張云峰，劉福元*，王學進，曲永清

(1.新疆農(nóng)墾科學院 畜牧獸醫(yī)研究所，新疆 石河子 832000；2.新疆西部牧業(yè)股份有限公司奶牛事業(yè)部，新疆 石河子 832000 ；3.西部牧業(yè)公司奶牛場，新疆 石河子 832000)

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生態(tài)養(yǎng)殖

規(guī)?；膛黾S便好氧堆肥發(fā)酵研究*

張云峰1，劉福元1*，王學進2，曲永清3

(1.新疆農(nóng)墾科學院 畜牧獸醫(yī)研究所，新疆 石河子 832000；2.新疆西部牧業(yè)股份有限公司奶牛事業(yè)部，新疆 石河子 832000 ；3.西部牧業(yè)公司奶牛場，新疆 石河子 832000)

利用牛糞堆肥是科學、合理地處理和利用牛糞的有效措施。以新鮮牛糞和稻殼為發(fā)酵原料，借助翻堆通風方式進行牛糞好氧發(fā)酵試驗。A組將牛糞與稻殼按4:1的比例混合，添加3‰發(fā)酵菌劑；B組在牛糞中直接添加3‰發(fā)酵菌劑；C組僅為牛糞發(fā)酵，作為對照。結果表明：(1)A組堆肥的C/N比提高到25.48∶1。堆肥含水率、有機質(zhì)、C/N比值隨堆肥過程呈下降趨勢，下降由快到慢的依次為A、B、C組。A、B組C/N比降低到16∶1以下分別在堆肥第28、35 d，而C組在第35 d C/N比仍為17.40∶1。3個組pH均呈先升后降的趨勢。(2)總腐殖酸的含量隨堆肥過程呈下降趨勢，下降幅度A、B兩組大于C組；但總腐殖酸占總有機碳比率呈增加趨勢，A、B、C 3組發(fā)酵前后對比分別提高了40.28%、23.44%、21.67%。(3)堆肥后A、B、C組分別在第5、9、11 d溫度上升到55 ℃以上，且維持55 ℃以上達到25、18、14 d。(4)經(jīng)35 d發(fā)酵處理后，A、B、C 3組的堆肥有機質(zhì)、pH、重金屬、總養(yǎng)分均符合有機肥標準NY525—2012。綜合各項物理化學指標，添加稻殼和發(fā)酵菌劑有利于牛糞的腐熟。

牛糞；堆肥；好氧發(fā)酵；碳氮比；腐殖酸

隨著集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速崛起，禽畜糞便廢棄物產(chǎn)量迅速增長，造成的污染隨之急劇發(fā)展，成為一個突出問題[1]。因此糞便的科學處理利用研究是保證畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖的前提。生物發(fā)酵處理法是利用微生物分解畜禽糞便中的有機物從而實現(xiàn)其無害化和資源化的技術方法，是近年來國內(nèi)外研究較多的一種方法。該法具有成本低、發(fā)酵產(chǎn)物生物活性強、肥效高、易于推廣等特點，同時可達到除臭、滅菌的目的，因而被認為是最有前途的一種畜禽糞便處理方法[2]。目前牛糞好氧發(fā)酵生產(chǎn)有機肥的工藝研究大多停留在試驗設計和中試階段。本文針對奶牛糞便水分含量高，C/N低等特點，通過添加稻殼和微生物菌劑，調(diào)節(jié)堆肥牛糞的C/N，控制適當水分、溫度、氧氣和酸堿度等措施，研究奶牛糞便好氧發(fā)酵工藝和條件，為奶牛糞便大規(guī)模生產(chǎn)有機肥提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 處理原料

以奶牛新鮮糞便經(jīng)過晾曬后與稻殼為發(fā)酵原料，均來自新疆西部牧業(yè)奶牛場。SM-F生物有機發(fā)酵菌劑來自上海三淼今古醫(yī)藥生物工程研究所。堆肥試驗于2013-09-10在西部牧業(yè)肥料廠實施。

