糠醛渣添加量對奶牛糞堆肥腐熟及氨氣釋放量的影響

湯瑩 趙旭 李娟 呂燕紅

摘要：為解決奶牛場糞污和糠醛渣的貯存及其對環(huán)境的污染問題，我們探究不同添加量的糠醛渣對奶牛糞條垛式堆肥腐熟及氨氣釋放量的影響，以新鮮奶牛糞和小麥秸稈為主料，分別添加質(zhì)量分數(shù)為3%、6%、9%的糠醛渣進行為期35 d的堆肥試驗。結(jié)果表明，當糠醛渣添加量質(zhì)量分數(shù)為3%～9%時，新鮮奶牛糞和小麥秸稈堆肥的產(chǎn)品的含水率、pH、NH3釋放量分別比對照不添加糠醛渣下降13.86%～20.91%、1.09%～4.37%、12.86%～30.82%，種子發(fā)芽指數(shù)和C/N分別提高24.35%～43.48%、12.54%～31.22%。綜上考慮認為，采用奶牛糞堆肥時，添加質(zhì)量分數(shù)為3%～9%的糠醛渣，可促進堆肥物料的分解轉(zhuǎn)化，加快腐熟速度，降低氨氣釋放量。

關(guān)鍵詞：奶牛糞；糠醛渣；添加量；堆肥；氨氣

中圖分類號：S141? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2097-2172（2023）06-0579-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.06.019

Effects of Furfural Residue Addition on the Decomposition and

Ammonia Release from Dairy Manure Compost

TANG Ying， ZHAO Xu， LI Juan， L？譈 Yanhong

（Institute of Soil， Fertilizer and Water-saving Agriculture， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： In order to deal with the issues of dairy manure and furfural residue storage and its pollution to the environment， effects of different addition amounts of furfural residues on the decomposition and ammonia release of dairy cattle manure in strip composting was investigated， a 35-d composting experiment was conducted with fresh dairy cattle manure as the main feedstock and furfural residues added at 3%， 6% and 9% mass fraction， respectively. The results showed that the water content， pH and NH3 release of the composted products were decreased by 13.86% to 20.91%， 1.09% to 4.37% and 12.86%to 30.82%， respectively compared with that of the control treatment when added at the mass fraction of 3% to 9%， whereas the seed germination index and C/N were increased by 24.35%to 43.48% and 12.54%to 31.22%， respectively. To sum up， when composting cow manure， furfural residues addition at the mass fraction of 3%to 9% can promote the decomposition and transformation of composting materials， accelerate the speed of decomposition， and reduce the amount of ammonia release.

Key words： Cow manure; Furfural residue; Addition quantity; Compost; Ammonia

隨著人們對畜禽產(chǎn)品需求量的不斷增加，養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，養(yǎng)殖規(guī)模持續(xù)擴大，大量排放的畜禽糞便造成的環(huán)境污染日趨嚴重。我國每年的畜禽糞污產(chǎn)生量達到了38億t，但由于多種原因，綜合資源化利用率不足60%，無害化率不足50%［1 ］。好氧堆肥是一種高效、可持續(xù)的農(nóng)業(yè)有機廢物資源化利用技術(shù)，能將農(nóng)業(yè)有機廢物轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，并生產(chǎn)成作物生長需要的肥料產(chǎn)品［2 ］。牛糞具有臭味大，纖維素和含水量高的特點，資源化利用難度大。當前，好氧堆肥是奶牛場處理糞污的主要技術(shù)手段［3 ］。然而，由于堆肥物料配比不合理，造成堆肥腐熟速度慢，氨氣釋放量大，氮素損失率高等問題［4 - 5 ］。糠醛渣是利用生物質(zhì)原料生產(chǎn)糠醛過程中的主要副產(chǎn)品，我國每年糠醛渣產(chǎn)量達到480萬～600萬t［6 ］。大量糠醛渣的積累、貯存不僅占據(jù)了大量的土地資源，也對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重污染［7 ］。堆肥過程中可根據(jù)堆肥工藝需要添加外源物質(zhì)，改善堆肥物料的水熱條件和物理化學(xué)性質(zhì)，優(yōu)化堆肥工藝，提高肥料產(chǎn)品質(zhì)量［8 ］。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在雞糞好氧堆肥過程中添加輔料調(diào)節(jié)水分和C/N，不僅可以促進堆肥物料中抗生素的降解，而且加快腐熟速度［9 ］。李云等［10 ］ 研究發(fā)現(xiàn)，牛糞堆肥時添加糠醛渣有利于提高總氮質(zhì)量分數(shù)和減少N2O的排放。有關(guān)添加糠醛渣對牛糞堆肥腐熟過程及氨氣釋放量的影響研究較少，我們以新鮮奶牛糞和小麥秸稈為主料，研究了糠醛渣不同添加量對奶牛糞條垛式堆肥過程中的溫度、含水率、種子發(fā)芽指數(shù)（GI）、pH及氨氣釋放量的影響，以期為進一步開發(fā)利用糠醛渣及優(yōu)化牛糞堆肥技術(shù)工藝提供理論支撐。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗材料

