河西荒漠绿洲区牛粪高温好氧堆肥试验

2015-12-31张永东伏中方甘肃省张掖市畜牧管理站张掖734000

中国草食动物科学 2015年4期

王磊，张永东，伏中方（甘肃省张掖市畜牧管理站，张掖 734000）

河西荒漠绿洲区牛粪高温好氧堆肥试验

王磊，张永东，伏中方
（甘肃省张掖市畜牧管理站，张掖 734000）

为研究添加辅料及微生物菌剂对牛粪高温好氧堆肥的影响，试验对不同处理牛粪的温度、pH值、GI值、含水率等指标进行了测定。结果表明：添加微生物菌剂后牛粪堆肥效果无明显差异，不添加可降低生产成本；若为提高堆肥效果而添加菌剂，可同时添加秸秆等辅料适当提高碳氮比有利于堆肥，且能解决畜牧业固体废弃物因焚烧和任意堆放污染环境的问题。各处理堆肥产物经实验室测定，其碳氮比（C/N）、含水率、氮、磷、钾总有效养分、有机质等指标均符合粪便无害化卫生标准和有机肥标准。

牛粪；玉米秸秆；微生物菌剂；堆肥

随着我国养殖业规模化、集约化的快速发展，畜禽粪便的产生量与日俱增，如果不加以处理和利用，不仅造成养分流失，而且会造成环境污染，阻碍农牧业健康可持续发展。高温好氧堆肥是采用人工或机械堆积的方式，在有氧条件下，经微生物作用，使粪便和生活垃圾等有机物，温度达到50℃以上并维持一定时间的处理方法。实践证明，高温好氧堆肥是处理固体有机废弃物的一个有效途径，是粪便和秸秆管理与利用的重要手段之一，有利于粪便达到无害化并生产商品有机肥，实现粪便和秸秆的资源化利用［1］。本试验研究了牛粪中添加玉米秸秆辅料或微生物菌剂对高温有氧堆肥的影响，为大规模生产有机肥提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验材料

牛粪：取自张掖市甘州区希望农牧产业科技开发有限责任公司肉牛养殖场。

玉米秸秆：取自该场切碎后的青贮饲料，经晾干后使用（调节堆肥的水分和碳氮比）。

金藻液微生物菌剂：购自甘肃富民生态农业科技有限公司，使用时原液加水稀释50倍，一般1 000mL原液可发酵800～1 000 kg粪便。

起始堆肥时，控制初始含水量在65%左右。堆肥原料的基本理化性状见表1。

表1 堆肥材料的基本理化性状

1.2 试验设计

本试验通过添加玉米秸秆调整堆料碳氮比（C/N），研究纯牛粪堆肥与添加秸秆或添加微生物菌剂后之间的区别，所有处理都同时人工翻堆，翻堆时间根据每天监测温度调整。由于试验结果侧重实际应用，故对堆肥效果的分析主要在一次发酵阶段。试验设计为处理1：牛粪；处理2：牛粪+菌剂；处理3：牛粪+玉米秸秆+菌剂；处理4：牛粪+玉米秸秆。

按照以上4个处理分别堆成4个堆体，堆体尺寸为长1.5m×宽1.2m×高0.8m，每个堆体容积约1.44m3。试验时间为2014年7月1日—7月20日，该时间段为本地区最热时期。

1.3 样品采集与测定方法

1.3.1 采样时间及方法样品每周采集1次，采取多点采样法及四分法，每次从堆体的不同位置（前后左右和中心5点）分层各取样品约300 g，混匀，再按四分法缩样后带回实验室立即测定。

1.3.2 指标测定在试验过程中观察并记录堆体温度、堆料颜色、气味和体积等变化情况。

堆料含水率测定：称取500 g样品于已知重量的铝盒（W）中，称其重量（W1），放入烘箱，在105℃下烘24 h至恒重，取出，在干燥器中冷却后称其重量（W2）。含水率=（W1-W2）/（W1-W）×100%。

堆体温度测定：发酵周期内，使用金属套管数显温度计于每天下午4：00测定所有堆体温度，以堆体前、后、左、右和中心5点温度的平均值作为堆体的发酵温度，同时记录环境温度。

pH值测定：取混合后的样品，用去离子水按粪水比1∶10（W∶V）浸提1 h，用pH计测定悬浮液pH值。

有机物及氮、磷测定：有机物（OM）采用500～600℃烘干恒重法测定，总氮（TN）采用凯氏半微量定氮法测定，总磷（TP）采用钒钼酸比色法测定，这3项指标委托甘肃农业大学动物营养实验室测定。

