北方冬季不同復(fù)合菌發(fā)酵劑對(duì)羊糞堆肥發(fā)酵的影響

何莉莉,王義軍,王耀東,唐 靜,陳國(guó)雯,孫海祿,趙 云,周凱仁,周緒正,張繼瑜*,翟斌濤*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所,甘肅 蘭州 730050;2.甘肅省定西市渭源縣五竹鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站,甘肅 定西 748205;3.甘肅省張掖市臨澤縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,甘肅 張掖 734200;4.甘肅省甘南藏族自治州臨潭縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站, 甘肅 甘南 747500;5.蘭州市七里河區(qū)萬(wàn)山種植養(yǎng)殖專業(yè)合作社,甘肅 蘭州 730050)

甘肅省地處黃河上游,區(qū)域內(nèi)畜牧業(yè)發(fā)展迅速,飼草資源豐富。隨著規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,畜禽糞便的處理問題也隨之產(chǎn)生,大量畜禽糞污隨意堆放和低效處理,集中產(chǎn)生的惡臭氣體引起家畜生產(chǎn)性能下降,羊群疫病傳播風(fēng)險(xiǎn)增加,危害羊群健康,并造成空氣、土壤和水體污染,使環(huán)境惡化,影響人們的健康,而且浪費(fèi)了大量寶貴的養(yǎng)分資源[1-2]。堆肥化是處理畜禽糞便的最佳方式之一,可通過(guò)一系列微生物代謝活動(dòng)將不穩(wěn)定的有機(jī)廢物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、衛(wèi)生的腐殖質(zhì)肥料,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物減量化、無(wú)害化及資源化利用[3-4]。羊?qū)儆诓菔硠?dòng)物,糞便中含有大量碳?xì)浠衔?、含氮和含磷化合物等有機(jī)污染物和營(yíng)養(yǎng)元素[5],可以通過(guò)堆肥處理轉(zhuǎn)化成具有改善土壤質(zhì)量功效的優(yōu)質(zhì)肥料。

現(xiàn)有研究表明,人工添加微生物發(fā)酵劑可以提高糞污堆肥的產(chǎn)品質(zhì)量,縮短發(fā)酵周期,提高堆肥發(fā)酵效率,促進(jìn)環(huán)境的控制和改善[6-8]。為了觀察市售不同復(fù)合菌發(fā)酵劑對(duì)羊糞堆肥發(fā)酵的影響,篩選出羊糞無(wú)害化處理的適宜復(fù)合菌發(fā)酵劑,試驗(yàn)選擇3種商業(yè)復(fù)合菌發(fā)酵劑,在蘭州市七里河萬(wàn)山種植養(yǎng)殖羊場(chǎng)進(jìn)行為期28 d的羊糞堆肥發(fā)酵試驗(yàn),測(cè)定發(fā)酵過(guò)程中的堆肥溫度、pH、含水率、E465/E665吸光度值 (E4/E6)、種子發(fā)芽指數(shù),現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

