不同輔料添加對(duì)奶牛糞便高溫堆肥效果研究

摘要：為探討同一C/N下不同發(fā)酵輔料對(duì)奶牛糞堆肥效果，于2022年7—8月通過(guò)在不同組合及混合比例牛糞中添加不同組合及混合比例的葡萄枝條粉、糠醛渣、菇渣、油渣，探究添加輔料后奶牛糞堆肥發(fā)酵過(guò)程中理化性質(zhì)及養(yǎng)分含量的變化特征。結(jié)果表明，在發(fā)酵溫度方面，T1至T4處理均在50 ℃以上高溫階段穩(wěn)定發(fā)酵7～15 d；T1至T3處理pH值在6.25～8.48的弱堿性環(huán)境下，適宜微生物的好氧發(fā)酵；T1至T4處理電導(dǎo)率總體呈先增加后降低趨勢(shì)，堆肥結(jié)束時(shí)電導(dǎo)率lt;4.0 mS/cm；堆肥結(jié)束時(shí)，各處理有機(jī)質(zhì)含量均高于30%；水溶性有機(jī)碳含量總體先下降后趨于平穩(wěn)；各處理全氮含量在7～21 d呈現(xiàn)不同程度增加，發(fā)酵后期基本保持穩(wěn)定；與發(fā)酵初期相比，后期各處理全磷含量增加23.5%～31.5%，全鉀含量增加21.1%～45.5%，各處理總養(yǎng)分均呈增加趨勢(shì)，且gt;4.0%；T3處理脲酶活性優(yōu)于其他處理，各處理過(guò)氧化氫酶活性在7 d后迅速增加，后逐漸趨于平穩(wěn)，且堆肥結(jié)束時(shí)過(guò)氧化氫酶活性均高于堆肥初期。綜上可知，在奶牛糞中添加輔料可以加速堆肥酵解，有效提高堆肥溫度和高溫持續(xù)時(shí)間，同時(shí)有利于保氮，增加總養(yǎng)分和酶活性，且堆肥產(chǎn)品毒性較低，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：奶牛糞；輔料；高溫堆肥；發(fā)酵效果；理化性質(zhì)；養(yǎng)分含量

中圖分類號(hào)：S141.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）21-0237-08

收稿日期：2023-11-13

基金項(xiàng)目：寧夏回族自治區(qū)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)保護(hù)科技創(chuàng)新示范項(xiàng)目（編號(hào)：NGSB-2021-11-07）；寧夏回族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新專項(xiàng)（編號(hào)：NKYJ-22-02）；寧夏回族自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：2022BEG02004）。

作者簡(jiǎn)介：劉菊蓮（1982—），女，寧夏青銅峽人，碩士，農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用研究。E-mail：64216203@qq.com。

通信作者：紀(jì)立東，博士，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源化與循環(huán)利用研究。E-mail：jili521010@163.com。

近年，我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向多元化利用農(nóng)業(yè)廢棄物，推動(dòng)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。在執(zhí)行減少化肥使用、用有機(jī)肥替代化肥和建設(shè)美麗鄉(xiāng)村等政策的過(guò)程中，畜禽糞便的堆肥處理技術(shù)越來(lái)越受到重視^［1］。在2021年我國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布的“十四五”規(guī)劃中，提出要發(fā)展農(nóng)作物秸稈（如玉米秸稈、薯類秸稈等）和畜禽糞污（如牛糞、羊糞、雞糞等）的高效利用，推動(dòng)種植養(yǎng)殖一體化發(fā)展，提升農(nóng)用有機(jī)肥的田地再利用水平，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)廢棄物規(guī)模利用技術(shù)的研發(fā)，以降低農(nóng)業(yè)面源污染^［2］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，牛糞和作物秸稈作為農(nóng)業(yè)廢棄物，其總量占農(nóng)業(yè)廢棄物的50%以上，預(yù)計(jì)到2030年，牛糞將占到畜禽糞便總量的2/3。因此，對(duì)糞便資源進(jìn)行多樣化處理，推動(dòng)養(yǎng)分在生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)利用，對(duì)于實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)的高效利用、可持續(xù)發(fā)展、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合以及達(dá)成“低碳”目標(biāo)具有重大意義^［3］。農(nóng)業(yè)廢棄物是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的剩余物，主要包括畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、廢棄枝條，以及糠醛渣、菇渣、油渣等物質(zhì)。這些廢棄物通常被視為農(nóng)業(yè)或畜牧業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)品。雖然其產(chǎn)量大、種類多，但通常存在難以利用和利用效率低的問(wèn)題^［4］。在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，尋求更先進(jìn)的處理技術(shù)，以更高效地實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的養(yǎng)分循環(huán)，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的研究焦點(diǎn)，并在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

