一種有機(jī)物料腐熟劑對(duì)雞糞腐熟效果的影響

葉偉偉 楊曉燕 張龍

摘要 將枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、長(zhǎng)枝木霉3種菌株按比例進(jìn)行混合，制備一種有機(jī)物料腐熟劑，并對(duì)該腐熟劑的應(yīng)用效果進(jìn)行了初步研究。應(yīng)用此腐熟劑對(duì)雞糞進(jìn)行好氧發(fā)酵腐熟，綜合堆肥試驗(yàn)結(jié)果顯示，接種該腐熟劑的試驗(yàn)處理可以通過微生物的生長(zhǎng)代謝，有效提高雞糞堆肥溫度，最高溫度比對(duì)照高16 ℃，堆肥高溫持續(xù)11 d，而且后期堆肥溫度回落速度比對(duì)照慢;堆肥過程中還可以加速堆肥pH的升高，提高了物料的發(fā)酵腐熟效率。腐熟30 d后相比對(duì)照物料含水率降低了3%，C/N值低了3.4，全氮含量最高達(dá)2.42%，種子發(fā)芽指數(shù)比對(duì)照提前10 d達(dá)到90%，完全達(dá)到腐熟標(biāo)準(zhǔn)。綜合各項(xiàng)指標(biāo)，該有機(jī)物料腐熟劑可以加速雞糞腐熟過程，提高堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量，縮短堆肥周期。

關(guān)鍵詞 C/N;全氮;種子發(fā)芽指數(shù);有機(jī)物料腐熟劑;堆肥

中圖分類號(hào) Q93 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A ?文章編號(hào) 0517-6611（2020）18-0086-03

Abstract Three strains of Bacillus subtilis， Bacillus licheniformis and Trichoderma longida were mixed in proportion to prepare a microbial inoculant， and the application effect of the microbial inoculant was preliminarily studied. Aerobic fermentation of chicken manure was conducted using this microbial inoculant. The compost test results showed that the experimental treatment inoculated with the microbial inoculant could effectively increase the temperature of chicken manure compost through the growth and metabolism of microorganisms. It lasted for 11 days， and the compost temperature drops back later than the control. The compost process could also accelerate the increase of the pH of the compost， which improved the fermentation and maturation efficiency of the material. After 30 days of maturation， the moisture content of the control material was reduced by 3%， the C/N value was reduced by 3.4， the total nitrogen content reached a maximum of 2.42%， and the seed germination index reached 90% ，10 days earlier than the control， which completely reached the maturation standard. Based on various indicators， the microbial inoculant can accelerate the process of chicken manure decomposition， improve the quality of compost products， and shorten the compost cycle.

Key words C/N;Total nitrogen;Seed germination index;Microbial inoculant;Compost

隨著養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，養(yǎng)殖方式也由傳統(tǒng)散養(yǎng)的模式向規(guī)模化和集約化的方向發(fā)展，但隨之而來的是禽蓄糞污的排放量不斷增大且過于集中。2018年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，2018年我國(guó)畜禽養(yǎng)殖約200億頭（只），產(chǎn)生糞污約30多億t，而畜禽糞便的實(shí)際有效處理率不到20%[1]，以致于畜禽糞污處理不當(dāng)就會(huì)在一定程度上造成環(huán)境污染，嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境;畜禽糞污中含有豐富的可利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但是直接利用問題較多，所以其無害化處理和資源化利用是一個(gè)全球性重大命題。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)畜禽糞污的無害化處理方式主要是堆肥化處理[2]，堆肥時(shí)添加不同功能的腐熟劑，可以提高堆肥溫度，加快堆肥的腐熟速率，顯著縮短堆肥腐熟時(shí)間[3-4]。腐熟劑是利用微生物高溫發(fā)酵，在55～60 ℃的高溫下殺滅病原物，同時(shí)降解植物生長(zhǎng)抑制物質(zhì)、合成腐殖酸等提高土壤性能的有益物質(zhì)，然而不同腐熟劑的腐熟效果也是不同[5-7]。筆者選用自制腐熟劑作為試驗(yàn)材料，研究應(yīng)用該腐熟劑在堆肥過程中的養(yǎng)分變化情況。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮雞糞由德州禹城市倫鎮(zhèn)水坡社區(qū)太和村養(yǎng)

殖戶提供，米糠由當(dāng)?shù)丶Z食加工廠提供，食用菌渣由當(dāng)?shù)厥秤镁鷱S提供。試驗(yàn)于2019年8月在山東勁牛集團(tuán)股份有限公司德州實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行;試驗(yàn)腐熟劑為山東勁牛集團(tuán)股份有限公司自主研發(fā)腐熟劑，有效活菌數(shù)≥5億/g，菌劑主要成分為枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、長(zhǎng)枝木霉。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)2個(gè)堆肥處理，每個(gè)堆肥3次重復(fù)，具體設(shè)計(jì)如下：