羊糞取自蘭州市七里河萬(wàn)山種植養(yǎng)殖羊場(chǎng),羊品種為湖羊。

3種復(fù)合菌發(fā)酵劑均購(gòu)自市場(chǎng),分別標(biāo)記為菌劑1、菌劑2、菌劑3。其中,菌劑1購(gòu)自旺農(nóng)寶生物技術(shù)有限公司,規(guī)格100 g,含枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌等多種生物菌群及生物酶制劑;菌劑2購(gòu)自貝佳生物技術(shù)有限公司,規(guī)格500 g,含芽孢桿菌、放線菌、酵素菌、木霉菌、固氮菌、乳酸菌等多種有益微生物及其各種分泌性胞外酶類;菌劑3購(gòu)自君德生物技術(shù)有限公司,規(guī)格為1 000 mL,含芽孢桿菌、納豆菌、放線菌、木霉菌、酵母菌等多種有益微生物及其各種分泌性孢外酶類。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2023年11月15日—12月22日開展,在選定的規(guī)?；驁?chǎng)進(jìn)行,試驗(yàn)設(shè)4個(gè)組,對(duì)照組不添加發(fā)酵菌劑,試驗(yàn)1組添加菌劑1,試驗(yàn)2組添加菌劑2,試驗(yàn)3組添加菌劑3,如圖1所示。每堆(組)100 kg干重的羊糞,堆體間距為1.5～2.0 m。建堆前試驗(yàn)組按說(shuō)明書添加相應(yīng)比例的發(fā)酵菌,同時(shí)加入適量的秸稈和水充分混合,調(diào)節(jié)堆肥的含水量、pH和碳氮比,碳氮比應(yīng)為(20∶1)～(30∶1),配比后混合物的含水量控制在45%～60%,即手捏物料能成團(tuán)、指縫見水但不滴水、松手落地即散狀態(tài),堆肥的初始pH為6～8。以7 d為間隔測(cè)溫、翻堆1次并取樣檢測(cè)。取鮮樣100 g用于測(cè)pH、含水率、E465/E665吸光度值(E4/E6)、種子發(fā)芽指數(shù)(GI)。

圖1 試驗(yàn)分組情況

1.3 指標(biāo)的測(cè)定

參照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 525— 2021)測(cè)定糞便的溫度、含水率、pH、E4/E6、GI[9]。

(1)堆體溫度:試驗(yàn)每間隔7 d,分別在09:00和下午16:00測(cè)量堆體溫度。在堆體的上、中、下層3個(gè)位置均勻插入溫度計(jì)。計(jì)算平均溫度,記錄為堆體的發(fā)酵溫度。同時(shí)測(cè)定當(dāng)日環(huán)境溫度。

(2)堆肥含水率:每組通過(guò)噴壺均勻噴灑自來(lái)水1 L,期間每次翻堆后再補(bǔ)水1次,每次1 L,使用濕度計(jì)測(cè)量,使水分含量保持在56%左右。檢測(cè)含水率時(shí),使用鼓風(fēng)干燥機(jī)在105 ℃下烘干樣品至恒重,根據(jù)烘干前后質(zhì)量差計(jì)算堆肥含水率.

(3)pH:將新鮮堆肥樣品用去離子水以固液比為1∶10浸提3 h后過(guò)濾,用pH計(jì)定pH。

(4)E4/E6:將堆肥浸提液分別在465 nm和665 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度,兩個(gè)吸光度的比值為E4/E6。

(5)發(fā)芽指數(shù)(GI):取堆肥浸提液20 mL于9 cm的培養(yǎng)皿中,并墊上濾紙,向浸提液中添加20顆黃瓜或蘿卜種子,在20 ℃的黑暗條件下培養(yǎng)48 h后測(cè)定種子發(fā)芽數(shù)和根長(zhǎng)。

GI(%)=(平均發(fā)芽根長(zhǎng)浸提液中平均發(fā)芽數(shù)×平均發(fā)芽根長(zhǎng))/(純化水中平均發(fā)芽數(shù)×平均發(fā)芽根長(zhǎng))×100。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度

堆肥初始,4組堆體溫度與環(huán)境溫度均在14 ℃,在第7天時(shí)4組堆體溫度均迅速上升,試驗(yàn)1組、試驗(yàn)2組、試驗(yàn)3組和對(duì)照組堆肥溫度分別為16.9 ℃、23.5 ℃、18.2 ℃和16.4 ℃,環(huán)境溫度為13 ℃,3個(gè)試驗(yàn)組溫度均高于對(duì)照組。試驗(yàn)2組在第7天溫度最高。隨著環(huán)境溫度從第7天的13 ℃下降到第28天的4 ℃,4組堆體溫度也隨著下降。14～28 d試驗(yàn)1組溫度均最高。見圖2。

