牛糞好氧堆肥發(fā)酵及其肥料化利用實(shí)踐探討

劉曉芳，丁曉，嚴(yán)夢(mèng)羽

（興化市畜牧獸醫(yī)站，江蘇 泰州 225700）

我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)在發(fā)展期間會(huì)產(chǎn)生大量的畜禽糞便，由于養(yǎng)殖場(chǎng)自身技術(shù)能力有限，無(wú)法提高畜禽糞便利用率，會(huì)提高養(yǎng)殖工作的成本，對(duì)環(huán)境造成不小的傷害。當(dāng)下需要關(guān)注畜禽糞便無(wú)害化處理，合理應(yīng)用農(nóng)業(yè)廢棄物，提高農(nóng)業(yè)廢棄物利用率。在落實(shí)生態(tài)環(huán)境保護(hù)任務(wù)同時(shí)，還可以為養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展提供助力。養(yǎng)殖業(yè)在農(nóng)業(yè)廢棄物利用方面，使用耗氧堆肥發(fā)酵技術(shù)，對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行無(wú)害化處理，實(shí)現(xiàn)資源再利用的目的。

1 畜禽糞便資源化處理技術(shù)

1.1 飼料化上世紀(jì)80年代，我國(guó)推進(jìn)畜禽糞便資源化利用的研究工作，雞的腸道較短，排泄物內(nèi)含有較多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，比如粗蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)、鈣等成分。在飼料中加入雞糞便，可以提高飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，但是該方式會(huì)降低飼料的口感，還會(huì)使飼料抗生素殘留、病原菌復(fù)雜，相關(guān)問(wèn)題一直沒(méi)有得到解決。如果使用糞便提高飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，必須使用高溫的方式，對(duì)飼料進(jìn)行無(wú)害化處理，才能作為飼料。當(dāng)下有一部分發(fā)達(dá)國(guó)家不再使用畜禽糞便，而是使用蚯蚓消耗糞便中的有機(jī)物質(zhì)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)闋I(yíng)養(yǎng)價(jià)值高的飼料，可以供養(yǎng)殖場(chǎng)直接使用。剩余的糞便，大部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失，但仍然可以作為農(nóng)作物生長(zhǎng)的供能來(lái)源，提高資源利用率。

1.2 能源化牧民在草原上會(huì)收集牛糞，將其作為供暖物質(zhì)，以燃燒的方式放熱，滿足自身對(duì)溫度的需求。牛糞中含有一定量的半纖維素與纖維素，使牛糞直接燃燒使用。在規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)，牛糞的含水率較高，此類牛糞不能作為燃燒物。牛糞類的纖維素含量較高，可以應(yīng)用到工業(yè)酒精生產(chǎn)中，減少工業(yè)酒精制造對(duì)糧食的需求量。另外，沼渣還田在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可以提高土壤的肥力，讓土壤品質(zhì)得到極大的提升。

1.3 肥料化畜禽糞便內(nèi)含有大量的有機(jī)質(zhì)與多種微量元素，肥效長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)成分多，容易被作物吸收，是目前綜合評(píng)分較高的肥料，可以滿足種植業(yè)對(duì)土壤養(yǎng)分的需求，使土壤結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，將土壤理化甚至趨于平衡狀態(tài)。但是畜禽糞便中存在一定的有害物質(zhì)以及病原菌，如果直接使用畜禽糞便，將會(huì)對(duì)土壤造成傷害。因此，在畜禽糞便應(yīng)用到還田后，需要進(jìn)行無(wú)害化處理。畜禽糞便發(fā)酵在集約化發(fā)展的過(guò)程中應(yīng)用較多，畜禽糞便發(fā)酵的方式較多，堆肥為常見(jiàn)的方法。堆肥法又可以分為無(wú)氧堆肥與好氧堆肥兩種，好氧堆肥的使用范圍較廣。當(dāng)下考慮到傳統(tǒng)堆肥存在發(fā)酵不徹底、時(shí)間長(zhǎng)、臭味大、氮素流失嚴(yán)重等問(wèn)題，需要對(duì)堆體理化參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，改變堆肥微生物群落結(jié)構(gòu)，接種高效發(fā)酵微生物，從而使堆肥快速腐熟，為作物提供良好的養(yǎng)分，利于作物快速生長(zhǎng)。

