王懷中 李開榮 朱榮生 呼紅梅 劉俊珍 黃保華*

（①山東省農業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所 濟南 250100 ②山東省曲阜市畜牧獸醫(yī)技術服務中心）

好氧堆肥發(fā)酵是當前有效處理養(yǎng)殖場畜禽糞便及種植業(yè)秸稈的有效方式之一，可將農業(yè)廢棄物轉變?yōu)榛|肥料，進一步進行資源化利用，生態(tài)效益提高及產業(yè)鏈延伸的同時，也為企業(yè)創(chuàng)造了新的經濟增長點，為種植戶提供優(yōu)質生物基質，從而實現種養(yǎng)循環(huán)的經濟模式。本文擬從好氧堆肥發(fā)酵全程所需的相關原料、發(fā)酵過程、產物參數進行論述，以期為堆肥發(fā)酵提供參考。

1 好氧堆肥原料參數

好氧堆肥發(fā)酵原料主要由堆肥原料及輔料構成。堆肥原料主要來自養(yǎng)殖業(yè)的動物糞便如豬糞、雞糞、及牛糞等，堆能輔料則主要由種植業(yè)的作物秸稈如玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈等及加工副產物如稻殼、菌渣等一種或幾種構成。堆肥原料碳氮比較低，發(fā)酵過程中主要提供有效的氮源，而碳氮較高的堆肥輔料主要提供有效的碳源，幾種原料共同混合為碳氮比為25～30堆肥混合物后進行發(fā)酵。

1.1 水分 水份可溶解發(fā)酵原料中的有機物，參與微生物的新陳代謝，并可通過水份的蒸發(fā)調節(jié)發(fā)酵物料的溫度和濕度。但過高的水分可導致發(fā)酵過程形成厭氧狀態(tài)，產生異味；過低的水分則會妨礙微生物的繁殖，延緩發(fā)酵過程甚至會停止。在物料堆積前對原料水份的測定是必要的，堆肥原料水份測定可采用恒重法或真空烘箱法，根據原料中水分含量進行配比或額外加水至調節(jié)堆肥物料至55%～65%進行發(fā)酵。

1.2 碳氮比 適宜的碳氮比可有效促進發(fā)酵進程及提高肥效形成良好的土壤改良劑或有機肥。由于微生物自身碳氮比約為5：1，故同化5份碳需1份氮以構成自身細胞體，而同化（吸收利用）1份氮則需消耗5份有機碳來取得能量，因此微生物吸收利用1份氮需消耗25份的有機碳，所以堆肥發(fā)酵碳氮比最適宜比例為25～30：1，過高可抑制莖葉生長，過低則抑制根莖生長。總有機碳(TC)和全氮(TN)可分別采用重鉻酸鉀容量法和凱氏定氮法測定，將原料中所有TC、TN分別累積相加后兩者比值即為物料總碳氮比。

1.3 酸堿度(pH) 酸堿度是影響微生物生長的重要因素之一，適宜的PH值可促使微生物有效地發(fā)揮作用，加快發(fā)酵進程，減少NH4+的損失，保留堆肥中的氮。微生物最適宜生長的pH值的范圍在6.5～7.5之間，當pH值≤5.0時，降解速率為0，停止發(fā)酵，當pH值≥9.0時，降解速率降低且氨態(tài)氮大量揮發(fā)損失嚴重。因此物料堆積前和堆積后需要檢測原料和堆積物的酸堿度，如堆積物的酸堿度不在達適宜范圍之內，可通過添加堿性物質如生石灰等進行調節(jié)。

1.4 物料粒度及供氧量 物料粒度影響堆積物的供氧量，而供氧量過量則會導致溫度降低，不得于高溫菌的氧化分解，供氧量不足，微生物死亡，分解速度減慢，因此適宜的物料粒度及供氧量是良好發(fā)酵的保障。在堆肥過程中，由于糞便的粘性會形成較大的顆?；蚯驙铙w，而顆粒越大熱量傳遞時間越長，內部供氧量越少，大顆粒發(fā)酵效果越差。直徑在0.3～1.3cm之間的顆粒粒度及0.1～0.2m3/min供氧量可加快糞便的發(fā)酵速度，提高發(fā)酵效果。