我國(guó)是農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖大國(guó)，每年畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的畜禽糞污重量約為38億t。這些有機(jī)廢棄物含有大量的有機(jī)質(zhì)和農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，但同時(shí)也存在對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)和人類健康有害的病原菌和寄生蟲卵等有害微生物，會(huì)通過(guò)土壤、水源等途徑傳播疾病。如果不能及時(shí)處理，將會(huì)對(duì)空氣、土壤、水質(zhì)等造成嚴(yán)重污染，并浪費(fèi)資源和養(yǎng)分^［5］。好氧堆肥是指在充分供氧條件下，利用堆體內(nèi)的好氧微生物對(duì)物料進(jìn)行發(fā)酵腐化的過(guò)程，通過(guò)微生物將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成為無(wú)機(jī)物，釋放能量，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)^［6］。好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)被廣泛認(rèn)為是處理農(nóng)業(yè)廢棄物的最有效技術(shù)之一，這種技術(shù)能夠?qū)⑥r(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的肥料和土壤改良劑，從而實(shí)現(xiàn)廢棄物的減量化、無(wú)害化和資源化利用，合理的好氧堆肥發(fā)酵能有效促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)有機(jī)肥^［7-8］。Gaiotti等研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期施用葡萄枝條堆肥有利于改善土壤特性、植株生長(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)，對(duì)根系的生長(zhǎng)具有積極影響；農(nóng)業(yè)廢棄物，如菇渣和牛糞等，作為育苗基質(zhì)，能夠有效提高幼苗的壯苗比例，在畜禽糞便中添加適當(dāng)?shù)妮o料能夠產(chǎn)生顯著的效果，從而實(shí)現(xiàn)廢棄物的有效利用^［9-10］。油渣是榨油后產(chǎn)生的豆餅、棉籽餅和菜籽餅等植物廢棄物。由于其碳氮比較低、腐熟效率較快等特點(diǎn)，將油渣添加到畜禽糞便中，有利于好氧發(fā)酵的進(jìn)行。這不僅提高了發(fā)酵效率，還實(shí)現(xiàn)了廢棄物資源的高效利用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了可持續(xù)的解決方案^［11］。因此，合理且多元化地利用農(nóng)業(yè)廢棄物資源，不僅可以提高堆肥效率，還能改善堆肥品質(zhì)和安全性。這為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了可持續(xù)的解決方案，有助于穩(wěn)定生產(chǎn)高質(zhì)量的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品。同時(shí)，通過(guò)合理利用農(nóng)業(yè)廢棄物，可以降低環(huán)境污染，減少資源浪費(fèi)，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。因此，積極探索農(nóng)業(yè)廢棄物的多元化利用途徑，對(duì)于推動(dòng)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

針對(duì)寧夏地區(qū)畜禽養(yǎng)殖糞污產(chǎn)量大、農(nóng)作物枝條秸稈利用效率低、粉碎還田困難、焚燒處理導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重以及種養(yǎng)脫節(jié)帶來(lái)巨大環(huán)保壓力等突出問(wèn)題，本試驗(yàn)以牛糞為堆肥原料，采用好氧堆肥技術(shù)，研究在特定碳氮比條件下，不同輔料添加對(duì)牛糞堆肥過(guò)程中理化性質(zhì)以及養(yǎng)分特征的影響，期望通過(guò)提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，完善寧夏地區(qū)牛糞堆肥好氧發(fā)酵的理論基礎(chǔ)，為寧夏地區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物處理和有效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與地點(diǎn)