2 牛糞好氧堆肥發(fā)酵與肥料化的具體利用

2.1 原料與場(chǎng)地準(zhǔn)備玉米秸稈與牛糞是發(fā)酵的主要原料，最好選擇干料，其中不含水分與其余雜質(zhì)。好氧發(fā)酵堆體在發(fā)酵時(shí)段，需要關(guān)注好氧發(fā)酵堆提物料顆粒粒度與發(fā)酵堆體初始含水率，對(duì)相關(guān)因素進(jìn)行合理控制。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，好氧發(fā)酵初始含水率的最佳區(qū)間為55%～65%，堆體內(nèi)微生物活性應(yīng)該在好氧發(fā)酵初始含水率處于合理區(qū)間時(shí)，才能保證堆肥效果處于最佳值。如果好氧發(fā)酵初始含水率超過(guò)60%，氧氣活動(dòng)將會(huì)遭到抑制，此時(shí)微生物活力也會(huì)隨之下降，容易轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)氧活動(dòng)。如果原料為鮮秸稈與鮮牛糞，應(yīng)該在使用前進(jìn)行晾曬，曬干后，粉碎整塊的牛糞，秸稈進(jìn)行碎片化處理，秸稈顆粒直徑控制在1cm范圍內(nèi)。

在堆肥初期使用外源微生物，可以快速分解肥料內(nèi)部成分，使堆體溫度在短時(shí)間內(nèi)快速上升，降解木質(zhì)纖維素的速度變快，堆肥周期也會(huì)因外源微生物的使用得到明顯的縮短。在試驗(yàn)發(fā)酵菌劑應(yīng)用期間，通過(guò)該菌劑合理應(yīng)用，完成堆體周期的控制。發(fā)酵菌劑成分可以為側(cè)芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、植物乳桿菌等有益菌，在多種有益菌混合下形成的發(fā)酵菌劑，需要均勻混合物料與菌劑，將發(fā)酵菌劑與一定量的谷粉、米糠混合配制，為堆肥活動(dòng)快速開(kāi)展提供材料。

發(fā)酵物料在選擇時(shí)，應(yīng)該根據(jù)發(fā)酵物料數(shù)量確定場(chǎng)地，盡可能選擇通風(fēng)好、有避雨結(jié)構(gòu)的位置，還應(yīng)保證場(chǎng)地地勢(shì)平坦。一般選擇通風(fēng)好的簡(jiǎn)易房、倉(cāng)庫(kù)，簡(jiǎn)陋的遮雨棚也可以作為好氧發(fā)酵的工作場(chǎng)地。好氧堆肥發(fā)酵一般會(huì)受到堆肥濕度與溫度的影響，如果氧氣供應(yīng)不足，也會(huì)影響到好氧堆肥發(fā)酵的效果。因此，需要確保相關(guān)因素得到合理的控制，經(jīng)常進(jìn)行噴水、翻堆等動(dòng)作。如果發(fā)酵量較大，需要使用鏟車與其他供水設(shè)備。所選的場(chǎng)地需要足夠開(kāi)闊，安裝遮雨裝置，或本身便存在遮雨結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)堆體時(shí)，科學(xué)給出堆體間隔距離，調(diào)整堆體大小，方便物料運(yùn)輸與鏟車運(yùn)行，不會(huì)對(duì)工作形成較大干擾。

2.2 堆肥過(guò)程好氧堆肥發(fā)酵階段，需要根據(jù)工作區(qū)域確定工作時(shí)間，一般以每年的五月到十月為最佳選擇。此階段為好氧堆肥發(fā)酵的最佳時(shí)間，相關(guān)月份環(huán)境溫度偏高，利于堆體溫度的提升，可以使堆體微生物具備較高的活性。在相關(guān)條件下可以縮短發(fā)酵周期，利于翻堆、噴水、通風(fēng)等操作的開(kāi)展。如果在其他時(shí)間進(jìn)行好氧堆肥發(fā)酵的工作，由于外部溫度偏低，不利于堆體內(nèi)微生物活動(dòng)。此時(shí)，物料堆內(nèi)外溫差過(guò)大，不能保證發(fā)酵持續(xù)、均勻地開(kāi)展，堆肥發(fā)酵效果難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