試驗所用堆肥原料為新鮮奶牛糞（含有機碳243.8 g/kg、全氮12.7 g/kg、水分627.1 g/kg，C/N為19.20，pH 8.95），取自武威市涼州區(qū)某奶牛場；糠醛渣（含有機碳526.1 g/kg、全氮3.8 g/kg、水分257.6 g/kg，C/N為138.45，pH 2.34）購自張掖市甘州區(qū)某糠醛廠；小麥秸稈采購自奶牛場附近的農(nóng)場。

1.2? ?試驗方法

試驗設(shè)4個處理，分別為處理1（CK），奶牛糞15 t +小麥秸稈150 kg；處理2，奶牛糞15 t +小麥秸稈150 kg +質(zhì)量分數(shù)為3%的糠醛渣；處理3，奶牛糞15 t +小麥秸稈150 kg +質(zhì)量分數(shù)為6%的糠醛渣；處理4，奶牛糞15 t + 小麥秸稈150 kg + 質(zhì)量分數(shù)為9%的糠醛渣。每處理均3次重復(fù)。每處理將奶牛糞15 t +小麥秸稈150 kg和設(shè)計用量的糠醛渣充分混合均勻，采用條垛式堆肥發(fā)酵，堆體長15.0 m、寬2.5 m、高1.4 m。

1.3? ?測定指標及方法

1.3.1? ? 溫度及理化指標的測定? ? 溫度、含水率、pH、有機碳、全氮的檢測參考李紅霞等［11 ］的方法進行，并計算C/N。種子發(fā)芽指數(shù)（GI）的檢測參照朱新夢等［12 ］的方法進行。

發(fā)芽指數(shù)（GI）計算公式為：

GI =［（堆料浸提液的種子發(fā)芽率×種子根長）/（去離子水的種子發(fā)芽率×種子根長）］×100%

1.3.2? ? 氨氣釋放量的檢測? ? 氨氣釋放量的檢測參照趙晨陽等［13 ］的方法進行。

1.4? ?數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及作圖。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?不同糠醛渣添加量對堆料溫度的影響

溫度是表征堆肥過程中微生物新陳代謝能力強弱的重要指標，溫度的高低和高溫持續(xù)時間影響堆肥的無害化處理效果［14 ］。由圖1可知，糠醛渣添加量對以新鮮奶牛糞和小麥秸稈為主料的堆料溫度影響較大，升溫速度和最高溫度隨添加量的增加而增加。堆肥第2 天開始，各處理的溫度開始升高，但升溫速度差異較大，處理3和處理4升溫速度比處理2和CK快。CK和處理2分別在第5 天和第4天進入高溫期（>50 ℃），堆肥過程中高溫天數(shù)分別為15 d和17 d；處理3和處理4分別在第3 天和第2 天進入高溫期，堆肥過程中高溫天數(shù)分別為19 d和20 d 。4個處理的高溫保持時間均達到了糞便無害化衛(wèi)生標準要求［15 ］。因此，從高溫持續(xù)時間、升溫速度考慮，當奶牛糞初始含水量在600 g/kg左右時，添加質(zhì)量分數(shù)為6%的糠醛渣時堆肥升溫速度快，高溫保持時間長。

