雞糞筒倉式反應(yīng)器堆肥產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)估和經(jīng)濟(jì)效益分析

趙華軒　李尚民　蒲俊華　王丹萍　王洪志　竇新紅

摘要：為評(píng)估筒倉式反應(yīng)器堆肥產(chǎn)品質(zhì)量，利用大型筒倉式反應(yīng)器開展雞糞堆肥試驗(yàn)，探究堆肥原料組成、曝氣強(qiáng)度和發(fā)酵菌劑對(duì)反應(yīng)器堆肥產(chǎn)品的腐熟狀況、氮素含量、總養(yǎng)分含量等的影響，并分析反應(yīng)器堆肥處理雞糞的經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)果顯示，添加菌渣和發(fā)酵菌劑、維持適中的曝氣強(qiáng)度可以提高堆肥溫度，降低堆肥pH值。添加菌渣和發(fā)酵菌劑、增大曝氣強(qiáng)度可以降低堆肥含水率。添加菌渣、降低曝氣強(qiáng)度可以抑制總有機(jī)碳和腐殖質(zhì)的降解，添加發(fā)酵菌劑可以促進(jìn)總有機(jī)碳降解，但對(duì)腐殖質(zhì)的影響較小。原料組成對(duì)腐熟堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)的影響較小，增大曝氣強(qiáng)度和添加發(fā)酵菌劑可以提高堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)。反應(yīng)器處理雞糞堆肥產(chǎn)品的銨態(tài)氮（NH⁺₄-N）含量為100～150 mg/kg，硝態(tài)氮（NO^-₃-N）含量較低且差別較小。反應(yīng)器處理后的腐熟堆肥的總養(yǎng)分含量為5.58%～7.44%，達(dá)到國家有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)要求；總有機(jī)質(zhì)含量為26.44%～48.12%，含水率為25.00%～35.00%，pH值為9.40，腐熟堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)為19.33%～59.50%，均未達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，需要進(jìn)行二次腐熟處理。該堆肥反應(yīng)器每年可生產(chǎn)雞糞有機(jī)肥約657 t，1 t雞糞有機(jī)肥的生產(chǎn)成本為473元，每年可獲得經(jīng)濟(jì)效益8.34×104元。堆肥反應(yīng)器購置費(fèi)用占養(yǎng)殖場雞糞處理設(shè)施設(shè)備總投資的70%，建議加大對(duì)養(yǎng)殖場堆肥反應(yīng)器購置的專項(xiàng)補(bǔ)貼力度。

關(guān)鍵詞：筒倉式反應(yīng)器；堆肥；腐熟狀況；質(zhì)量評(píng)估；經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類號(hào)：S141.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-4440（2023）05-1159-10

Quality assessment and economic benefit analysis of chicken manure compost products by silo reactorZHAO Hua-xuan，LI Shang-min，PU Jun-hua，WANG Dan-ping，WANG Hong-zhi，DOU Xin-hong

（Jiangsu Institute of Poultry Sciences， Yangzhou 225003， China）

Abstract：To evaluate the quality of chicken manure compost products by silo reactor， a large-sized silo reactor was used to do composting experiment by using chicken manure as material， so as to explore the effects of raw material composition， aeration intensity and microbial fermentation agent on the decomposing condition， nitrogen content and total nutrient content of compost products， and to analyze the economic benefits of silo reactor in composting chicken manure. The results showed that， adding mushroom residues and microbial agent， maintaining medium aeration intensity could increase the compost temperature and reduce the pH value. Moisture contents of the chicken manure composts could be reduced by adding mushroom residues and microbial fermentation agent， as well as increasing aeration intensity. Degradations of total organic carbon and humus could be inhibited by adding mushroom residues and decreasing aeration intensity， and the degradation of total organic carbon could be accelerated by adding microbial fermentation agent， but the humus was slightly influenced. The raw material composition showed little influences on germination indexes of seeds in matured composts， while increasing aeration intensity and adding microbial fermentation agent could increase the germination index of seeds in composts. The NH⁺₄-N contents of chicken manure compost products by silo reactor during the silo reactor composting were 100-150 mg/kg， while the NO^-₃-N contents in the compost products were low and showed little difference. The total nutrient contents of matured composts treated by silo reactor were 5.58%-7.44%， which met the requirements of the national standard for commercial organic fertilizer. The total organic matter contents were 26.44%-48.12%， the moisture contents were 25.00%-35.00%， the pH value was 9.40 and the germination indexes of seeds in mature composts were 19.33%-59.50%. All of the indexes didnt meet the requirements of the national standard and need secondary decomposing treatment. The silo reactor could produce about 657 t chicken manure organic fertilizer per year and the unit production cost was 473 RMB/t， which could obtain economic benefit of 8.34×104RMB per year. The purchase cost of the silo reactor accounted for 70% of the total investment of the facilities and equipment for chicken manure processing in the livestock farm. It is suggested to increase special subsidy for purchasing composting reactors by livestock and poultry farms.