奶牛糞選用寧夏金宇浩興農(nóng)牧有限公司固液分離后的奶牛糞，水分含量≤5%；菇渣選用吳忠市高閘鄉(xiāng)生產(chǎn)羊肚菌后收集的廢料，水分含量≤70%；油渣選用青銅峽市佳欣胡麻油廠榨完油的胡麻廢渣；葡萄枝條選用寧夏賀蘭山東麓冬剪釀酒葡萄枝條，粉碎后細(xì)度≤6 mm，水分含量≤10%，糠醛渣選用寧夏順寶現(xiàn)代農(nóng)業(yè)股份有限公司采購(gòu)廢料，水分含量≤50%；木醋液為相關(guān)企業(yè)贈(zèng)送，試驗(yàn)地點(diǎn)為寧夏順寶現(xiàn)代農(nóng)業(yè)股份有限公司有機(jī)肥車間。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以奶牛糞為主料，其他原料（葡萄枝條粉、油渣、菇渣和糠醛渣）為輔料，按照如下試驗(yàn)設(shè)計(jì)（表1）將各配方C/N比統(tǒng)一調(diào)整為25∶1，加入一定量的液體氨基酸（或硫酸溶液）將pH值調(diào)整至5左右，然后加入一定量的腐熟劑攪拌均勻并調(diào)節(jié)水分在60%左右，物料混拌均勻后倒入70 kg的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)發(fā)酵箱進(jìn)行發(fā)酵，試驗(yàn)共計(jì)4個(gè)處理，每個(gè)處理2個(gè)重復(fù)。堆肥開(kāi)始后，前2周內(nèi)每3 d翻堆1次，第3～5周內(nèi)每5 d翻堆1次，并于堆肥0、7、14、21、28 d 采樣，每天09：00和15：00采用溫度計(jì)測(cè)定堆體溫度，采回的鮮樣儲(chǔ)存于4 ℃冰箱中備用。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

溫度采用便攜式溫度計(jì)測(cè)定；土壤理化性質(zhì)參考鮑士旦《土壤農(nóng)化分析》一書中的指導(dǎo)方法^［12］：pH值使用防水型筆式 pH 計(jì)測(cè)定；EC值使用防水型筆式電導(dǎo)率/TDS/鹽度計(jì)測(cè)定；全氮采用全自動(dòng)凱氏定氮儀（K-360，BUCHI Labortechnik AG，瑞士）測(cè)定；全磷含量采用濃硫酸-過(guò)氧化氫消煮，鉬銻抗比色法測(cè)定；全鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；水溶性有機(jī)碳含量采用元素分析儀測(cè)定；銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量采用氯化鉀浸提-AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定（規(guī)定取樣時(shí)間內(nèi)）。

酶活性測(cè)定采用周禮愷《土壤酶學(xué)》的分析方法^［13］：脲酶活性采用比色法測(cè)定；過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定；多酚氧化酶活性采用比色法測(cè)定（規(guī)定取樣時(shí)間內(nèi)）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)以 Excel 2010軟件整理和制圖；Origin 2023b軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理發(fā)酵過(guò)程中溫度的變化

在堆肥過(guò)程中，溫度是一個(gè)關(guān)鍵因素，它反映了有機(jī)物的分解和微生物的生長(zhǎng)情況。隨著堆肥的進(jìn)行，有機(jī)物在微生物的作用下逐漸分解，釋放出熱量，使得堆肥溫度升高。適宜的溫度能夠促進(jìn)微生物的繁殖和活性，加快有機(jī)物的分解速度。同時(shí)，溫度的變化還與微生物的生長(zhǎng)狀態(tài)和堆肥的腐熟程度有關(guān)。因此，對(duì)堆肥溫度的監(jiān)測(cè)和控制是實(shí)現(xiàn)高效堆肥的重要手段之一。由圖1可知，隨著堆肥過(guò)程的進(jìn)行，各處理的堆肥溫度變化特征基本一致。T1至T4處理在堆肥1～2 d溫度上升劇烈，各處理堆體溫度在堆肥1～2 d均達(dá)到55 ℃以上。其中，T1處理升溫過(guò)程最迅速，于發(fā)酵2 d時(shí)迅速到達(dá)70 ℃；T3處理高溫持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，其次是T4處理，分別為15、14 d。各處理在高溫階段溫度較高，T1、T2、T3、T4處理65 ℃以上高溫時(shí)間分別為2、1、5、3 d，可見(jiàn)T3處理在高溫發(fā)酵階段嗜熱微生物可能會(huì)受到抑制。各處理進(jìn)入高溫期，并在50 ℃以上高溫階段內(nèi)穩(wěn)定7～15 d。

