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(北京市畜牧業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，北京 102200)

0 引言

高溫好氧堆肥是處理農(nóng)業(yè)廢棄物的有效途徑之一，隨著有機(jī)肥商品化程度的提高，畜禽糞便高溫堆肥技術(shù)在我國(guó)發(fā)展比較迅速，對(duì)于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)及其周邊農(nóng)田廢棄物的減量化、無(wú)害化和資源化處理，促進(jìn)區(qū)域內(nèi)的種養(yǎng)業(yè)物質(zhì)與能量循環(huán)，減少環(huán)境污染物排放等方面具有積極意義。堆肥化是由微生物驅(qū)動(dòng)的生物化學(xué)過(guò)程，通過(guò)微生物的作用實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的降解[1]。與堆肥發(fā)酵過(guò)程相關(guān)的微生物種類(lèi)繁多，并在好氧發(fā)酵過(guò)程中隨著環(huán)境條件的改變而不斷演替，主要影響因素包括物料孔隙率、含水率、碳氮比、pH和堆體保溫程度等。近年來(lái)，外源接種微生物菌劑的農(nóng)業(yè)廢棄物高溫堆肥實(shí)踐中逐步實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。一些研究認(rèn)為，接種外源微生物菌劑進(jìn)行堆肥能夠起到加快堆肥腐熟、提高堆肥質(zhì)量的效果[2-4]。目前較為常見(jiàn)的外源微生物添加劑按照目標(biāo)功能分類(lèi)，可大致分為促進(jìn)發(fā)酵物料分解和促進(jìn)養(yǎng)分保存兩大方面[5-6]，其中加快物料分解的功能菌在畜禽糞便處理較受關(guān)注。為驗(yàn)證生產(chǎn)實(shí)踐中添加市售微生物菌劑對(duì)家禽場(chǎng)糞便高溫堆肥腐熟進(jìn)程的影響，本文采用2種市售微生物菌劑作為添加材料，進(jìn)行夏季室外堆肥試驗(yàn)，模擬中小型規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)高溫堆肥環(huán)境條件，初步探討微生物菌劑在畜禽糞便堆肥實(shí)踐中的應(yīng)用潛力。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)設(shè)在北京郊區(qū)某養(yǎng)殖場(chǎng)，輔料玉米秸稈來(lái)自附近農(nóng)村，機(jī)械粉碎成小于5cm的小段。2種微生物菌劑均購(gòu)于市場(chǎng)，有效活菌數(shù)≥109CFU·mL(g)-1，其中菌劑A標(biāo)注主要有效成分為側(cè)孢芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌、黑曲霉、細(xì)黃鏈霉菌、光合細(xì)菌等復(fù)合；菌劑B標(biāo)注主要有效成分為細(xì)菌、放線菌、絲狀菌、酵母菌及相關(guān)酶復(fù)配。堆肥原料的基本性狀見(jiàn)表1。

表1 堆肥材料基本性質(zhì)

a注：基于干質(zhì)量

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)普通未接種堆肥為空白對(duì)照處理T0，普通堆肥中添加微生物菌劑A作為試驗(yàn)處理T1，添加微生物菌劑B作為試驗(yàn)處理T2。堆肥材料為鮮重比7:1的新鮮雞糞與玉米秸稈，微生物菌劑分別按照各自使用說(shuō)明確定添加量，并與初始堆肥物料分別混合均勻。各處理在堆肥場(chǎng)內(nèi)堆制成錐形跺，每個(gè)堆垛體積約為1.5 m3。堆肥采用自然通風(fēng)，堆制周期35 d，堆肥開(kāi)始后每7 d進(jìn)行一次人工翻堆。

