豬糞好氧堆肥發(fā)酵條件的研究

常攀峰，劉瑞生*，徐建峰，郭海龍，張 騫，曹映輝，胡仲軍，張亞軍

(1.甘肅省畜牧獸醫(yī)研究所，甘肅 平?jīng)?744000；2.平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所，甘肅 平?jīng)?744000；3.莊浪縣畜牧獸醫(yī)中心，甘肅 莊浪 744600；4.涇川縣畜牧獸醫(yī)局汭豐工作站，甘肅 涇川 744399；5.平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)索羅鄉(xiāng)畜牧獸醫(yī)站，甘肅 平?jīng)?744000)

堆肥發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥是畜禽糞便資源化處理的有效方法，能夠減輕環(huán)境污染，變廢為寶。近年來隨著規(guī)模養(yǎng)殖業(yè)大力發(fā)展，畜禽糞便堆肥發(fā)酵引起人們關(guān)注。畜禽糞便好氧堆肥是微生物介導(dǎo)的復(fù)雜生化反應(yīng)過程，堆肥效果好壞受溫度、堆肥物料碳氮比(C/N)、工藝條件等多種因素的影響。本研究以不同溫度和C/N進(jìn)行豬糞好氧堆肥發(fā)酵試驗(yàn)，通過評(píng)價(jià)堆體腐熟程度和有機(jī)肥品質(zhì)，篩選出適宜的豬糞好氧堆肥發(fā)酵條件，為生產(chǎn)中推廣應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試豬糞由崆峒區(qū)某養(yǎng)豬場(chǎng)提供，秸稈(玉米秸稈、苜蓿秸稈、小麥秸桿各占1/3)和菜籽粕購自周邊農(nóng)戶，芹菜種子購自蔬菜種子市場(chǎng)。膠質(zhì)芽孢桿菌、細(xì)黃鏈霉菌和黑曲霉菌購自開封牧博生物科技有限公司，有效活菌數(shù)3×10～8×10CFU/g，按2∶2∶1比例混勻制成復(fù)合微生物菌劑備用。堆肥物料養(yǎng)分性質(zhì)見表1。

表1 堆肥原料理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of raw materials of composting %

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)按2×2因子設(shè)計(jì)，根據(jù)不同環(huán)境溫度和物料C/N，分為4個(gè)處理組，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。將豬糞、秸稈、菜籽粕根據(jù)質(zhì)量比分別按8∶1∶1和6∶4∶0混合，用尿素調(diào)節(jié)C/N分別為25和30，調(diào)節(jié)濕度為50%左右，添加0.2%復(fù)合微生物菌劑混勻，堆成長(zhǎng)1 m×寬1.2 m×高0.8 m的條垛式堆體，容積約1 m發(fā)酵，每3 d翻堆1次。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Test design

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

堆肥前連續(xù)3 d，每天用溫度計(jì)測(cè)定6：00、14：00和22：00環(huán)境溫度，計(jì)算平均值作為初始環(huán)境溫度。堆肥開始后，每天測(cè)定不同堆體的中心溫度。堆肥后第1、6、12、18、24和30 d定點(diǎn)取樣，參照劉超、尹曉明等和李昌寧等報(bào)道的方法測(cè)定pH、有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量，根據(jù)堆肥后堆體C/N除以堆肥前C/N計(jì)算T值；參照李昌寧等報(bào)道的方法，利用堆肥第1、6、12、18、24和30天的浸提液測(cè)定芹菜種子發(fā)芽指數(shù)(GI)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。采用SPSS 22.0軟件按照2因素方差分析處理數(shù)據(jù)，分析2個(gè)因素間是否存在互作效應(yīng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度和C/N對(duì)豬糞堆體溫度的影響

由表3可見，豬糞不同處理組溫度變化趨勢(shì)基本相同。AB處理組2.78 d進(jìn)入高溫(>50 ℃)，堆體最高溫度達(dá)到65 ℃，3.33 d出現(xiàn)最高溫度，與其他處理組差異顯著(<0.05)；AB處理組高溫持續(xù)期8.72 d，顯著高于AB和AB處理組(<0.05)；與AB處理組差異不顯著(>0.05)。由此可見豬糞AB處理組升溫最快，高溫持續(xù)期最長(zhǎng)，最高溫度最高。

表3 不同溫度和C/N對(duì)豬糞堆體溫度的影響Table 3 Changes of temperature in pig manure piles

2.2 不同溫度和C/N對(duì)豬糞堆體pH、T值和種子發(fā)芽指數(shù)的影響

由表4可見，堆肥期間豬糞不同處理組pH都呈現(xiàn)出先上升后下降，隨后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。從不同堆肥時(shí)間看，豬糞堆肥后第6天，AB與AB處理組間差異不顯著(>0.05)，但都顯著高于AB和AB處理組(<0.05)。第12天，AB處理組顯著高于其他3組(<0.05)。第18天，AB處理組顯著高于其他3組(<0.05)。豬糞不同處理組T值都隨堆肥時(shí)間延長(zhǎng)逐漸降低，并趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。豬糞堆肥后第1和6 d，AB和AB處理組差異不顯著(>0.05)，但都顯著高于AB和AB處理組(<0.05)。其他堆肥時(shí)間，各組間差異不顯著(>0.05)，但T值都小于0.6，符合堆肥腐熟標(biāo)準(zhǔn)。

