不同處理方式對牛糞和蠶沙混合堆肥效果的影響

呂 南,張小勤,張業(yè)懷

1.玉林市蠶業(yè)技術(shù)推廣站,廣西 玉林 537000 2.廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué),廣西 南寧 530007

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,在國家多項政策推動下,廣西壯族自治區(qū)的蠶桑產(chǎn)業(yè)也得到快速發(fā)展?！笆濉逼陂g,廣西采取多種措施繼續(xù)推進(jìn)蠶桑產(chǎn)業(yè)縱向延伸和橫向拓展,在養(yǎng)殖規(guī)模、經(jīng)濟(jì)效益方面都取得了很好的效果,為廣西鄉(xiāng)村振興做出了特別貢獻(xiàn)。

2020年,廣西桑樹種植面積、蠶種養(yǎng)殖數(shù)量及蠶繭產(chǎn)量都創(chuàng)歷史新高,繼續(xù)位居全國第一;蠶桑產(chǎn)業(yè)覆蓋71個縣,桑園面積298.21萬畝(1畝≈666.67 m2),蠶繭產(chǎn)量37.65萬t,涌現(xiàn)出一批蠶桑新村和種養(yǎng)大戶,蠶桑產(chǎn)業(yè)成為了當(dāng)?shù)剞r(nóng)村重要且具有特色的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)[1]。

目前,廣西蠶桑產(chǎn)業(yè)雖然取得了顯著成績,但仍存在蠶沙廢棄物處理問題。農(nóng)村地區(qū)大部分蠶沙廢棄物隨意堆放,不經(jīng)安全處理便直接施到果園、倒進(jìn)河流或放魚塘喂魚。一方面會導(dǎo)致病原擴(kuò)散。蠶沙廢棄物可能存在著能誘發(fā)蠶病的多種病原微生物,隨意堆放有污染蠶區(qū)環(huán)境的風(fēng)險,可導(dǎo)致蠶區(qū)蠶病的暴發(fā)流行,給蠶農(nóng)帶來經(jīng)濟(jì)損失。另一方面會破壞土地資源。在養(yǎng)蠶過程中,為降低蠶發(fā)病率常常用石灰進(jìn)行消毒,故蠶沙廢棄物中含有較多的石灰,長期使用或過量施用會改變土壤結(jié)構(gòu),導(dǎo)致作物減產(chǎn)。

隨著廣西蠶桑產(chǎn)業(yè)發(fā)展,養(yǎng)蠶所產(chǎn)出的蠶沙數(shù)量非常大。因此必須重視蠶沙安全處置。到目前為止,蠶沙的堆肥處理研究也比較多,但由于桑蠶在養(yǎng)殖過程中使用了石灰等消毒藥品,堆肥處理效果不佳。針對上述問題,試驗通過設(shè)計牛糞和蠶沙混合堆肥,以減輕石灰等消毒藥品對堆肥過程的影響。從市場購進(jìn)發(fā)酵菌劑投加到牛糞和蠶沙混合堆肥中進(jìn)行堆肥試驗,評價其堆肥效果,為廣西蠶沙廢棄物的資源化利用提供研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 堆體物料來源

天等縣養(yǎng)牛合作社提供牛糞;從南寧市周邊的農(nóng)戶中收集5齡蠶沙廢棄物。牛糞和蠶沙按1：1均勻混合。

1.1.2 發(fā)酵菌劑來源

本試驗使用的發(fā)酵菌劑購自山東君德生物科技有限公司,發(fā)酵菌劑含有放線菌、酵母菌、木霉菌等多種高效微生物,有效活菌數(shù)不小于100億/mL。

1.2 方法

試驗設(shè)計2個處理,處理1為對照組,不加菌劑,自然堆肥;處理2為試驗組添加100 mL/m3發(fā)酵菌劑。每個處理按150 kg牛糞和蠶沙混合物與1 kg玉米粉比例混合;調(diào)整含水率在50%～55%,堆成高為80 cm錐狀體,蓋上防雨膜,以防止雨水沖涮。每個處理3個重復(fù),堆肥處理30 d。

1.3 堆肥的腐熟度評價指標(biāo)及測定方法

選擇堆體物理指標(biāo)(顏色、氣味、堆溫)、化學(xué)指標(biāo)(pH值)和生物指標(biāo)(種子發(fā)芽率)作為堆肥腐熟度評價指標(biāo)。堆體物料顏色指標(biāo)采用目測法測定。堆體物料氣味采用鼻嗅法進(jìn)行測定。