圖2 堆肥溫度變化

2.2 pH和含水率

堆肥初始,試驗(yàn)1,2,3組和對(duì)照組4組堆體初始pH分別為8.86、8.26、8.16、8.51,試驗(yàn)期間各組堆肥pH均介于7.18～8.86。0～28 d變化趨勢(shì)比較,試驗(yàn)1組的pH在不同時(shí)期均高于其他試驗(yàn)組,且變化趨勢(shì)穩(wěn)定。第28 天,試驗(yàn)1組、試驗(yàn)2組、試驗(yàn)3組和對(duì)照組堆肥pH分別為8.60、8.36、8.30和8.13,呈現(xiàn)偏堿性趨勢(shì)。見圖3。

圖3 堆肥pH變化

堆肥初始,4組堆體含水率均為56%,在7～28 d期間,試驗(yàn)1組含水率在不同時(shí)期均高于其他試驗(yàn)組。在發(fā)酵第14天,各組含水率迅速下降,后經(jīng)補(bǔ)水保持穩(wěn)定。發(fā)酵第28天,試驗(yàn)1組、試驗(yàn)2組、試驗(yàn)3組和對(duì)照組的含水率分別為56.8%、55.9%、50.1%、49.1%。見圖4。

圖4 堆肥含水率變化

2.3 E4/E6

4組堆體的E4/E6初始值在1.90左右,試驗(yàn)1組在發(fā)酵0～7 d期間E4/E6上升,7 d后逐步下降。在發(fā)酵0～14 d期間,試驗(yàn)2組、試驗(yàn)3組、對(duì)照組堆肥E4/E6上升,14 d后下降。堆肥結(jié)束時(shí)(第28天),試驗(yàn)1組、試驗(yàn)2組、試驗(yàn)3組和對(duì)照組的E4/E6分別為1.80、1.89、2.19、1.86,試驗(yàn)1組的E4/E6最低。見圖5。

圖5 堆肥E4/E6變化

2.4 GI

試驗(yàn)1組、試驗(yàn)2組、試驗(yàn)3組、對(duì)照組的堆肥發(fā)酵種子發(fā)芽指數(shù)初始值分別為 47.8%、27.0%、35.4%、26.9%,4組的GI均在0～7 d升高;之后試驗(yàn)1組GI呈下降趨勢(shì),試驗(yàn)2組、試驗(yàn)3組、對(duì)照組GI在7～21 d先升后降。試驗(yàn)1組的GI在不同時(shí)期均高于其他組。見圖6。

圖6 堆肥種子GI變化

3 討 論

通過(guò)高效堆肥化處理羊糞,可以將廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量的有機(jī)肥料,提高資源的循環(huán)利用率。有效的堆肥處理減少了畜禽糞便對(duì)環(huán)境的污染,控制了惡臭的產(chǎn)生和有害物質(zhì)的排放。溫度可以反映堆肥過(guò)程中微生物的活性和有機(jī)物的降解情況,是評(píng)價(jià)堆肥成功與否的重要指標(biāo)[10]。本試驗(yàn)在堆肥發(fā)酵期間,由于北方冬季持續(xù)降溫,環(huán)境溫度為0～15 ℃,堆肥未達(dá)到常規(guī)堆肥發(fā)酵高峰期的60 ℃。與對(duì)照組相比,3個(gè)試驗(yàn)組均能有效促進(jìn)堆溫升高,其中試驗(yàn)1組提升效果最佳。3個(gè)復(fù)合菌發(fā)酵劑組中添加的芽孢桿菌等菌株在發(fā)酵初期可高效地降解堆肥物料中易降解的有機(jī)成分,進(jìn)而快速促進(jìn)堆體升溫[11]。這表明復(fù)合菌發(fā)酵劑的加入對(duì)提高堆肥效率有顯著作用。

pH可以反映堆肥過(guò)程中微生物所處的酸堿環(huán)境變化,微生物適宜的 pH環(huán)境通常為中性和弱堿性(7.5 ～ 8.5),此時(shí)微生物分解有機(jī)物的效率最高,而 pH過(guò)低或過(guò)高都會(huì)影響堆肥發(fā)酵的正常進(jìn)行[12]。本試驗(yàn)中4組 pH均呈偏堿性,符合農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《有機(jī)肥料》(NY/T 525—2021)的要求(pH 5.5～8.5)[9],而對(duì)照組 pH為8.16,稍低于農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由分析可知,添加復(fù)合菌發(fā)酵劑加快了堆肥有機(jī)質(zhì)降解速率,3個(gè)試驗(yàn)組堆肥發(fā)酵速率均優(yōu)于對(duì)照組。