种子发芽指数（GI）的测定：把2张大小合适的滤纸放入干净无菌的9 cm培养皿中，滤纸上整齐摆放20粒油菜种子，准确吸入5.0mL堆肥浸提液（粪水比1∶10浸提2 h）于培养皿中，每个处理3次重复，以蒸馏水作为对照，在25℃培养箱中避光培养48 h后，计算种子发芽率，并用游标卡尺量取种子的根长，然后根据下列公式计算出种子发芽指数，种子发芽指数GI（%）=（堆肥处理的种子发芽率×处理种子平均根长）/（对照的种子发芽率×对照种子根长）×100%。

2 结果与讨论

2.1 不同处理堆肥温度的变化

温度是影响微生物活动和堆肥工艺的重要因素，堆肥过程中微生物由于分解有机物而释放出热量，促使堆温快速上升［2］。根据畜禽养殖业污染治理工程技术规范（环保部发布HJ 497—2009）及粪便处理卫生标准（GB 7959—2012），当堆肥温度控制在60℃以上（人工翻堆），且持续时间不少于5 d，是杀灭堆肥所含致病微生物和有害虫卵，保证卫生指标合格和堆肥腐熟的重要条件。当堆肥温度稳定在30～40℃时，说明发酵已基本完成［3］。如图1所示，本试验4个处理在堆肥过程中温度变化趋势基本一致，先后经历了升温期、高温期、腐熟保温期3个典型温变阶段。由于试验期正处于当地最热季节，从堆积发酵开始，所有处理的堆温经3 d便迅速升高到60℃，第8天堆温达到最高值74℃，之后堆温逐渐下降，至第16天，堆温基本保持在38℃左右不再变化。因此，可证明堆肥产物已基本腐熟。整个试验期，按照2～3 d翻堆一次，根据堆肥的实时检测，每次翻堆完，由于堆体散热原因，温度有所下降，但因为翻堆供氧，堆温随后上升。由于试验期气温较高，整个堆肥一次发酵16 d即完成。

图1 不同处理堆肥温度的变化

2.2 纯牛粪与添加秸秆或菌剂堆肥效果比较

碳源是微生物的主要能源物质，氮源是微生物的营养物质。在堆肥过程中，碳源被消耗，转化成CO2和腐殖质物质，而氮则以NH3形式散失，或变为硝酸盐和亚硝酸盐，或由生物体同化吸收。因此，碳和氮的变化是堆肥的基本特征之一。由于微生物的C/N范围为4～30，因此用作其营养的有机物碳氮比最好也在此范围内，C/N过高或过低都不利于嗜氧菌的生长和繁殖，Pioncelot提出堆肥的初始碳氮比为30∶1是比较理想的，而黄国锋提出堆肥起始的碳氮比在25～30为堆肥的最佳条件［4］，在生产实践中可采用在牛粪中添加有关原料调节碳氮比。本试验设置了两个组合进行比较，组合1是纯牛粪堆肥（处理1）和牛粪+玉米秸秆堆肥（处理4）比较，组合2是牛粪+菌剂堆肥（处理2）和牛粪+玉米秸秆+菌剂堆肥（处理3）比较，其中，处理3和处理4根据堆体容重和玉米秸的碳氮比53∶1，将混合堆料C/N调节到28∶1。从温度变化看，组合1两个处理无明显变化，但单一牛粪堆肥时间相对较长，因牛粪属于冷性粪便，不易起温；组合2两个处理由于喷洒添加了微生物菌剂，发酵速度加快，初期升温较组合1快，其中，处理3因为添加了秸秆提高了C/N比，满足了微生物对C的需求，升温及发酵速度较处理4快。结果表明，纯牛粪一般堆肥发酵也可不调整C/N，若需添加微生物菌剂提高发酵效率，应添加有关原料适当提高碳氮比较好。