1.3 分析測(cè)試方法

堆肥期間每天8:00和14:00測(cè)定堆體中心溫度，取平均溫度作為當(dāng)天的堆溫，同時(shí)測(cè)定當(dāng)天氣溫。堆肥固體樣本分別于每次翻堆期間物料充分混勻后進(jìn)行采集，以確保采樣均勻。每份固體樣品質(zhì)量約1kg，分為兩部分保存，一部分新鮮樣品用于測(cè)定含水率、發(fā)芽率指數(shù)(GI)等指標(biāo)，備用時(shí)4℃冷藏儲(chǔ)存；另一部分自然風(fēng)干、粉碎后用于測(cè)定總有機(jī)質(zhì)、總氮等養(yǎng)分指標(biāo)。新鮮樣品用10:1(V/m)的水浸提，經(jīng)MP521型pH計(jì)和電導(dǎo)儀測(cè)定pH值和電導(dǎo)率(EC)；發(fā)芽率指數(shù)測(cè)定選用小白菜種子，用上述水浸提液5 mL于墊有濾紙的培養(yǎng)皿中，置于(25±1)℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48h后測(cè)定發(fā)芽率和根長(zhǎng)計(jì)算GI值[7]。其他相關(guān)理化指標(biāo)測(cè)定方法依照《NY525-2012 有機(jī)肥料》標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥溫度

本試驗(yàn)堆肥過(guò)程中各處理的堆體中心溫度變化見(jiàn)圖1，從圖中可以看出，添加微生物菌劑的2個(gè)處理堆體溫度分別于第2天和第3天后達(dá)到50℃以上，升溫速度與對(duì)照處理相比較略快，提前2～3 d進(jìn)入高溫期。經(jīng)過(guò)持續(xù)12～16 d的高溫期，3個(gè)處理堆體溫度逐漸呈降低趨勢(shì)。第21天翻堆后至第28天翻堆前，添加菌劑A的處理堆體溫度相比其他2個(gè)處理高3℃～10℃，這可能與菌劑添加改變了堆體中嗜熱微生物組成有關(guān)。各處理堆肥35 d有效積溫計(jì)算結(jié)果表明，添加微生物菌劑A和菌劑B的處理積溫相比對(duì)照分別增加32.1%和21.7%。以上溫度指標(biāo)變化結(jié)果表明，2種微生物菌劑的使用對(duì)雞糞與玉米秸稈堆肥升溫和堆體溫度保持起到了一定促進(jìn)作用。

圖1 不同處理堆肥溫度變化

圖2 不同處理堆肥pH值變化

2.2 pH值

如圖2所示，不同處理物料pH值變化趨勢(shì)基本一致。堆肥開(kāi)始第7天，各處理pH值相比起始時(shí)略有上升，至第14天由于物料分解和小分子有機(jī)酸積累又出現(xiàn)pH值降低現(xiàn)象，隨后伴隨堆肥高溫期的結(jié)束和有機(jī)物料中持續(xù)的氮素氨化作用，高溫帶來(lái)的氨揮發(fā)損失降低，堆體銨態(tài)氮及物料吸附的氨氣濃度增加，使pH值出現(xiàn)回升并趨于平穩(wěn)，堆肥最后一周pH值呈現(xiàn)略微降低趨勢(shì)。從圖2可以看出，添加微生物菌劑對(duì)堆肥期間物料pH值影響相對(duì)較小，其中添加菌劑A的處理堆肥起始第一周pH相對(duì)較低。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，第14天起各處理pH值差異不顯著。

2.3 電導(dǎo)率

電導(dǎo)率(EC)的變化反映堆肥中溶質(zhì)鹽的濃度，過(guò)高的鹽度可能會(huì)對(duì)植物造成不利影響。一些學(xué)者的研究認(rèn)為，堆肥浸提液EC值不宜過(guò)高，超過(guò)4000 μS/cm可能會(huì)對(duì)作物產(chǎn)生不利影響[9]。本研究不同處理堆肥過(guò)程中EC值變化見(jiàn)圖3。從圖中可以看出，添加微生物菌劑使堆肥物料第7～21天的EC值顯著降低，原因可能是菌劑中部分功能微生物對(duì)溶質(zhì)鹽的離子交換和絡(luò)合產(chǎn)生了一定影響。至本試驗(yàn)堆肥結(jié)束時(shí)，不同處理EC值差異不顯著，均低于3000 μS/cm。