2.2? ?不同糠醛渣添加量對堆料含水率的影響

水分是堆肥微生物的生長繁殖和新陳代謝不可或缺的因素，通過水分的蒸發(fā)釋放熱量調(diào)節(jié)溫度［16 ］。由圖2可知，隨著堆肥過程的進行，各處理的含水率呈逐漸下降趨勢，添加糠醛渣的處理含水率下降速度顯著大于CK。添加糠醛渣的處理含水率在堆肥前21 d下降速度較快，21～35 d的下降速度較慢。CK處理在堆肥的前28 d下降速度較快，28～35 d下降速度慢。堆肥結(jié)束時，CK、處理2、處理3、處理4的含水率分別為43.71%、37.65%、35.62%、34.57%，較初始含水率分別下降了30.30%、36.91%、36.81%、35.80%。綜上可知，奶牛糞堆肥過程中添加糠醛渣可降低堆肥產(chǎn)品的含水率，降幅為13.86～20.91%，同時可提高堆料水分的蒸發(fā)速率，加快堆料腐熟速度。

2.3? ?不同糠醛渣添加量對堆料pH的影響

由圖3可以看出，不同處理的pH變化趨勢基本一致，均為先上升后緩慢下降。堆料pH隨糠醛渣添加量的增加而降低，其中以CK pH最高，處理4 pH最低。堆肥第21天，各處理的堆料pH均達到最大值，CK、處理2、處理3、處理4的pH分別為9.23、9.15、9.02、8.89。堆肥第21天后，各處理的堆料pH開始下降。堆肥結(jié)束時，糠醛渣添加量較多的處理（處理3、處理4）pH均降到9.00以下，分別為8.89、8.76；CK和處理2的pH略高，分別為9.16、9.06。綜上可知，添加不同糠醛渣堆肥產(chǎn)品pH較對照下降1.09%～4.37%。

2.4? ?不同糠醛渣添加量對堆料種子發(fā)芽指數(shù)（GI）的影響

監(jiān)測堆肥不同時期的種子發(fā)芽指數(shù)，不僅可以指示堆料對植物種子的毒性隨堆肥時間增加的變化趨勢，而且也反映了堆料的腐熟進程［17 ］。由圖4可知，堆肥過程中，各處理的種子發(fā)芽指數(shù)（GI）呈逐漸升高的趨勢，但不同的堆肥時間，升高速率不同。堆肥前7 d，GI升高速度較慢， 7～28 d GI升高速度明顯加快，28～35 d GI升高速度又有所下降。添加糠醛渣各處理的GI均顯著大于CK，且GI隨糠醛渣添加量的增加而升高。堆肥結(jié)束時，CK、處理2、處理3、處理4的GI值分別為57.5%、71.5%、76.6%、82.5%，較初始GI值分別升高了62.61%、66.01%、65.01%、65.51%。綜上可知，在奶牛糞+小麥秸稈中添加質(zhì)量分數(shù)為3%～9%的糠醛渣，可提高牛奶糞堆肥產(chǎn)品的GI值24.35%～43.48%，進而提高腐熟度。

2.5? ?不同糠醛渣添加量對堆料C/N的影響

堆料的C/N是影響堆肥腐熟速度的重要理化指標，C/N過高或者過低時，都將影響堆肥腐熟速度，降低堆肥產(chǎn)品質(zhì)量［18 ］。由圖5可知，各處理的C/N均呈先緩慢上升后快速下降的趨勢。堆肥前7 d C/N緩慢上升，7～28 d C/N呈快速下降趨勢，28～35 d C/N下降速度有所減緩。添加糠醛渣各處理的C/N均顯著大于CK，且C/N隨糠醛渣添加量的增加而升高。堆肥結(jié)束時，CK、處理2、處理3、處理4的C/N分別為14.35、16.15、17.55、18.83，較初始C/N分別下降了25%、20%、18%、17%。綜上可知，在奶牛糞+小麥秸稈中添加質(zhì)量分數(shù)為3%～9%的糠醛渣，可提高奶牛糞堆肥產(chǎn)品的C/N 12.54%～31.22%，從而降低碳氮損失率。