2.2 不同處理發(fā)酵過(guò)程中堆體理化性質(zhì)的變化

由圖2可知，在0～14 d內(nèi)，各處理pH值均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，但在15～28 d中，各處理pH值變化趨勢(shì)略有不同：T1先上升后降低，T2與T3均先降低后升高，而T4在此時(shí)間范圍內(nèi)pH值呈穩(wěn)步增長(zhǎng)的狀態(tài)。在0 d時(shí)，T1的pH最低，為6.29，T3的pH值最高，為6.77；而在堆肥結(jié)束時(shí)，T4的pH值最高，為8.55，T1的pH值最低，為7.87。由pH值變化速率可知，在0～7 d內(nèi)，各處理pH值增長(zhǎng)速率相近，而在8～14 d時(shí)，T4的變化速率略低于其他處理，在15～28 d內(nèi)，T2與T3變化速率與趨勢(shì)均表現(xiàn)出一致，說(shuō)明T2與T3處理在堆肥15～28 d內(nèi)，堆體內(nèi)微生物生命活動(dòng)動(dòng)態(tài)過(guò)程表現(xiàn)一定的相似性。各處理電導(dǎo)率變化趨勢(shì)與變化時(shí)間節(jié)點(diǎn)略有不同：T1與T2處理均在堆肥0～7 d呈上升趨勢(shì)，均在堆肥7 d達(dá)到最大值，分別為3.92、2.96 mS/cm，T1處理電導(dǎo)率的增長(zhǎng)速度較T2處理快。T3與T4處理在堆肥0～14 d內(nèi)電導(dǎo)率均呈上升趨勢(shì)，在14 d后隨發(fā)酵時(shí)間增長(zhǎng)而降低；但較其他處理不同的是，T4處理堆肥7～15 d電導(dǎo)率變化速率比0～7 d快，變化速率是0～7 d的3.6倍。整體而言，在發(fā)酵結(jié)束時(shí)，pH值由高到底呈現(xiàn)出T4gt;T3gt;T2gt;T1的排序，電導(dǎo)率則呈現(xiàn)出T3gt;T1gt;T4gt;T2的排序。

2.3 不同處理發(fā)酵過(guò)程中有機(jī)質(zhì)及水溶性有機(jī)碳的變化

由圖3可知，T1與T3、T2與T4有機(jī)質(zhì)含量隨堆肥時(shí)間的變化呈現(xiàn)出近似相同的變化趨勢(shì)。在堆肥0～7 d，除T3處理有機(jī)質(zhì)含量略有增加外，其他處理均降低；在7～14 d，T4處理有機(jī)質(zhì)含量增加明顯，其他處理有機(jī)質(zhì)含量變化較小，在發(fā)酵14～21 d，各處理有機(jī)質(zhì)含量均明顯下降，而在21～28 d內(nèi)，T2、T3與T4處理有機(jī)質(zhì)含量均上升，但T2處理在此時(shí)期有機(jī)質(zhì)含量較T3與T4處理呈現(xiàn)出更明顯的增加。在發(fā)酵結(jié)束時(shí)，各處理有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為T2gt;T4gt;T3gt;T1。從數(shù)值上看，T2處理有機(jī)質(zhì)含量變化最小，T4處理有機(jī)質(zhì)含量變化最大。各處理水溶性有機(jī)碳含量在發(fā)酵期間整體呈現(xiàn)先下降后趨于平穩(wěn)的變化趨勢(shì)，其中在堆肥0～7 d 內(nèi)，T2處理的變化速率最大，變化速率高達(dá) 3 g/（kg·d）；在發(fā)酵結(jié)束時(shí)，T4處理的水溶性有機(jī)碳含量最高，為14.92 g/kg；T2處理最低，為 6.74 g/kg。在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中，T2處理的水溶性有機(jī)碳含量下降最為明顯，發(fā)酵結(jié)束時(shí)水溶性有機(jī)碳含量降低了20.86 g/kg，降低了76%。