堆體物料溫度測定方法:采用有機(jī)肥發(fā)酵電子溫度表以堆體頂上中心往下20 cm處為測量點,每天10:00和16:30測定溫度,取兩者平均值作為堆肥當(dāng)天溫度。同時測定環(huán)境溫度并做好記錄。

pH值測定方法:以土壤采樣器從上述測溫處采樣,采樣約200 g備用,按1：10(質(zhì)量濃度)比例,用蒸餾水將樣品混合制成懸濁液,室溫170 r/min振蕩1 h后靜置,用雷磁pH計S-25型測定上清液pH值。

發(fā)芽指數(shù)的測定方法:參照陳曉萍 等[2]的方法,具體按以下步驟操作。①取10 g新鮮樣品,加入100 mL純水,振蕩30 min,室溫下浸提1 d,取上清液用快速濾紙過濾,濾液備用。②在直徑90 mm培養(yǎng)皿內(nèi)放入相應(yīng)大小的1張濾紙并鋪平,均勻地撒入20粒均勻度一致的小白菜種子,用移液器取5.0 mL堆肥濾液加入培養(yǎng)皿中。并置于(25±1)℃、80%濕度培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。觀察結(jié)果,測種子發(fā)芽率和根長,并計算種子發(fā)芽指數(shù)(GI)。GI=(堆肥浸提液處理的種子發(fā)芽率×堆肥浸提液處理的種子根長)/(蒸餾水處理的種子發(fā)芽率×蒸餾水處理的種子根長)×100%。每隔5 d取樣調(diào)查GI。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過程物理指標(biāo)變化

堆肥初始時顏色以墨綠色為主,隨著堆肥過程時間的增加顏色逐漸加深,至結(jié)束時呈深褐色和黑色。試驗組和對照組的堆體體積在堆肥前后都有所下降,其中試驗組堆體體積減少約25%,對照組堆體體積減少約10%。

試驗組的堆體外觀比較干爽,質(zhì)地比較松散、且由于有較多真菌的生長呈現(xiàn)灰白色;而對照組堆體則相對潮濕,呈灰黑色。在堆肥初期,試驗組和對照組堆體都有臭味產(chǎn)生,但隨著堆肥的腐熟進(jìn)程,試驗組堆體散發(fā)的臭味逐漸減輕并消失,后期有泥土氣息;而對照組堆體則在堆肥過程中一直存在臭味,只是略有減輕。

2.2 堆肥過程溫度變化

檢驗堆肥是否正常發(fā)酵最直接的一個指標(biāo)是溫度,它的變化直接反映堆體內(nèi)微生物活力的變化及有機(jī)物的腐熟情況。在適宜條件下微生物大量繁殖、強(qiáng)烈分解有機(jī)質(zhì)的同時產(chǎn)生大量的熱量,促進(jìn)堆體溫上升高。

圖1顯示,試驗組和對照組的堆體溫度都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,試驗組在堆肥4 d時達(dá)到56 ℃,且持續(xù)50 ℃以上13 d。在第4天對照組堆體升溫至47 ℃,持續(xù)50 ℃以上8 d,且最高溫度只有52 ℃。試驗組最高溫度比對照組高出9 ℃。由此說明了加入菌劑后,可加速堆體內(nèi)有機(jī)物質(zhì)的分解,產(chǎn)生更多熱量,從而引起堆體溫度快速升高,而在高溫階段,嗜高溫微生物大量繁殖使更多的有機(jī)物被分解和利用,使高溫階段持續(xù)時間更長,達(dá)到堆肥的完全腐熟。

圖1 牛糞和蠶沙混合堆肥過程中的溫度變化

2.3 堆肥過程中化學(xué)指標(biāo)(pH值)變化

在堆肥過程中,隨著堆體物料中的有機(jī)質(zhì)被微生物降解和利用,在此過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸和含氮有機(jī)物也會發(fā)生改變,堆體物料的pH值也隨之變化。在本試驗中,pH值隨時間和溫度的變化而變化,試驗組和對照組變化趨勢基本一致。從圖2可以看出,試驗組和對照組堆體的pH值均呈現(xiàn)先下降后上升,接著再下降至平穩(wěn)的趨勢。引起這種變化的原因可能是開始堆肥水分含量高,在缺氧狀態(tài)下厭氧菌活力增強(qiáng),產(chǎn)生更多的有機(jī)酸,造成pH值下降;隨著有機(jī)酸的增多,嗜酸微生物大量增殖,含氮有機(jī)物分解產(chǎn)生的氨氣使得堆體pH值上升;在后期由于嗜高溫微生物大量繁殖需要氨氣被利用或其代謝產(chǎn)物的增加而產(chǎn)生大量酸,堆體pH值再一次回落至穩(wěn)定,堆肥結(jié)束時,堆體內(nèi)環(huán)境的pH值維持在8～9。因此,投加菌劑后對pH值影響不大,維持在8～9,在多數(shù)微生物適宜生長環(huán)境需求的pH值范圍內(nèi)。

