羊糞發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥工藝優(yōu)化

李進 袁春新 孫正國 黃步高

摘 要：選擇新鮮羊糞、水稻秸稈為原料發(fā)酵，研究生物有機肥生產(chǎn)的最佳工藝條件，以生物有機肥發(fā)酵過程中的有效活菌數(shù)為評價指標，在初始含水率、C/N、堆體大小、復(fù)合菌接種量、翻堆頻率等單因素試驗的基礎(chǔ)上，進行了正交優(yōu)化試驗。結(jié)果表明，羊糞發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥的最佳工藝參數(shù)為初始含水率為50%，C/N為30∶1，堆體大小為2000kg，復(fù)合菌接種量為3‰，翻堆頻率為3d/次。在此優(yōu)化工藝下，羊糞發(fā)酵生產(chǎn)的生物有機肥有效活菌數(shù)高達1.84×108CFU/g-1。

關(guān)鍵詞：羊糞;生物有機肥;發(fā)酵;有效活菌數(shù)

中圖分類號 S141 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）11-0085-03

Optimization of Bio Organic Fertilizer Production by Sheep Manure Fermentation

LI Jin1? ?YUAN Chunxin2? ?SUN Zhengguo1? ?HUANG Bugao3

（1Nantong Vocational College of Science and Technology， Nantong 226007， China; 2Nantong Rural Professional Technology Association， Nantong 226000， China; 3Nantong Bailong Organic Fertilizer Technology Co.， Ltd.， Nantong 226013， China）

Abstract： Fresh sheep manure and rice straw were selected as raw materials for fermentation， and the optimal process conditions for the production of bio organic fertilizer were studied. Taking the effective number of viable bacteria in the fermentation process of bio organic fertilizer as the evaluation index， the orthogonal optimization experiment was carried out on the basis of single factor experiments such as initial moisture content， C/N， pile size， inoculation amount of compound bacteria and turning frequency. The results showed that the optimum technological parameters for the production of bio organic fertilizer by sheep manure fermentation were as follows： the initial moisture content was 50%， C/N was 30∶1， the pile size was 2000kg， the inoculation amount of compound bacteria was 3‰， and the turning frequency was once/3d. Under this optimized process， the number of effective viable bacteria in sheep manure fermentation was as high as 1.84×108CFU/g-1.

Key words： Sheep manure; Biological organic fertilizer; Fermentation; Effective viable bacteria

畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展對于提升人們的物質(zhì)生活水平具有極大的意義，同時會產(chǎn)生數(shù)量巨大的禽畜糞便固體廢棄物，若不經(jīng)處理隨意堆放，將對生態(tài)環(huán)境及景觀、居民的日常生活及人們的健康造成嚴重威脅。另外，禽畜糞便也是面源污染和水體富營養(yǎng)化的主要來源，影響畜禽產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。畜禽糞便富含有機質(zhì)及各種營養(yǎng)成分，利用畜禽糞便加入分解菌使其發(fā)酵并分解，生產(chǎn)出生物有機肥，增加農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，培肥土壤、調(diào)控土壤微生態(tài)平衡、減少無機肥料用量。畜禽糞便發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥化害為利、變廢為寶，對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1-2]。

傳統(tǒng)的自然發(fā)酵存在發(fā)酵周期長，發(fā)酵產(chǎn)品的肥效低，對環(huán)境造成二次污染等問題。外加微生物菌劑能夠很好地增加堆肥過程的微生物降解能力、分解毒性物質(zhì)、提升最終有機肥的品質(zhì)，是整個生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時水分、C/N比、溫度、pH、通氣情況等直接影響生物機肥的均一性、質(zhì)量穩(wěn)定性及發(fā)酵周期[3]。目前，畜禽糞便發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥的研究主要集中在外源微生物菌劑的選擇應(yīng)用上，但關(guān)于羊糞好氧發(fā)酵的工藝系統(tǒng)的研究仍然少見報道[4]。為此，本試驗以枯草芽孢桿菌、施氏假單胞菌、綠色木霉為復(fù)合菌種，以新鮮羊糞、水稻秸稈為原料發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥，研究堆肥發(fā)酵過程中原材料C/N、含水率、翻堆次數(shù)、復(fù)合微生物菌劑接種量對有效活菌數(shù)的影響[5-7]，以期使優(yōu)化發(fā)酵過程中的主要工藝參數(shù)，探討最優(yōu)發(fā)酵工藝條件，生產(chǎn)生物有機肥更加高效，生產(chǎn)出的生物有機肥也更有品質(zhì)[8]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 發(fā)酵原料 以南通地區(qū)常見的新鮮羊糞和水稻粉碎秸稈為發(fā)酵原料，并輔以少量的尿素或木屑調(diào)節(jié)發(fā)酵原料的含水率和C/N。

