不同酶制劑對牛糞好氧堆肥效果的影響

王 誠，丁宏標(biāo)，董瑞蘭，劉勝利，劉文慧，董桂紅，范秋蘋，王 玲，丁博群

（1.山東健源生物科技有限公司，山東 泰安 271000；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，北京；3.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，山東 青島；4.山東隆科特酶制劑有限公司，山東 沂水；5.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，山東 泰安）

畜禽糞便是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要資源，隨著養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，牛糞產(chǎn)量逐年增加。傳統(tǒng)的牛糞處理方式一般是直接用作農(nóng)家肥料或堆放露天堆肥，但是未經(jīng)任何處理的好氧堆肥方式，容易對生態(tài)環(huán)境造成污染。堆肥是一種利用微生物代謝的熱效應(yīng)降解有機(jī)物質(zhì)的技術(shù)[1]，有機(jī)廢棄物在堆肥過程中可轉(zhuǎn)化為固定的有機(jī)素，減少化學(xué)肥料的依賴，得到有機(jī)物質(zhì)、礦物質(zhì)和微生物的相互作用導(dǎo)致的肥效，但在保證堆肥效果的基礎(chǔ)上提高堆肥速度和穩(wěn)定性極具挑戰(zhàn)性[2]。

近年來，國內(nèi)外對不同酶制劑用于牛糞堆肥效果的研究取得了一定的成果，不同酶制劑在牛糞堆肥中的優(yōu)劣、堆肥過程參數(shù)的影響以及牛糞堆肥成品質(zhì)量等方面均是關(guān)注的重點(diǎn)。陜西省科學(xué)院酶工程研究所任平等人（2010）研究發(fā)現(xiàn)[3]，添加復(fù)合酶能夠縮短堆肥的周期，有利于牛糞堆肥的腐熟。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)梁天等人（2022）研究發(fā)現(xiàn)[4]，添加碳氮比為35:1 的C8組（枯草芽孢桿菌+黑曲霉菌+細(xì)黃鏈霉菌組）堆肥效果較好。沈陽建筑大學(xué)梁文娟等人（2016）研究發(fā)現(xiàn)[5]，在堆肥中加入0.5%的菌劑和0.05%的纖維素酶制劑效果更好，能促進(jìn)牛糞腐熟。本研究的目的是以提高堆肥質(zhì)量和穩(wěn)定性為依據(jù)，探究不同酶制劑對牛糞堆肥效果的影響機(jī)制，為牛糞堆肥技術(shù)的發(fā)展提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗在泰安市合作奶牛養(yǎng)殖基地進(jìn)行，以牛糞和玉米秸稈為原料進(jìn)行堆肥。表1 為堆肥原料的理化性質(zhì)指標(biāo)。

表1 堆肥原料的理化性質(zhì)

1.2 方法

本研究以不同酶制劑處理牛糞為研究對象，采用條垛式好氧堆肥的方法，將碳氮比調(diào)整至25左右，共設(shè)置5 個處理組：未施用酶制劑的對照組（CK）、纖維素酶處理堆肥組（C）、淀粉酶處理堆肥組（A）、蛋白酶處理堆肥組（P）、混合酶制劑處理堆肥組（M），每個處理的堆的尺寸約為長×寬×高（3.0 m×1.2 m×0.8 m），對照組不進(jìn)行特殊處理，自然狀態(tài)下接種量為牛糞質(zhì)量的0.1%，在堆肥的初始階段進(jìn)行充分的混合。整個堆肥過程持續(xù)35 d，試驗組在第5 天、10 天、15天、20 天、25 天和30 天分別進(jìn)行堆翻，對照組在第10 天、15 天、20 天、25 天和30 天進(jìn)行堆翻。