1.2 試驗設計

試驗分3組進行。A組將牛糞與稻殼按4∶1的比例混合均勻，控制堆肥的碳氮比和含水率，同時添加發(fā)酵菌劑3‰。B組在牛糞中直接添加發(fā)酵菌劑3‰。C組僅為牛糞發(fā)酵，作為對照組。每組將其堆成長5 m、寬3 m、高1.2 m的條垛式發(fā)酵堆，采用翻堆方式通風供氧，每3 d堆翻一次，發(fā)酵周期為35 d。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 溫度測定 堆制期間，每天將DTM3001型不銹鋼探針電子數(shù)顯溫度計插入堆體表層以下50 cm 處測量堆肥溫度2次(10：00、17：00)，以平均數(shù)作為發(fā)酵溫度，同時測定環(huán)境溫度。

1.3.2 含水率、pH、C/N、重金屬、腐殖酸檢測 采樣時間在堆肥試驗的第1 d、7 d、14 d、21 d、28 d、35 d定時取樣，采樣點位于堆肥表層下30 cm 處，分前、后、左、右、中五點采樣，每次采樣500 g。稱取牛糞樣品20 g，在105 ℃下干燥24 h至恒重，測定含水率。牛糞鮮樣50 g經(jīng)10倍體積水浸泡平衡，利用PHS-3C pH計測定pH。其余樣品風干、磨細用于測定其它項目。全氮、有機質(zhì)、磷和鉀采用有機肥料農(nóng)業(yè)標準NY525—2012測定[3]。重金屬Hg、As、Cd、Pb、Cr按照GB/T 23349—2009 測定[4]。腐殖酸按照焦磷酸鈉氫氧化鈉提取重鉻酸鉀容量法測定。

2 結果與分析

2.1 堆肥溫度的變化

堆肥溫度變化是堆肥進程的宏觀反映，也體現(xiàn)了堆肥微生物活動的強弱。過低的溫度將延長堆肥的腐熟時間。由圖1可見，A組、B組、C組分別在堆肥后第5、9、11 d溫度上升到55℃以上，并且維持高溫天數(shù)A組>B組>C組，發(fā)酵30 d后溫度下降速度A組>B組>C組。堆肥第35天C組的溫度雖然下降，但是還接近40 ℃，說明腐熟還沒有完全結束。添加稻殼和發(fā)酵菌劑有利于加快牛糞堆肥的腐熟。

圖1 不同處理堆肥溫度的變化

2.2 堆肥含水率和pH的變化

由表1可見，3組初始含水率均在66%左右，發(fā)酵前7 d，水分下降緩慢，隨后含水率下降由快到慢的依次為A組、B組、C組，堆肥發(fā)酵第35 d結束時，含水率由低到高的依次為A組、B組、C組；3組初始pH均在7.50左右，呈微堿性，隨著堆肥時間的推移，3組pH均表現(xiàn)出先升后降的趨勢，變化速度由快到慢的依次為A組、B組、C組。

2.3 堆肥有機質(zhì)和C/N比值的變化

由表2可見，添加稻殼后的A組C/N顯著高于未添加組，堆肥過程中各組的C/N比值呈現(xiàn)下降趨勢，但下降由快到慢的依次為A組、B組、C組，堆肥發(fā)酵結束時，A組和B組的C/N接近15∶1，而C組顯著高于A組和B組；堆肥過程中各組的有機質(zhì)含量呈現(xiàn)下降趨勢，堆肥最后1周有機質(zhì)含量變化不大。

表1 不同處理堆肥含水率和pH的變化

表2 不同處理堆肥有機質(zhì)含量和C/N比值的變化

2.4 堆肥腐殖酸和腐殖酸與總有機碳比值的變化

由表3可見，在牛糞發(fā)酵過程中，總腐殖酸的含量和有機質(zhì)的變化規(guī)律相似，呈下降趨勢，在發(fā)酵28 d達到最低點，最后腐熟階段，腐殖酸含量略有上升；發(fā)酵結束時，A、B、C 3組的腐殖酸含量與發(fā)酵前相比，其下降幅度依次為：49.36%、50.04%、43.80%，說明其不穩(wěn)定成分在減少；但是總腐殖酸占總有機碳比率呈增加趨勢，A、B、C三組發(fā)酵前后對比分別提高了40.28%、23.44%、21.67%。說明發(fā)酵過程存在明顯的腐殖化作用，同時說明腐殖酸較其它有機物質(zhì)穩(wěn)定。