2.4 不同處理發(fā)酵過(guò)程中全氮磷鉀及總養(yǎng)分含量的變化

由圖4可知，在堆肥0～7 d，T3與T4處理全氮含量降低，T1與T2處理全氮含量增加；在7～21 d 內(nèi)，全氮含量均呈現(xiàn)出不同程度的增加；在21～28 d 時(shí)，T1與T2處理全氮含量下降，T3與T4處理全氮含量略略增加。整體而言，T1與T2處理能夠促進(jìn)全氮含量的積累，而T3與T4處理在一系列變化后對(duì)堆體全氮含量無(wú)影響。各處理全磷含量整體均呈先增加后穩(wěn)定的變化趨勢(shì)：T1、T3與T4在堆肥0～7 d內(nèi)全磷含量均增加，在7～28 d內(nèi)全磷含量均呈降低的變化趨勢(shì)。在堆肥結(jié)束時(shí)，T3處理的全磷含量最高，T2處理的含量最低，兩者相差 0.37 g/kg。各處理全鉀含量整體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，發(fā)酵結(jié)束后T1～T4處理全鉀含量增加了21.1～45.5 g/kg，T4 處理全鉀含量最高，為18.1 g/kg，T2處理的含量最低，為16.6 g/kg?？傪B(yǎng)分含量變化趨勢(shì)在堆肥0～14 d內(nèi)與全磷含量變化趨勢(shì)一致，均為先急劇增高后急速降低，而后趨于平緩。在發(fā)酵結(jié)束時(shí)，各處理總養(yǎng)分含量均大于40 g/kg，T4的總養(yǎng)分含量最大，為54.5 g/kg。

2.5 不同處理發(fā)酵過(guò)程中銨態(tài)氮及硝態(tài)氮的變化

銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量變化是衡量糞便堆肥中氮素變化的重要參數(shù)。在堆肥過(guò)程中， 隨著有機(jī)物的分解，銨態(tài)氮的含量會(huì)逐漸增加，而硝態(tài)氮的含量則會(huì)相應(yīng)減少。這種變化反映了堆肥過(guò)程中氮素的轉(zhuǎn)化和損失情況。在堆肥0～7 d內(nèi)，發(fā)酵過(guò)程中T3、T4處理銨態(tài)氮含量高于其他處理，且在 7 d 后呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì)，T1、T2處理銨態(tài)氮變化不明顯，基本趨于穩(wěn)定。發(fā)酵后期，各處理硝態(tài)氮含量均降低，在堆肥0～14 d內(nèi)，除T1處理外，其他處理硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，在14～28 d期間，各處理均表現(xiàn)為先下降后趨于穩(wěn)定。發(fā)酵結(jié)束時(shí)，T3處理銨態(tài)氮與硝態(tài)氮含量均為最高，T2處理銨態(tài)氮含量最低；T4處理硝態(tài)氮含量最低（圖5） 。

2.6 不同處理發(fā)酵過(guò)程中4種酶活性的變化

由圖6可知，發(fā)酵初期，各處理脲酶活性相近，在堆肥0～7 d時(shí)，各處理脲酶活性變化較為平緩，而后進(jìn)入劇烈變化時(shí)期，T1與T2處理脲酶活性在 7～28 d內(nèi)變化趨勢(shì)一致；T3處理在7～21 d內(nèi)活性急劇上升而后下降，在21 d時(shí)有最大值 15.15 mg/（g·d），T4處理從7 d至發(fā)酵結(jié)束時(shí)，脲酶活性均呈現(xiàn)穩(wěn)定上升變化趨勢(shì)。過(guò)氧化氫酶與蔗糖酶活性在堆肥0～14 d內(nèi)變化趨勢(shì)一致，均呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢(shì)。在堆肥14 d后，過(guò)氧化氫酶的活性趨于平穩(wěn)，且高于發(fā)酵初期；而各處理蔗糖酶活性略有升高或降低的變化情況，但整體較為緩和，且發(fā)酵結(jié)束時(shí)，各處理蔗糖酶活性均小于發(fā)酵初期。各處理多酚氧化酶活性變化各異，T1處理多酚氧化酶活性呈波動(dòng)下降的變化趨勢(shì)，T2在堆肥0～7 d與7～14 d時(shí)，活性急速降低后又急速升高，T3處理則與其相反；在堆肥14 d后，T2、T3與T4處理多酚氧化酶活性均趨于平緩，發(fā)酵結(jié)束時(shí)，T1處理的多酚氧化酶活性最大，為4.66 mg/（g·d），其次依次為T3、T2、T4。