Key words：silo reactor;compost;maturity condition;quality assessment;economic benefit

隨著中國畜牧業(yè)的快速發(fā)展，畜禽糞污處理與資源化利用成為畜牧業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵制約因素，影響著中國養(yǎng)殖業(yè)的集約化進(jìn)程[1-2]。當(dāng)前，中國每年的畜禽糞污產(chǎn)生量約為3.8×109 t，好氧堆肥能夠?qū)⑿笄菁S便轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的有機(jī)肥，還田利用可以改善土壤質(zhì)量，成為實(shí)現(xiàn)農(nóng)牧循環(huán)、種養(yǎng)結(jié)合的橋梁，同時(shí)降低了不能妥善處理的畜禽糞便對(duì)環(huán)境造成的污染風(fēng)險(xiǎn)[3-4]。在中國，超過76%的畜禽糞便是通過堆肥處理的，由此形成的有機(jī)肥生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[3，5]。

目前中國常用的好氧堆肥工藝主要有條垛式堆肥、槽式堆肥、反應(yīng)器堆肥等[6]。露天條垛式堆肥和槽式堆肥操作簡單，設(shè)備投資成本低[5]，但占地面積大，堆肥過程中會(huì)向大氣排放大量臭氣[7-8]，同時(shí)，冬季低溫會(huì)抑制條垛式和槽式堆肥的堆肥效率[9]。反應(yīng)器堆肥是指利用集進(jìn)出料、曝氣、攪拌和除臭為一體的密閉式反應(yīng)器進(jìn)行好氧發(fā)酵的一種堆肥工藝，具有發(fā)酵周期短、占地面積小、保溫節(jié)能效果好、自動(dòng)化程度高，臭氣易處理等優(yōu)點(diǎn)[10]。但堆肥反應(yīng)器的購置成本較高，限制了其應(yīng)用規(guī)模[11]。隨著沒有農(nóng)田配套的集約化養(yǎng)殖場的迅速發(fā)展以及民眾對(duì)空氣質(zhì)量的日益關(guān)注，人們傾向于使用更先進(jìn)的技術(shù)手段來解決堆肥效率低、臭氣排放和土地有限的問題[12]。筒倉式堆肥反應(yīng)器是一種常見的堆肥設(shè)備，物料從倉頂加入，從倉底出料，利用高壓渦輪風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)供氧，發(fā)酵周期為7～10 d。目前對(duì)反應(yīng)器堆肥的研究主要集中在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模[13-14]，對(duì)商業(yè)規(guī)模的大型筒倉式反應(yīng)器堆肥的現(xiàn)場研究較少[10，15]，缺乏對(duì)筒倉式反應(yīng)器堆肥過程中物料的腐熟狀況、養(yǎng)分含量、經(jīng)濟(jì)效益等方面的評(píng)估。

本研究立足于堆肥生產(chǎn)實(shí)際，利用大型筒倉式反應(yīng)器開展堆肥試驗(yàn)，探究堆肥原料組成、曝氣強(qiáng)度和發(fā)酵菌劑對(duì)堆肥產(chǎn)品腐熟狀況、養(yǎng)分含量等的影響，同時(shí)評(píng)估筒倉式反應(yīng)器堆肥的經(jīng)濟(jì)效益，為反應(yīng)器堆肥工藝的實(shí)際應(yīng)用提供參考，促進(jìn)畜禽糞便無害化處理和資源化利用。

1材料與方法

1.1堆肥原料和設(shè)備

本試驗(yàn)的堆肥原料為雞糞和菌渣，試驗(yàn)地點(diǎn)為揚(yáng)州市某蛋雞養(yǎng)殖場堆肥作業(yè)區(qū)。該養(yǎng)殖場存欄蛋雞為6.5×10⁴只，每2 d清理1次雞舍，糞便產(chǎn)生量約為15 m³。菌渣由養(yǎng)殖場自行從市場上購買。雞糞和菌渣的基本理化性質(zhì)見表1。發(fā)酵菌劑購自河南九邦生物科技有限公司，主要成分為嗜熱細(xì)菌、放線菌、真菌及輔料，有效活菌數(shù)≥1.0×10¹⁰CFU/g。

該養(yǎng)殖場購置的筒倉式堆肥反應(yīng)器容積為130 m³，處理能力為15～18 m³/d。反應(yīng)器配備3臺(tái)曝氣風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)功率為12.5 kW，內(nèi)部設(shè)有攪拌軸和攪拌葉片，攪拌葉片上布設(shè)曝氣管道，通過風(fēng)機(jī)將新鮮空氣引入反應(yīng)器中，維持好氧堆肥過程。

1.2堆肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)

筒倉式反應(yīng)器正常運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)器容積處于飽和狀態(tài)。將堆肥物料（雞糞和菌渣）混勻后，通過鏟車運(yùn)送至反應(yīng)器上料斗中。每次進(jìn)料前，先通過傳送帶將反應(yīng)器底部發(fā)酵過的堆肥從出料口排出，每次出料約為5～6 m³。出料結(jié)束后，待處理的物料通過上料斗被提升至反應(yīng)器上部進(jìn)料口進(jìn)料，每次進(jìn)料體積約為15～18 m³。在反應(yīng)器中部設(shè)有溫度探頭，可以測(cè)定反應(yīng)器中部堆肥核心區(qū)的溫度。反應(yīng)器排出的腐熟堆肥需要放置在通風(fēng)棚中進(jìn)行二次腐熟處理。

