胡斌 劉延生 于蕾 吳越 江麗華 楊巖 王梅 霍瑞風

摘要：為明確添加菌劑對堆肥過程及產(chǎn)品質(zhì)量的影響，本研究以羊糞和菌渣為堆肥原料，以添加菌劑為處理組，不添加菌劑為對照組，進行為期40 d的條垛式堆肥試驗，對堆肥進程和質(zhì)量的相關指標進行測定。結果表明：對照組和處理組的堆溫維持在50℃以上的天數(shù)分別為36 d和37 d，均達到了高溫堆肥的衛(wèi)生標準；堆肥產(chǎn)品的總養(yǎng)分含量分別為5.66%和5.73%，符合國家有機肥料標準要求，但含水率分別為33.29%和34.78%，略高于此標準，經(jīng)后續(xù)商品化生產(chǎn)工序便可達標。本試驗中添加菌劑顯著提高了堆肥產(chǎn)品的電導率（EC），但對堆肥進程和堆肥質(zhì)量其余各項指標均無顯著影響，因此實際生產(chǎn)中應進行菌劑的空白對比試驗，以免盲目使用增加成本。

關鍵詞：菌劑；羊糞；菌渣；好氧堆肥

中圖分類號：S141 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2018）09-0089-05

Abstract In order to clear the influence of microorganism agent on composting process and product quality， we selected sheep manure and mushroom residue as the raw materials with adding microorganism agent as the experimental group （MA） and without adding microorganism agent as the control group （CK）， and conducted for 40 days in the form of windrow composting.The related indexs of composting process and quality were analyzed. The results showed that the days of the pile temperature of CK and MA remained above 50℃ were 36 d and 37 d， respectively， so both reached the high temperature compost hygiene standards. The total nutrient contents of composting product of CK and MA were 5.66% and 5.73%， respectively， which conformed to the requirements of the organic fertilizer product standards of China. However， the moisture content of CK and MA were 33.29 % and 34.78 %， respectively， which were slightly higher than the requirements of the standards，and would reach the standard after the following commercialized production process. In this experiment， adding microorganism agent significantly increased the EC value of compost product， but had no obvious effect on the other indexes of process and quality of composting， therefore， the blank contrast test should be carried out in actual production， so as not to increase unnecessary cost.

Keywords Microorganism agent； Sheep manure； Mushroom residue； Aerobic composting

隨著我國畜禽養(yǎng)殖和食用菌產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，畜禽糞便和食用菌菌渣的產(chǎn)生量也越來越大，2014年我國畜禽規(guī)模化養(yǎng)殖的糞便和食用菌菌渣產(chǎn)生量分別約為12.6億噸[1，2]和2 000萬噸[3]。研究表明，畜禽糞便和菌渣等廢棄物含有豐富的有機養(yǎng)分和氮、磷、鉀等無機養(yǎng)分，是具有巨大潛力的資源庫[4，5]。限于技術和產(chǎn)業(yè)化滯后等原因，我國農(nóng)業(yè)廢棄物利用率僅為34%[6]，大多被隨意擱置暴露在外，甚至直接排入江河湖泊，導致環(huán)境污染。2010年《全國第一次污染源普查公報》指出，畜禽養(yǎng)殖已成為中國最重要的農(nóng)業(yè)面源污染源之一[7]，此外，隨處堆棄的食用菌渣易造成霉菌和害蟲的滋生與疾病傳播[5]。因此，畜禽糞便和食用菌渣的資源化利用已成為國內(nèi)外學者的研究焦點。

近年來，隨著人們生活水平的提高，對羊肉、羊奶等羊類制品的需求量逐年遞增，促使羊的集約化養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，2014年我國羊的存欄量較2010年增加了7.93%，達2.8億頭[1]，存欄量增加所產(chǎn)生大量羊糞的處理問題已不容忽視。目前，處理畜禽糞便、菌渣等農(nóng)業(yè)固體廢棄物最經(jīng)濟有效的辦法仍為好氧堆肥，且已有很多相關研究，其中以牛糞、豬糞和雞糞等畜禽糞便與菌渣混合堆肥的研究較多[8-10]，而羊糞與菌渣堆肥的研究卻少有報道。本研究以羊糞和食用菌渣為原料，以添加腐熟菌劑為試驗處理，利用堆肥工廠成熟的好氧堆肥工藝開展實踐研究，以期為堆肥化處理羊糞和菌渣提供科學依據(jù)，進而提升工廠化生產(chǎn)環(huán)境和經(jīng)濟效益。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

堆肥材料羊糞來自山東潤林牧業(yè)有限公司規(guī)模化養(yǎng)殖場，菌渣（金針菇菌渣）來自河北九道菇生物科技有限公司，菌劑由山東省農(nóng)業(yè)科學院資源與環(huán)境研究所菌種保藏庫提供，供試材料基本性狀見表1。