在整個堆肥過程中，每日8～9 時和17～18時在堆體兩端和中間不同高度（距底部20 cm、40 cm、60 cm）測定溫度，并同時測定環(huán)境溫度。取樣時根據(jù)測溫點(diǎn)的位置采集等量的樣品，并進(jìn)行充分地混合均勻。測定0、2、5、10、15、20、25、30 和35 d 樣品的pH、含水量、電導(dǎo)率（EC）和種子發(fā)芽指數(shù)（GI）。pH 采用精密酸度計進(jìn)行測定，含水量采用重量烘干法進(jìn)行測定，總氮含量采用凱氏定氮法進(jìn)行測定，EC 采用電導(dǎo)率儀進(jìn)行測定[6]。有機(jī)質(zhì)、pH 和GI 的試驗和測定遵循《有機(jī)肥料（NY/T525—2021）》[7]行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行。

2 結(jié)果

2.1 不同酶制劑處理堆肥過程中溫度變化

由圖1 可知，各組堆肥期間的溫度呈先上升后下降趨勢，前5 d 內(nèi)各組溫度變化差異不大，5 d 后，M 組升溫速率最快，13 d 最高溫度接近60 ℃，其他各組趨勢同M 組，最高溫度均超過50 ℃，13 d 以后直至堆肥結(jié)束后，各堆肥組溫度呈逐漸下降趨勢，漸漸趨于穩(wěn)定。

圖1 不同酶制劑組堆肥的溫度變化曲線

2.2 不同酶制劑處理堆肥過程中pH 變化

由圖2 可知，各組試驗的牛糞pH 范圍均在6.2～6.7 之間變化，并呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，前10 d 各組的pH 變化趨勢大體相同，其中A 組上升速率較慢，15 d 后各組的pH 逐漸下降，其中CK 組pH 下降速率最快；A 組、P 組和M 組在堆肥后的pH 相較于堆肥前較高，而CK 組和C 組堆肥后的pH 與堆肥前相比較低。

圖2 不同酶制劑組堆肥pH 的變化曲線

2.3 不同酶制劑處理堆肥過程中含水量變化

由圖3 可知，各堆肥處理組的含水量隨堆肥時間增加而逐漸下降，在堆肥過程中水分逐漸蒸發(fā)導(dǎo)致含水量下降；A 組含水量下降趨勢較慢，而M 組含水量的下降速度最快。

圖3 不同酶制劑組堆肥含水量的變化曲線

2.4 不同酶制劑處理堆肥過程中電導(dǎo)率變化

圖4 中各組的電導(dǎo)率隨堆肥時間增加呈上升趨勢，在2.5 到4.0 之間變化，其中CK 組的電導(dǎo)率高于其他組，而C 組的電導(dǎo)率低于其他組，表明對照組的電導(dǎo)性能較好，纖維素酶處理組的電導(dǎo)性能較弱。

圖4 不同酶制劑組的電導(dǎo)率變化曲線

2.5 不同酶制劑處理堆肥過程中碳氮比變化

由圖5 可知，各組C/N 比隨天數(shù)增加均呈現(xiàn)下降趨勢，M 組下降最快，而A 組下降較慢；在15 日時，CK 組的C/N 比最高，堆肥結(jié)束后，碳氮比按照由低到高的順序依次為：M 組＜C 組＜P 組＜CK 組＜A 組。由此可知，混合酶處理組氮含量較高，揮發(fā)性鹽基氮少，損失比其他四組要少。

圖5 不同酶制劑組的碳氮比比值變化曲線

2.6 不同酶制劑處理堆肥過程中發(fā)芽指數(shù)變化

由圖6 可知，各組的發(fā)芽指數(shù)與堆肥天數(shù)呈正相關(guān)。堆肥結(jié)束后，M 組的高于其他四組，CK 組最低，各組的發(fā)芽指數(shù)在70～80 之間。由此可知，施加混合酶的牛糞堆肥的發(fā)芽程度最好，纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶的發(fā)芽效果次之，而不施加酶制劑，則會嚴(yán)重影響牛糞的好氧堆肥效果。

圖6 不同酶制劑組的發(fā)芽指數(shù)變化曲線

2.7 不同處理組堆肥結(jié)束時各項檢測指標(biāo)比較

將堆肥結(jié)束時各組的pH、含水量、電導(dǎo)率EC、發(fā)芽指數(shù)GI 以及C/N 比進(jìn)行了顯著性分析，結(jié)果如表2 所示。