筒倉式反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行的堆肥出料情況表明，連續(xù)4次進(jìn)出料大體可以將反應(yīng)器內(nèi)的物料置換1遍。因此，根據(jù)蛋雞場清糞周期，本試驗(yàn)中堆肥反應(yīng)器處理周期設(shè)置為8 d，每2 d進(jìn)出料1次，形成連續(xù)進(jìn)出料堆肥處理模式。設(shè)計(jì)堆肥試驗(yàn)，探究堆肥原料組成、曝氣強(qiáng)度、發(fā)酵菌劑對(duì)筒倉式反應(yīng)器處理雞糞的影響。堆肥試驗(yàn)分為6組處理，使用同一個(gè)筒倉式反應(yīng)器依次進(jìn)行堆肥試驗(yàn)。堆肥試驗(yàn)處理分別為，T1：堆肥原料為15.0 m³雞糞、3.0 m³菌渣，開啟3臺(tái)風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行；T2：堆肥原料為15.0 m³雞糞、1.5 m³菌渣，開啟3臺(tái)風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行；T3：堆肥原料為15.0 m³雞糞、無菌渣，開啟3臺(tái)風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行；T4：堆肥原料為15.0 m³雞糞、無菌渣，開啟2臺(tái)風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行；T5：堆肥原料為15.0 m³雞糞、無菌渣，開啟1臺(tái)風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行；T6：堆肥原料為15.0 m³雞糞、無菌渣，添加2 kg發(fā)酵菌劑，開啟1臺(tái)風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行。

1.3樣品采集與測(cè)定

筒倉式堆肥反應(yīng)器在15：00開始進(jìn)出料，進(jìn)出料總時(shí)長約為2 h。每天8：00和17：00記錄堆肥反應(yīng)器中部核心區(qū)溫度。每組試驗(yàn)待反應(yīng)器運(yùn)行8 d時(shí)，出料前用垂直取樣器在反應(yīng)器內(nèi)堆體的0.3 m、0.8 m、1.2 m處分別采集1個(gè)樣品，隨后出料，在放出堆肥的表層和底層各采集1個(gè)樣品，采樣量均為500 g，這5個(gè)樣品可以反映筒倉式堆肥反應(yīng)器內(nèi)從上至下不同深度的堆肥腐熟情況。同時(shí)采集二次腐熟處理約2個(gè)月的堆肥產(chǎn)品的樣品。采集的樣品分為2部分，一部分自然風(fēng)干，粉碎后過60 目篩，用于測(cè)定總有機(jī)碳（TOC）含量、總氮（TN）含量、總磷（TP）含量和總鉀（TK）含量；另一部分在-20 ℃冰箱冷凍保存，用于測(cè)定pH值、含水率、腐殖質(zhì)（HS）含量、銨態(tài)氮（NH⁺₄-N）含量、硝態(tài)氮（NO^-₃-N）含量、種子發(fā)芽指數(shù)（GI）。

用pH計(jì)測(cè)定堆肥樣品的pH值[16]。將物料在105 ℃下烘干后測(cè)定含水率[17]?？傆袡C(jī)碳含量采用有機(jī)碳分析儀測(cè)定[18]。用0.1 mol/L的Na₄P₂O₇-NaOH溶液提取物料的腐殖質(zhì)后，采用有機(jī)碳分析儀測(cè)定總有機(jī)碳含量[18-19]?？偟?、總磷含量、總鉀含量參照NY/T 525-2021《有機(jī)肥料》中的標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定[20]。新鮮樣品經(jīng)2 mol/L的KCl溶液浸提，振蕩6 h，過濾后采用流動(dòng)分析儀測(cè)定銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量[21]。參照Li等[22]的方法計(jì)算堆肥樣品的種子發(fā)芽指數(shù)，具體方法為：稱取10 g新鮮樣品置于錐形瓶中，按固液比1∶10（g/ml）加入100 ml去離子水，于25 ℃下180 r/min振蕩浸提1.0 h，靜置0.5 h后，用濾紙過濾，收集浸提液；在9 cm培養(yǎng)皿中放置1張定性濾紙，其上均勻放入10粒大小基本一致、飽滿的櫻桃蘿卜種子，加入10 ml浸提液，蓋上培養(yǎng)皿蓋，在25 ℃的培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)48 h，統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子粒數(shù)，并逐一測(cè)量主根長。種子發(fā)芽指數(shù)按公式（1）計(jì)算：

GI=A₁×A₂/B₁×B₂×100% （1）

式中，A₁為堆肥樣品的浸提液培養(yǎng)的種子中發(fā)芽粒數(shù)占放入種子總粒數(shù)的百分比；A₂為堆肥樣品的浸提液培養(yǎng)的全部種子的平均根長；B₁為水培的種子中發(fā)芽粒數(shù)占放入種子總粒數(shù)的百分比；B₂為水培的全部種子的平均根長。所有測(cè)定均進(jìn)行3次重復(fù)。

1.4經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)養(yǎng)殖場對(duì)雞糞處理的實(shí)際投入，評(píng)估筒倉式反應(yīng)器堆肥的經(jīng)濟(jì)效益。使用公式（2）計(jì)算每噸堆肥產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

C_ton=（C_dc+C_year+C_int）/ W （2）

式中，C_ton為每噸堆肥的成本；C_dc為所有基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備投資每年的折舊成本；C_year為每年的運(yùn)營管理成本；C_int為基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備投資的利率差；W為每年生產(chǎn)的堆肥產(chǎn)品質(zhì)量。

C_dc= I_inf/L_inf+ I_eq/L_eq（3）

式中，I_inf為堆肥作業(yè)區(qū)基礎(chǔ)建設(shè)投資；L_inf為堆肥作業(yè)區(qū)基礎(chǔ)建設(shè)的使用壽命；I_eq為堆肥設(shè)備的投資；L_eq為堆肥設(shè)備的使用壽命。

