞+菌棒+人元發(fā)酵菌劑）優(yōu)于物料4配比（羊糞+雜草+人元發(fā)酵菌劑）。

（2）從肥料養(yǎng)分分析，推薦配比順序：物料1配比（羊糞+牛糞+菌棒+人元發(fā)酵菌劑）優(yōu)于物料2配比（羊糞+牛糞+短棉秸稈+人元發(fā)酵菌劑）優(yōu)于物料4配比（羊糞+雜草+人元發(fā)酵菌劑）優(yōu)于物料3配比（羊糞+牛糞+雜草+人元發(fā)酵菌劑）。