圖2 牛糞和蠶沙混合堆肥過程中的pH值變化

2.4 堆肥過程中生物學(xué)指標(biāo)(GI)變化

測定堆肥發(fā)酵后的產(chǎn)物能否適合于回田利用,最直接最有效的方法之一是測定GI。如果其GI大于50%,表示堆肥已沒有毒性,堆肥基本腐熟;大于80%,堆肥完全腐熟[3]。從圖3可以看出,試驗組第20天的堆肥處理種子,其GI已經(jīng)達(dá)到75%,說明堆肥物料基本腐熟狀態(tài),而同期的對照組其GI僅為55%;試驗組第30天GI達(dá)到98%,而對照組只達(dá)70%,這也說明了投加菌劑后能夠加快堆肥腐熟進(jìn)程。

圖3 牛糞和蠶沙混合堆肥對種子發(fā)芽指數(shù)的影響

3 結(jié)束語

本試驗將發(fā)酵菌劑投加到牛糞和蠶沙混合堆肥中,結(jié)果表明,投加菌劑試驗組堆體溫度可達(dá)到61 ℃,持續(xù)50 ℃以上13 d。試驗組與對照組相比,在堆肥前期溫度上升較快,說明投加的菌劑在堆肥初期能夠很快適應(yīng)堆體內(nèi)環(huán)境并較快增殖,增加了堆體內(nèi)微生物總量,能快速提前啟動纖維素降解程序,產(chǎn)生更多的熱量,更有利于堆肥腐熟。投加菌劑處理養(yǎng)殖固體廢棄物,可加快堆體溫度升溫,縮短堆肥過程,提高肥效。楊萍萍 等[4]研究結(jié)果顯示,堆肥過程接種外源菌種能提高堆體中微生物群落的豐度,提高在高溫堆肥階段高溫期優(yōu)勢菌的所占比例。黃翠 等[5]采集農(nóng)業(yè)堆肥高溫期的樣品篩選得到15株嗜熱纖維素分解菌,發(fā)現(xiàn)添加篩選菌不但能提高堆肥溫度、延長高溫期并顯著地降低堆肥產(chǎn)品的C/N和有機(jī)質(zhì)含量,并能顯著降低纖維素和半纖維素含量,但對堆肥pH值變化無顯著影響。

本試驗中菌劑試驗組在堆肥25 d時GI為85%,提前達(dá)到完全腐熟狀態(tài),其原因可能是投加菌劑中各類微生物在適宜的環(huán)境下生長良好,可更好地降解堆體中的物料,并和堆體中其他微生物發(fā)揮協(xié)同作用將有害物質(zhì)快速轉(zhuǎn)化,從而提高種子的萌發(fā)率,提高生長性能。未達(dá)到腐熟狀態(tài)的堆肥中含有大量有機(jī)酸及多酚等對植物產(chǎn)生毒害作用的物質(zhì),這些物質(zhì)會抑制植物生長。而這些影響植物生長的物質(zhì)隨著堆肥逐漸腐熟而逐漸地被削弱,因此,在實踐中人們常以堆肥水浸提液對植物種子的毒性實驗來檢驗腐熟度,即測定GI。李杰 等[6]研究發(fā)現(xiàn),菌劑3處理堆肥效果好,堆肥提前20 d符合完全腐熟堆肥標(biāo)準(zhǔn)。本研究結(jié)果與李杰等研究相似。

近年來,在堆肥上投加發(fā)酵菌劑的研究逐漸從有單一發(fā)酵菌劑轉(zhuǎn)向復(fù)合發(fā)酵菌劑。復(fù)合發(fā)酵菌劑菌種多樣,不僅能增加堆體內(nèi)功能菌株的數(shù)量和種類,豐富堆肥中微生物的群落的構(gòu)成,而且能通過種菌株間代謝產(chǎn)物互相利用及促進(jìn)作用,使堆肥腐熟提前并提高腐熟度。今后的研究應(yīng)在本研究的基礎(chǔ)上增加對物料預(yù)處理環(huán)節(jié),調(diào)節(jié)堆體物料的pH值,使其適合多數(shù)微生物生長;同時尋找多株環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、適合牛糞和蠶沙混合堆肥的中高溫降解菌并進(jìn)行拮抗、協(xié)同作用試驗,構(gòu)建高效組合發(fā)酵菌劑,為廣西蠶桑生產(chǎn)產(chǎn)生的蠶沙廢棄物的無害化處理提供更簡易、有效的方法。