C_year=C_ene+C_mat+C_lab（4）

式中，C_ene為每年消耗的能源費(fèi)用，包括電費(fèi)和柴油費(fèi)；C_mat為每年消耗的原料費(fèi)用；C_lab為每年的員工薪酬。

1.5數(shù)據(jù)分析

采用Office Excel 2013對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和方差計(jì)算，采用SPSS Statistics 22對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，采用Origin 9.0進(jìn)行繪圖。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理?xiàng)l件下堆肥的腐熟狀況

溫度是表征堆肥腐熟的重要指標(biāo)。圖1A反映的是各處理反應(yīng)器中部核心區(qū)8 d的溫度變化?？傮w上說，各處理反應(yīng)器核心區(qū)溫度隨著進(jìn)出料出現(xiàn)周期性升溫和降溫。T1～T3處理的堆體溫度整體依次降低，表明添加菌渣提高了堆體溫度。比較T3～T5處理的溫度發(fā)現(xiàn)，隨著風(fēng)機(jī)開啟數(shù)目從1臺(tái)增加到2臺(tái)，堆體溫度也隨之增高，但當(dāng)風(fēng)機(jī)開啟數(shù)量繼續(xù)增加到3臺(tái)，在堆肥第5 d、第8 d時(shí)堆體溫度出現(xiàn)降低趨勢(shì)，表明曝氣強(qiáng)度較低時(shí)，增加曝氣強(qiáng)度可以提高堆體溫度，但高曝氣強(qiáng)度反而降低堆體溫度。比較T5、T6處理的溫度發(fā)現(xiàn)，在較低的曝氣強(qiáng)度下，添加發(fā)酵菌劑明顯提高了堆體溫度，尤其是在反應(yīng)器運(yùn)行6～8 d時(shí)。以上結(jié)果表明，添加適量菌渣，維持適中的曝氣強(qiáng)度，添加發(fā)酵菌劑均可以促進(jìn)反應(yīng)器堆肥溫度升高，進(jìn)而促進(jìn)堆肥腐熟。

圖1B反映了筒倉式反應(yīng)器堆肥過程中不同處理?xiàng)l件對(duì)堆肥含水率的影響。堆肥過程中，堆體溫度升高，堆體內(nèi)水分以水蒸氣狀態(tài)存在，當(dāng)風(fēng)機(jī)強(qiáng)制曝氣時(shí)，堆體內(nèi)的水分隨空氣流動(dòng)揮發(fā)，從而降低堆肥含水率。T1～T3處理的菌渣含量依次降低，反應(yīng)器內(nèi)堆體0.3 m處堆肥和放出的表層堆肥的含水率逐漸升高（P<0.05）；T3～T5處理的風(fēng)機(jī)開啟數(shù)目依次減少，即曝氣強(qiáng)度逐漸降低，反應(yīng)器內(nèi)堆體0.3 m、1.2 m處堆肥和放出的表層堆肥的含水率逐漸升高（P<0.05），反應(yīng)器內(nèi)堆體0.8 m處堆肥含水率基本保持一致。反應(yīng)器正常運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)器放出堆肥的含水率為25%～35%。與T5處理相比，T6處理反應(yīng)器內(nèi)堆體0.3 m、1.2 m處堆肥和放出堆肥的含水率均顯著降低（P<0.05），表明添加發(fā)酵菌劑會(huì)降低堆肥含水率，這主要是因?yàn)樘砑影l(fā)酵菌劑增加了反應(yīng)器堆肥中微生物的數(shù)量和活性，促進(jìn)了堆肥腐熟[23]。因此，添加菌渣、增大曝氣強(qiáng)度和添加發(fā)酵菌劑均降低堆肥含水率。

不同處理?xiàng)l件對(duì)堆肥pH值的影響見圖1C?？傮w來看，反應(yīng)器內(nèi)從上層到下層的堆肥pH值逐漸升高。反應(yīng)器內(nèi)堆體0.3 m處為較新鮮物料，發(fā)酵時(shí)間較短，pH值相對(duì)偏低；反應(yīng)器內(nèi)堆體0.8 m、1.2 m處堆肥物料處于高溫發(fā)酵期，隨著有機(jī)酸等的分解和大量氨氣的產(chǎn)生，pH值逐漸升高[24]。放出的腐熟堆肥已經(jīng)過了高溫發(fā)酵階段，堆肥pH值基本穩(wěn)定在9.4左右。T1～T3處理中，隨著菌渣含量依次降低，反應(yīng)器內(nèi)堆體1.2 m處堆肥和放出堆肥的pH值逐漸升高（P<0.05），表明添加菌渣會(huì)降低堆肥pH值。T3～T5處理中，隨著風(fēng)機(jī)開啟數(shù)量減少，曝氣強(qiáng)度降低，放出堆肥的pH值先降低后升高（P<0.05），表明曝氣強(qiáng)度過高、過低均會(huì)提高堆肥的pH值。與T5處理相比，T6處理中添加的發(fā)酵菌劑降低了反應(yīng)器堆肥的pH值（P<0.05）。綜上，添加菌渣和添加發(fā)酵菌劑均會(huì)降低堆肥pH值，維持適中的曝氣強(qiáng)度也會(huì)降低堆肥pH值。