2 發(fā)酵進程參數檢測

伴隨嗜溫性微生物、嗜熱性微生物對堆體內的有機質進行吸收、氧化、分解，在產生熱量的同時不斷進行生長繁殖，產生新的生物體，進而對可生物降解的有機物轉化為腐殖質。物質在轉化的同時，各種指標參數要發(fā)生相應的變化，根據指標的變化進而確定發(fā)酵進程，并對發(fā)酵過程做出有效的監(jiān)察。

2.1 溫度 堆肥過程中溫度的變化反應了堆體內微生物活性的變化，同時又是使堆肥達到無害化和穩(wěn)定化的重要條件[1]。溫度過低，不易殺死有害細菌，降解緩慢，延長有機肥生產周期，高溫過高，則會殺死部分有益發(fā)酵菌，延緩堆肥進程，增加氮素的揮發(fā)量。發(fā)酵堆肥過程主要由中溫階段(≤60℃)、高溫階段(60～65℃)及熟化階段(≤60℃)3個階段，一般情況下，堆積完成后1～2d溫度便可到達高溫期，經過翻拋充氧，由于高溫持續(xù)時間與堆積物中的難分解的高纖維素含量有關，正常發(fā)酵可持續(xù)35～40d，進入熟化階段后溫度降低至環(huán)境溫度。因此溫度的變化類是先升高再降低。溫度的檢測要結合環(huán)境溫度，在堆積后可采取隔天固定時間檢測，在堆體中選取5個點，將溫度計插入堆肥深度約40cm處，穩(wěn)定后讀取，以5個點的平均溫度作為當天的堆體溫度。

2.2 酸堿度 （1）厭氧發(fā)酵作為發(fā)酵堆肥的前處理階段，在發(fā)酵菌作用下快速分解水解的有機物，產生酸和熱量，因此在堆肥前期，pH值是下降的；通過翻拋和充氧，由厭氧階段快速進入好氧階段，進行有機物的分解，產生大量的氨氣，導致pH值快速上升；發(fā)酵后期，溫度下降，氨氣揮發(fā)速率下降，硝化菌活性增強，腐殖酸形成，引起pH值下降，并趨于穩(wěn)定。（2）物料組成不同，起始pH是有差異的，雞糞與蘑菇渣起始pH為8.5[2]，豬糞與菌渣起始pH為7.3左右[3]，稻稈、豬糞、蘑菇渣起始pH為8左右[4]，但發(fā)酵過程中的pH一般在6.8～8.5之間變動，腐熟的物料一般在7.5左右。pH值的測定將2g左右的鮮樣進行樣水比1：10稀釋，120r/min振蕩1h，用pH計測定過濾后的上清液。

2.3 水分 （1）發(fā)酵過程產生大量的熱量，伴隨翻拋和充氧，水分會大量的蒸發(fā)，整體堆積物料的含水率是下降的，但在初始階段有機物的酸化水解過程會產生一定的水分，含水率會略微上升[5]。輔料添加比例越高，透氣性越好，越有利于氣體的蒸發(fā)和散失，高溫期水分蒸發(fā)量越多。（2）物料堆積起始水份一般需要在55%～65%之間，用利于堆積物的好氧發(fā)酵，經過充分的發(fā)酵腐熟，水分降到30%以下即符合有機肥標準。（3）水分的檢測將采集鮮樣用烘干法或恒重法進行測定。