1.1.2 發(fā)酵用復(fù)合微生物菌劑的制備 發(fā)酵用枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、施氏假單胞菌（Pseudomonas sp.）、綠色木霉綠色木霉（Trichoderma viride）在相應(yīng)的培養(yǎng)基上擴大培養(yǎng)：（1）用無菌生理鹽水洗滌保存斜面，至無菌三角瓶中搖勻即成菌懸液;（2）接種斜面培養(yǎng)物于種子瓶，細菌在30℃，180r培養(yǎng)12h得到種子液，霉菌在28℃，220r培養(yǎng)48h得到種子液;（3）10%的種子液接種到發(fā)酵瓶中擴大培養(yǎng)48h得到發(fā)酵液。將發(fā)酵液與滅菌麩皮以1∶1的比例混合發(fā)酵24h，72h后晾干，制成固體菌劑。將固體菌劑按發(fā)酵用枯草芽孢桿菌∶施氏假單胞菌∶綠色木霉綠色木霉=1∶1∶2的質(zhì)量比例均勻混合制成復(fù)合微生物菌劑。

1.2 試驗方法

1.2.1 發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗 5月15日，試驗在南通市白龍有機肥科技有限公司發(fā)酵車間進行，將羊糞與水稻秸稈均勻混合堆成圓錐形進行靜態(tài)發(fā)酵。設(shè)置基礎(chǔ)發(fā)酵工藝參數(shù)含水率50%，為C/N為25∶1，堆體1000kg，復(fù)合菌劑接種量為發(fā)酵料的3‰，2d翻堆一次，堆肥20d。改變其中一個參數(shù)，其他參數(shù)不變，分別研究C/N（20∶1、25∶1、30∶1、35∶1），初始含水率（40、50、60、70%），堆體大?。?00、1000、1500、2000kg）翻堆頻率（1、2、3、4d/次），復(fù)合菌接種量（1、3、5、7‰）對羊糞發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥的影響。生物有機肥質(zhì)量的優(yōu)劣主要取決于其中所含益生菌的作用強度和活菌數(shù)量，本研究以有效活菌數(shù)作為評價指標，初步確定初始含水率、C/N、堆體大小、復(fù)合菌接種量、翻堆頻率等5個單因素的最適范圍。單因素試驗均3次重復(fù)，數(shù)據(jù)取3次試驗的平均值[2]。

1.2.2 發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗 根據(jù)單因素試驗結(jié)果，采用5因素4水平的正交試驗對初始含水率、C/N、翻堆大燭、復(fù)合菌接種量、翻堆頻率等5個因素進行正交組合，同樣用有效活菌數(shù)對發(fā)酵工藝進行評價。

1.2.3 測定方法 有機肥產(chǎn)品技術(shù)指標：按照NY 525—2021《有機肥料》中的方法測定[9]。有效活菌數(shù)：按照NY/T 2321—2013《微生物肥料產(chǎn)品檢驗規(guī)程》中的方法測定[10]。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 用Eexcel統(tǒng)計數(shù)據(jù)，用SPSS統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 羊糞發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥工藝優(yōu)化單因素試驗

2.1.1 初始含水率對羊糞發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥的影響 隨著初始含水率的升高，生物有機肥的有效活菌數(shù)總體呈先上升后下降的趨勢。初始含水率40%時生物有機肥有效活菌數(shù)0.52×108CFU·g-1，初始含水率50%時有效活菌數(shù)最高為1.16×108CFU·g-1，含水率60、70%時有效活菌數(shù)分別為0.95×108、0.47×108CFU·g-1。水分過多占據(jù)物料孔隙取代了空氣，使好氧微生物活性降低，限制機物分解速度。水分過低時，物料中的營養(yǎng)成分無法充分溶解，阻礙微生物的生長繁殖。因此，初始含水率設(shè)置為50%。

2.1.2 C/N對羊糞發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥的影響 當C/N比為20、25、30∶1時，生物有機肥的有效活菌數(shù)分別為0.32×108、0.4×1081、0.55×108CFU·g-1。C/N比為35∶1時，有效活菌數(shù)迅速下降到0.28×108CFU·g-1。C/N比過低，微生物對有機物的生物氧化過程產(chǎn)生氨造成了嚴重的氮素損失，影響環(huán)境并毒害微生物。C/N比過高，微生物因為氮不足，生長也受到限制。因此，初始C/N調(diào)整為30∶1。