表4 不同溫度和C/N對(duì)豬糞堆體pH、T值和種子發(fā)芽指數(shù)的影響Table 4 Changes of pH values in pig manure compost

由表4可見，隨著豬糞堆肥時(shí)間延長(zhǎng)，芹菜種子發(fā)芽指數(shù)逐漸提高。其中堆肥后第1、6和30天，AB和AB處理組間差異不顯著(>0.05)，但都顯著高于AB和AB處理組(<0.05)。第12、18和24天，AB處理組顯著高于其他3組(<0.05)，AB處理組顯著高于AB和AB處理組(<0.05)。

2.3 豬糞堆體有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量

由表5可知，豬糞堆肥后與堆肥前相比，不同處理組全氮、全磷和全鉀含量不同程度增加，有機(jī)質(zhì)含量下降，其中AB處理組有機(jī)質(zhì)含量降低10.86個(gè)百分點(diǎn)。豬糞堆肥后第1天，全氮、全磷、全鉀和有機(jī)質(zhì)含量，各組間無顯著差異(>0.05)。堆肥第30天，AB處理組全氮、磷含量顯著高于其他3組(<0.05)，有機(jī)質(zhì)含量顯著低于其他3組(<0.05)。

表5 豬糞堆體有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量變化Table 5 Changes of organic matter and nutrient contents in pig manure compost

3 討 論

3.1 環(huán)境溫度和C/N對(duì)堆體溫度的影響

研究發(fā)現(xiàn)，春季堆肥較冬季堆肥升溫速度快，高溫期持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，堆肥周期短。合適的初始物料C/N有利于堆肥的升溫，豬糞堆肥的C/N比以25～30為宜。C/N比為15、20、25和30處理的豬糞玉米秸稈堆肥，以C/N比為25處理高溫期持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，堆肥積溫最高。C/N分別為10、25和35的豬糞、稻殼和蘑菇渣混合物高溫堆肥，高溫期平均溫度C/N為25>C/N為35>C/N為10，認(rèn)為C/N為25是堆肥適宜的C/N初始設(shè)定值。本試驗(yàn)32 ℃豬糞好氧堆肥發(fā)酵溫度高于24 ℃，豬糞堆體混合物C/N為25處理組好氧堆肥發(fā)酵溫度高于豬糞堆體混合物C/N為30處理組，表明32 ℃，豬糞堆體混合物C/N為25處理組堆肥發(fā)酵升溫快，高溫出現(xiàn)時(shí)間早，持續(xù)期長(zhǎng)，最高溫度高，證實(shí)環(huán)境溫度和堆體C/N影響豬糞堆體溫度變化，與上述研究結(jié)果一致。

3.2 環(huán)境溫度和C/N對(duì)堆體pH的影響

pH影響微生物生長(zhǎng)和代謝，pH為7～8時(shí)適宜微生物降解反應(yīng)，能加快堆肥反應(yīng)速率。豬糞好氧堆肥初期隨著堆體逐漸升溫，微生物分解產(chǎn)生大量氨氣，使堆體pH上升。高溫期時(shí)氨氣產(chǎn)生減少，有機(jī)物分解酸化，pH開始下降直至穩(wěn)定。因此豬糞發(fā)酵過程中，pH呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。環(huán)境溫度通過影響微生物生長(zhǎng)和數(shù)量對(duì)堆體pH產(chǎn)生影響，發(fā)酵終期豬糞pH 25 ℃時(shí)高于5 ℃時(shí)。25 ℃脫水污泥堆肥處理堆體的pH升高、降低幅度比10 ℃更大。堆肥過程中C/N對(duì)pH有一定影響，不同C/N的豬糞油菜秸稈混合物好氧堆肥，pH變化趨勢(shì)都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，但C/N為22.72處理組在堆肥第7天就先達(dá)到pH8.0以上的標(biāo)準(zhǔn)且最先穩(wěn)定下來。豬糞、稻殼及蘑菇渣混合物高溫堆肥結(jié)束時(shí)，C/N分別為10、25和35處理的pH分別為7.51、7.63、6.96。本試驗(yàn)32 ℃堆肥的兩組比24 ℃堆肥的兩組pH達(dá)到8.0以上，然后下降穩(wěn)定在7.0左右時(shí)間早，豬糞堆體混合物C/N為25堆肥組比C/N為30堆肥組pH上升和下降速度快，表明環(huán)境溫度和C/N對(duì)堆體pH變化有一定影響。

3.3 環(huán)境溫度和C/N對(duì)有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量的影響