表3 不同處理堆肥腐殖酸含量和腐殖酸占總有機碳比率的變化

2.5 堆肥結束后有機肥質(zhì)量標準

經(jīng)35 d對奶牛糞便堆肥處理后，按照NY525—2012有機肥標準，對A、B、C 3組有機肥進行檢測。由表4可見，A、B、C三組的有機質(zhì)、pH、重金屬(Hg、As、Cd、Pb、Cr)均符合有機肥標準；A組總養(yǎng)分(碳、磷、鉀)為4.68%，略低于標準，其它兩組均達到標準；A、B、C三組的水分由低到高，均高于標準。但在該有機肥廠在加工過程中要進行烘干制粒，水分會迅速較少，相應的總養(yǎng)分含量也會提高，總體來說三組的堆肥產(chǎn)品基本符合有機肥生產(chǎn)標準。

3 討 論

對于堆肥系統(tǒng)而言，溫度是影響微生物活動和堆肥工藝過程的重要因素，是堆肥狀態(tài)的表觀體現(xiàn)，堆溫的高低決定堆肥速度的快慢[5]。一般認為理想溫度為55～65 ℃[6]。堆體溫度保持在55 ℃條件下保持3 d，或50 ℃以上保持5～7 d，是殺滅堆肥中所含致病菌，保證堆肥的衛(wèi)生指標合格和堆肥腐熟的重要條件[7]。本試驗堆肥溫度變化來看，三組均達到高溫堆肥的溫度要求。在堆肥過程中，微生物菌劑被證實在生物轉化中起主要作用[8]。本試驗顯示添加稻殼和發(fā)酵菌劑的A組升溫最快，也最先腐熟，縮短了堆肥發(fā)酵時間。添加發(fā)酵菌劑的B組也優(yōu)于對照組。另外A組從第12 d，B組從15 d肉眼可觀察到堆肥有大量白色菌絲、糞顏色變深的現(xiàn)象，說明發(fā)酵菌劑這時已經(jīng)大量繁殖，對加快堆肥的腐熟有重要的作用。A組維持高溫天數(shù)長，可能是由于新鮮稻殼完全腐化需要的時間較長的原因。

碳氮比是影響堆肥效果的重要因素，碳是堆肥生化反應的能量來源，氮是控制生物合成的主導因素。堆肥化開始的C/N 值在20～30為最佳條件[9]，有利于微生物快速降解和糞便有機質(zhì)的分解。同時C/N 值也是最常用的堆肥腐熟度評估指標之一，當C/N在16左右時，堆肥基本達到腐熟[10]。本試驗針對牛糞中C/N 值較低，利用C/N 值高的稻殼進行調(diào)整，結果顯示添加稻殼的A組腐熟溫度較其它兩組上升快，持續(xù)時間長，在堆肥第28 d C/N 值就低于16∶1，堆肥達到腐熟。添加稻殼組堆肥較其它兩組在物理結構上更加膨松，增大了糞便中的孔隙，在翻堆過程中有利于堆肥的容氧量，對堆肥的好氧發(fā)酵其促進作用。另外，在后期如果牛糞有機肥用于制粒，未完全腐化的稻殼影響其制粒效果。

表4 堆肥結束后有機肥的各項指標(以烘干基質(zhì)計)

在堆肥過程中，水分為微生物生長所必需，按質(zhì)量計50%～65%的含水率最適宜微生物分解代謝[11]。堆料含水過高或過低都會對好氧微生物的分解、代謝活動產(chǎn)生負面影響[12]。水分過多，取代了空氣占據(jù)物料孔隙，限制了好氧微生物與氧氣的接觸，使好氧微生物活性降低，影響好氧發(fā)酵效果[13-14]。本試驗三組初始含水率均在66%左右，在整個堆肥過程中，糞便的含水量一直在下降，腐熟后基本可以維持在一個穩(wěn)定范圍，下降了30個百分點左右。這是由于發(fā)酵過程中堆肥溫度升高使部分水蒸發(fā)、翻堆過程中水分蒸發(fā)與微生物在堆肥中生長利用一部分水等多個因素導致了含水率的下降。從水分下降的速度來看，也從側面反應了堆肥溫度的變化快慢。A組、B組、C組水分下降速度依次降低，說明A組微生物的活動代謝和溫度上升速度優(yōu)于B組，而B組又優(yōu)于C組。pH代表微生物的生長環(huán)境，一般而言，微生物最適宜的pH范圍是中性或弱堿性[15]。在整個堆肥過程中，三個組pH均表現(xiàn)出先升后降的趨勢，在6～9之間變化，符合微生物生長的條件。