1.2 試驗設計

試驗分為2組，以添加菌劑（添加比例為千分之一）為處理組，不添加菌劑為對照組，每組設3個重復。以初始C/N值為30調(diào)節(jié)物料添加比例，初始含水率調(diào)至60%。堆肥從2015年9月24日到11月3日，共40 d。堆肥制作方法參照當?shù)厣a(chǎn)工藝，將原材料用攪拌機充分拌勻后堆成條垛進行發(fā)酵（條垛長×寬×高=20.0 m×3.0 m×1.2 m），每個處理間隔5.0 m。堆置期間每天測定堆體溫度和環(huán)境溫度。堆體溫度上升至50℃并維持5 d后，用翻拋機每5 d翻堆1次。分別于堆肥開始后的第0、3、6、10、15、20、25、30、35、40 d采集堆肥樣品，進行測定。

1.3 測定項目和方法

溫度測定方法：堆肥開始后，將溫度計分別插入距底部20、60、100 cm處，每處設5個點，于每天8∶ 00、13∶ 00和17∶ 00讀取各點溫度，取平均值作為當日堆體溫度，同時測定環(huán)境溫度。

樣品分析：按照有機肥料標準NY525—2012[11]測定全碳、全氮、全磷、全鉀的含量。稱取新鮮堆肥樣品加去離子水[按固液比1∶ 10（g/mL）]，在室溫條件下，于200 r·min-1振蕩提取1 h后，用pH計和電導率儀直接測定pH和電導率（EC）值[12]。采用重量法測定含水率。

發(fā)芽指數(shù)（GI）的測定方法：稱取新鮮堆肥樣品10 g，加入100 mL蒸餾水，室溫振蕩1 h后靜置24 h，過濾，吸取5 mL濾液于鋪有一層濾紙的9 cm培養(yǎng)皿內(nèi)，并于培養(yǎng)皿內(nèi)均勻排布50粒飽滿的油菜種子（束腰油菜）， 28℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h，以蒸餾水作對照[13]。計算公式如下：

GI（%）=處理發(fā)芽率×處理平均根長對照發(fā)芽率×對照平均根長×100 。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0統(tǒng)計軟件進行作圖與分析。

2 結果與分析

2.1 溫度、固相C/N和含水率的變化

堆肥過程中的溫度變化是堆體內(nèi)不同類型微生物活性變化的重要反應，同時也是實現(xiàn)堆肥無害化和穩(wěn)定化的重要評價指標。由圖1a可知，堆肥過程中的環(huán)境溫度在14.0～24.0℃之間，相對穩(wěn)定。在堆肥開始1 d后堆溫即達50℃以上，對照組和處理組的堆溫分別于第9 d和11 d時達60℃以上，且維持在50℃以上的天數(shù)分別為36 d和37 d，均達到了高溫堆肥的衛(wèi)生標準[14]。說明添加菌劑對堆體溫度無顯著影響。

C/N比是目前常用的腐熟度評價指標之一，一般當堆肥原料的C/N值由起始25～30降到16左右時，可認為已基本腐熟，否則施入土壤中易造成氮饑餓，影響土壤肥力[12]。從圖1b中可知，堆肥物料固相碳氮比總體呈下降趨勢，由起始的30降至20左右；且堆肥結束時，兩組的固相碳氮比無顯著差異，說明添加菌劑對羊糞堆肥固相碳氮比無顯著影響。此外，與堆肥開始時相比，堆肥結束時兩組的固相碳氮比均顯著降低（對照組P=0.001；處理組P=0.002），其中對照組降幅較大，為33.30%。

堆體中的水分不僅可以作為微生物代謝和生理活動所需營養(yǎng)物質(zhì)的載體，還可以蒸發(fā)帶走熱量，調(diào)節(jié)堆體溫度，是堆肥過程工藝控制的關鍵因子[9]。圖1c中，隨著堆肥過程的進行，堆體含水率逐漸降低，前15 d含水率降幅較大，對照組和處理組的含水率降幅分別占整個堆肥過程降幅的50.13%和55.56%。試驗結束時，對照組和處理組的含水率分別為33.29%和34.78%，說明添加菌劑對堆體含水率無顯著影響。兩組含水率均略高于有機肥料標準[11]，但經(jīng)后續(xù)物料轉(zhuǎn)運等一系列工序便可達到要求。

