徐伟栋 张佳楠 王俊梅 史云飞

摘要为了提高及改善农业废弃物中禽畜粪便和农作物秸秆的资源利用率，采用肉鸡鸡粪和玉米秸秆为原料，同时添加不同发酵剂进行高温好氧堆肥试验。应用物理和化学分析法研究鸡粪高温好氧堆肥过程中堆体温度、pH、C/N，NPK含量、重金属含量等理化指标的变化，以研究在玉米秸秆添加量一定的情况下，发酵剂的有无及不同发酵剂以及翻抛和通气对堆肥腐熟度变化的影响。结果表明，初始堆积物鸡粪与秸秆的C/N达到堆肥发酵最适的C/N后，升温很快，温度最高为60℃，其pH在7.2～8.5，整体上偏弱碱性，呈先下降后上升趋势。发酵剂对堆肥温度变化无明显影响，但添加发酵剂的处理除臭效果显著。鸡粪堆肥原料和工艺复杂，其腐熟度需多种指标参数进行综合判断。

关键词鸡粪;堆肥;养分;腐熟度;环境

中图分类号S141.4文献标识码A

文章编号0517-6611（2021）08-0153-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.08.040

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

DynamicsofNutrientIndexesandMaturityChangesofChickenManureComposting

XUWei-dong，ZHANGJia-nan，WANGJun-meietal

（CollegeofNaturalResourceandEnvironment，ShenyangAgriculturalUniversity，Shenyang，Liaoning110866）

AbstractInordertoimprovetheresourceutilizationrateoflivestockmanureandcropstrawinagriculturalwaste，broilermanureandcornstrawwereusedasrawmaterials，anddifferentfermentationagentswereaddedtocarryouthightemperatureaerobiccompostingexperiment.Thechangesofphysicalandchemicalindexes，suchastemperature，pH，C/N，NPKcontentandheavymetalcontent，werestudiedbyusingphysicalandchemicalanalysismethod，inordertostudytheinfluenceofthepresenceofstarter，differentstarter，turningoverandventilationonthechangeofcompostripeningdegreeundertheconditionofacertainamountofcornstraw.TheresultsshowedthatwhentheC/N（C/N）ofchickenmanuretostrawreachedtheoptimalC/N，thetemperaturewasupto60℃，andthepHwasbetween7.2and8.5.Onthewhole，itwasslightlyalkalineandshowedatrendofdecreasingfirstandthenincreasing.Theleaveningagenthadnoobviouseffectonthecomposttemperature，butthedeodorizationeffectwasremarkablewhentheleaveningagentwasadded.Therawmaterialsandtechnologyofchickenmanurecompostingwerecomplex，andthedegreeofcompostingshouldbecomprehensivelyjudgedbyvariousindexesandparameters.

KeywordsChickenmanure;Straw;Composting;Nutrient;Maturity

随着我国农业规模化、集约化发展，农业有机废弃物产生量不断增加[1]。生物有机肥-有机农产品-畜禽和农产品废弃物-生物有机肥的绿色生态农业循环产业链条对于提高经济效益和生态效益意义重大。笔者以测定鸡粪与玉米秸秆堆肥过程中各项养分指标为基础，探究鸡粪高温好氧堆肥腐熟过程中腐熟度指标的变化，以期通过好氧堆肥将禽畜粪便无害化、资源化，为建立规模化生产中的腐熟度指标快速测定体系提供技术指导，对于有机肥及有机无机复混肥生产具有重要的现实意义。

1材料与方法

1.1试验材料

堆肥原料采用肉鸡鸡粪和玉米秸秆，供试鸡粪取自辽宁省沈阳市耘垦牧业集团法库县肉鸡养殖场。发酵菌剂由沈阳农业大学生物技术学院（三色农业发展中心）提供。以鸡粪作为堆肥氮源，以粉碎的4号、10号玉米秸秆为碳源，调节碳氮比为30：1左右，喷施菌剂后均匀地混合，以干净自来水调节物料含水量在55%左右，然后将其堆成长、宽、高分别为1.0、1.0、1.2m的堆垛进行堆肥。堆肥原材料性质见表1。

1.2试验设计采用自制的简易堆肥装置，试验时间为3月28日至5月6日（共40d），各处理设计见表2。试验过程中用通气管及翻堆方式通风供氧，通气管置于堆体底部，堆肥过程中的温度、pH、水分含量均为每隔3d测一次，取样时间为09：00。同时根据堆体温度、水分的变化情况，在堆肥开始每3d翻1次，堆制物温度升至58～62℃時，通过调整通风量，让堆体温度保持3d不变。取样则采用“五点取样法”，即分别在堆体中部的前、后、左、右及中心采集样品，混合均匀[2]。自堆肥开始，每隔3d取样（250g），用于测定堆肥腐熟度指标，装在自封袋中冷藏，直到发酵结束。