牛糞堆肥實質(zhì)是有機物質(zhì)分解的同時形成腐殖質(zhì)的過程。腐殖質(zhì)物質(zhì)的含量是堆肥腐熟度的重要指標之一[16]。在堆肥過程中，腐殖酸和有機質(zhì)一樣呈明顯降低趨勢，A、B、C 3組的腐殖酸含量與發(fā)酵前相比，其下降幅度依次為：49.36%、50.04%、43.80%，添加稻殼與微生物發(fā)酵菌劑組比對照組下降的幅度大，但是總腐殖酸占總有機碳比率卻呈增加趨勢，A、B、C三組的發(fā)酵前后對比分別提高了40.28%、23.44%、21.67%，說明發(fā)酵過程存在明顯的腐殖化作用，添加稻殼與微生物發(fā)酵菌劑腐殖化程度更高。腐殖酸含量與總腐殖酸占總有機碳比率的變化趨勢與單德臣等[17]報道一致。

4 結 論

在牛糞好氧堆肥發(fā)酵過程中，在牛糞中添加適量的稻殼和微生物發(fā)酵菌劑，可以提高堆肥的碳氮比，增加堆肥的溶氧量，加強微生物活動代謝，含水率、pH、有機質(zhì)含量、腐殖酸等物理化學指標較對照組變化速度快，從而使堆肥的溫度上升加快，持續(xù)時間長，有利于加快牛糞堆肥的腐熟。

綜合試驗檢測的各項指標，牛糞有機物含量、含水率、碳氮比、有效微生物含量、通風量、pH、溫度、空隙率等均是堆肥速度及成品質(zhì)量的影響因素，它們互相作用和制約，只有綜合調(diào)節(jié)到合適范圍，可促進牛糞的腐殖化過程。

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Study on Aerobic Fermentation of Dairy Manure Composting in Large-scale Farms

ZHANG Yun- feng1, LIU Fu- yuan1*,WANG Xue- jin2, QIU Yong- qing3

(1.AnimalHusbandryandVeterinaryInstitute,XinjiangAcademyofAgriculturalandReclamationSciences,Shihezi,Xinjiang832000；2.WesternAnimalHusbandryCo.Ltd.,Shihezi,Xinjiang832000；3.DairyFarmofWesternAnimalHusbandryCo.Ltd.,Shihezi,Xinjiang832000)

Use of composting is a rational processing and effective utilizing of dairy manure．In the present study,an aerobic fermentation test was conducted using dairy manure and cereal husk by means of ventilation and turning in three different groups.Group A mixed dairy manure and cereal husk at a ratio of 4:1 and added 3‰ microbial fermentation agent in compost;group B added 3‰ microbial fermentation agent to dairy manure and group C,also control group,used only dairy manure. The results showed that ratio of carbon to nitrogen (C/N) was improved to 25.48:1 in group A. Moisture content,organic matter, C/N ratio decreased with the composting process in successive speed from group A,B to C.C/N ratio of group A and B were reduced to 16:1 or less in 28d and 35d, while C/N ratio of group C remained 17.40:1 till 35d in compost. The pH value of three groups increased at first and then declined. The content of total humic acid dropped with the composting process, and the content of total humic acid of group A, B were obviously lower than that in group C. But the ratio of humic acid to total organic carbon increased obviously. Ratio of humic acid to total organic carbon of group A, B,C were increased by 40.28%, 23.44%, 21.67% after fermentation. Temperature in the group A, B, C rose to above 55℃ respectively in the 5,9,11d after composting and maintained till 25,18,14d. After 35 days of fermentation, organic matter, pH, heavy metals, total organic fertilizer nutrients of three groups kept in line with standard NY525-2012. The results indicated that adding cereal husk and microbial fermentation agent in dairy manure compost worked beneficially to maturity of manure in terms of all related physiochemical indicators.

dairy manure；compost；aerobic fermentation；C/N ratio；humic acid

2014-06-16，

2014-10-20

國家科技支撐計劃(2012BAD43B01)

張云峰(1979-)，男，河北康保人，碩士，副研究員，主要從事動物生產(chǎn)和疫病防治研究。E-mail：zyf20041941@163.com

*[通訊作者] 劉福元(1968-)，男，陜西長安人，研究員，從事反芻動物營養(yǎng)與奶牛養(yǎng)殖研究，牧場設計與規(guī)劃工作。E-mail：xjliufuyuan@sohu.com

S811.6

A

1005-5228(2015)02-0075-05