2.7 發(fā)酵過(guò)程中各因子的相關(guān)性分析

由圖7可知，全磷、速效氮含量與溫度呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），過(guò)氧化氫酶活性與溫度呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05），水溶性有機(jī)碳含量、蔗糖酶活性與溫度呈極顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.01）；pH值與全氮、全鉀含量及脲酶、過(guò)氧化氫酶活性均呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），與水溶性有機(jī)碳含量、蔗糖酶活性分別呈極顯著、顯著負(fù)相關(guān)；全氮含量與銨態(tài)氮含量、全磷含量與速效氮含量間均呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01）；此外，有機(jī)質(zhì)含量與水溶性有機(jī)碳、硝態(tài)氮含量均呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），與蔗糖酶活性呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05）。此外，值得一提的是，多酚氧化酶活性與發(fā)酵過(guò)程中其他因子均不顯著相關(guān)，說(shuō)明影響多酚氧化酶活性的因子或其他需進(jìn)一步探究。

3 討論

3.1 堆肥過(guò)程中溫度的變化

溫度是整個(gè)堆肥過(guò)程中最直觀，用來(lái)量化堆體內(nèi)部反應(yīng)劇烈程度的指標(biāo)，在整個(gè)堆肥過(guò)程中溫度的變化可直接影響微生物的活動(dòng)情況和物料轉(zhuǎn)化情況，是堆肥質(zhì)量好壞的最直觀判斷依據(jù)。本研究中，各處理發(fā)酵過(guò)程均經(jīng)歷升溫期、高溫期、降溫期和腐熟期4個(gè)階段，與李忠徽等的研究結(jié)果^［14］一致。本研究中，各處理溫度整體均呈現(xiàn)先增高后降低的變化趨勢(shì)，與劉壯壯的研究結(jié)果^［15］一致。有研究表明，在整個(gè)堆肥過(guò)程中，溫度過(guò)低或高溫持續(xù)時(shí)間過(guò)短，均不能有效殺滅病蟲卵和雜草種子^［16］。隨著堆肥的進(jìn)行，大量有機(jī)物在微生物的作用下被分解，釋放出大量熱量，導(dǎo)致堆肥內(nèi)部溫度快速升高。在高溫期，嗜溫性微生物開(kāi)始大量休眠或死亡，而嗜熱微生物開(kāi)始大量繁殖并成為主導(dǎo)。這些微生物進(jìn)一步分解有機(jī)物質(zhì)，如纖維素、半纖維素和蛋白質(zhì)等，釋放出更多的熱量，從而使溫度維持在較高水平^［17］。研究表明，若高溫過(guò)高，嗜熱微生物的活性可能會(huì)受抑制，甚至?xí)⑺啦糠钟幸娴陌l(fā)酵菌，從而延緩堆肥進(jìn)程。此外，高溫還可能導(dǎo)致氮素的揮發(fā)量增加。因此，為了保持堆肥的順利進(jìn)行并最大限度地保留氮素，高溫堆肥的溫度一般應(yīng)控制在55～65 ℃。這個(gè)溫度范圍既能維持微生物的生命活動(dòng)，又能保證發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生作用的酶活性^［18］。在發(fā)酵后期，微生物生命活動(dòng)減緩，參與物質(zhì)循環(huán)的多種酶活性降低，因此，有機(jī)物分解的速度降低，生成的熱量也降低，堆肥內(nèi)部溫度開(kāi)始降低并進(jìn)入降溫期，最終達(dá)到腐熟狀態(tài)^［19］。本研究說(shuō)明，在奶牛糞中添加葡萄枝條粉、菇渣、油渣和糠醛渣及利用發(fā)酵劑可以加速堆肥基質(zhì)的酵解，有效地提高堆肥溫度、并保持較長(zhǎng)的高溫持續(xù)時(shí)間，加快腐熟進(jìn)程，從而促使牛糞腐解完全^［19］。