2.4 總碳、總氮及碳氮比的變化 （1）碳元素的消耗在升溫期及高溫前期損耗較少，下降緩慢，在高溫后期，伴隨微生物活動加強，分釋放出大量的CO2，導致碳元素的快速下降，之后進入腐熟階段，溫度下降，微生物活動減慢，碳元素含量趨于穩(wěn)定。（2）氮元素在整個發(fā)酵過程是減少的，初期由于有機氮轉化大量的氨氣揮發(fā)，總氮含量是減少的，后期氨態(tài)氮消耗減少，由于堆積物料總干物重的消耗要大于總氮的下降幅度，因此總氮的含量是上升的。（3）由于總碳、總氮的損失時期不一致，整體碳氮比是先上升后下降的。

3 腐熟階段相關指標測定

經過一定的時間的堆積發(fā)酵，溫度、酸堿度、水分、總碳及總氮等指標趨于穩(wěn)定后，發(fā)酵基本上完成，但是否能作為有機肥或土壤改良劑，還需要進行參數指標檢測，結合有機肥產品標準NY525-2012規(guī)定的有機質含量(以干基計)≥45%，總養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)含量(以干基計)≥5%，水分(游離水)≦30%，pH為5.5～8.0進行對比。

3.1 有機質 （1）有機質的消耗主要是在中溫和高溫階段消耗，腐熟階段由于大部分易降解物質已消耗，只有纖維素、半纖維素進行發(fā)酵，導致微生物活動減弱，含量并趨于穩(wěn)定。（2）有機質的檢測采用重鉻酸鉀容量法。在加熱的條件下，用定量重鉻酸鉀－硫酸溶液使堆積物中的碳氧化，多余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵標準液滴定，根據氧化前后氧化劑消耗量，計算有機碳的含量，再乘以系數1.724，即為有機質含量。

3.2 腐殖酸 腐殖酸是在降解糞污、秸稈過程中產生的，其含量變化是堆肥，腐殖化的一個重要指標，可用來判定堆肥的腐熟程度。根據腐殖酸在465nm及665nm處所具有的特征吸收峰，測定在兩處的比值(E4/E6)可以用來反映腐殖質的縮合和芳構化程度，一般情況下值越低，腐殖程度越高，分子量越大，效果越好。

3.3 總養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)含量 （1）總養(yǎng)分含量是有機肥質量的一項重要指標，一般情況下豬糞堆肥的總養(yǎng)分含量最高，羊糞最低，但雞糞堆肥的總養(yǎng)分含量升高幅度最大，牛糞升高幅度最小[7]。（2）總養(yǎng)分含量的測定主要由硫酸-過氧化氫消煮法制備試樣溶液；全氮用凱氏定氮儀測定，全磷用釩鉬黃比色法，全鉀用火焰光度法進行測定。

3.4 水分及pH值 水分含量及pH值是保證有機肥質量的一項指標。水分含量高或pH值不在規(guī)定范圍之內，說明發(fā)酵未完成，需繼續(xù)采取措施再次發(fā)酵。

3.5 發(fā)芽指數的測定 （1）種子發(fā)芽指數(GI)是一種通過測試堆肥浸出液的生物毒性來評價堆肥產品無害化的有效指標，種子發(fā)芽指數變化趨勢基本相同，均先緩慢下降又逐漸增加，至堆肥結束后，種子發(fā)芽指數達到最大值。當種子發(fā)芽指數達到80%時，堆肥已沒有植物毒性或者說堆肥已經完全腐熟[8]。（2）GI的測定用蔬菜種子如黃瓜種子在30℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48h后，分別測定堆肥浸提液和蒸餾水的種子發(fā)芽率和種子總根長，二者發(fā)芽率、種子總根長的乘積的比值的百分率即為GI。（3）好氧堆肥發(fā)酵通過廢棄資源的重新利用達到節(jié)能減排的目的，為建設環(huán)保型養(yǎng)殖場及種植業(yè)產生的秸稈合理處置提供了良好的途徑，因此發(fā)酵過程各種參數的變化和檢測方法對廢棄物處理是至關重要的。