高原高寒地區(qū)羊糞好氧堆肥方案篩選

摘要：為了探索西藏高原高寒地區(qū)羊糞好氧堆肥工藝，設(shè)計試驗對羊糞堆肥的初始濕度、添加的復(fù)合微生物菌劑及堆肥方式進(jìn)行篩選。以西藏日喀則市羊糞為原料，對堆體設(shè)置了不同的初始濕度、添加了4種不同的商品化復(fù)合微生物菌劑，并根據(jù)添加的菌劑將堆體分為菌1組、菌2組、菌3組和菌4組，每組3個重復(fù)。其中菌1組和菌2組采取恒溫箱堆肥，溫度設(shè)定為40 ℃；菌3組和菌4組采取室外堆肥。實驗周期為4周，每周采集樣品，檢測堆肥腐熟度指標(biāo)。比較各組指標(biāo)變化，篩選最適初始濕度、復(fù)合微生物菌劑及堆肥方式。結(jié)果表明，在西藏高原高寒地區(qū)4周的堆肥時間不足以產(chǎn)生穩(wěn)定和成熟的有機(jī)肥，但通過各項指標(biāo)的比較可知，50%初始濕度水平下復(fù)合菌劑3室外堆肥組有較好的堆肥效果，其有機(jī)質(zhì)含量在堆肥14天時下降了25.53%，堆肥結(jié)束時C/N比降低了24.92%，但由于菌3組為室外堆肥，存在氮損失，其總氮含量并不是最高值?；谝陨涎芯?，后期試驗可以選擇50%濕度水平、復(fù)合菌劑3進(jìn)行室外堆肥，并采取適當(dāng)保溫、保氮措施、延長堆肥時間，使其充分腐殖化，形成成熟穩(wěn)定的堆肥。

關(guān)鍵詞：西藏；高原；高寒；堆肥；微生物菌劑；濕度

畜禽養(yǎng)殖業(yè)是西藏的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，近年來，國家采取了一系列強農(nóng)惠農(nóng)和農(nóng)業(yè)援藏政策，西藏農(nóng)牧業(yè)得到快速發(fā)展，農(nóng)牧民收入穩(wěn)步增長。然而，21世紀(jì)以來西藏農(nóng)業(yè)面源污染情況日益突出，其中以畜禽糞便為主要的污染源[1]。西藏地理位置特殊，是眾多河流的發(fā)源地，是東亞和南亞的“江河源”和“生態(tài)源”，在此發(fā)展一切的前提是保護(hù)環(huán)境，因此，迫切需要經(jīng)濟(jì)上可行、社會上接受和生態(tài)友好的技術(shù)來回收和利用畜禽養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的糞污。堆肥是回收有機(jī)廢物用于農(nóng)業(yè)用途的最有效方法之一，在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。堆肥是在有氧環(huán)境中依靠微生物對有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分解的過程，涉及有機(jī)物礦化和腐殖化。在堆肥過程中，細(xì)菌、真菌和其他微生物，包括微足綱動物，將有機(jī)物質(zhì)分解形成穩(wěn)定的、無植物毒性和病原體的終產(chǎn)品，該產(chǎn)品可用于改善和保持土壤質(zhì)量和肥

力[2-4]。堆肥還可以使糞污體積減少，易于儲存、運輸和使用[3]。

目前，關(guān)于畜禽糞污堆肥的研究較多，主要是圍繞堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化、成熟度、安全性等進(jìn)行的研究，針對高原高寒羊糞堆肥的研究較少。本研究在西藏以農(nóng)牧業(yè)發(fā)展為主的日喀則市進(jìn)行，日喀則的種植業(yè)全區(qū)第一，畜牧業(yè)全區(qū)第二，是西藏的“大糧倉”在全區(qū)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展中具有十分重要的地位[5]，在此展開研究較容易獲得堆肥原料，但日喀則年均氣溫6.5 ℃ ， 最冷的1月份平均氣溫為-3.2 ℃，最熱的7月份平均氣溫為14.6 ℃[6]，高原高寒環(huán)境是堆肥過程一個極大的挑戰(zhàn)，因為堆肥過程需要一個起爆階段，當(dāng)環(huán)境溫度低于15 ℃時微生物作用減弱，低于8 ℃時對微生物發(fā)酵產(chǎn)生更大影響，因此篩選低溫發(fā)酵菌劑極為重要；堆肥過程含水量也是非常重要的影響因素，最佳含水量因堆肥的原料不同而存在差異，但通常應(yīng)在50%～60%之間[7]，隨著水分含量的增加，氣體傳遞速率降低，氧氣傳遞速率不足以滿足微生物的代謝需求[8]。有研究顯示，當(dāng)水分含量超過60%時，氧氣的運動受到抑制[9-10]，使堆體內(nèi)部環(huán)境趨向于變成厭氧環(huán)境[11]，這不利于堆肥過程。因此，為建立適合高原高寒地區(qū)的羊糞堆肥工藝，本研究設(shè)置了不同初始濕度、添加不同復(fù)合微生物菌劑以及采取不同的堆肥方式，以篩選最佳堆肥方案，實現(xiàn)羊糞污資源化利用。解決養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境污染問題，對推動西藏畜牧業(yè)綠色、健康、高質(zhì)量發(fā)展具有重要的社會、 經(jīng)濟(jì)和生態(tài)意義。

