微生物復(fù)合菌劑處理豬糞生產(chǎn)有機(jī)肥技術(shù)

陳再冉 孫 卉 鄧小楠 完玲中 添長久 程邦進(jìn)劉小玲 王 貝 葉泗洪*

（1安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，安徽合肥 230001；2安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽合肥 230001；3安徽良木農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，安徽淮南 232000）

近年來，隨著我國畜牧業(yè)規(guī)?；⒓s化發(fā)展，所產(chǎn)生的巨量畜禽廢棄物的無害化處理成為當(dāng)前亟須解決的產(chǎn)業(yè)難點。我國60%以上的畜禽廢棄物未得到及時處理和利用，造成資源巨大的浪費[1]。同時，大量的畜禽糞便中含有各種寄生蟲卵、病原微生物和一些有毒有害物質(zhì)，未經(jīng)處理隨意排放，對養(yǎng)殖地附近環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。因此，加快畜牧業(yè)的發(fā)展需要加速推進(jìn)畜禽糞便減量化、無害化和資源化的利用。

豬糞在我國畜禽類糞便中占主體的地位。豬糞主要的處理方式有直接還田、堆肥（傳統(tǒng)自然發(fā)酵）及微生物復(fù)合菌處理。在過去的幾十年中，直接還田是豬糞最原始和最簡單的資源化利用方式，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在：豬糞中富含氮、磷、鉀等農(nóng)作物所需的營養(yǎng)元素，同時還含有胡敏酸等膠性成分，可改善土層的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加土壤蓄水性和透氣性，有利于農(nóng)作物生長。通過土壤的過濾，植物根系的過濾、吸附、離子交換、氧化，以及土壤微生物之間的拮抗作用等，豬糞中的有機(jī)物和病原體等在直接還田后可被降解和殺滅，在避免二次污染的同時提高了土壤肥力和農(nóng)作物的產(chǎn)量。但與此同時，直接還田也有比較明顯的缺點，豬糞含水率較高且具有惡臭氣味，直接還田過程中氨的揮發(fā)會導(dǎo)致肥效下降；豬糞中的藥物殘留、病菌和蟲卵等有害物質(zhì)不利于作物生長，甚至?xí)斐芍仓旮癄€；豬糞排放量遠(yuǎn)超過農(nóng)田糞便承載量時，會導(dǎo)致農(nóng)田硝酸鹽污染。因此，豬糞直接還田的方式受到了一定的限制[2]。

堆肥是處理有機(jī)廢棄物的一種常用的好氧發(fā)酵方法，堆肥的目的是將畜禽糞便變成無毒無害的有機(jī)肥料，是養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)的接口技術(shù)之一[3]。豬糞通過堆肥實現(xiàn)資源化利用，符合我國鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。堆肥的優(yōu)點主要表現(xiàn)在：堆肥經(jīng)分解后含有大量腐殖質(zhì)，腐殖質(zhì)可以改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力、改善作物品質(zhì)、提高作物抗逆性等。有機(jī)廢棄物可以通過堆肥處理來生產(chǎn)有機(jī)肥和其他優(yōu)質(zhì)肥料，大大減少了化肥的使用。與其他處理方式相比，堆肥處理成本低、技術(shù)安全可靠，且環(huán)境條件要求低。但是傳統(tǒng)堆肥方式也有明顯的缺點，即不經(jīng)處理讓豬糞自然發(fā)酵的傳統(tǒng)堆肥工藝落后，堆肥過程散發(fā)臭氣，堆體發(fā)酵不完全，發(fā)酵得到的肥料肥效低，早已跟不上現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的步伐[4]。

現(xiàn)代新型堆肥方法在堆肥處理過程中，接種繁殖快、活性強(qiáng)的微生物菌劑，有利于堆肥養(yǎng)分的保留和縮短發(fā)酵時間。研究表明，單個細(xì)菌、真菌菌群的活性再高，對堆肥過程的加速作用也不如多個微生物菌群的協(xié)同作用[5]?？捎糜诙逊实奈⑸锓N類包括乳桿菌屬、固氮菌屬、木霉屬、裂殖酵母菌屬、鏈霉菌屬等。在堆肥中接種復(fù)合菌劑可以達(dá)到加速溫度上升，延長高溫持續(xù)時間，提高堆肥腐熟度和產(chǎn)品肥效，縮短腐熟周期的效果。

1 微生物復(fù)合菌劑處理豬糞生產(chǎn)有機(jī)肥技術(shù)環(huán)節(jié)

本研究以中小型豬場為研究對象，中小型生豬養(yǎng)殖場3 800頭豬一年產(chǎn)糞量約為3 500 t。使用的VT-1000菌劑是由北京沃土天地生物科技有限公司研究開發(fā)的一種復(fù)合微生物菌劑，主要由乳酸菌、芽孢桿菌、酵母菌、霉菌、放線菌等近10種菌株構(gòu)成。