圖3 不同處理堆肥電導(dǎo)率變化

2.4 有機(jī)質(zhì)降解率與C/N變化

如圖4所示，隨著堆肥的進(jìn)行，物料中的有機(jī)質(zhì)不斷被微生物降解，對(duì)照處理和2個(gè)添加微生物菌劑的處理堆肥有機(jī)質(zhì)降解率變化趨勢(shì)基本相同。堆肥前三周有機(jī)物的降解速率相對(duì)較快，隨后趨于緩慢，與堆體升溫和降溫趨勢(shì)相吻合。從圖4可以看出，添加微生物菌劑的兩個(gè)處理堆肥第0～14天有機(jī)質(zhì)降解速率顯著高于對(duì)照處理，說(shuō)明菌劑的添加對(duì)雞糞與玉米秸稈堆肥有機(jī)物料降解起到了一定的促進(jìn)作用。對(duì)照處理有機(jī)物降解呈現(xiàn)滯后，但到第21天后逐漸接近添加菌劑的處理。至堆肥結(jié)束時(shí)，對(duì)照和添加菌劑A及菌劑B的處理有機(jī)質(zhì)累積降解率分別達(dá)到49.8%、53.2%和52.3%。從圖5中C/N比值變化來(lái)看，至堆肥結(jié)束時(shí)，不同處理堆肥物料C/N比值均降低到10～11，添加微生物菌劑未對(duì)堆肥產(chǎn)品氮素養(yǎng)分含量造成顯著影響。

圖4 不同處理堆肥有機(jī)質(zhì)降解率

2.5 發(fā)芽率指數(shù)

發(fā)芽率指數(shù)GI值是反映堆肥對(duì)植物種子毒害性和堆肥腐熟度的生物學(xué)指標(biāo)。如圖6所示，隨著堆肥的進(jìn)行，發(fā)芽率指數(shù)呈先下降后上升趨勢(shì)。堆肥開(kāi)始第7～21天，添加菌劑B處理GI值高于其他2個(gè)處理GI值，第28～35天，添加菌劑A的處理GI值上升至與處理T2接近，對(duì)照處理GI值略低于2個(gè)添加微生物菌劑的處理。至堆肥結(jié)束時(shí)，對(duì)照和添加微生物菌劑的處理GI值均達(dá)到50%以上的基本腐熟水平[10]。以上結(jié)果表明，本試驗(yàn)中微生物菌劑的添加對(duì)堆肥發(fā)芽率指數(shù)和腐熟進(jìn)程未造成顯著不利影響。

圖5 不同處理堆肥C/N比變化

圖6 不同處理堆肥發(fā)芽率指數(shù)變化

3 結(jié)語(yǔ)

(1)本研究試驗(yàn)結(jié)果表明，向雞糞與玉米秸稈堆肥混合物料中添加2種不同微生物菌劑在一定程度上加快了堆肥初期有機(jī)質(zhì)降解速率和物料升溫進(jìn)程，使堆肥35 d累計(jì)有效溫度相對(duì)提高32.1%和21.7%，有機(jī)質(zhì)累積降解率相對(duì)提高6.8%和5.0%。

(2)從堆肥過(guò)程中物料pH、EC、C/N、GI值等理化參數(shù)變化來(lái)看，在雞糞與玉米秸稈室外條垛式堆肥系統(tǒng)中，添加2種微生物菌劑對(duì)堆肥總體腐熟規(guī)律未造成顯著影響。本試驗(yàn)條件下，2種不同來(lái)源的微生物菌劑效果較為接近，菌劑的添加對(duì)堆肥前期和中期腐熟進(jìn)程影響相對(duì)較大，起到促進(jìn)升溫發(fā)酵的作用，但對(duì)堆肥整體周期的縮短效果不明顯。

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