物料堆形狀設(shè)計(jì)需要從多方面考量，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)將會(huì)影響到發(fā)酵活動(dòng)的進(jìn)行，一般物料堆截面設(shè)置為T形。在發(fā)酵量不大的情況下，可以將物料堆下底寬1.5m、長(zhǎng)度2m、高度1m；如果發(fā)酵量較大，可以設(shè)計(jì)物料堆下底寬2m、長(zhǎng)度5m、高度1.2m。物料堆的間隔距離控制在5m～8m，物料堆間隔距離控制較為重要。在好氧發(fā)酵期間，會(huì)使用到一定數(shù)量的機(jī)械設(shè)備，科學(xué)的設(shè)定物料堆間隔距離，從而方便物料運(yùn)輸，也利于鏟車翻堆工作的開(kāi)展。

物料混合初始C/N是堆肥發(fā)酵較為關(guān)鍵的因素，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)相關(guān)因素的管控，物料C/N是否設(shè)置得當(dāng)，將會(huì)影響到堆肥內(nèi)微生物活性。從好氧堆肥方面的文獻(xiàn)中得知，C/N處于25:1～30:1區(qū)間，堆肥容易獲得最佳狀態(tài)。N元素為微生物生產(chǎn)繁殖的主要元素，如果C/N配比值過(guò)高，使微生物活性受到影響，難以保證堆體溫度可以快速上升，使高溫期時(shí)間較短，不能保證對(duì)肥的品質(zhì)。如果C/N值較低，此時(shí)堆肥內(nèi)部有機(jī)物質(zhì)因水溶性鹽分超于正常值，使堆肥有機(jī)物質(zhì)無(wú)機(jī)化。在玉米秸稈與牛糞兩種物質(zhì)的檢測(cè)中，計(jì)算N元與C元，最終發(fā)現(xiàn)玉米秸稈與牛糞按照2:5的質(zhì)量混合配置，可以使C/N的值處于25:1到30:1的區(qū)間中?；旌螩與N元素時(shí)，選擇分層混合的方式，按照混合物料添加一定含量的發(fā)酵菌劑。一般發(fā)酵菌劑的投放值在0.5～1kg/t范圍內(nèi)選擇。提前準(zhǔn)備秸稈與牛糞，并將菌劑與相關(guān)物質(zhì)混合。在混合期間還需要時(shí)常進(jìn)行噴水工作，隨后使用鏟車反復(fù)翻堆，直至相關(guān)材料混合均勻?yàn)橹?。在翻堆過(guò)程中，需要將物料堆截面設(shè)置為梯形，盡可能將物料堆下底寬、長(zhǎng)度與高度設(shè)置為1.5m、1m、2m。將物料堆設(shè)置為小堆，不會(huì)占用過(guò)多的空間，也利于機(jī)械設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，不會(huì)帶來(lái)過(guò)多的麻煩。

在每個(gè)物料堆兩側(cè)分別安裝傳感器與分析儀，可以監(jiān)測(cè)堆肥含水率與氧氣情況。傳感器配置數(shù)量與氧氣含量分析儀一致，借助相關(guān)裝置，在堆肥階段檢測(cè)堆體內(nèi)部的氧氣與濕度，檢測(cè)堆體內(nèi)30～50cm區(qū)間主要成分變化情況。結(jié)合監(jiān)測(cè)到的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)管控，確保好氧堆肥發(fā)酵按照設(shè)定的流程進(jìn)行。

堆體能否成功與水分含量關(guān)聯(lián)較大，從現(xiàn)有文獻(xiàn)得到的數(shù)據(jù)了解到，堆體水分適宜控制在55%～65%，在水分處于該區(qū)段時(shí)，堆體內(nèi)微生物處于活躍狀態(tài)，堆肥效果最佳。堆體內(nèi)水分過(guò)低或過(guò)高，均會(huì)對(duì)堆體微生物活性造成不良影響。在好氧堆肥發(fā)酵階段，隨著堆肥時(shí)間的延長(zhǎng)，使物料堆體中的水分隨之蒸發(fā)，需要通過(guò)氧氣含量分析儀與含水率傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，從而可以掌握堆體內(nèi)氧氣水分含量。掌握物料堆水分所處的區(qū)間，在水分低于合理范圍后，快速進(jìn)行補(bǔ)水動(dòng)作，將補(bǔ)充的水分控制在合理區(qū)間中，保證堆體內(nèi)微生物擁有較大的活性。

