秸稈和畜禽糞便聯合堆肥試驗研究*

朱金蘭，王華為，吉 莉，常志州

（1.江蘇省泰州市農林畜水產品質量檢測中心，泰州 225300；2.江蘇省泰州市耕地質量保護站，泰州 225300；3.江蘇省農科院資源與環境研究所，南京 210014）

江蘇省泰州市現有耕地面積31.67萬hm2，常年種植模式為典型的稻麥兩熟制，每年約產生350多萬t農作物秸稈，秸稈中含有大量的有機質、氮、磷、鉀和微量元素等，是農田重要的養分來源。秸稈直接還田能提高土壤的肥力與質量，但大量還田會對作物生長產生不利影響。通過將秸稈和畜禽糞便混合進行堆肥，有助于降低秸稈的碳氮比以及木質素、纖維素和多酚含量，促進物料的腐熟與穩定，進而降低其對作物的不利影響。本研究擬通過小麥秸稈與奶牛場廢棄物聯合進行堆肥，為奶牛場廢棄物和農田秸稈的綜合處理及處置提供理論依據及技術參數。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試小麥秸稈取自泰州稻麥輪作田，供試奶牛場廢棄物取自泰州市海陵區某奶牛養殖場，包括沼渣、沼液、牛糞和牛糞水，其中沼渣和沼液取自該養殖場的厭氧沼氣池，牛糞和牛糞水取自該奶牛養殖場，牛糞通過干清糞方式獲得，牛糞水包括尿水、部分糞便和沖洗水。小麥秸稈、牛糞、沼渣、沼液和牛糞水的養分組成見表1。

1.2 試驗設計

試驗設置5個處理，分別記作T1、T2、T3、T4和T5；T1為小麥秸稈和沼渣干重比1:1混合物，T2為小麥秸稈和沼液混合物，T3為小麥秸稈和牛糞干重比1:1混合物，T4為秸稈牛糞水混合物，T5為純秸稈并用尿素調節物料碳氮比為35∶1。各處理均采用條垛式堆制方式進行，T1和T3堆體長、寬、高均為1.2m；T2、T4和T5堆體長、寬、高均為1.5m，所有處理堆制秸稈用量均為101.5kg，不同處理秸稈中分別添加825kg沼渣、225kg沼液、550kg牛糞、193kg糞水和2.55kg尿素，供試小麥秸稈粉碎至5cm左右，各處理秸稈和奶牛場廢棄物混合物在堆制前均充分混勻，T1和T3處理調節含水率為75%，T2、T4和T5處理調節含水率為65%。所有處理混合物均露天避雨自然堆置，堆肥開始后翻堆，堆肥開始后前1個月每3天翻堆1次，后1個月每6天翻堆1次；每次翻堆時，物料充分混勻，每次翻堆后多點取樣組成混合樣品，樣品充分混合后取部分鮮樣置于4℃冰箱中保存備用，部分鮮樣自然風干用于養分測定。

1.3 分析測定方法

每天上午八點用水銀溫度計測定堆體溫度，堆體溫度選取中心點 （該點距堆肥地面、頂部及四周距離相等）及與該中點位于同一平面的兩點 （該兩點距左右邊界及中心點距離均相等）作為測定點，共3點，取該3點溫度平均值作為堆體溫度，同時記錄堆肥場地環境溫度；總有機碳 （TOC）采用重鉻酸鉀氧化法測定；可溶性有機碳 （DOC）采用1:10純水浸提，0.45μm濾膜過濾后經TOC分析儀 （德國耶拿、MultiN/C3100）測定；堆肥樣品全氮 （TN）采用半微量凱氏定氮法，全磷 （TP）采用鉬藍比色法，全鉀 （TK）采用火焰光度法；沼液和牛糞水樣品經過硫酸鉀消解后，全氮 （TN）采用紫外分光光度法測定，全磷 （TP）采用鉬酸銨分光光度法測定，全鉀（TK）采用火焰光度法測定；COD采用重鉻酸鉀法。