1 材料和方法

1.1 試驗原料

堆肥試驗于2021年6月1日至2021年6月28日期間在西藏崗巴縣某崗巴羊養(yǎng)殖基地進(jìn)行，供試羊糞取自崗巴羊養(yǎng)殖基地；供試復(fù)合微生物菌劑4種（詳見表1），分別采購自不同的生物菌劑公司，分別命名為菌1、菌2、菌3和菌4。

1.2 試驗設(shè)計

取鮮羊糞直接堆肥，將羊糞含水量分別調(diào)整到40%和50%兩個濕度水平，每個濕度水平分4組，每組添加一種復(fù)合微生物菌劑，使每公斤堆肥活菌數(shù)達(dá)到1億，將復(fù)合微生物菌劑與堆肥混合，裝入塑料袋中，并以添加的4種復(fù)合微生物菌劑將4組分別命名為菌1組、菌2組、菌3組和菌4組，每組3個重復(fù)，每個重復(fù)30 kg。其中兩個濕度水平下菌1組和菌2組放入40 ℃恒溫箱中堆肥，菌3組和菌4組室外堆肥，堆肥28 d，每天翻堆一次， 保持堆體的好氧發(fā)酵狀態(tài)。

1.3 樣品采集與測定

試驗堆肥期間每7天采集1次樣品，每組每個重復(fù)均需采樣。采樣時，將堆體分為上、中、下3層，按5點采樣法進(jìn)行樣本采集，最后將采集的三層樣品混合為1份，-20 ℃儲存，用于測定有機(jī)質(zhì)、碳氮比及總氮含量。指標(biāo)測定方法：其中有機(jī)質(zhì)、碳氮比、總氮采用NY525有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)方法[12]測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)分析采用SPSS 2.0 軟件，其中兩兩比較使用獨立樣本t檢驗，多重比較使用Ducan氏，顯著性水平設(shè)為α=0.05，相關(guān)圖表制作在Excel中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)質(zhì)含量變化

有機(jī)質(zhì)是微生物賴以生存和繁殖的基本條件，因此在堆肥過程中有機(jī)質(zhì)含量的變化， 一定程度上可反映堆肥的進(jìn)程[13-14]。本研究40%和50%濕度條件下，有機(jī)質(zhì)的變化曲線如圖1、圖2，菌1組和菌2組曲線較為平緩，說明兩組有機(jī)質(zhì)分解較為微弱；菌3組和菌4組均為室外堆肥組，其中菌3組在40%濕度下有機(jī)質(zhì)含量在堆肥21 d時達(dá)到最低點，50%濕度下在堆肥14 d時下降到了最低點，兩個濕度水平下有機(jī)質(zhì)含量分別下降了9.58%和25.53%，之后有機(jī)質(zhì)在低水平上下小幅度波動，菌3組的變化與X.Hao等[15]的研究一致。菌4組有機(jī)質(zhì)變化曲線在兩個濕度水平下均出現(xiàn)了較為顯著的波動，但波動方向與菌3組不同，出現(xiàn)了明顯的上升。分析原因可能是堆肥初期菌4組氨氣的揮發(fā)速度較有機(jī)質(zhì)的分解速度快[16]?；谝陨戏治隹芍?，室外堆肥組，50%濕度條件菌劑3分解有機(jī)質(zhì)的能力較其他菌劑強。

2.2 碳氮比（C/N比）

在堆肥過程中，除了菌4組，所有堆體在不同濕度下的C/N都呈下降趨勢（見圖3、圖4）。這是由于在堆肥過程中微生物分解有機(jī)質(zhì)，堆體中的碳逐漸分解產(chǎn)生二氧化碳并流失，因此碳的含量隨著時間的增加而逐漸降低，而氮的含量隨著堆肥時間的延長而不斷增加，導(dǎo)致碳氮比的降低，碳氮比被廣泛用作衡量堆肥成熟度的指標(biāo)[16-17]。菌4銨態(tài)氮的含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，通過圖5、圖6可知菌4組在堆肥過程中其總氮的含量最低，說明在堆肥過程中菌4組氮損失較嚴(yán)重，氮損失的主要形式是以氨氣的形式釋放[16，18-21]，使得菌4組C/N比初期時呈上升趨勢。40%濕度，從堆肥7天到C/N比降到最低點時（菌4組從堆肥14天開始到C/N比降到最低點時），菌1組—菌4組C/N比分別降低了14.23%、23.72%、12.85%和11.91%；50%濕度條件下，同樣測得各組C/N分別降低了24.05%、24.88%、24.92%和15.99%。從C/N比下降幅度分析，各組50%濕度條件要優(yōu)于40%濕度條件，其中50%濕度水平菌3組C/N比的下降幅度最大，說明其對堆體的分解效果較好[16]。

