畜禽糞便堆肥過程中有機肥腐熟研究

李紅燕

摘要 通過分析外界條件與內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化對畜禽糞便堆肥過程中有機肥腐熟進行研究。分別以牛糞、雞糞和豬糞為畜禽糞便堆肥的原料開始堆肥試驗，分析了溫度、含水量、氧氣含量對畜禽糞便堆肥腐熟度的影響，同時分析畜禽糞便堆肥過程微生物數(shù)量變化情況。結(jié)果表明，雞糞堆肥最佳溫度大約為70 ℃，最佳含水量為48.6%，最佳含氧量為56 kPa;牛糞堆肥最佳溫度大約為78 ℃，最佳含水量為59.8%，最佳含氧量為89 kPa;豬糞堆肥最佳溫度大約為69 ℃，最佳含水量為50.0%，最佳含氧量為45 kPa;豬糞中存在大量耐高溫的放線菌;牛糞的真菌數(shù)高于其他2種畜禽糞便的真菌數(shù)，牛糞中具有更多的耐高溫真菌，可以在高溫中存活，來降解纖維素。3種畜禽糞便堆肥的溫度與細菌、真菌、放線菌均為正相關(guān)。

關(guān)鍵詞 畜禽糞便;堆肥過程;有機肥;腐熟

中圖分類號 S 141 ?文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）12-0070-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.12.020

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Abstract We studied the ageing of organic fertilizer during composting of livestock and poultry manure by analyzing external conditions and internal structural changes.The composting experiment was started with cow dung，chicken manure and pig manure as raw materials for livestock and poultry manure composting，the effects of temperature，water content and oxygen content on compost maturity of livestock ?and poultry manure were analyzed.At the same time，the changes of microbial quantity in the composting process of livestock and poultry were analyzed.The results showed that the optimal temperature for composting of chicken manure was about 70 ℃，the optimum water content was 48.6%，and the optimum oxygen content was 56 kPa.The optimum temperature for composting of cow dung was about 78 ℃，the optimum water content was 59.8%，and the optimum oxygen content was 89 kPa.The optimum temperature for composting of pig manure was about 69 ℃，the optimum water content was 50.0%，and the optimum oxygen content was 45 kPa.There were a large number of high temperature resistant ?actinomycetes in pig manure; the number of fungi in cow dung was higher than that in the other two kinds of livestock and poultry manure，and there were more high temperature resistant fungi in cow dung，which can survive at high temperature to degrade cellulose.The temperature in composting of three kinds of livestock and poultry manure was positively correlated with bacteria，fungi and actinomycetes.

Key words Livestock and poultry ?manure;Composting process;Organic fertilizer;Ageing

我國的畜禽養(yǎng)殖行業(yè)規(guī)模較大，并向集約化、規(guī)?；姆较虿粩喟l(fā)展，養(yǎng)殖業(yè)提高了人們的生活水平，同時產(chǎn)生了較多的畜禽糞便。尤其是在工礦區(qū)以及城郊的較大型畜禽養(yǎng)殖場中，產(chǎn)生了大量無法處理的畜禽糞便，這些未經(jīng)無害化處理的畜禽糞便將嚴重地污染環(huán)境，威脅人類以及畜禽的健康[1-2]。將畜禽糞便堆肥進行發(fā)酵，制作成生物有機肥，這樣在解決畜禽糞便污染問題的同時，還對有機食品的發(fā)展起到了加速的作用，達到戰(zhàn)略性雙贏[3-4]。畜禽糞便是環(huán)境的主要污染源[5]，引起了公眾們的關(guān)注。促進農(nóng)業(yè)良性循環(huán)和將農(nóng)牧業(yè)結(jié)合刻不容緩，我國科學(xué)界面臨的重要問題是處理有機廢物來保護環(huán)境，畜禽糞便堆肥過程中有機肥腐熟研究是解決該問題的途徑之一，畜禽糞便堆肥的應(yīng)用與機理具有重要研究意義，這對有機食品、綠色食品和無害食品以及農(nóng)業(yè)發(fā)展同樣意義重大。

1 材料與方法

1.1 材料 堆肥原料采用牛糞、豬糞、雞糞，分別取自某農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)基地和某農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院附近的養(yǎng)殖場。