堆體含水率是影響堆肥效果的重要參數(shù),堆肥發(fā)酵過(guò)程中微生物的生長(zhǎng)繁殖和分解活動(dòng)均離不開水分[13]。本試驗(yàn)在4組堆肥初始時(shí),每組通過(guò)噴壺均勻噴灑自來(lái)水1 L,期間每次翻堆后再補(bǔ)水1次,每次1 L,使用濕度計(jì)測(cè)量水分含量均在56%左右。當(dāng)水分含量過(guò)低(低于30%)時(shí),會(huì)影響微生物的代謝活性和正常生長(zhǎng)繁殖,不利于微生物分解有機(jī)物和順利啟動(dòng)堆肥發(fā)酵[14];但當(dāng)含水率過(guò)高(超過(guò)70%)時(shí),堆體出現(xiàn)供氧不足,呈現(xiàn)厭氧狀態(tài),產(chǎn)生大量異味,不利于好氧微生物的代謝,降低堆肥的發(fā)酵速率[15]?？傮w來(lái)看,3個(gè)試驗(yàn)組堆肥結(jié)束時(shí)的含水率均滿足農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《有機(jī)肥料》(NY/T 525—2021)的要求[9]。

E4/E6可以有效應(yīng)用于堆肥腐熟度的評(píng)價(jià),E4/E6越低表明堆肥腐熟度越高[16]。試驗(yàn)在堆肥結(jié)束后,試驗(yàn)1組的E4/E6最低,說(shuō)明堆肥腐熟程度最高,對(duì)植物的毒性作用最小。

GI是檢測(cè)堆肥成熟程度的最佳指標(biāo),能可靠、靈敏地反映堆肥對(duì)植物的毒性作用[17]。一般認(rèn)為當(dāng)堆肥產(chǎn)品的GI≥90%時(shí),可認(rèn)為堆肥完全腐熟[18]。本試驗(yàn)因添加的菌液種類不同,導(dǎo)致各組種子發(fā)芽指數(shù)初始值不同。結(jié)果表明,接種復(fù)合菌發(fā)酵劑可加速堆肥成熟過(guò)程,提前完成無(wú)害化堆肥處理。試驗(yàn)1組的種子GI和成熟程度最高,這也可能與菌劑1的菌群數(shù)量及活性有關(guān)。

綜上所述,添加復(fù)合菌發(fā)酵劑尤其是試驗(yàn)1組的菌劑能有效提升羊糞堆肥的發(fā)酵質(zhì)量,加速有機(jī)質(zhì)的降解和堆肥的腐熟過(guò)程,其效果在冬季低溫條件下尤為顯著。試驗(yàn)1組在溫度、pH、含水率、E4/E6及GI等各項(xiàng)指標(biāo)上均表現(xiàn)出了優(yōu)秀的堆肥效果,是本試驗(yàn)條件下最佳的堆肥處理方式。該研究為冬季羊糞糞污發(fā)酵提供了數(shù)據(jù)和理論支持,即使在冬季低溫條件下也能保持高效,為寒冷地區(qū)的農(nóng)業(yè)廢棄物處理提供了有效方案。

4 結(jié) 論

添加復(fù)合菌發(fā)酵劑,尤其是試驗(yàn)1組使用的配方,可以顯著提高堆肥的溫度、pH、含水率、腐熟度和GI,使之更加符合農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。