不同處理?xiàng)l件對(duì)堆肥種子發(fā)芽指數(shù)的影響見圖1D?？傮w上看，反應(yīng)器中堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)隨堆肥深度增加有增大的趨勢(shì)。T1～T3處理中，放出堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)基本一致，表明在較高的曝氣強(qiáng)度下，反應(yīng)器堆肥的原料組成對(duì)堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)的影響不顯著。T1～T3處理放出堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)可達(dá)39.54%～47.69%。與T3、T4處理相比，T5處理中，放出的表層和底層堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)顯著降低（P<0.05），這可能是由于T5處理曝氣強(qiáng)度較低，堆肥發(fā)酵不完全，有害物質(zhì)含量高。徐鵬翔[24]在研究曝氣量、含水率、溫度等對(duì)筒倉式反應(yīng)器堆肥的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器底層堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)全部大于80%，遠(yuǎn)高于本研究的結(jié)果。T6處理各堆層堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)均顯著高于T5處理（P<0.05），這可能是由于發(fā)酵菌劑可以促進(jìn)堆肥腐熟，從而提高了堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)。但所有處理堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)均小于70%，未達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的無害化處理要求，需要轉(zhuǎn)移到通風(fēng)棚進(jìn)行二次腐熟處理。

有機(jī)質(zhì)是微生物生長繁殖和新陳代謝的主要營養(yǎng)物質(zhì)，有機(jī)碳含量變化可反映微生物活性及有機(jī)質(zhì)降解情況。不同處理?xiàng)l件對(duì)堆肥中有機(jī)碳含量的影響見圖1E。T1～T3處理中，隨著菌渣含量逐漸降低，放出堆肥的有機(jī)碳含量依次降低（P<0.05）；T3～T5處理中，隨著曝氣強(qiáng)度降低，放出堆肥的有機(jī)碳含量依次升高（P<0.05），表明添加菌渣和降低曝氣強(qiáng)度均增加了反應(yīng)器堆肥的有機(jī)碳含量。與T5處理相比，T6處理中反應(yīng)器內(nèi)堆體0.3 m、1.2 m處堆肥和放出的表層堆肥的有機(jī)碳含量顯著降低（P<0.05），表明添加菌劑可以增強(qiáng)堆肥微生物活性，降低有機(jī)碳含量并促進(jìn)整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)堆肥的腐熟進(jìn)程。

腐殖質(zhì)含量是評(píng)價(jià)堆肥腐熟和堆肥肥效的重要指標(biāo)，與堆肥進(jìn)程密切相關(guān)。不同處理?xiàng)l件對(duì)堆肥腐殖質(zhì)含量的影響見圖1F。隨著堆肥進(jìn)行，反應(yīng)器堆肥的腐殖質(zhì)含量總體上隨堆肥深度增加而降低。在各處理堆肥中，放出的表層堆肥腐殖質(zhì)含量分別為75.63 mg/g、62.25 mg/g、55.46 mg/g、60.50 mg/g、64.66 mg/g、62.42 mg/g。T1～T3處理中，隨著菌渣含量降低，反應(yīng)器內(nèi)1.2 m處堆肥和放出堆肥的腐殖質(zhì)含量顯著降低（P<0.05），表明添加菌渣可以提高堆肥腐殖質(zhì)含量。T3處理的反應(yīng)器內(nèi)堆體1.2 m處堆肥和放出堆肥的腐殖質(zhì)含量顯著低于T4、T5處理（P<0.05），表明增大曝氣強(qiáng)度會(huì)降低堆肥腐殖質(zhì)含量。除反應(yīng)器內(nèi)堆體1.2 m處堆肥外，T6處理各堆層堆肥的腐殖質(zhì)含量與T5處理沒有顯著差異，表明添加發(fā)酵菌劑對(duì)反應(yīng)器堆肥腐殖質(zhì)含量影響不顯著。Qiu等[25]發(fā)現(xiàn)添加EM發(fā)酵菌劑能提高雞糞堆肥中腐殖質(zhì)的含量，但Zhao等[26]的研究結(jié)果則表明發(fā)酵菌劑對(duì)堆肥過程中腐殖質(zhì)的抑制率達(dá)36.63%。以上結(jié)果表明，反應(yīng)器堆肥的腐殖質(zhì)含量由上至下遞減，添加菌渣、降低曝氣強(qiáng)度提高了堆肥腐殖質(zhì)含量，添加發(fā)酵菌劑對(duì)堆肥腐殖質(zhì)含量的影響不顯著。

2.2不同處理?xiàng)l件下堆肥氮素含量的變化

堆肥中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是植物可以直接吸收利用的氮素形態(tài)。筒倉式反應(yīng)器堆肥過程中，不同處理?xiàng)l件對(duì)堆肥銨態(tài)氮含量的影響見圖2A。T1～T3處理中，反應(yīng)器內(nèi)0.8 m處堆肥和放出的表層堆肥的銨態(tài)氮含量逐漸降低（P<0.05），表明添加菌渣增加了堆肥銨態(tài)氮含量。T3～T5處理的曝氣強(qiáng)度逐漸降低，反應(yīng)器內(nèi)堆體0.8 m處和放出的表層堆肥的銨態(tài)氮含量也逐漸降低（P<0.05），表明降低曝氣強(qiáng)度減少了堆肥銨態(tài)氮含量。這主要是因?yàn)榻档推貧鈴?qiáng)度，反應(yīng)器內(nèi)堆肥發(fā)酵不完全，有機(jī)氮降解不充分，銨態(tài)氮含量降低。與T5處理相比，T6處理增加了反應(yīng)器內(nèi)各堆層銨態(tài)氮含量（P<0.05），這主要是由于添加發(fā)酵菌劑促進(jìn)了堆肥有機(jī)氮的分解轉(zhuǎn)化，進(jìn)而增加銨態(tài)氮含量。堆肥結(jié)束時(shí)，各處理中反應(yīng)器放出堆肥的銨態(tài)氮含量均在100～150 mg/kg，添加菌渣、增大曝氣強(qiáng)度、添加發(fā)酵菌劑增加了堆肥銨態(tài)氮含量。

