翻堆及添加腐熟菌劑對傳統(tǒng)堆肥過程的影響

王芬

（山西運城農(nóng)業(yè)職業(yè)技術學院，山西 運城 044000）

運城市是山西省生豬生產(chǎn)第一大市，截至2019年10月，運城市生豬存欄量占山西省的22.1%。運城市也是生豬調(diào)出大市，多年平均出欄生豬170 萬頭以上，本地市場消費量在40 萬～50 萬頭，調(diào)出量占運城總產(chǎn)量的70%以上。

大規(guī)模養(yǎng)豬業(yè)產(chǎn)生了大量糞便。畜禽糞便等廢棄物含有各種病原微生物、寄生蟲卵及有毒有害物質(zhì)，如未及時處理，將成為周圍環(huán)境的沉重負擔[1]。實踐證明，堆肥處理是畜禽糞便資源化的一個較好途徑。在畜禽糞便堆肥過程中需要添加秸稈以調(diào)節(jié)堆肥基質(zhì)的碳氮比、增加堆肥中的通氣性等，有利于堆肥腐熟。運城市作為山西省主要的糧食生產(chǎn)基地，每年產(chǎn)生的秸稈數(shù)量巨大，并且亟待進行資源化利用[2]。堆肥化處理可同時對畜禽糞便和秸稈進行資源化利用[3]。

好氧堆肥與傳統(tǒng)堆漚肥料是畜禽糞便主要的無害化處理方式，是指在一定的條件下，利用各種土著微生物的發(fā)酵作用，降解基質(zhì)中有機質(zhì)并產(chǎn)生高溫，殺死畜禽糞便的病原菌、蟲卵及雜草種子，并經(jīng)發(fā)酵腐熟，將畜禽糞便和秸稈轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C肥料的過程[4]。大量研究表明，在堆肥中增加氧氣和加入微生物菌劑，能相對延長堆肥高溫持續(xù)時間，提高堆肥效率，縮短發(fā)酵時間[5]。本研究以玉米秸稈、豬糞為試驗材料，通過在好氧堆肥和傳統(tǒng)堆漚肥料中接種微生物菌劑，跟蹤監(jiān)測堆肥過程中主要指標參數(shù)的變化，探討氧氣及接種菌劑對堆肥化處理的效果，為農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用提供理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用干玉米秸稈和豬糞為堆腐發(fā)酵材料。試驗所用玉米秸稈、專用腐熟菌劑購自當?shù)厥袌?。使用前用粉碎機將玉米秸稈粉碎為長約2 cm 的碎屑。豬糞來自運城市臨猗縣某生豬養(yǎng)殖場。所用豬糞以及玉米秸稈主要理化性質(zhì)如表1 所示。

表1 堆肥材料的主要理化性質(zhì)

1.2 試驗設計

試驗共設4 個處理。處理1（T1），玉米秸稈和豬糞的傳統(tǒng)堆漚肥料；處理2（T2），玉米秸稈和豬糞的傳統(tǒng)堆漚肥料+腐熟菌劑；處理3（T3），玉米秸稈和豬糞的好氧堆肥；處理4（T4），玉米秸稈和豬糞的好氧堆肥+腐熟菌劑。所有處理均將基質(zhì)C/N 調(diào)節(jié)至25 左右，初始含水量控制在60%左右，腐熟菌劑接種量均按照市售腐熟菌劑最佳推薦進行發(fā)酵接種。

1.3 堆制方法

將混合好的基質(zhì)進行堆制，堆肥高度約0.8 m、長寬約1.5 m，用塑料布蓋嚴、壓實。堆成后T1 和T2 在整個試驗過程中不翻堆；T3 和T4 在整個試驗過程中每7 d 人工翻堆1次，翻堆要均勻徹底。試驗于2022 年5月10 日至6 月7 日進行，共50 d。

1.4 樣品采集及指標測定

堆溫測定方法：每天早上9：00 在堆體隨機取5 個點，用刺入式溫度計測溫，測溫深度約40 cm，求5 點平均值。自堆肥發(fā)酵開始計時，分別在1 d、8 d、15 d、22 d、29 d、36 d、43 d、50 d 采樣，兩個好氧堆肥處理組在每次翻堆前采集樣品，共采集樣品8 次。每次采樣采用5 點取樣法，用取樣鏟在取樣點10 cm、30 cm、50 cm 處采樣共2 kg，將樣品混勻后帶回實驗室。按照《有機肥料》（NY/T 525—2021）的測定方法測定有機質(zhì)、pH 值和種子發(fā)芽指數(shù)[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過程中溫度變化情況

堆體溫度變化可以反映堆腐發(fā)酵的進程和質(zhì)量。在堆肥過程中，堆溫主要經(jīng)歷升溫、高溫和降溫3 個階段。升溫階段溫度為15～45 ℃，高溫期堆溫能達到50 ℃以上，一般高溫階段持續(xù)5～7 d 后可以殺死病原菌、蟲卵和草籽，達到無害化的衛(wèi)生標準[7]。由圖1可知，在整個堆肥期，T1、T2、T3、T4 最高堆溫分別為46.6℃、55.4 ℃、56.7 ℃、61.8 ℃。在整個發(fā)酵周期內(nèi)，T1、T2、T3、T4 堆溫超過50 ℃的天數(shù)分別為0 d、7 d、10 d、16 d。T1和T2 為傳統(tǒng)堆漚肥料組，T3 和T4 為好氧堆肥組。T3和T4 在堆肥進程中的最高溫度及高溫維持時間顯著高于未翻堆通氣的T1 和T2，接腐熟菌劑的T2 和T4在堆肥進程中最高溫度及高溫維持時間顯著高于未接種腐熟菌劑的T1 和T3。這說明加腐熟菌劑及翻堆通氧均能夠提高堆體的最高溫度與延長高溫期的持續(xù)時間。