1.2 方法 在陰涼處將新鮮的牛糞、豬糞以及雞糞風(fēng)干，風(fēng)干后進行堆肥試驗，畜禽糞便堆肥試驗在某農(nóng)業(yè)科學(xué)院實驗室進行，分別對牛糞、豬糞以及雞糞處理[6-7]。堆體為錐形體，該錐形體高1.0 m、直徑1.5 m。在畜禽糞便堆肥的過程需要不斷地翻推，一共堆制22 d。在堆肥第0、2、6、10、14、18、22天取樣，每次取樣按照四分法從畜禽糞便堆肥的里層、中層和外層取大約200 g的樣品，將其混勻，并分為2份，1份存放在4 ℃的冰箱中，用做微生物指標測試，1份風(fēng)干并磨細，用做理化性質(zhì)測試。具體過程如圖1所示。

由圖1可知， 堆肥腐熟度測定首先需要選取堆肥材料，風(fēng)干新鮮的牛糞、豬糞以及雞糞后進行堆肥試驗，通過對堆肥溫度、堆肥含水量及堆肥氧氣含量3種條件進行控制，獲得不同的堆肥樣本，分析有機肥的成分組成、理化性質(zhì)及堆肥腐熟度。

1.3 測試項目與方法

1.3.1 堆肥的溫度。在堆體的四周插入水銀溫度計，分別在堆體上（距地面80 cm）、中（距地面50 cm）、下層（距地面20 cm）插入溫度計，溫度計的插入深度為30 cm，每隔一段時間需要將氣溫和堆溫記錄下來[8]，將得到的平均值當做最終畜禽糞便堆體的溫度。

1.3.2 堆肥的含水率。利用國家的標準方法測定含水率，稱取鮮樣 2～3 g精確至 0.001 g，采用105 ℃恒溫干燥法進行測定。

含水率=（m2-m3）/（m3-m1）×100%

式中，m1為烘干鋁盒的質(zhì)量;m2為烘干前鋁盒和堆肥的質(zhì)量;m3為烘干后鋁盒和堆肥的質(zhì)量。

1.3.3 堆肥的氧氣含量。采用堆肥氧濃度測定儀MC-OMSM測定堆肥物料中的氧氣含量。

1.3.4 三大微生物數(shù)量。畜禽糞便堆肥的過程中，利用梯度稀釋平板法測試放線菌、真菌和細菌[9]，用到的培養(yǎng)基分為高氏1號、馬丁氏和牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基。纖維素分解的真菌和細菌在Mendels、剛果紅培養(yǎng)基中培養(yǎng)了2、5 d之后開始計數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對畜禽糞便堆肥腐熟度的影響 畜禽糞便堆肥過程中，影響堆肥腐熟的主要參數(shù)有溫度的變化。畜禽糞便堆肥各個堆體溫度的變化分為3個階段，分別為低溫、中溫以及高溫，如圖2所示。

由圖2可知，成分不同的3種畜禽堆肥腐熟度與溫度相關(guān)，在35 ℃內(nèi)3種有機肥腐熟度十分低，不到10%;當溫度超過40 ℃時，3種畜禽堆肥腐熟度開始急劇上升，達60%左右;當溫度在70～80 ℃時，3種畜禽堆肥腐熟度達到峰值，通過分析上述腐熟度變化曲線可知，畜禽糞便最佳堆肥溫度為70～80 ℃，不受畜禽種類影響。

2.2 含水量對畜禽糞便堆肥腐熟度的影響 畜禽糞便堆肥過程中的含水量能夠影響有機肥的腐熟度，在畜禽糞便堆肥的初期，堆肥溫度較低，隨著溫度升高，水分會慢慢蒸發(fā)，進入到高溫期后，需要在堆肥過程中增加水分，為堆肥過程中微生物繁殖提供適宜條件，直到畜禽糞便堆肥結(jié)束，獲得這一階段含水量與堆肥腐熟度變化曲線。

從圖3可以看出，含水量能夠影響畜禽糞便堆肥的腐熟度，雞糞堆肥在含水量為48.6%時達到最高，豬糞與牛糞在堆肥含水量分別為50.0%與59.8%時達到最高腐熟度，到達峰值后，隨著含水量的增大，3種畜禽糞便腐熟度下降，分析原因，含水量下降，糞便堆肥中含氧量降低，會影響堆肥過程中的好氧微生物活性及繁殖效率，對堆肥腐熟度造成影響。