2.3 不同处理pH值的变化

pH值是微生物生长的重要影响因素之一，一般堆肥中微生物最适宜的pH值为中性或弱碱性，pH值太高或太低都会使堆肥处理遇到困难，pH值可作为评价堆肥腐熟度的一个指标［5］。由图2所示，所有处理的pH值在前8天总体上呈现上升趋势，这与堆肥初期微生物分解有机物产生大量的NH3造成偏碱性环境有关，处理1和处理4的pH值在堆制3～6 d时有所下降，与堆体含水量偏高、有机物发酵产生有机酸的积累有关；堆制后期，由于氨氮的挥发，堆体的pH值又逐渐回落，至堆肥结束时，pH值最后维持在8.5左右，符合腐熟堆肥pH值在8.0～9.0的标准［5］。

图2 不同处理pH值的变化

2.4 不同处理种子发芽指数（GI）的变化

植物种子发芽指数（GI）是判断堆肥的植物毒性和腐熟度最具说服力的参数之一［6］，未腐熟的堆肥产物含有毒性物质，对植物的生长能产生抑制作用。一般种子发芽率GI≥50%表示有机肥基本腐熟，GI≥85%以上表示已经完全腐熟［7］。由图3可知，随着堆肥的进行，各处理组的GI值总体呈现上升趋势，至堆肥第8天时，各处理GI值基本均达到50%以上，第13天各处理GI值均达到80%以上，其中以处理3的GI值最高，达到90%，第16 天GI值均达到95%以上，表明堆肥腐熟。试验表明，各处理间无显著差异（P＞0.05），但处理3的GI值始终较其他处理高，说明添加有机质辅料有助于腐熟，若有机质含量过低，分解产生的热量不足以促进和维持堆肥中嗜热性细菌的增殖，堆肥难于达到高温阶段。

2.5 堆肥产物的质量评判

2.5.1 物理评判本试验牛粪发酵腐熟后，堆体体积减小1/2，发酵温度降低到40℃以下，发酵产物团粒疏松，质地均匀，颜色呈深褐色，无臭味，有较明显的腐殖气息，不吸引蚊蝇，放置一两天后表面有白色或灰色的霉菌出现，物理观察结果与徐同宝等［8］结论相一致。

2.5.2 化学评判经实验室测定，堆肥发酵产物的pH值稳定在8.5左右，碳氮比（C/N）为19.5∶1，氮、磷、钾总有效养分为5.2%，有机质65%，水分29%，各项指标符合粪便无害化卫生标准（GB 7959—2012）［9］和有机肥标准（NY 525—2011）［10］。

图3 不同处理种子发芽指数的变化

3 结论

根据试验结果和生产应用综合考虑，牛粪堆肥一般不需添加微生物制剂，添加后无明显差异，不添加则可降低生产成本；鉴于张掖本地盛产玉米秸秆的实际，在生产中，可添加利用多余或废弃的秸秆来混合堆肥，适当提高碳氮比满足微生物需求，有利于堆肥，而且能够解决畜牧业固体废弃物因焚烧和任意堆放污染环境的问题。

［1］ WeiShi，Jeanette MNorton，Bruce EMiller，etal.Effectsofaeration and moisture duringwindrow composting on the nitrogen fertilizer valuesof dairywastecomposts［J］.Applied Soil Ecology，1999，11：17-28.

［2］李玉红，李清飞，王岩.翻堆次数对牛粪高温堆肥的影响［J］.河南农业科学,2006，7：70-72.

［3］李建国，钱新东.堆肥腐熟度指标的探讨［J］.城市环境与城市生态，1990，3（2）：27-30.

［4］黄国锋，钟流举，张振锢，等.有机固体废弃物堆肥的物质变化及腐熟度评价［J］.应用生态学报，2003，15（5）：813-818.

［5］李艳，王敏健，王菊思.有机固体废弃物堆肥的腐熟度参数及指标［J］.环境科学，1999，20（2）：98-103.

［6］ PWang，CM Changa，M EWatson，etal.Maturity indices forcomposted dairy and pig manures［J］.Soil Biology and Biochemistry，2004，36：767-776.

［7］牛俊玲.多功能堆肥复合菌剂［M］.北京：化学工业出版社，2009：68.

［8］徐同宝，李吕木.畜粪堆肥的腐熟度评价［J］.家畜生态学报，2007，28 （6）：21-26.

［9］ GB 7959—2012，粪便无害化卫生标准［S］.北京:中国标准出版社，2012.

［10］NY 525—2011，有机肥标准［S］.北京:中国农业出版社，2011.

S14

2095-3887（2015）04-0046-03

10.3969/j.issn.2095-3887.2015.04.014