由圖2B可知，硝態(tài)氮含量隨著反應(yīng)器內(nèi)堆肥深度增加呈現(xiàn)先降低后增加趨勢(shì)，這可能是因?yàn)榉磻?yīng)器內(nèi)中上層堆肥中微生物生長繁殖消耗大量硝態(tài)氮，同時(shí)提高了堆體溫度，抑制硝化細(xì)菌生長，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)堆肥的硝態(tài)氮含量隨高度下降迅速降低[27]。而放出堆肥則處于堆肥反應(yīng)器的下部，此時(shí)堆肥溫度逐漸降低，硝化細(xì)菌開始生長，硝態(tài)氮含量又逐漸增加。但總體上說，反應(yīng)器堆肥過程中，各處理放出堆肥的硝態(tài)氮含量較低，且差別較小。為了提高堆肥的硝態(tài)氮含量，需要對(duì)發(fā)酵堆肥進(jìn)行二次腐熟處理，在較低溫度下促進(jìn)硝化細(xì)菌生長并合成硝態(tài)氮。

2.3不同處理?xiàng)l件下堆肥總養(yǎng)分含量變化

總養(yǎng)分含量是衡量有機(jī)肥質(zhì)量的重要指標(biāo)。筒倉式反應(yīng)器堆肥過程中，不同處理?xiàng)l件對(duì)總氮含量的影響見圖3A?？偟侩S著反應(yīng)器內(nèi)堆肥深度增加呈增加趨勢(shì)，這主要是由于隨著堆肥物料從反應(yīng)器上層轉(zhuǎn)移至下層，堆肥時(shí)間延長，有機(jī)質(zhì)發(fā)生礦化以CO₂形式損失，加上水分揮發(fā)造成堆肥物料出現(xiàn)“濃縮效應(yīng)”，導(dǎo)致總氮含量在反應(yīng)器內(nèi)下層堆肥中較高。T1～T3處理的菌渣含量逐漸降低，T3處理的反應(yīng)器內(nèi)堆體1.2 m處堆肥和放出的底層堆肥的總氮含量顯著高于T1處理（P<0.05），表明添加菌渣降低了堆肥總氮含量。T3～T5處理的曝氣強(qiáng)度逐漸降低，T3處理的反應(yīng)器內(nèi)堆體1.2 m處和放出堆肥的總氮含量顯著高于T4、T5處理（P<0.05），表明增大曝氣強(qiáng)度可以增加堆肥總氮含量。與T5處理相比，添加發(fā)酵菌劑增加了反應(yīng)器內(nèi)堆體0.8 m、1.2 m處堆肥和放出堆肥的總氮含量（P<0.05）。堆肥結(jié)束時(shí)，各處理反應(yīng)器放出堆肥的總氮含量為1.32%～1.89%。綜上，添加菌渣會(huì)降低堆肥總氮含量，增大曝氣強(qiáng)度和添加發(fā)酵菌劑可以增加堆肥總氮含量。

不同處理?xiàng)l件對(duì)堆肥總磷含量的影響見圖3B。T1～T3處理中，T3處理的反應(yīng)器內(nèi)堆體0.3 m處堆肥和放出的表層堆肥的總磷含量顯著低于T1處理（P<0.05），T3處理的反應(yīng)器內(nèi)堆體0.8 m處堆肥的總磷含量顯著高于T1、T2處理（P<0.05），反應(yīng)器內(nèi)堆體1.2 m處堆肥和放出的底層堆肥的總磷含量基本一致。T3～T5處理中，T3處理的反應(yīng)器內(nèi)堆體0.3 m處堆肥的總磷含量顯著低于T4、T5處理（P<0.05），T3處理的反應(yīng)器內(nèi)堆體0.8 m處堆肥的總磷含量顯著高于T4、T5處理（P<0.05），T4處理的反應(yīng)器內(nèi)堆體1.2 m處堆肥和放出的表層堆肥的總磷含量顯著高于T3、T5處理（P<0.05）。以上結(jié)果表明，隨著菌渣含量和曝氣強(qiáng)度降低，各堆層堆肥的總磷含量變化趨勢(shì)不同。這可能是由于反應(yīng)器內(nèi)不同堆層的微生物種類和活性不同，對(duì)有機(jī)質(zhì)和磷素的降解速率不同，導(dǎo)致不同堆層的總磷含量發(fā)生波動(dòng)。T6處理中，反應(yīng)器內(nèi)堆體1.2 m處堆肥和放出堆肥的總磷含量顯著高于T5處理（P<0.05），表明添加發(fā)酵菌劑可以提高堆肥總磷含量。各處理反應(yīng)器放出堆肥的總磷含量為1.25%～1.58%。