2.6? ?糠醛渣對堆料NH3釋放量的影響

從圖6可以看出，各處理NH3釋放量呈先上升后下降的變化趨勢。添加糠醛渣各處理的NH3釋放量顯著低于未加腐殖酸的CK，并且峰值出現(xiàn)時間比CK提前7 d。CK、處理2、處理3、處理4的峰值分別為38.35、34.23、31.54、28.32 mg/（m2·h）。添加糠醛渣各處理的平均NH3釋放量比CK低12.86%～30.82%?？梢姡谀膛＜S+小麥秸稈中添加質(zhì)量分數(shù)為3%～9%的糠醛渣，可有效降低NH3釋放量，減少N素損失。

3? ?討論與結(jié)論

影響堆肥腐熟速度的理化參數(shù)主要有C/N、pH、溫度、水分、通風量等。根據(jù)畜禽糞污的理化特點調(diào)節(jié)堆料成分配比、添加調(diào)理劑以及控制通風等措施是提高堆肥效率和肥料質(zhì)量的有效方法［19 ］。pH是影響微生物的生長及新陳代謝的重要因素，通常微生物生長繁殖的最佳環(huán)境是偏堿性或中性，因此控制堆料的pH在合理區(qū)間內(nèi)，可以提高微生物新陳代謝能力，從而加快堆肥腐熟速率［20 ］?？啡┰卸喾N游離酸和腐殖酸，可中和堿，降低堆料酸堿度［21 ］。在牛糞中添加適宜輔料可以加速堆肥物料的轉(zhuǎn)化分解，提高堆肥溫度、加快腐熟進程［22 ］。李榮華等［23 ］研究表明，添加木炭能促進堆肥有機物料的降解，加快堆肥腐熟脫毒，增加堆肥產(chǎn)品總氮的質(zhì)量分數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少堆肥初期氨氣的揮發(fā)。陳雪嬌等［24 ］研究發(fā)現(xiàn)，磷石膏的添加促進了堆肥溫度的快速升高，但其添加量超過有機物干物質(zhì)的40%時會導(dǎo)致堆肥高溫時間變短。我們用含水量在620 g/kg左右的奶牛糞進行條垛式好氧堆肥時，添加質(zhì)量分數(shù)為3%～9%的糠醛渣，可使堆肥產(chǎn)品的含水率降低13.86%～20.91%，pH降低1.09%～4.37%，NH3釋放量降低12.86%～30.82%；使種子發(fā)芽指數(shù)（GI）提高24.35%～43.48%，C/N提高12.54%～31.22%。表明奶牛糞堆肥時添加適量的糠醛渣，不僅可顯著提高堆料溫度上升速度、堆料的種子發(fā)芽指數(shù)和肥料產(chǎn)品腐熟度，而且可以有效降低堆肥過程中氨氣的釋放量和肥料產(chǎn)品的pH。本研究只對奶牛糞堆肥過程中的常規(guī)理化指標進行了測定，未對其堆肥過程中微生物群落多樣性及酶活性等進行深入研究。后期若能通過分子生物學(xué)技術(shù)對微生物多樣性和酶活性進行研究，則有利于更好地分析糠醛渣對奶牛糞堆肥過程的影響，為優(yōu)化牛糞堆肥技術(shù)工藝提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

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收稿日期：2023 - 04 - 24

基金項目：甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技成果轉(zhuǎn)化項目（2021GAAS-CGZH04）；甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院重點研發(fā)計劃（2022GAAS16）。

作者簡介：湯? ?瑩（1974 — ），男，甘肅臨夏人，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)資源高效利用、作物耕作栽培及土壤培肥等方面的研究與示范推廣工作。Email： 344413975@qq.com。