2.2 總氮、總磷和總鉀養(yǎng)分的變化

堆肥產(chǎn)熱本質(zhì)上是微生物新陳代謝的過程，有機物在此過程中被不斷分解，并以NH3、H2O、CO2等形式揮發(fā)損失，造成氮元素和碳元素絕對量及總干物質(zhì)質(zhì)量逐漸減少，并且碳的消耗速率約為氮的30倍[15]，堆肥結束時，物料中的氮磷鉀等養(yǎng)分相對含量高于原始物料。由圖2可知，對照組堆肥成品中的養(yǎng)分含量較原始物料提高11.85%，差異達顯著水平（P=0.023），而處理組差異不顯著，這可能與添加菌劑促進了有機物料降解有關；對照組和處理組的堆肥產(chǎn)品總養(yǎng)分含量分別為5.66%和5.73%，二者間無顯著差異，均達到了有機肥料標準（NY525—2012）[11]的養(yǎng)分含量要求，說明添加菌劑對堆肥產(chǎn)品的總養(yǎng)分含量無顯著影響。

2.3 pH、EC值的變化

pH是堆肥過程控制的重要參數(shù)，適宜的pH值能有效提高微生物活性，促進堆肥進程，減少養(yǎng)分損失。從圖3a中可以看出，對照組和處理組的pH值在前6 d呈快速上升趨勢，之后略有下降，處理組10 d后，對照組15 d后又開始緩慢升高，堆肥第20 d時達到最高值，分別為8.88和8.89，之后持續(xù)下降，試驗結束時，對照組和處理組的pH值分別為8.44和8.42，均滿足有機肥標準的pH值要求，且二者間無顯著差異。

電導率（EC）反映了堆肥浸提液中的離子總濃度，即可溶性鹽含量[12]。研究表明，當堆肥EC值小于9.0 mS·cm-1時，對種子發(fā)芽沒有抑制作用[16]。因此，EC值也是堆肥腐熟的一個重要參數(shù)。從圖3b中可以看出，兩組的EC值隨堆肥時間延長呈升高趨勢，這可能是由物料中有機物質(zhì)被分解產(chǎn)生大量可溶性小分子物質(zhì)造成的[17]。試驗結束時，對照組和處理組的EC值分別由堆肥開始時的3.47和3.23 mS·cm-1升高至4.52和4.73 mS·cm-1，兩者間差異達顯著水平（P=0.03）；與初始EC值相比，對照組和處理組分別增加30.26%和46.44%，且均達極顯著水平（對照組P=0.0018；處理組P=0.0006），即添加菌劑顯著促進了堆肥物料電導率值的升高。

2.4 發(fā)芽指數(shù)（GI）的變化

生物學指標是通過檢測堆肥毒性來判斷堆肥腐熟度的方法，也是檢驗堆肥腐熟度最精確和最有效的方法[15]。目前，植物生長試驗是評價堆肥腐熟度最具說服力的方法[18]，其中最簡單有效的即為種子發(fā)芽試驗，用發(fā)芽指數(shù)（GI）來評價：當GI值達到50%可認為堆肥對植物已無毒害作用，當GI 超過80%則可認為已完全腐熟[19]。本研究采用堆肥鮮樣提取液進行發(fā)芽試驗，結果如圖4所示。對照組和處理組的發(fā)芽指數(shù)在25 d內(nèi)變化幅度較小，之后呈快速升高的趨勢，至第40 d時分別達102.87%和107.0%，二者無顯著差異。

3 討論與結論

堆肥初期，微生物迅速將原料中易分解的有機質(zhì)分解轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生大量熱量使堆溫在堆肥開始1 d后即達50℃以上，對照組和處理組的堆溫分別于第9 d和11 d時達60℃以上，且維持在50℃以上的天數(shù)分別為36 d和37 d，兩組間的溫度及固相C/N變化均無顯著差異，且均達到了國家有機肥料標準；對照組和處理組的含水率分別為33.29%和34.78%，均略高于國家有機肥料標準，需要進一步處理。

試驗前期pH值快速上升可能是微生物分解有機氮產(chǎn)生的大量NH3被堆肥物料吸附所致[12]；后期pH值下降，則是由于溫度下降，NH3揮發(fā)速率下降，原來受高溫抑制的硝化菌活性增強，硝化作用產(chǎn)生大量的H+所致[9]。堆肥質(zhì)量上，兩組均符合糞便無害化衛(wèi)生標準[14]，達到了殺滅有害病原菌及害蟲的效果；添加菌劑對堆肥產(chǎn)品的pH值、總養(yǎng)分含量和GI值均無顯著影響，但使堆肥產(chǎn)品的EC值較對照組處理提高了4.65%，達顯著水平（P=0.03）。

本試驗中，處理組在堆肥進程和堆肥質(zhì)量上與對照組的表現(xiàn)基本一致，未表現(xiàn)出較明顯的促進效果，這與鄭衛(wèi)聰[20]和田赟[21]等提出的添加菌劑有助于堆肥腐熟的結論有較大差異，這可能與菌劑的微生物類型及外界環(huán)境條件等有關。但同時也有大量研究報道未添加菌劑仍在較短時間內(nèi)完成了畜禽糞便的堆肥化處理[22-24]，因此在實際生產(chǎn)中應進行菌劑的空白對比試驗，以免盲目使用增加成本。

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