堆肥過程中總鉀含量變化如圖3C所示。反應(yīng)器內(nèi)堆肥的總鉀含量隨著堆肥深度增加呈上升趨勢(shì)。這主要是由于堆肥過程中鉀素不易損失，而隨著堆體水分揮發(fā)和有機(jī)質(zhì)降解，堆體質(zhì)量下降，總鉀含量相對(duì)提高。各處理反應(yīng)器放出堆肥的總鉀含量為3.38%～4.13%。T1～T3處理中，反應(yīng)器內(nèi)1.2 m處堆肥和放出堆肥的總鉀含量差別不大，表明堆肥原料組成對(duì)堆肥總鉀含量影響較小。T3～T5處理中，T4處理放出的表層堆肥的總鉀含量顯著高于T3、T5處理（P<0.05），表明曝氣強(qiáng)度過高或過低都不利于反應(yīng)器堆肥中總鉀的留存。與T5處理相比，T6處理的反應(yīng)器內(nèi)0.8 m處堆肥的總鉀含量顯著降低（P<0.05），這可能是T6處理添加的發(fā)酵菌劑，在反應(yīng)器內(nèi)中層核心區(qū)（0.8 m）劇烈生長，對(duì)鉀素消耗較大，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)中層總鉀含量降低。

不同處理?xiàng)l件對(duì)堆肥的總養(yǎng)分含量的影響如圖3D所示。各處理放出堆肥的總養(yǎng)分含量為5.58%～7.44%，達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)有機(jī)肥的養(yǎng)分要求（總養(yǎng)分含量≥5.00%）。

2.4筒倉式反應(yīng)器堆肥產(chǎn)品質(zhì)量分析

筒倉式反應(yīng)器堆肥產(chǎn)品各指標(biāo)與有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 525-2021）的比較見表2。筒倉式反應(yīng)器堆肥產(chǎn)品的總養(yǎng)分含量為5.58%～7.44%，達(dá)到國家商品有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)要求?？傆袡C(jī)質(zhì)含量按照有機(jī)碳含量換算，為26.44%～48.12%，含水率為25.00%～35.00%，pH值在9.40左右，堆肥產(chǎn)品的種子發(fā)芽指數(shù)為19.33%～59.50%，均未達(dá)到國家商品有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，筒倉式反應(yīng)器堆肥產(chǎn)品不能直接售賣，需要轉(zhuǎn)移到通風(fēng)棚中進(jìn)行二次腐熟處理。

一般而言，堆肥產(chǎn)品二次腐熟時(shí)間約為2個(gè)月。采集二次腐熟堆肥進(jìn)行理化指標(biāo)測(cè)定，由表2可知，二次腐熟產(chǎn)品的總養(yǎng)分含量為8.63%，總有機(jī)質(zhì)含量為58.82%，含水率為20.67%，pH為8.30，種子發(fā)芽指數(shù)為116.00%，達(dá)到國家商品有機(jī)肥的標(biāo)準(zhǔn)。

2.5雞糞筒倉式反應(yīng)器堆肥產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益分析

本試驗(yàn)在揚(yáng)州市某養(yǎng)殖場的堆肥作業(yè)區(qū)進(jìn)行。為了評(píng)估該養(yǎng)殖場雞糞反應(yīng)器堆肥處理工藝的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)堆肥處理環(huán)節(jié)的設(shè)施設(shè)備投資成本、運(yùn)營管理成本和堆肥收益等進(jìn)行分析。

2.5.1設(shè)施設(shè)備投資成本該養(yǎng)殖場堆肥作業(yè)區(qū)的設(shè)施設(shè)備投資成本（未計(jì)入土地使用費(fèi)）見表3，主要包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本和設(shè)備購置成本。設(shè)施建設(shè)成本為地面硬化、修建道路、架設(shè)頂棚、修建四周圍墻等的投入。堆肥作業(yè)區(qū)長35 m，寬18 m，配套建有一條寬2 m的道路供車輛通行，地面全部采用混凝土硬化，堆肥作業(yè)區(qū)上部覆蓋頂棚，四周除部分開口處，建有高1.8 m的混凝土圍墻，圍墻總長度為77 m。設(shè)備購置成本包括1套筒倉式堆肥反應(yīng)器和1臺(tái)鏟車的費(fèi)用。由表3可知，該養(yǎng)殖場堆肥作業(yè)區(qū)一次性設(shè)施設(shè)備投資成本為1.148 4×106元，其中筒倉式反應(yīng)器購置費(fèi)用一項(xiàng)占設(shè)施設(shè)備投資成本的70%。

2.5.2折舊成本和利率差折舊成本包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和堆肥設(shè)備的折舊費(fèi)用。本研究中所有基礎(chǔ)設(shè)施的使用壽命為20 a，鏟車和筒倉式反應(yīng)器的使用壽命為10 a，則基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的折舊費(fèi)用為1 a 0.74×10⁴元，堆肥設(shè)備的折舊費(fèi)用為1 a 10×10⁴元，設(shè)施設(shè)備折舊成本合計(jì)為1 a 10.74×10⁴元。年利率按投資成本的3.5%計(jì)算，則設(shè)施設(shè)備投資成本的利率差為1 a 4.02×10⁴元。