2.3 總氮含量變化

隨著堆肥的進(jìn)行，除50%濕度水平菌4組以外，其余各組在兩個濕度水平總氮含量均略有增加（見圖5、6），這是由于有機(jī)質(zhì)礦化，引起的濃縮效應(yīng)，堆體的重量減輕，總氮濃度增加[22-26]。菌4組銨態(tài)氮濃度遠(yuǎn)高于其他三組，氮通過氨氣的形式揮發(fā)的損失比有機(jī)質(zhì)降解的速度更快，從而導(dǎo)致總氮濃度的減少[16]。堆肥結(jié)束時，40%濕度水平下總氮含量由高到低分別是：菌2組〉菌1組〉菌3組〉菌4組，其中菌2組、菌1組和菌3組總氮含量差異不顯著（Pgt;0.05），菌1組、菌2組與菌4組差異顯著（Plt;0.05），菌3組和菌4組差異不顯著（Pgt;0.05）。各組堆肥結(jié)束時總氮含量分別增加了15.91%、33.77%、12.94%和2.35%。堆肥結(jié)束時，50%濕度水平下總氮含量由高到低分別為：菌2組＞菌3組＞菌4組＞菌1組，四組之間差異均不顯著。各組總氮含量在堆肥結(jié)束時分別增加了22.22%、36.11%、16.05%和-1.11%。在兩個濕度水平下的顯著性檢驗發(fā)現(xiàn)，除菌1組在40%和50%濕度水平下總氮含量有顯著差異（Plt;0.05）外，其他各組在兩個濕度水平下總氮含量均無顯著性差異（Pgt;0.05）。由此可見，在兩個濕度水平菌2組和菌3組總氮含量處于較高水平。

3 討論

關(guān)于堆肥腐熟度的參數(shù)有很多，包括物理、化學(xué)、生物等方面的參數(shù)，但由于堆肥原料和堆肥技術(shù)的不同，不能通過單一參數(shù)來確定堆肥腐熟與否[3]。沒有一種參數(shù)可以適用于所有的堆肥[27-28]，因此，堆肥腐熟度應(yīng)通過測量兩個或兩個以上的堆肥參數(shù)來評價。

堆肥過程中微生物是物質(zhì)分解的真正執(zhí)行者，由于微生物對有機(jī)質(zhì)的分解，堆體中的有機(jī)質(zhì)含量降低， 從而減少了堆體的重量，降低了C/N比。隨著堆體中有效碳源的減少，有機(jī)質(zhì)的降解速率逐漸降低，到堆體成熟階段，腐殖化優(yōu)于礦化，產(chǎn)生穩(wěn)定的終產(chǎn)品，作為緩釋肥料[15]。本研究中50%濕度下菌3組在堆肥14天時有機(jī)質(zhì)含量下降的最多，降低了25.53%； C/N比下降了24.92%，為四組中C/N比下降最多的一組，這與其有機(jī)質(zhì)的分解情況較為一致。

由于堆肥過程中有機(jī)物質(zhì)的降解，堆體有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳的濃度下降，引起濃縮效應(yīng)，降低了堆體的重量，當(dāng)有機(jī)質(zhì)的損失大于氨氣的損失時，通常會導(dǎo)致總氮在堆體中的含量增加[16]。本研究中兩個濕度水平下菌2組和菌3組總氮含量處于較高水平，表明這兩組氨氣損失較少，可能這兩組中的復(fù)合微生物菌劑有較好的固氮作用，能將有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的氨氣迅速固化成新的有機(jī)氮形式，從而減少氮的揮發(fā)損失[24，26，29]，提高總氮的含量。

4 結(jié)語

本研究對各組堆肥腐熟參數(shù)進(jìn)行比較分析，同時與前人研究的腐熟參數(shù)的閾值[2，17，24]進(jìn)行比較得出以下結(jié)論：①各組堆肥均未達(dá)到腐熟標(biāo)準(zhǔn)，分析原因，由于高原高寒地區(qū)，早晚溫差較大，影響微生物的反應(yīng)活性，因此，需要對堆體采取一定的保溫措施并延長堆肥時間；②綜合分析各項參數(shù)可知，復(fù)合菌劑3雖然是室外堆肥，但其在50%濕度條件下的有機(jī)質(zhì)的分解、C/N比的降低、電導(dǎo)率、銨態(tài)氮及硝態(tài)氮的含量變化均提示菌劑3有較強的反應(yīng)活性；③菌1組和菌2組為恒溫箱堆肥組，但其各項指標(biāo)，除了總氮含量略高于室外堆肥組以外，其他指標(biāo)均較低，可能是由于恒溫箱處于密閉環(huán)境，雖然溫度可以保證，但其氧氣供養(yǎng)不足，影響有機(jī)質(zhì)的分解，堆肥效果較差；④菌3組、菌4組為室外堆肥，存在一定的氨氣損失，不僅影響堆肥質(zhì)量，而且污染環(huán)境，需要采取適當(dāng)?shù)拇胧?，如添加生物炭可以為硝化?xì)菌創(chuàng)造了有利的微環(huán)境，將氨氣轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，這不僅能

達(dá)到保氮的效果，而且減少了氨氣向大氣的排放，減少空氣污染[23，30]。

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