1.1 堆肥前期準(zhǔn)備工作

1.1.1調(diào)整堆肥pH堆肥在較寬的pH（3.0～11.0）范圍內(nèi)進(jìn)行，較適宜的pH范圍為5.5～8.5。在中性和弱堿性條件下，堆料容易滋生微生物。堆肥開始階段，一些酸性細(xì)菌分解有機(jī)物，產(chǎn)生酸性中間產(chǎn)物，pH 下降；中間產(chǎn)物隨著堆肥時間的推移逐漸消失，pH再次上升，pH最終為8.0～8.5。總體而言，在整個堆肥過程中，pH 波動不大，在5.5～8.5 區(qū)間內(nèi)。添加微生物菌劑有利于pH的升高，堆肥過程中的pH無需調(diào)整。

1.1.2控制堆肥初始碳氮比C/N 影響堆肥中總營養(yǎng)元素的平衡，較適宜的起始C/N 為25～30。比值過高，生物活動減少；比值低于20，大量的氮通過氨揮發(fā)揮掉，在堆肥高溫期氮損失最明顯。鮮豬糞的碳含量占7.8%，氮含量占0.6%，碳氮比13∶1；干稻草碳含量占42.0%，氮含量0.63%，碳氮比為67∶1。因此，將1 000 kg鮮豬糞與275 kg干稻草混合，可以使初始C/N達(dá)到25。

1.1.3控制堆肥含水量微生物的生命活動離不開水，堆肥中的含水率是微生物進(jìn)行好氧代謝和堆肥能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵。吳淑杭等[6]研究表明，初始含水率應(yīng)控制在40%～65%，過高、過低都會影響堆肥的順利進(jìn)行，其中含水率以55%～65%最為適宜。含水率過低意味著堆肥會過早干燥，阻礙微生物生長，提前結(jié)束堆肥。含水率過高則會降低堆肥體系的含氧量，增強(qiáng)微生物的無氧呼吸，減緩堆肥的腐熟速度、降低堆肥的質(zhì)量，同時高溫期溫度下降得更快，不利于堆肥順利進(jìn)行。適宜的含水率，有利于優(yōu)勢微生物的生長代謝，抑制有機(jī)質(zhì)向惡臭物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。也有研究認(rèn)為堆肥原料初始含水率在50%～60%比較適宜快速腐熟[7]。肖文敏等[8]認(rèn)為，初始含水率在冬季低溫環(huán)境應(yīng)控制在57%～60%，以減少水分蒸發(fā)帶走熱量。在炎熱的夏季60%～65%含水率有利于好氧堆肥啟動。所以在控制好豬糞與稻草的比例后，要往堆體加入適當(dāng)?shù)乃?，使初始含水率控制?7%～60%（冬季低溫環(huán)境）或60%～65%（夏季炎熱環(huán)境）。含水率比較簡單的測定方法是在充分?jǐn)嚢韬?，抓一把混合物料，沒有水分溢出來，但用力握能剛好握出水分，說明含水率剛剛好。

1.1.4降低堆肥過程氮素?fù)p失堆肥過程中有機(jī)氮礦化、NH3持續(xù)揮發(fā)和硝態(tài)氮反硝作用，不僅降低了產(chǎn)品肥效，同時產(chǎn)生嚴(yán)重的異味，造成酸雨等環(huán)境問題。堆肥過程中，氮的形態(tài)包括硝態(tài)氮、總氮、有機(jī)氮和銨態(tài)氮。含氮化合物相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系可以由堆體銨態(tài)氮與全氮的比值高低間接反映出來。比值越低，堆體沉積的氮越多。氮的轉(zhuǎn)化途徑包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固定作用。揮發(fā)性氮素大部分在氮轉(zhuǎn)化細(xì)菌降解有機(jī)物過程中產(chǎn)生，氮轉(zhuǎn)化細(xì)菌主要包括自生固氮細(xì)菌、氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌[9]。

趙秋等[10]研究發(fā)現(xiàn)堆肥處理氮素?fù)p失高達(dá)77.0%。劉艷婷等[11]初步探討了好氧堆肥接種復(fù)合菌劑來解決氮流失問題。復(fù)合菌劑的添加可以促進(jìn)堆肥腐熟，總氮減少17.3%，有機(jī)氮損失18.5%，表明優(yōu)勢微生物直接參與氮轉(zhuǎn)化或通過與氮轉(zhuǎn)化細(xì)菌相互作用影響氮的代謝。在豬糞堆肥中加入微生物菌劑能相對降低總氮和銨態(tài)氮的濃度、銨態(tài)氮與全氮的比值[12]。按微生物菌劑和豬糞混合物的質(zhì)量比1∶1 000 接種VT-1000 微生物菌劑。