溫度影響微生物活性、有機(jī)質(zhì)分解速度和肥料腐殖化程度。25 ℃發(fā)酵終期豬糞有機(jī)質(zhì)含量低于5 ℃。C/N影響堆肥過程中有機(jī)質(zhì)變化，初始C/N比為22左右對(duì)有機(jī)質(zhì)的降解和腐殖質(zhì)的形成及穩(wěn)定化有益。C/N為22.72的豬糞油菜秸稈堆肥處理比C/N為20.6和26.48處理組堆肥前期有機(jī)質(zhì)下降幅度最大，趨于穩(wěn)定快。C/N比為20、22.5、25、27.5和30的豬糞稻草混合發(fā)酵，有機(jī)質(zhì)含量均有所下降，其中C/N比為25處理組最多下降18.8%。本研究32 ℃時(shí)豬糞堆體混合物C/N為25處理組堆肥后有機(jī)質(zhì)含量降幅最大，表明環(huán)境溫度和C/N與堆體有機(jī)質(zhì)降解和轉(zhuǎn)化效率有關(guān)。

養(yǎng)分含量可以反映堆肥腐熟程度和產(chǎn)品品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，夏季發(fā)酵效果較好，豬糞肥中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量增幅最大。豬糞和玉米秸稈堆肥結(jié)束時(shí)，全碳降解率以C/N比為25的最大，達(dá)24.55%；全氮含量除C/N比15下降9%之外，C/N比為20、25和30堆肥處理均較堆制前有明顯提高。C/N比值為25.24的豬糞、香蕉莖稈和桉樹皮堆肥，總氮、總磷和總鉀含量顯著高于C/N比值為27.01、28.50和32.88處理組。C/N分別為10、25和35的豬糞堆肥處理，總養(yǎng)分含量分別達(dá)50.25、51.66和48.43 mg/kg，C/N為25有利于堆體養(yǎng)分保持，其堆肥產(chǎn)品肥效優(yōu)異。本研究32 ℃時(shí)豬糞堆體混合物C/N為25處理組堆肥全氮、全磷和全鉀含量增幅最大，說明提高了養(yǎng)分含量和堆肥品質(zhì)，與上述報(bào)道結(jié)果相同。

3.4 環(huán)境溫度和C/N對(duì)堆體T值的影響

研究發(fā)現(xiàn)，T值隨堆肥化的進(jìn)行而下降，T值不高于0.6時(shí)，可作為堆肥腐熟度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。在豬糞堆肥中添加不同比例銀杏殘葉，堆熟后T值<0.6。王亞飛等對(duì)不同畜禽糞便堆肥后，T值分別為0.49、0.48、0.49和0.51。環(huán)境溫度對(duì)堆體T值影響方面，常會(huì)慶等發(fā)現(xiàn),25 ℃脫水污泥堆肥處理達(dá)到腐熟(T值<0.6)比10 ℃處理提前12 d。研究發(fā)現(xiàn)，C/N為28的豬糞米糠堆肥處理，表征堆肥腐熟的指標(biāo)(GI、NH-N/NO-N比值和T值分別為49%、0.56和0.63)均好于C/N比值為18、35和40的處理。豬糞堆肥C/N為25的T值(0.54)低于C/N為35(0.67)和10(0.86)的處理。C/N為20的豬糞-玉米秸稈混合堆肥T值(0.51)小于C/N為10(0.73)和15(0.64)的堆肥處理。本研究32 ℃堆肥的兩組T值下降小于0.6所需時(shí)間比24 ℃堆肥早6 d，相同溫度下豬糞堆體C/N為25處理組堆肥比豬糞堆體C/N為30處理組堆肥T值多數(shù)測(cè)定時(shí)間低，表明32 ℃時(shí)C/N為25的豬糞堆肥腐熟快速。

3.5 環(huán)境溫度和C/N對(duì)堆體種子發(fā)芽指數(shù)的影響

GI隨著堆肥過程逐漸上升，GI大于80%表示堆肥腐熟，對(duì)植物生長(zhǎng)沒有毒性。中溫25 ℃堆肥能提高種子發(fā)芽率，適宜的C/N有益于堆肥腐熟，豬糞堆肥24 d后，C/N為 25處理的GI值達(dá)到82%，而C/N分別為35、18和14處理的GI值分別為63.2%、55.3%和22%。初始C/N為24～28的豬糞鋸末堆肥22 d時(shí)種子發(fā)芽率>90%，比C/N為21、23、30和32處理組高；C/N為25的豬糞秸稈堆肥22 d時(shí)種子發(fā)芽率達(dá)88%，高于C/N大于或小于25的堆肥處理組。本研究32 ℃堆肥GI比24 ℃堆肥提前6 d達(dá)到80%以上，堆體C/N為25處理組GI高于C/N為30處理組，表明在32 ℃，豬糞堆體C/N為25時(shí)堆肥，發(fā)酵腐熟速度更快。

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)表明，在溫度32 ℃，豬糞堆體C/N為25時(shí)好氧堆肥發(fā)酵效果好，可以提高堆體發(fā)酵溫度，延長(zhǎng)高溫持續(xù)期，降低有機(jī)質(zhì)含量，增加養(yǎng)分含量，提高種子發(fā)芽指數(shù)，從而加快糞便腐熟，改善堆肥品質(zhì)，為豬糞好氧堆肥發(fā)酵的適宜條件。