3.2 堆肥過(guò)程中理化性質(zhì)的變化

本試驗(yàn)各組pH值隨著堆肥的進(jìn)行呈現(xiàn)先升高后平緩的趨勢(shì)。這是由于在堆肥初期，被分解的蛋白質(zhì)生成大量NH₃使堆肥的pH值升高，隨著NH₃揮發(fā)和有機(jī)物的降解產(chǎn)生有機(jī)酸，堆肥pH值開(kāi)始趨于平穩(wěn)。有研究發(fā)現(xiàn)，低pH值和高pH值均會(huì)嚴(yán)重抑制堆肥反應(yīng)的進(jìn)行，當(dāng)pH值≤5.0時(shí)，降解速率為0，停止發(fā)酵；當(dāng)pH值 ≥ 9.0時(shí)，降解速率降低且銨態(tài)氮大量揮發(fā)，損失嚴(yán)重。一般而言，堆肥發(fā)酵最適宜的酸堿度應(yīng)該控制在6.5～8.5^［20］。其中，T1至T3處理pH值在6.25～8.48之間，處于弱堿性環(huán)境下，符合微生物的好氧發(fā)酵的條件，均在堆肥最適宜的酸堿度之內(nèi)。電導(dǎo)率是衡量可溶性鹽含量的指標(biāo)，有機(jī)肥料的電導(dǎo)率與其可溶性鹽含量成正比^［21］。本試驗(yàn)中各處理堆肥結(jié)束時(shí)的電導(dǎo)率均小于堆肥初期，并且均lt;4.0 mS/cm，這主要是因?yàn)殡S著發(fā)酵的進(jìn)行，堆體中的有機(jī)物質(zhì)（如葡萄糖、纖維素、半纖維素等）被分解，生成了大量有機(jī)酸和礦質(zhì)鹽。這些有機(jī)酸和礦質(zhì)鹽的生成使得堆體中的電導(dǎo)率增加，而到了發(fā)酵后期，由于易分解的有機(jī)物逐漸減少，同時(shí)產(chǎn)生的CO₂和NH₃揮發(fā)逸失，使得堆肥的電導(dǎo)率開(kāi)始下降。對(duì)于用作肥料的堆肥產(chǎn)品，其電導(dǎo)率不宜過(guò)大，否則會(huì)影響植物的正常生長(zhǎng)。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，腐熟堆肥產(chǎn)品并不會(huì)對(duì)植物正常生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響，因此可以安全施用^［22］。

在發(fā)酵過(guò)程中，有機(jī)質(zhì)為微生物提供了能量和營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。堆肥原料中存在大量不穩(wěn)定的大分子有機(jī)物質(zhì)，這些物質(zhì)在微生物的作用下逐漸轉(zhuǎn)化。一部分有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂O，而另一部分則轉(zhuǎn)化為礦物質(zhì)和腐殖質(zhì)，這些穩(wěn)定的物質(zhì)最終留在物料中^［23］。在本研究的堆肥過(guò)程中，有機(jī)質(zhì)含量不斷下降，但最終趨于穩(wěn)定。在堆肥結(jié)束時(shí)，各處理有機(jī)質(zhì)的含量均有所增加，并均高于300 g/kg（30%）。這一結(jié)果符合NY/T 525—2021《有機(jī)肥料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。氮素在堆肥化過(guò)程中的轉(zhuǎn)化包括固定和釋放，固定主要源于微生物的利用，最終成為堆肥腐殖質(zhì)的一部分；釋放包括氮素的礦化、NH₃的揮發(fā)、硝化及反硝化作用，其中，NH₃揮發(fā)和反硝化作用直接導(dǎo)致氮素的損失^［24］。本結(jié)果表明，發(fā)酵后期全氮含量基本保持穩(wěn)定，說(shuō)明在牛糞中添加輔料有利于保氮，使氮素的損耗有效降低。各處理總磷含量發(fā)酵初期與后期相比，增加了23.5%～31.5%，發(fā)酵結(jié)束后T1～T4處理全鉀含量增加21.1%～45.5%，糞污腐熟的主要目的是對(duì)糞污進(jìn)行資源化利用，把糞污轉(zhuǎn)變成無(wú)公害的綠色有機(jī)肥料，與發(fā)酵初期相比，各處理總養(yǎng)分均增加，且各組均大于40 g/kg（4.00%），符合NY/T 525—2021《有機(jī)肥料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 堆肥過(guò)程中酶活性的變化