①對(duì)照配比，雞糞2 000 kg，食用菌菌渣850 kg，不添加有機(jī)物料腐熟劑;②加菌劑配比，雞糞2 000 kg，食用菌菌渣850 kg，添加0.1%有機(jī)物料腐熟劑;③對(duì)照堆置方法，按照需要的重量稱量不同的堆肥物料，用小型鏟車或攪拌機(jī)充分混勻后，加水至含水率59%;每堆堆成寬1.35 m、高1.15 m、長(zhǎng)2.00 m左右的長(zhǎng)垛條;

④加菌劑堆置方法，將所需的腐熟劑用少量的細(xì)麩皮拌勻后，再與雞糞和食用菌菌渣物料混合均勻，加水至含水率59%;每堆堆成寬1.35 m、高1.15 m、長(zhǎng)2.00 m左右的長(zhǎng)垛條。

2個(gè)處理在發(fā)酵過程中當(dāng)溫度升到50 ℃時(shí)每天倒翻一次，翻堆時(shí)將表面、底部與中間各層混合均勻，直至腐熟。

1.3 采樣及指標(biāo)測(cè)定

在堆肥過程中，分別在堆肥的0、5、10、15、20、25、30 d進(jìn)行多點(diǎn)取樣，并采用四分法收集樣品，收集到的樣品一部分放置至陰涼處自然風(fēng)干，粉碎留樣待測(cè);一部分新鮮樣品用于測(cè)定種子發(fā)芽指數(shù)[8]。

1.3.1 溫度。溫度的測(cè)定采用溫度計(jì)插于發(fā)酵堆中間30 cm深，10～15 min后讀數(shù)，每天10：00定時(shí)測(cè)定堆肥溫度。同時(shí)測(cè)定大氣溫度。

1.3.2 pH、含水率指標(biāo)測(cè)定。按NY 525—2012有機(jī)肥料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 全量指標(biāo)測(cè)定?？傆袡C(jī)碳的測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定，全氮測(cè)定采用凱氏定氮法[9]。

1.3.4 種子發(fā)芽指數(shù)測(cè)定。把5 mL堆肥濾液加入鋪有兩層濾紙、直徑為9 cm的培養(yǎng)皿內(nèi)，每個(gè)培養(yǎng)皿均勻撒撥20粒飽滿的小白菜種子，25 ℃，黑暗培養(yǎng)48 h，測(cè)定發(fā)芽率和根長(zhǎng)，以去離子水作為對(duì)照，每個(gè)處理組重復(fù)3次，計(jì)算種子的發(fā)芽指數(shù)（GI）：

GI=濾液的種子發(fā)芽率×種子根長(zhǎng)蒸餾水的種子發(fā)芽×種子根長(zhǎng)×100。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥溫度變化

由圖1可知，堆肥前期，加菌劑的處理比對(duì)照處理升溫顯著，加菌劑的處理在第2天就達(dá)到了50 ℃，比對(duì)照處理提前10 d達(dá)到50 ℃，且維持堆肥溫度在50～70 ℃累計(jì)11 d，這段時(shí)間可以殺滅病原微生物及病蟲卵，使有機(jī)質(zhì)充分腐熟分解;堆肥后期，加菌劑的處理在第18天堆肥基本腐熟，比對(duì)照處理提前至少10 d。整個(gè)堆肥過程中，2個(gè)處理的堆肥溫度和當(dāng)日氣溫的相關(guān)系數(shù)分別為0.60和0.40，相關(guān)性顯著。

2.2 含水率的變化

從圖2可以看出，2個(gè)處理組的堆肥起始含水率均為59%，符合堆肥的最佳濕度（50%～60%）[10]。隨著堆肥發(fā)酵過程的進(jìn)行，微生物快速繁殖釋放大量熱量，發(fā)酵前期含水率逐漸下降，在第10天對(duì)照處理的含水率降至45%，加菌劑處理的含水率降至39%，發(fā)酵后期至發(fā)酵結(jié)束時(shí)，對(duì)照處理的含水率降為18%，接種菌劑處理的含水率降為15%，接種菌劑處理的堆肥物料含水率比對(duì)照組低3%。進(jìn)一步說明接種菌劑處理有利于堆肥溫度的升高，有效加速了水分的散失，從而使堆肥質(zhì)量更符合NY 525—2012有機(jī)肥料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 pH的變化