2.5.3運(yùn)營管理成本運(yùn)營管理成本主要包括生產(chǎn)能源消耗、員工薪酬、堆肥原料成本等。堆肥設(shè)備能源消耗為鏟車和筒倉式反應(yīng)器的耗能。本研究中柴油和電力單價(jià)參照2022年初的市場平均價(jià)，其中柴油價(jià)格為1 L 8元，工商業(yè)用電價(jià)格為1 kW·h 0.4元。鏟車主要用于從雞舍傳送帶接收雞糞，將雞糞和菌渣運(yùn)送至堆肥反應(yīng)器上料斗，將出料運(yùn)至通風(fēng)棚中二次腐熟，此外用于堆肥工作區(qū)必要的物料整理工作。鏟車柴油平均能耗為10 L/h，平均每天工作1 h。堆肥反應(yīng)器的電力消耗為曝氣風(fēng)機(jī)用電。風(fēng)機(jī)單臺(tái)功率為12.5 kW，平均每天運(yùn)行23 h，共3臺(tái)風(fēng)機(jī)，其中半年開啟2臺(tái)風(fēng)機(jī)，另外半年開啟3臺(tái)風(fēng)機(jī)。經(jīng)計(jì)算可知，每年鏟車柴油能耗為2.92×10⁴元，筒倉式反應(yīng)器電力能耗為10.44×10⁴元，堆肥設(shè)備能源消耗成本合計(jì)為13.36×10⁴元。

堆肥作業(yè)需要1名員工每天工作2～3 h，其余時(shí)間該員工從事其他養(yǎng)殖活動(dòng)，則該員工在堆肥作業(yè)上的時(shí)間投入約為總工作時(shí)間的1/3。按照目前揚(yáng)州市養(yǎng)殖業(yè)一般職工的月工資標(biāo)準(zhǔn)，該員工的月工資為5 000元，則堆肥作業(yè)員工每年的薪酬為2×104 元。

堆肥原料成本包括輔料和發(fā)酵菌劑費(fèi)用。為了筒倉式反應(yīng)器全年穩(wěn)定運(yùn)行，有半年時(shí)間需要添加菌渣作為輔料，1 t菌渣65元，約為2 m³，按每次進(jìn)料添加3 m³菌渣計(jì)算，則每年菌渣費(fèi)用為8.9×103 元。此外，為了促進(jìn)發(fā)酵，平均每年需添加發(fā)酵菌劑12包，每包50元，則每年菌劑費(fèi)用為0.6×10³元。雞糞為養(yǎng)殖場自產(chǎn)，不計(jì)入費(fèi)用。每年堆肥原料成本為9.5×10³元。綜上，該養(yǎng)殖場堆肥反應(yīng)器每年的運(yùn)營管理成本合計(jì)為1.63×10⁵元。

2.5.4有機(jī)肥生產(chǎn)成本和收益筒倉式反應(yīng)器每2 d可以生產(chǎn)有機(jī)肥6 m³，密度為0.6 t/m³，每年共生產(chǎn)雞糞有機(jī)肥約657 t。每年設(shè)施設(shè)備折舊成本為1.07×10⁴元，利率差為4.02×10⁴元，運(yùn)營管理成本為1.63×10⁵元，則1 t有機(jī)肥單位生產(chǎn)成本為473元。Liu 等[5，28]估算的條垛式、槽式和反應(yīng)器堆肥工藝對(duì)1 t畜禽糞便的處理成本分別為45.43元、71.45元、70.44 元，這些堆肥工藝的有機(jī)肥生產(chǎn)成本分別約為1 t 467.3元、381.6元和354.5元，估算的反應(yīng)器堆肥工藝的有機(jī)肥生產(chǎn)成本低于本研究的結(jié)果。這主要是因?yàn)楸狙芯恐杏?jì)算的有機(jī)肥生產(chǎn)成本包括養(yǎng)殖場整個(gè)堆肥作業(yè)區(qū)的實(shí)際投資運(yùn)營成本和利率差，且筒倉式反應(yīng)器并沒有全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。目前1 t雞糞有機(jī)肥出售價(jià)格為600元，假定雞糞有機(jī)肥能全部售出，則生產(chǎn)銷售雞糞有機(jī)肥可獲得收益8.34×10⁴元。由于筒倉式反應(yīng)器購置費(fèi)用占養(yǎng)殖場糞污處理設(shè)施設(shè)備總投資成本的70%，因此建議加大對(duì)畜禽養(yǎng)殖場購置堆肥反應(yīng)器的專項(xiàng)補(bǔ)貼力度，以降低養(yǎng)殖場的資金投入，提高養(yǎng)殖場使用堆肥反應(yīng)器處理糞便的積極性。

3結(jié)論

在筒倉式反應(yīng)器處理雞糞的過程中，添加菌渣、維持適中的曝氣強(qiáng)度、添加發(fā)酵菌劑均可以提高堆肥溫度，降低pH值；添加菌渣、增大曝氣強(qiáng)度、添加發(fā)酵菌劑均可以降低堆肥含水率；添加菌渣、降低曝氣強(qiáng)度均可以提高總有機(jī)碳和腐殖質(zhì)含量，添加發(fā)酵菌劑可以降低總有機(jī)碳含量，對(duì)腐殖質(zhì)含量影響較小；添加菌渣、增大曝氣強(qiáng)度、添加發(fā)酵菌劑可以增加堆肥氨態(tài)氮的含量，對(duì)硝態(tài)氮含量的影響較小。除總養(yǎng)分含量外，反應(yīng)器堆肥產(chǎn)品的總有機(jī)質(zhì)含量、含水率、pH值、種子發(fā)芽指數(shù)等均未達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，需要進(jìn)行二次腐熟處理。堆肥反應(yīng)器每年可生產(chǎn)雞糞有機(jī)肥約657 t，1 t有機(jī)肥生產(chǎn)成本為473元，建議對(duì)畜禽養(yǎng)殖場配套的堆肥反應(yīng)器實(shí)施農(nóng)機(jī)專項(xiàng)補(bǔ)貼。

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（責(zé)任編輯：陳海霞）