在堆肥期間堆體內(nèi)的溫度處于時(shí)刻變化的情況，堆肥最佳的溫度集中于45～55℃，如果堆肥溫度超過(guò)該區(qū)間，會(huì)對(duì)物料堆肥產(chǎn)生影響，難以讓微生物處于活性狀態(tài)，可能會(huì)使堆肥時(shí)間變長(zhǎng)。如果堆肥溫度在70℃以上，將會(huì)對(duì)堆體內(nèi)部微生物造成較大的傷害。如果堆體溫度在60～70℃，可以選擇翻堆的方式降低堆體溫度。因此，在堆肥過(guò)程中需要了解堆體溫度的變化情況，選擇合理的方式控制堆體溫度，從而可以良好的推進(jìn)好氧堆肥工作，使堆肥發(fā)酵獲得理想的效果。

在堆肥過(guò)程中需要選擇合理的方式進(jìn)行控制，考慮到不同時(shí)段堆體溫度存在差異，因此需要分時(shí)段進(jìn)行控制。在堆肥初期溫度升高較快，2～3h堆體溫度能接近70℃。如果此時(shí)堆體濕度在要求范圍內(nèi)，可以選擇單獨(dú)翻堆的方式控制堆體溫度。隨著堆肥時(shí)間的延長(zhǎng)，堆體水分快速喪失，并且堆體溫度隨之升高，需要進(jìn)行頻繁的監(jiān)測(cè)。使用氧氣分析儀與濕度傳感器，監(jiān)測(cè)堆體氧氣以及堆體濕度。如果堆體溫度在60℃以上，同時(shí)堆體水分不足40%，需要快速進(jìn)行翻堆操作，在降低堆體溫度同時(shí)，還應(yīng)該進(jìn)行噴水操作。物料堆含水率應(yīng)盡可能控制在55%～65%，將堆體溫度控制在60℃以內(nèi)，由此可以提高堆體內(nèi)各類微生物的活性，也利于堆肥發(fā)酵的開(kāi)展。如果堆肥期間堆體溫度過(guò)高，或者堆體水分并沒(méi)有在合理范圍內(nèi)，會(huì)影響到微生物活性，不能保證堆肥獲得良好的效果。

2.3 腐熟程度判斷堆肥需要經(jīng)過(guò)20～30d，在經(jīng)歷高溫期與適溫期后，完成堆肥發(fā)酵任務(wù)。根據(jù)我國(guó)糞便無(wú)害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)給出的要求，堆肥溫度需要維持在50℃以上。堆肥時(shí)間控制在7～10h，達(dá)到無(wú)害化標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)糞便無(wú)害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)提出的規(guī)定，結(jié)合堆體時(shí)間以及溫度進(jìn)行判斷。此外，通過(guò)感官在物料堆肥60d左右，查看堆肥發(fā)酵情況，此時(shí)堆肥糞臭味會(huì)隨之減弱，牛糞與玉米秸稈的顏色也趨近于黑褐色。此時(shí)如果玉米秸稈仍以塊狀方式呈現(xiàn)，還可以繼續(xù)腐熟2～3個(gè)月。將溫度控制在45～55℃。在此過(guò)程中，應(yīng)盡可能將堆體濕度維持在50%～65%。在堆肥期間使用專用氧氣分析儀與其他監(jiān)測(cè)設(shè)備，收集堆體濕度、氧氣、溫度等方面的參數(shù)，及時(shí)進(jìn)行翻堆操作，增加堆體氧氣含量，使腐化程度隨之提高。此外，需要?dú)⑺牢锪隙洋w內(nèi)的有害蟲(chóng)卵，降解有害物質(zhì)，最終使堆體秸稈腐化為小碎塊，牛糞變?yōu)榫鶆虻男☆w粒，通過(guò)后期過(guò)篩操作，成為基質(zhì)原料。

3 結(jié)語(yǔ)

在國(guó)家大力推進(jìn)節(jié)能環(huán)保的背景下，好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)可以對(duì)牛糞等物質(zhì)進(jìn)行無(wú)害化處理，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，提高資源利用水平，為養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展提供條件，成為國(guó)家較為關(guān)注的技術(shù)，具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>