表1 堆肥原料的基本理化性狀

1.4 數據處理

數據采用Excel 2003、SPSS11.5、Origin 6.0軟件進行統計分析和作圖。

2 結果

2.1 秸稈和奶牛場廢棄物混合堆肥溫度變化

溫度影響微生物活動能力，進而影響微生物對有機物料的腐解，同時其變化也反映堆肥過程中微生物活動強度及堆肥進程。秸稈與養殖場廢棄物混合堆肥各處理溫度變化趨勢基本相同，均經過快速升溫、高溫和降溫3個階段 （圖1）。T1、T2、T3、T4和 T5處理堆溫分別在堆肥開始后的2、3、2、3和3天超過50℃，50℃以上的持續天數分別為30、17、41、12和24天，均符合糞便無害化衛生標準的高溫天數要求 （GB7959-1987）[1]（表2），其中T3處理持續天數最長，T4處理持續時間最短。不同處理分別在堆肥后的第6、5、5、3和7天達到相應的堆肥最高溫度 74.3℃、60.6℃、72.3℃、59.1℃和 66℃（表 2）。

2.2 不同處理堆肥物料的碳、氮含量變化

圖1 不同處理堆體溫度變化

表2 堆肥過程溫度特性

本試驗各堆肥處理的有機碳含量均隨堆肥進程呈下降趨勢，各處理的有機碳含量在高溫堆肥前期下降較快，后期趨于平緩。60天堆肥結束后，各處理有機碳含量分別降低了14%、5.5%、15.8%、4.45%和10.7%，其中T3處理的有機碳含量下降幅度最大，T1處理次之，T2處理下降幅度最小。各處理總有機碳含量在高溫期分別下降了12.07%、4.77%、14.8%、4.25%和9.14%，占堆肥全過程總有機碳含量下降的86.21%、86.72%、93.67%、95.51%和85.42%。各處理50℃以上高溫持續天數分別為30、17、41、12和24天，與堆肥全過程各處理的相應有機碳含量降幅呈極顯著正相關 （r=0.965，P＜0.01），堆肥結束時，各處理有機質含量介于590.28～701.86 g/kg之間（圖 2a）。

試驗中T1處理全氮含量隨堆肥進程逐漸增加，到54天達到最大值31.38g/kg，隨后有所減少并保持穩定；T3和T5處理的全氮含量在前30天逐漸增加，隨后有所下降；T2處理和T4處理的全氮含量在堆肥結束后增加較少，其中T2處理的全氮含量先緩慢增加，36天后緩慢降低，T4處理的全氮含量先緩慢增加，42天后下降。堆肥結束時，T1、T2、T3、T4和T5處理的全氮含量分別比堆肥開始時增加66.75%、50.89%、77.05%、43.08%和74.12%；堆肥結束時，各處理堆肥產物全氮含量依次為T3＞T1＞T5＞T2＞T4 （圖 2b）。

圖2 不同處理堆肥物料的總有機碳、全氮和C/N的變化

試驗中T1、T3和T5處理的C/N隨堆肥進程呈逐漸減小的趨勢，并最終趨于穩定；T2和T4處理的C/N前期逐漸減少，而在第42天后逐漸增加 （圖2c）。試驗結束時各處理C/N分別由24.29、54.04、24.82、60.78和36.63降為12.55、33.82、11.45、40.59和18.79。有研究者提出采用堆肥終點C/N與初始C/N的比值 （T值）來評價腐熟度，并認為當T值小于0.6時堆肥才達到腐熟[2]。也有研究者認為T值應介于0.53~0.72或0.49~0.59之間[3]。該試驗結束時，各處理T值分別為0.52、0.63、0.46、0.67和0.51，與上述研究結果一致。

2.3 不同處理堆肥物料的DOC含量變化

該試驗各處理在60天的堆制過程中，T1和T3處理的DOC變化趨勢相同，前24天先增加后減少，分別在第18天和第6天達到最大值2.59 g/kg和2.96g/kg，在隨后的第30天和第42天又出現兩個高峰，分別為2.49 g/kg、2.59 g/kg和2.25 g/kg、3.02 g/kg，42天后趨于減少；T2、T4和T5處理的DOC呈先增加后減少的趨勢，均在第6天達到峰值，分別為2.11 g/kg、1.94 g/kg和2.39g/kg（圖3）。