2.3 氧氣濃度對畜禽糞便堆肥腐熟度的影響 畜禽糞便堆肥過程中氧氣濃度與畜禽糞便堆肥腐熟代謝密切相關(guān)，為獲得糞便堆肥中好氧微生物需氧濃度，分析氧氣濃度與畜禽糞便堆肥腐熟度關(guān)系。

由圖4可知，當氧氣濃度達45 kPa時，豬糞堆肥達到腐熟度峰值;當氧氣濃度達56 kPa時，雞糞堆肥達到腐熟度峰值;當氧氣濃度達89 kPa時，牛糞堆肥達到腐熟度峰值，3種堆肥在達到腐熟度峰值后，隨著氧氣濃度升高，腐熟度緩慢下降，因此腐熟度在氧氣濃度為45～90 kPa時最佳。

2.4 畜禽糞便堆肥三大微生物數(shù)量變化

2.4.1 細菌。畜禽糞便堆肥過程中數(shù)量最多的一種微生物為細菌，細菌對畜禽糞便堆肥過程的原料降解以及發(fā)酵升溫具有關(guān)鍵作用[10]。各畜禽糞便處理細菌數(shù)量的變化趨勢均為低、高、低（圖5）。

由圖5可知，牛糞和豬糞堆肥14 d時細菌出現(xiàn)峰值，分別為8.2和8.0 lg（CFU/g），而雞糞堆肥18 d時才出現(xiàn)峰值，大約為8.8 lg（CFU/g），雞糞的溫度高于其他2種畜禽糞便的處理溫度，說明雞糞的營養(yǎng)環(huán)境與其他2種畜禽糞便相比可以更好地繁殖細菌。

2.4.2

放線菌。

畜禽糞便堆肥的高溫期分解纖維素和有機質(zhì)的優(yōu)勢為放線菌，并且在堆肥過程的中后期可以穩(wěn)定地分解有機質(zhì)，放線菌的最高峰在各類畜禽糞便的堆肥初期，隨后下降直到畜禽糞便堆肥過程結(jié)束為止，放線菌的變化趨勢如圖6所示。

從圖6可以看出，經(jīng)過高溫期后，豬糞堆肥過程中產(chǎn)生的放線菌數(shù)量最多，明顯高于其他2種畜禽糞便處理的放線菌，說明畜禽糞便經(jīng)過高峰期之后，豬糞中存在大量耐高溫的放線菌，并且放線菌更適合生長在豬糞的營養(yǎng)環(huán)境中。

2.4.3

真菌。

真菌對畜禽糞便堆肥原料的分解起到重要作用，尤其是高溫真菌可以較強地分解纖維素，3種畜禽糞便堆肥真菌數(shù)與細菌數(shù)的變化趨勢恰恰相反，畜禽糞便堆肥過程中真菌的變化趨勢如圖7所示。

由圖7可知，3種畜禽糞便堆肥過程真菌數(shù)量的變化與細菌相反，雞糞在堆肥10 d時真菌數(shù)量達到最高，豬糞在堆肥14 d時真菌數(shù)量最高，牛糞在堆肥18 d時真菌數(shù)量最高，雞糞在堆肥6 d時真菌數(shù)量最低，豬糞在堆肥10 d時真菌數(shù)量最低，牛糞在堆肥6 d時真菌數(shù)量最低。畜禽糞便堆肥經(jīng)過高溫期后，真菌的數(shù)量將快速下降，堆肥的高溫將殺死大量的真菌，堆肥中期，牛糞的真菌數(shù)高于其他2種畜禽糞便的真菌數(shù)，牛糞中具有更多的耐高溫真菌，可以在高溫中存活，來降解纖維素。

3 結(jié)論

該研究結(jié)果表明，溫度、含水量與氧氣濃度能夠影響有機肥腐熟度，腐熟度最佳溫度為70～80 ℃，最佳含水量為48.6%～59.8%，最佳含氧濃度為45～90 kPa;堆肥過程中，微生物數(shù)量變化幅度最大的為細菌，其次為真菌，變化幅度最小的為放線菌。

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