適宜的pH有利于微生物生長(zhǎng)繁殖及產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，在發(fā)酵初期，有機(jī)物料腐熟劑啟動(dòng)發(fā)酵，微生物在適宜條件下大量繁殖生長(zhǎng)代謝，分解糞污中的蛋白類有機(jī)物，產(chǎn)生銨態(tài)氮，使pH快速升高;在發(fā)酵后期，伴隨著蛋白類有機(jī)物的減少，銨態(tài)氮在硝化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮及微生物代謝產(chǎn)生的酸，使堆肥pH下降[11]。從圖3可以看出，發(fā)酵初期，2個(gè)處理的pH都快速升高，維持在pH 7.5～8.8一段時(shí)間后回落，加菌劑處理的pH明顯比對(duì)照處理的pH高，且后期回落較慢;加菌劑處理的pH在第10天達(dá)到最高值（8.8），對(duì)照處理在第15天達(dá)到最高值（8.6），后期下降趨勢(shì)也相對(duì)較快;發(fā)酵30 d后，加菌劑處理的pH降至7.6，對(duì)照處理的pH為7.30。

2.4 全氮和總有機(jī)碳的變化

雞糞中有機(jī)氮的含量較高，在發(fā)酵過程中，先轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮再向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)變且雞糞中氮素的損失度與溫度相關(guān)（r=0.98）[12]。從圖4可以看出，堆肥發(fā)酵前期，2個(gè)處理組的全氮含量變化趨于一致，隨著堆肥溫度的升高，高溫使堆肥中氨的揮發(fā)，從而導(dǎo)致堆肥中氮素含量迅速降低，降低幅度分別為加菌劑處理70.7%、對(duì)照處理54.4%;堆肥第15天，2個(gè)處理組的全氮含量最低，加菌劑處理為0.62%，對(duì)照處理為0.63%，之后變化趨于穩(wěn)定;堆肥30 d，2個(gè)處理的全氮損失分別為加菌劑處理71.5%、對(duì)照處理72.6%，腐熟完全，符合Martins等[13]的結(jié)果。

堆肥前期，微生物首先分解易分解有機(jī)物，產(chǎn)生大量二氧化碳，使有機(jī)碳大量減少，從圖5可以看出，堆肥前5 d，2個(gè)處理組的總有機(jī)碳含量大幅減少，加菌劑的處理下降速度更快;當(dāng)堆肥結(jié)束時(shí)，2個(gè)處理組間的總有機(jī)碳含量差異很小。

2.5 C/N值的變化

從圖6可以看出，隨著發(fā)酵過程的進(jìn)行，2個(gè)處理的C/N值逐漸下降，加菌劑的處理在第20天C/N值下降至14.5，最終穩(wěn)定在14.5;對(duì)照處理的C/N值在第20天下降至17.9，且基本穩(wěn)定在17.9。該研究采用T=（終點(diǎn)C/N）/（初始C/N）衡量堆肥腐熟度，T<0.60時(shí)，堆肥達(dá)到腐熟[14-15]。堆肥第30天，對(duì)照處理T約為0.60，加菌劑處理T為0.48，說明至堆肥結(jié)束，加菌劑處理比對(duì)照處理腐熟更完全。

2.6 種子發(fā)芽指數(shù)

從2個(gè)處理組發(fā)酵過程中種子發(fā)芽指數(shù)（GI）的變化情況（圖7）可以看出，2個(gè)處理組在發(fā)酵初始階段GI都很低，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，GI逐漸升高，加菌劑處理的雞糞在第10天時(shí)GI值大于50%，發(fā)酵結(jié)束時(shí)GI值為100%，通過顯著性分析，與對(duì)照處理差異顯著（P<0.05），說明加入菌劑后種子發(fā)芽率顯著提高。