2.4 不同處理堆肥物料的全磷和全鉀含量變化

各堆肥處理過程中全磷含量均呈上升趨勢，在堆肥結束時，T1、T2、T3、T4和T5處理的全磷含量分別由開始時的 9.81g/kg、3.47g/kg、10.71g/kg、2.23g/kg和 2.11g/kg 增 加 到 12.02g/kg、4.80g/kg、20.06g/kg、3.49g/kg 和4.40g/kg，堆肥結束時的全磷含量比堆肥開始時分別增加22.43%、38.41%、87.37%、56.70%和100.09%；在堆肥結束時，不同堆肥處理全磷含量依次為T3﹥T1﹥T2﹥T5﹥T4 （圖 4a）。

圖3 不同處理堆肥過程中DOC含量變化

各堆肥處理過程中全鉀含量均呈上升趨勢，與蘭時樂等人的研究一致[4]，分別由開始時的24.59g/kg、25.02g/kg、24.67g/kg、 26.54g/kg和 24.53g/kg增加到 30.04g/kg、32.44g/kg、39.49g/kg、33.02g/kg和 38.54g/kg， 堆肥結束時的全鉀含量分別比堆肥開始時高22.19%、29.66%、60.11%、24.42%和57.12%；在堆肥結束時，不同處理全鉀含量依次為 T3﹥T5﹥T4﹥T2﹥T1 （圖 4b）。

堆肥結束時，各堆肥產物總養分 （N+P2O5+K2O）含量分別由開始時的 50.94g/kg、36.34g/kg、51.76g/kg、35.78g/kg和 34.35g/kg增加為 69.61g/kg、 49.10g/kg、89.45g/kg、46.54g/kg和63.33g/kg，其中T3處理總養分含量最高，T1次之，各堆肥終產物均符合國家有機肥的總養分含量標準[1]，是一種肥效較高的有機肥。

3 結論

圖4 不同堆肥處理過程中全磷和全鉀變化

（1）秸稈分別與沼渣、沼液、牛糞、牛糞水和尿素混合堆肥后，50℃以上堆體溫度持續天數分別為30、17、41、12和24天，持續時間均超過7天，所有處理均符合糞便無害化衛生標準 （GB7975-87）對堆肥過程高溫時間的要求。

（2）經60天堆肥后，T1、T2、T3、T4和T5處理的有機碳含量分別降低了14%、5.5%、15.8%、4.45%和10.7%，其中T3處理的有機碳含量下降幅度最大，T1處理次之，T2處理下降幅度最小。

（3）堆肥過程中各處理氮、磷、鉀含量逐漸增加，堆肥結束后T3處理總養分含量最高 （89.45g/kg），T1次之 （69.61g/kg）。

（4）T2和T4處理盡管在高溫持續時間和堆肥終產物總養分含量上低于T1和T3處理，但由于T2和T4處理是麥秸和沼液或牛糞水混合堆肥，每處理1t麥秸大約可同時處理1.8t沼液 （或牛糞水），在實際運行中有利于奶牛場降低養殖廢水處理成本，并增加收益。

[1]潘顧昌，嚴秀宜，潘長慶，等.糞便無害化衛生標準GB7959-1987.中國標準出版社，1988

[2]Morl T L,Colin F,Germon J C,et al.Methods for the evaluation of the maturity of municipal refuse compost.London and New York:Elsevier Applied Science Publish,1985

[3]盧秉林，王文麗，李娟，等.添加小麥秸稈對豬糞高溫堆肥腐熟進程的影響.環境工程學報，2010，4(4):926~930

[4]蘭時樂，曹杏芝，戴小陽，等.雞糞與油菜秸稈高溫堆肥中營養元素變化的研究.農業環境科學學報，2009，28(3):564~569