2.1.3 堆體大小對羊糞發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥的影響 當堆體為500、1000、1500kg時，有效活菌數(shù)不斷增加，分別為0.41×108、0.53×108、0.64×108CFU·g-1。堆體為2000kg時，有效活菌數(shù)為0.62×108CFU·g-1，比最高值略低。堆體小不利于保溫，影響熱真菌、好熱放線茵、好熱芽孢桿菌等微生物的活動，堆體過大影響通氣，抑制好氧微生物的活動，使發(fā)酵周期變長，均影響生物有機肥的質(zhì)量。因此，堆體大小選擇2000kg。

2.1.4 復(fù)合菌接種量對羊糞發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥的影響 增加復(fù)合菌接種量，生物有機肥有效活菌數(shù)隨之增加;復(fù)合菌接種量為3%時，有效活菌數(shù)為1.29×108CFU/g。復(fù)合菌接種量為5、7%時，有效活菌數(shù)為1.32×108、1.34×108CFU/g生物，有效活菌數(shù)增加不多。接種量過小則會延長培養(yǎng)時間，降低產(chǎn)率。接種量過大會引起溶氧不足，不僅影響產(chǎn)物的合成，有時還會移入代謝廢物，造成浪費。綜合考慮，選擇復(fù)合菌接種量為3‰。

2.1.5 翻堆頻率對羊糞發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥的影響 隨翻堆頻率的降低，生物有機肥的有效活菌數(shù)逐漸降低。翻堆頻率為1d/次時，生物有機肥的有效活菌數(shù)最高為0.93×108CFU/g。翻堆頻率為2、3d/次時，有效活菌數(shù)為0.89×108、0.87×108CFU/g，比最高值班降幅不大。翻堆頻率為4d/次時，有效活菌數(shù)急劇下降到0.51×108CFU/g。翻堆是為了增加通氣，通氣量不足將抑制好氧微生物的活動，使發(fā)酵周期變長，影響生物有機肥的質(zhì)量。如果通氣太旺，微生物活動旺盛，有機質(zhì)分解加劇，腐殖質(zhì)積累減少，同時通氣過于旺盛還會帶走大量的熱量，影響發(fā)酵溫度。因此，翻堆頻率3d/次較合適。

2.2 羊糞發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥工藝優(yōu)化正交試驗 根據(jù)正交試驗的極差R，各因素對生物有機肥有效活菌數(shù)的影響次序為翻堆頻率>C/N>堆體大小>復(fù)合菌接種量>初始含水率。羊糞發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥發(fā)酵條件最優(yōu)組合為，初始含水率為50%，C/N為30∶1，堆體大小為2000kg，復(fù)合菌接種量為3‰，翻堆頻率為3d/次。在此優(yōu)化工藝下，羊糞發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥的有效活菌數(shù)高達1.84×108CFU/g。

3 結(jié)論

羊糞發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥是一個復(fù)雜的生化反應(yīng)過程，生物有機肥質(zhì)量受到多個因素的影響，這些因素相互關(guān)聯(lián)影響并不斷變化[11]。本試驗選取了初始含水率、C/N、堆體大小、復(fù)合微生物菌劑接種量、翻堆次數(shù)等5個影響發(fā)酵的主要因素進行研究。以有效活菌數(shù)為考察指標，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用正交試驗優(yōu)化生物有機肥發(fā)酵工藝，羊糞發(fā)酵生產(chǎn)生物有機肥最佳工藝參數(shù)為初始含水率為50%，C/N為30∶1，堆體大小為2000kg，復(fù)合菌接種量為3‰，翻堆頻率為d/次。在本研究的優(yōu)化工藝條件下，羊糞發(fā)酵效率和發(fā)酵產(chǎn)品生物有機肥質(zhì)量得以提高，為羊糞大規(guī)模開發(fā)利用提供了必要的工藝參數(shù)和理論依據(jù)。

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基金項目：南通市通州區(qū)科技計劃：活性有機肥料生產(chǎn)關(guān)鍵控制技術(shù)與創(chuàng)新（2021GA69004）。

作者簡介：李進（1975—），男，江蘇揚州人，高級農(nóng)藝師，從事循環(huán)農(nóng)業(yè)教學研究工作。? 收稿日期：2022-02-20