3 結(jié)論與討論

該研究將枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、長(zhǎng)枝木霉3種菌株按比例進(jìn)行混合，制備一種有機(jī)物料腐熟劑，并對(duì)該腐熟劑的應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證研究。應(yīng)用此腐熟劑對(duì)雞糞進(jìn)行腐熟，加入有機(jī)物料腐熟劑的第2天，堆肥物料發(fā)酵溫度達(dá)到了50 ℃，超過起始溫度5 ℃以上，符合發(fā)酵啟動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn);最高溫度在第6天就達(dá)到了69 ℃，且在高溫階段持續(xù)了11 d，降低含水率的同時(shí)能有效殺滅有害菌及病蟲卵;雞糞堆肥腐熟時(shí)間比未接種有機(jī)物料腐熟劑的處理也提前了10 d。C/N值也是評(píng)價(jià)堆肥腐熟度的指標(biāo)之一，一般C/N值在20以下時(shí)堆肥已腐熟[16-17]，應(yīng)用此腐熟劑對(duì)雞糞進(jìn)行腐熟時(shí)，在發(fā)酵后期加菌劑的處理C/N值由起始的30.0降至14.5，符合堆肥腐熟標(biāo)準(zhǔn)，這也符合岳敏杰等[18]認(rèn)為的堆肥腐熟標(biāo)準(zhǔn)。種子發(fā)芽指數(shù)反映發(fā)酵堆肥對(duì)植物的毒性，也是評(píng)價(jià)堆肥發(fā)酵腐熟的指標(biāo)之一[19]，發(fā)芽指數(shù)>50%的堆肥，即基本沒有毒性，堆肥腐熟安全，該研究在加入該有機(jī)物料腐熟劑發(fā)酵后的第20天，樣品的發(fā)芽指數(shù)（GI）>90%，與劉東海等[20]的研究結(jié)果相比，發(fā)芽指數(shù)顯著提高。通過對(duì)雞糞堆肥過程中溫度、含水率、pH、全氮、C/N值及發(fā)芽指數(shù)等各項(xiàng)指標(biāo)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析顯示，該有機(jī)物料腐熟劑能顯著提高雞糞發(fā)酵溫度，加速雞糞腐熟過程，提高雞糞堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量，縮短堆肥周期。

參考文獻(xiàn)

[1] 李季，彭生平.堆肥工程實(shí)用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2] 黃國(guó)鋒，吳啟堂，黃煥忠.有機(jī)固體廢棄物好氧高溫堆肥化處理技術(shù)[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2003，11（1）：159-161.

[3] 李國(guó)學(xué)，黃懿梅，姜華.不同堆肥材料及引入外源微生物對(duì)高溫堆肥腐熟度影響的研究[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，1999，5（S1）：139-142.

[4] 樸仁哲，姜成，金玉姬，等.微生物菌群對(duì)雞糞堆肥腐熟中物質(zhì)變化的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，45（1）：110-113.

[5] 王衛(wèi)平，薛智勇，朱鳳香，等.不同微生物菌劑處理對(duì)雞糞堆肥發(fā)酵的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2005，17（5）：292-295.

[6] 陳雅娟，霍培書，韓卉，等.雞糞鋸末好氧堆肥過程中硝化細(xì)菌動(dòng)態(tài)變化[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，19（2）：100-107.

[7] 侯憲文，李勤奮，陳炫，等.木薯皮和雞糞的堆肥化利用研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，33（3）：478-483.

[8] 高云航，勾長(zhǎng)龍，王雨瓊，等.低溫復(fù)合菌劑對(duì)牛糞堆肥發(fā)酵影響的研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，34（12）：3166-3170.

[9] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，1999.

[10] 羅維，陳同斌.濕度對(duì)堆肥理化性質(zhì)的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24（11）：2656-2663.

[11] 曾光明，黃國(guó)和，袁興中.堆肥環(huán)境生物與控制[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[12] ROBINSON J S，SHARPLEY A N.Release of nitrogen and phosphorus from poultry litter[J].J Evion Qual，1995，24：62-67.

[13] MARTINS O，DEWES T.Loss of nitrogenous compounds during composting of animal wastes[J].Bioresource technology，1992，42（2）：103-111.

[14] MOREL T L，COLIN F，GERMON J C，et al.Methods for the evaluation of the maturity of municipal refuse compost[M]//GASSER T K R.Composting of agriculture and other wastes.London：Elsevier Applied Science Publish，1985：56-72.

[15] 張鳴，高天鵬，劉玲玲，等.麥稈和羊糞混合高溫堆肥腐熟進(jìn)程研究[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，18（3）：566-569.

[16] GOLUEKE C G.Principles of biological resource recovery [J].BioCycle，1981，22（4）：36-40.

[17] JIMNEZ E I，GARCIA V P.Evaluation of city refuse compost maturity：A review [J].Biol Wastes，1989，27（2）：115-142.

[18] 岳敏杰，史媛媛，蔣瑞瑞，等.腐熟劑對(duì)雞糞堆肥過程中物質(zhì)變化的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，42（3）：152-156.

[19] 肖禮，黃懿梅，趙俊峰，等.外源菌劑對(duì)豬糞堆肥質(zhì)量及四環(huán)素類抗生素降解的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（1）：172-178.

[20] 劉東海，李雙來，喬艷，等.不同菌劑在雞糞堆肥中的應(yīng)用效果[J].中國(guó)土壤與肥料，2015（2）：111-116.