圖1 堆肥過程中溫度變化情況

2.2 堆肥過程中pH 值變化情況

有機物料發(fā)酵過程適宜的pH 值為6.5～7.5，當pH 值＞9 或＜4時，都會降低微生物活性，減緩微生物降解速度。堆肥初期常會產(chǎn)生一些有機酸類物質(zhì)，使物料的pH 值逐漸下降[8]。堆腐發(fā)酵后期，由于氨的釋放累積，會導致堆料pH 值升高。如圖2 所示，在整個堆肥過程中，4 個處理的pH 值都呈先增大后減小的趨勢。當腐熟堆肥至第50 天時，T1、T2、T3、T4 堆料的pH值分別為7.81、7.92、8.05、8.16，滿足堆肥腐熟度評價的指標。

圖2 堆肥過程中pH 值變化情況

2.3 堆肥過程中有機質(zhì)含量變化情況

堆肥過程中有機質(zhì)的最適含量為20%～80%。有機質(zhì)含量過低，不能提供足夠的熱能，影響高溫菌的生長活性，導致堆肥的高溫階段難以維持；有機質(zhì)含量過高，則會因供氧不足而發(fā)生部分厭氧發(fā)酵[9]。堆肥過程中有機物不斷被消耗，最終成品有機肥的有機質(zhì)含量要求在30%以上[10]。如圖3 所示，各處理有機質(zhì)含量初始值約為72%，隨時間延長，有機質(zhì)含量呈下降趨勢。最終4 個處理的有機質(zhì)含量均在55%以上，滿足有機肥料標準。

圖3 堆肥過程中有機質(zhì)含量變化情況

2.4 堆肥過程中腐熟度變化情況

腐熟度是評價堆肥產(chǎn)物是否完成腐熟的重要指標。堆腐原料和未腐熟堆料的萃取液會抑制植物種子的發(fā)芽生長，隨著堆料腐熟度的提高，這種抑制將不斷減輕[11]。因此可用堆腐產(chǎn)品的種子發(fā)芽系數(shù)（GI）來評價有機物料的腐熟速度，進而反映有機物料腐熟菌劑的好壞[12]。一般種子發(fā)芽系數(shù)達到70%時表示有機物料已基本腐熟，對植物生長沒有毒性。從圖4 可以看出，在堆腐發(fā)酵8 d時，各處理GI 開始增大，前20 d 增加較快，T1、T2、T3、T4 增幅分別為29.7%、40.53%、40.99%、46.14%，增幅從高到低依次是T4、T2、T3、T1。T1 在50 d 時GI 測定為63.75%，未達到腐熟標準；T2、T3、T4 在GI＞70%的腐熟時間分別為50 d、43 d、36 d。T1、T2、T3、T4 在50 d 時的GI 值分別為63.75%、72.45%、75.62%、79.33%。

圖4 堆肥過程中GI 變化情況

由此可得出，接腐熟菌劑的T2 和T4 最終GI 值及GI 值達到70%的時間顯著高于未接種腐熟菌劑的T1和T3，翻堆通氣的T3 和T4 最終GI 值及GI 值達到70%的時間顯著高于未翻堆通氣的T1 和T2。這說明加腐熟菌劑及翻堆通氧均能夠加快堆料的腐熟度。

3 結(jié)論和討論

本研究表明，在堆肥過程中采用添加腐熟菌劑與翻堆措施，對堆體的升溫速度、高溫持續(xù)時間、有機質(zhì)及發(fā)芽指數(shù)均產(chǎn)生了影響，與相關研究結(jié)果一致。經(jīng)過試驗對比，翻堆或添加腐熟菌劑后，堆肥溫度有明顯提升，堆肥高溫維持時間變長，種子發(fā)芽率增高，發(fā)芽率達到70%基本腐熟標準的時間變短。試驗中，同時增加腐熟菌劑與翻堆措施的T4 處理試驗效果最好，其次是增加翻堆措施的T3 處理和增加了腐熟菌劑處理的T2 處理，傳統(tǒng)漚肥的T1 處理在50 d 后種子發(fā)芽率依然沒有達到腐熟標準。

為解決偏施化肥帶來的環(huán)境污染及耕地肥力不斷下降的問題，我國采取了很多措施與政策。堆肥技術生產(chǎn)有機肥被廣泛應用于農(nóng)業(yè)廢棄物高效處理與資源化利用領域，有機肥施用量也在不斷增加[13-14]，但有相當比例的農(nóng)業(yè)廢棄物僅采用了簡單的晾曬、堆漚等方法進行處理。這些處理方法普遍發(fā)酵不徹底、發(fā)酵周期長，處理后的產(chǎn)品存在質(zhì)量不穩(wěn)定、無害化程度低等問題。改進傳統(tǒng)堆漚技術與提高傳統(tǒng)堆漚產(chǎn)品質(zhì)量已成為亟須解決的農(nóng)業(yè)廢棄物處理問題[15]。

本研究在傳統(tǒng)堆漚肥料過程中增加了翻堆和添加腐熟菌劑措施，試驗結(jié)果證明兩項措施均能有效提高堆肥質(zhì)量。