表2 不同處理組堆肥結(jié)束時各項檢測指標(biāo)比較

A 組、P 組和M 組堆肥的pH 高于CK 組和C 組，A 組、P 組和M 組與CK 組和C 組的pH有顯著性差異（P＜0.05）；C 組和P 組的含水量無顯著性差異，而與CK 組、A 組和M 組有顯著性的差異（P＜0.05），A 組的含水量最為豐富，M 組的含水量較低，表明淀粉酶處理后的牛糞的含水量變化較低，混合酶處理的牛糞含水量變化較高；C 組、A 組與P 組、M 組和CK 組的電導(dǎo)率顯著性差異（P＜0.05），表明在相同的堆肥條件下，CK 組的電導(dǎo)性能最好；從發(fā)芽指數(shù)（GI）來看，P 組的發(fā)芽指數(shù)與C 組、A 組均無顯著性的差異，M 組的發(fā)芽指數(shù)顯著高于其他四組（P＜0.05）；從C/N 比來看，CK 組的比值與A 組和P 組無顯著性的差異，C 組和M 組的碳氮比的比值較為接近，淀粉酶組的碳氮比比值最高，表明有機(jī)質(zhì)中氮的含量較低，揮發(fā)性鹽基氮較多，損失較多，纖維素酶處理組和混合酶處理組的碳氮比的比值較低，因此有機(jī)質(zhì)中的氮含量較高，揮發(fā)性鹽基氮少，損失相對較少。

3 討論

通過比較傳統(tǒng)堆肥與添加酶制劑堆肥的效果，發(fā)現(xiàn)添加酶制劑在牛糞堆肥過程中起到了促進(jìn)作用。淀粉酶能夠加速有機(jī)物中淀粉的降解和礦化，使其轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸、CO2和水等小分子，提高堆肥過程中有機(jī)物的降解速度和堆肥效率；纖維素酶能夠降解纖維素，將其轉(zhuǎn)化為可供微生物降解的小分子糖類，促進(jìn)堆肥過程中有機(jī)物的降解和礦化作用，提高堆肥效果和速度；蛋白酶能夠加速有機(jī)物中蛋白質(zhì)的分解，使其轉(zhuǎn)化為氨、有機(jī)酸和其他小分子物質(zhì)，提高堆肥過程中有機(jī)物的分解速率和肥效。

由于酶制劑促進(jìn)有機(jī)物分解產(chǎn)生酸類物質(zhì)，因此試驗組的pH 略高于對照組；添加混合酶制劑后，有機(jī)物質(zhì)的降解和礦化加快，溫度升高，有利于水分的蒸發(fā)，隨著有機(jī)物的分解和礦化，改善了肥料質(zhì)量，利于種子營養(yǎng)需要和發(fā)芽萌出，因此酶制劑組的種子發(fā)芽指數(shù)顯著高于對照組；添加酶制劑后各試驗組有機(jī)物分解加快，減少了揮發(fā)性氮的產(chǎn)生，因此C/N 比顯著降低。以上研究結(jié)果表明，混合酶可以綜合促進(jìn)堆肥過程中多種有機(jī)物的降解和轉(zhuǎn)化，提高堆肥效果和速度，這與蔡琳琳等人的研究結(jié)果[8]基本一致。

4 結(jié)論

本研究通過相關(guān)試驗，探討了纖維素酶、淀粉酶、蛋白酶、混合酶酶制劑對牛糞堆肥效果的影響。研究過程中發(fā)現(xiàn)，添加酶制劑顯著提高了堆肥過程中有機(jī)質(zhì)降解速度，加快了堆肥過程。不同酶制劑對牛糞堆肥的影響表現(xiàn)出較大差異，其中纖維素酶和混合酶制劑處理效果較好。以上試驗結(jié)果表明，添加酶制劑有助于提高堆肥質(zhì)量和穩(wěn)定性；纖維素酶和混合酶等三種酶制劑對牛糞堆肥具有較好的改善作用。本研究為實際生產(chǎn)中酶制劑處理牛糞堆肥的應(yīng)用提供了重要依據(jù)。