1.2 監(jiān)測調(diào)控堆肥過程溫度

溫度是反映堆肥過程較為直觀的參數(shù)之一。堆肥溫度55 ℃保持3 d 以上或50 ℃保持5～7 d 是殺滅堆肥中病原微生物，保證合格的堆肥衛(wèi)生指標(biāo)和腐熟的重要條件。準(zhǔn)備一個金屬探溫針，每天10：00、15：00 各測量1 次溫度并記錄。以每個堆肥點2 次測量溫度的平均溫度作為該點溫度，以同一深度的5 個堆肥點的平均溫度作為該堆肥深度的溫度。

發(fā)酵初期0～5 d，溫度逐漸上升，這一階段堆肥的中心溫度會慢慢升高到60～70 ℃，有時還能看見堆體上冒白煙，說明發(fā)酵正在快速進(jìn)行中。5～26 d為高溫期，堆肥中心溫度可達(dá)到70～90 ℃。然而，只有少數(shù)嗜熱細(xì)菌可以在70 ℃以上的溫度下存活，這限制了微生物的生長，降低了有機(jī)物的分解速率[8]，但同時高溫也會殺滅蟲卵和大部分病原菌。這個階段溫度會因為堆體缺氧而下降，因此需要數(shù)次翻堆混合，讓堆體中混入氧氣，使堆體再次發(fā)酵升溫到65 ℃左右，翻堆的時間點是測溫后檢測到溫度下降的時候。這一階段溫度會呈現(xiàn)周期性波動。26～34d為降溫期，溫度一般會降到40～50 ℃。這個過程只需要每天按時測量溫度即可。34～46 d 為腐熟期，完全腐熟后，溫度會慢慢降低至常溫，可不用再翻堆。添加微生物復(fù)合菌劑后，堆體溫度55 ℃以上的天數(shù)可達(dá)20 d，60 ℃以上的天數(shù)達(dá)14 d，可滿足糞便無害化衛(wèi)生要求（GB 7959—2012），即人工翻堆好氧發(fā)酵(高溫堆肥)的極限要求50 ℃以上持續(xù)10 d，60 ℃以上持續(xù)5 d。堆肥不接種微生物菌劑，則無法滿足糞便無害化衛(wèi)生要求和有機(jī)肥生產(chǎn)國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3 堆肥結(jié)束指標(biāo)檢測

堆肥結(jié)束時，C/N值穩(wěn)定在16左右，說明堆肥達(dá)到腐熟并且理化性質(zhì)和生物性狀都達(dá)到穩(wěn)定。水分蒸發(fā)和微生物代謝會降低堆體含水率，含水率由開始的60%左右下降到最后的30%左右，日均含水率下降0.9%，符合農(nóng)業(yè)部有機(jī)肥（NY525—2012）30%的標(biāo)準(zhǔn)。堆體溫度為常溫，腐熟的有機(jī)肥呈褐色或者黑色，沒有臭味，可直接使用。

2 堆肥注意事項

2.1 大腸桿菌檢測

糞便大腸桿菌數(shù)量常被作為評價糞便無害化處理效果的重要指標(biāo)。大腸桿菌只有在溫度超過55 ℃并持續(xù)約2 h才能滅活。堆體中添加微生物菌劑，如果在堆肥結(jié)束時檢測到大腸桿菌，原因可能是堆體高溫周期不夠長，不足以使堆體中的大腸桿菌完全滅活。因此要注意在高溫期勤翻堆，保證氧氣供應(yīng)，使堆體達(dá)到高溫的時間盡量延長。

2.2 有害氣體控制

硫化氫和硫醇是含硫有害氣體的主要成分。糞便中的硫酸鹽和硫酸根在厭氧條件下，通過硫酸鹽還原細(xì)菌活動產(chǎn)生硫化氫。在堆肥中添加功能性微生物菌劑可以延長堆肥的高溫持續(xù)時間，控制惡臭氣體的轉(zhuǎn)化，改善微生物菌群的組成。徐杰等[11]研究發(fā)現(xiàn)，具有快速升溫加熱除臭功能的復(fù)合菌劑可以降低雞糞堆肥過程中的氣味濃度，快速分解纖維素等有機(jī)物。張生偉等[12]研究也表明，豬糞堆肥中添加除臭功能復(fù)合菌劑可以減少惡臭氣體的排放。因此，在微生物復(fù)合菌劑中應(yīng)加入含有除臭功能的微生物菌。

3 結(jié)論與展望

本文介紹了中小型生豬養(yǎng)殖企業(yè)豬糞的主要資源化利用方式，即微生物菌劑處理豬糞生產(chǎn)有機(jī)肥技術(shù)，總結(jié)了豬糞堆肥需要注意的事項，以期為養(yǎng)豬行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。今后，豬糞資源化利用仍需不斷加強(qiáng)創(chuàng)新，加快研發(fā)綠色、高效、環(huán)保、低成本的豬糞資源化利用技術(shù)，并探索新的資源化利用模式，如種養(yǎng)結(jié)合模式等，例如豬糞發(fā)酵后喂魚，減少魚飼料的開支，魚塘里的淤泥可以做肥料，這是一種高效率高收入的豬糞處理方式。