1.3测定项目与方法

将分别在堆制第1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、31、33、35、37、39天的堆肥取样，解冻后于阴凉处自然风干。测定pH时，要称取一定量鲜样，与蒸馏水以体积比1：5混合，连续振荡30min，再静置30min，取上层清液过滤后用pH计测定。含水率要在105℃下烘干至恒重测定。各项养分指标测定前，将鲜样风干，粉碎过lmm筛，全氮测定采用H2SO4-H2O2消煮-开氏定氮法[3]，全磷测定采用H2SO4-H2O2消煮-钒钼酸铵-分光光度计比色法，全钾测定采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度计法（中华人民共和国农业行业标准一有机肥料YN525—2002）。重金属含量的测定采用微波消解结合电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES），对堆肥中的重金属元素As、Ge、Pb、Cr、Hg进行含量检测。

2结果与分析

2.1不同处理对堆肥温度的影响温度是比较常用的物理评价指标之一，在堆肥过程中温度是影响微生物活动和堆肥工艺过程的关键因素。从图1可以看出，堆体温度主要可分为初始升温期、高温期、腐熟降温期。所有处理的温度上升趋势相同，所有处理堆肥3d后温度均超过50℃，第4天达60℃以上的高温阶段。堆肥初期堆体温度上升很快，说明堆体水分及碳氮比适合微生物生长繁殖，很快由升温期达到高温期。高温可杀死病原菌，有机质降解速率在适宜温度条件下达到最快，但同时要控制好水分，需要在适当情况下减少水分，降低堆温以结束堆腐[4]。处理前期T1和T2与T3和T4相比，保持相对高的温度，但中后期开始T4和T3的温度相对高，尤其是T4的温度相对高。堆肥后期温度自然降低，标志着堆肥已经腐熟。

2.2不同处理对堆制物pH的影响

研究表明，堆制物的pH为6.0～7.5，都处在正常范围，一开始T1处理的pH为6.28，但随着堆肥的进程逐渐上升为7左右，T4也是小幅上升，但所有处理的pH在整个堆制过程中变化不大。pH在堆肥初期升高，微生物繁殖很快，有机酸分解，产生大量的NH3，堆制后期，由于NH3挥发速率降低，以及在堆肥后期硝化菌的硝化作用产生大量的H+造成pH的下降[5]。从最终堆积物的pH来看，都在7左右，处于中性或微弱碱性。

2.3不同处理对堆制物C/N变化的影响

C/N是检验堆肥产品腐熟度常用的指标，碳素物质是微生物活动的能源和碳源，在鸡粪腐解过程中微生物首先利用易降解的有机碳和简单的有机碳进行新陈代谢和矿化[6]，其中易被生物降解的有机碳包括糖、淀粉、糖原、果、脂肪酸、甘油、脂类和脂肪等。研究表明，堆肥C/N应满足微生物所需的最佳值25～35，理论上C/N下降至20以下时堆肥达到腐熟[7]。从图2可以看出，所有处理的初始C/N为21～27，都接近堆肥最适碳氮比（C/N=25～30）范围。随着堆肥进程，各处理的C/N有所降低，处于16～20。

2.4不同处理对堆制物养分含量的影响

2.4.1氮（N）含量。在鸡粪与秸秆堆肥腐熟过程中，全氮含量在1.3%～3.4%，与初始含量相比T2处理则下降，在整个腐解过程中全氮含量呈下降趋势。有机氮矿化，氨的挥发，以

及硝态氮可能发生反硝化作用，都是全氮含量下降的原因[8]。而T3处理的最终氮含量增加2倍以上，在所有处理中氮增加量最多，而其余处理变化不大。

2.4.2P（P2O5）含量。堆肥過程中磷素存在形态转化，但磷酸盐性质稳定，易被吸附，不会由于挥发损失。堆制物的初始磷含量（P2O5%）和最终磷含量的变化较大，随着堆肥进程磷含量呈上升趋势，由初始含量5%～7%增加到8%以上，翻抛的T3和T4处理与通气处理的T1和T2处理相比磷含量相对较高。由于微生物将有机物分解或转化，二氧化碳和氨气大量释放，导致堆体的体积与重量降低，从而使堆肥的全磷含量呈上升趋势[9]。