堆肥過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的生化過(guò)程，涉及到多種酶的活性變化。酶活性是堆肥過(guò)程中生物化學(xué)反應(yīng)的重要指示指標(biāo)。在畜禽堆肥過(guò)程中，過(guò)氧化氫酶、脲酶、多酚氧化酶和蔗糖酶等酶類的活性變化對(duì)于了解堆肥進(jìn)程和評(píng)估堆肥質(zhì)量具有重要意義^［25-26］。過(guò)氧化氫酶是一種保護(hù)酶，其活性變化與微生物數(shù)量和有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化速率密切相關(guān)，在畜禽堆肥過(guò)程中，過(guò)氧化氫酶的活性變化可以反映堆肥中微生物的代謝活動(dòng)和有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化情況^［27］；脲酶是一種重要的水解酶，可以將尿素水解成CO和氨。在畜禽堆肥過(guò)程中，脲酶的活性變化可指示氮素的代謝和轉(zhuǎn)化。其活性與氮代謝密切相關(guān)，可以反映堆肥中氮素的礦化程度^［28］；過(guò)氧化氫酶是一種保護(hù)酶，其活性變化與微生物數(shù)量和有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化速率密切相關(guān)。在畜禽堆肥過(guò)程中，過(guò)氧化氫酶的活性變化可反映堆肥中微生物的代謝活動(dòng)和有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化情況^［29-30］；蔗糖酶與碳元素的循環(huán)密切相關(guān)，可以指示碳循環(huán)的快慢。在畜禽堆肥過(guò)程中，蔗糖酶的活性變化可以反映堆肥中碳素的代謝和轉(zhuǎn)化，其活性與碳循環(huán)的速度和可溶性有機(jī)碳的含量密切相關(guān)^［31］。本研究結(jié)果表明，高溫對(duì)蔗糖酶活性有極顯著的抑制作用。在腐解前期，脲酶活性較低，而在腐解后期其活性較高。這與有機(jī)物氮素硝化作用出現(xiàn)在碳化分解過(guò)程完成后有關(guān)^［25］。本研究中，過(guò)氧化氫酶活性變化與倪治華等的研究結(jié)果^［32］一致，分析認(rèn)為出現(xiàn)該變化的原因可能與堆肥內(nèi)環(huán)境引起微生物繁殖及其活性變化等因素密切相關(guān)。馬瑛等研究發(fā)現(xiàn)，多酚氧化酶可表征腐殖質(zhì)中芳香族有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化，其酶活性在堆肥過(guò)程中逐漸降低，與堆肥的腐熟度成反比，但本試驗(yàn)結(jié)果與其并不相似，分析認(rèn)為是特異的輔料添加對(duì)發(fā)酵堆體中特定酶活性產(chǎn)生了影響^［33］。此外，蔗糖酶活性與溫度呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明高溫能夠有效抑制蔗糖酶活性。同時(shí)，蔗糖酶活性與有機(jī)質(zhì)含量和水溶性有機(jī)碳含量密切相關(guān)，說(shuō)明在發(fā)酵后期，蔗糖酶活性的明顯降低可能與底物濃度的降低有關(guān)^［34］。綜上所述，通過(guò)監(jiān)測(cè)堆肥過(guò)程中酶活性的變化，可以深入了解堆肥過(guò)程中的生物化學(xué)反應(yīng)和有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化。這些研究結(jié)果對(duì)于優(yōu)化堆肥工藝、提高堆肥質(zhì)量和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

4 結(jié)論

在堆肥過(guò)程中，奶牛糞中添加菇渣能夠保持較長(zhǎng)的高溫持續(xù)時(shí)間，同時(shí)為嗜熱微生物提供良好的生存環(huán)境，且pH值在6.77～8.48之間，處于弱堿性環(huán)境下，適宜微生物的好氧發(fā)酵，在堆肥結(jié)束時(shí)，各處理有機(jī)質(zhì)含量均高于30%，總養(yǎng)分含量 均gt;4.00%，符合NY/T 525—2021《有機(jī)肥料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。堆肥產(chǎn)品的植物毒性處于較低水平，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮，在牛糞中添加葡萄枝條粉、菇渣、油渣和糠醛渣能夠在促進(jìn)牛糞腐熟的同時(shí)，對(duì)菇渣、葡萄枝條粉等難以處理的農(nóng)業(yè)廢棄物加以綜合高效利用。本研究?jī)H在碳氮比相同條件下，在牛糞中以不同組合方式和不同比例添加不同輔料堆肥發(fā)酵進(jìn)行比較，后期應(yīng)針對(duì)同一輔料的不同添加比例進(jìn)行深入研究，從而為農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用提供技術(shù)支撐。

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