2.4.3钾（K2O）含量。

堆制物的最终钾含量（K2O）与最初钾含量相比，所有处理均呈缓慢上升趋势，T3与T4处理钾含量增加大于2倍，由初始的0.8%～1.0%增加到2.4%～3.0%，而T1和T2处理变化不大。但由于堆制物料部分不均匀，监测周期中，同一个处理的钾含量可能变化较大。在最终堆积物中，翻抛的T3和T4处理含钾量显著高于通气处理的T1和T2处理，这与磷含量的结果一致。

2.4.4总养分含量（N+P2O5+K2O）。在整个堆肥腐熟过程中，各处理由于通风条件和发酵菌剂不同，氮磷钾养分含量变化均有差异。有机物在微生物作用下不断分解并以CO2、H2O、NH3等形式挥发，使堆肥的体积和干重不断降低[10]。堆肥的腐熟是一系列微生物活动的复杂过程，包含堆肥材料的矿质化和腐殖化过程[11]。各处理堆制物的最终总养分含量在12%左右，均增加。其中，T2处理增加幅度最小，T3和T4处理明显大于T1和T2处理，这说明翻抛处理的试验效果优于通气处理。同一处理的总养分含量变化不大。

2.5不同处理纤维素降解率及糖生成率的变化

堆肥物料中的纤维素、木质素等有机质被微生物代谢降解转化为腐殖质，其中纤维素降解率和糖生成率可作为腐熟程度的评价指标[12]。原始堆制物的纤维素含量为580.16g/kg，发酵过程中各处理纤维素含量均呈下降趋势，平均降解率为47.51%，至堆肥结束时，总降解率较大的T1处理含量降至227.66g/kg，总降解率较小的T2处理含量降至352.76g/kg（图3）。

从图4可以看出，堆制物腐熟发酵前期，纤维素降解率缓慢上升，糖生成率逐步下降，至发酵过程后期，糖生成率明显下降，纤维素降解产物大部分被转化为腐殖质等物质，有利于促进堆肥腐熟[13]。

2.6不同处理对堆物最终产物中重金属含量的影响

由于农业固体废弃物可以作为有机肥生产原料，尤其是禽畜粪便和农作物秸秆不仅含有大量有机质，还含有作物生长必需的铁、钙、锌、铜、镁、硼、钼等中微量营养元素[14]，但其中砷、镉、铅、铬、汞等重金属元素，在堆肥过程中难以降解，鉴于土壤污染的累积性、不可逆转性、隐蔽性和滞后性，要及早认识肥料及土壤中重金属含量[15]。从图5可以看出，T1、T2、T3、T4处理的Cd、Cr、Pb含量均达到国家有机肥行业重金属含量标准Cd<3mg/kg、Cr<150mg/kg、Pb<50mg/kg、Hg<3mg/kg），但As含量超标（As>15mg/kg）。其中T2和T3处理与T1和T4处理相比，As含量相对较低。

3结论与讨论

堆肥技术将农业废弃物进行资源化处理，鸡粪与玉米秸秆中的蛋白质、纤维素等有机物，经过高温腐熟发酵，降解为性质稳定的有机肥[16]，减少了环境污染，提高经济效益，利用农业废弃物发酵有机肥的工艺技术对废弃资源重新利用[17]，有利于农业增效、农民增收。

研究结果表明，鸡粪与秸秆自然堆制进行发酵，则腐熟发酵周期长，养分损失大，同时产生大量致臭物质如氨气、硫化氢等，添加发酵剂的处理可以迅速除臭，堆制过程中死角的堆制物不會发臭。但添加发酵剂与对照（不添加发酵剂）相比，温度上升和养分含量无显著差异，所有处理的温度上升趋势相同，都是堆肥3d后温度超过了50℃，第4天达到60℃以上的高温阶段。但处理前期T1和T2与T3和T4相比，保持相对高的温度，T2无发酵剂后期温度上升略慢。中后期开始T4和T3的温度相对高，尤其是用4号秸秆的T4温度相对高。且T3和T4为翻抛处理，高温保持时间较长，对总养分含量无明显影响。T4的C/N整体略高有所浮动，初始堆积物的碳氮比（C/N）基本上达到堆肥发酵最适的碳氮比，所有处理的温度上升均较快。从堆制物的养分含量变化来看，氮的初始和最终含量变化不大;但磷和钾随着腐熟发酵进程的推进，含量均逐渐增加。各处理的最终堆制物总养分含量都达到了国家商品有机肥标准。最终堆制物中的重金属含量除As略超标准外，Cd、Cr、Pb的含量都在正常范围内。但堆肥技术工艺烦琐，成品肥料成分复杂，关于禽畜粪便废弃物的高温好氧堆肥养分变化规律和腐熟度评价指标目前没有统一的工艺评定标准，对农业固体废弃物进行无害化、资源化的环保处理技术也有待进一步发展。

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