規模化畜禽養殖場沼渣好氧堆肥技術

金樹權，周金波，徐志豪，李佳丹，李 洋

(寧波市農業科學研究院農村發展和信息研究所,浙江寧波 315040)

規模化畜禽養殖場沼渣好氧堆肥技術

金樹權，周金波，徐志豪，李佳丹，李 洋

(寧波市農業科學研究院農村發展和信息研究所,浙江寧波 315040)

以規模化養殖場沼渣和粉碎水稻秸稈為原料,按6種不同體積比混合進行好氧堆肥研究。結果表明,6種混合比例處理均能順利進行好氧堆肥,實現沼渣的無害化、減量化和資源化。從堆體溫度、pH值和含水率等指標看,堆肥前21 d屬于堆肥快速反應期,而21 d后屬于堆肥穩定期。堆肥過程中各堆體有機質和全氮含量有所下降,但全磷含量有所上升。根據堆肥完成后的檢測分析,各處理有機質和氮磷含量均較高,重金屬未出現超標,其中3號處理(85%沼渣∶15%秸稈)和4號處理(80%沼渣∶20%秸稈)的堆肥腐熟程度相對較高。

規模化畜禽養殖場;沼渣;秸稈;好氧堆肥

文獻著錄格式:金樹權,周金波,徐志豪,等.規模化畜禽養殖場沼渣好氧堆肥技術[J].浙江農業科學,2015,56(9):1491-1494.

DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20150950

規模化畜禽養殖場污水處理過程中不僅產生大量的沼液沼氣,也產生大量沼渣,沼渣如不進行妥善處置隨意堆放將帶來嚴重的二次污染問題[1-2]。事實上,沼渣中含有大量植物需要的有機質、氮磷以及微量元素,如經過科學合理處理,可充分挖掘其資源化利用價值。本研究以規模化養殖場沼渣和粉碎水稻秸稈為原料,按不同體積比例混合進行好氧堆肥研究,將為沼渣和秸稈的資源循環利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗在慈溪金地生物堆肥專業合作社的塑料大棚內進行,試驗場地為敞開邊膜、保留頂膜、硬質水泥地面大棚。試驗時間為2014年7月23日至9月3日,共計43 d。

試驗材料沼渣取自慈溪市惠農生豬養殖場的大型沼氣裝置處理后沉淀池底部,另一試驗材料水稻秸稈用粉碎機碎至0.5～1.0 mm用作堆肥。為避免堆肥初期沼渣含水率過高(一般為80%以上),本試驗將沼渣進行干化預處理,使含水率降至60.0%左右,再與秸稈充分混合進行堆肥試驗。

試驗材料的基本性質。沼渣含水率62.5%,密度1.35 kg·m-3,全氮7.90 g·kg-1,全磷6.90 g·kg-1,堿解氮967.2 mg·kg-1,速效磷1 011.4 mg·kg-1,有機質229.0 g·kg-1,鎘0.137 mg·kg-1,鉻46.6 mg·kg-1,汞0.108 mg· kg-1,鉛14.9 mg·kg-1,砷6.6 mg·kg-1,銅204 mg·kg-1,鋅193 mg·kg-1。秸稈含水率10.1%,密度0.58 kg·m-3,全氮0.81 g·kg-1,全磷0.72 g·kg-1,堿解氮75.0 mg·kg-1,速效磷45.0 mg·kg-1,有機質850.0 g·kg-1,鎘0.053 mg·kg-1,鉻2.7 mg·kg-1,汞0.02 mg· kg-1,鉛4.4 mg·kg-1,砷0 mg·kg-1,銅2.5 mg· kg-1,鋅4.7 mg·kg-1。

1.2 處理設計

設6個處理。沼渣∶秸稈體積比和質量比,1號為95∶5和97.8∶2.2,2號為90∶10和95.4∶4.6, 3號為85∶15和93.0∶7.0,4號為80∶20和90.3∶9.7,5號為75∶25和87.5∶12.5,對照(CK)為100∶0和100.0∶0。

堆肥操作前,物料按不同體積比進行混合,各堆體原材料總體積均為3.0 m3,試驗開始2周內每2天人工翻堆1次,之后每周翻堆1次。

1.3 分析方法

試驗分別在堆肥的第0,7,14,21,28,35, 42日上午9:00進行多點隨機取樣,每次各堆體選擇5個點共取500 g,充分混合后送實驗室進行檢測,堆體溫度采用自動溫度記錄儀進行連續記錄,時間步長為4 h。含水率和pH值分別采用烘干法和電極法測定,堆肥過程的有機質、全氮、堿解氮、全磷、速效磷和重金屬檢測參考《土壤農化分析》[3],堆肥腐熟度采用發芽指數法(Germination Index,GI)測定[4]。

2 結果與分析

2.1 堆肥過程基本理化性狀變化

堆肥過程中堆溫變化可以反映堆體中微生物活性變化,能很好反映堆肥所達到狀態,也是判定堆肥能否達到無害化要求的重要指標之一。根據圖1可以看出,各堆體的堆溫變化均經歷升溫、高溫、降溫和穩定4個階段。堆肥開始后,各堆體溫度并未立即上升,而是在4～5 d開始升溫,之后各堆體溫度迅速上升,各堆體在7或8 d達到高峰,并保持6～7 d,之后各堆體堆溫開始逐步下降,到21 d后基本處于穩定狀態。6個堆體的堆溫變化規律基本相似無顯著性差異,前21 d為堆肥反應期經歷升溫、高溫和降溫3個階段,之后各堆體處于堆肥穩定期。根據GB 7959—1987要求,堆肥最高堆溫達到55℃以上持續時間3 d,可以達到無害化處理標準[5],本研究中6個堆體堆溫在55℃以上的時間達到5～6 d,可以達到堆肥的無害化要求。

圖1 堆肥過程的堆溫變化

堆肥過程中pH值變化是比較直觀的參數,適宜的pH值條件可使微生物更加有效發揮作用。根據圖2可以看出,堆肥開始后各堆體在7 d達到pH值最高值,這主要是因為堆肥反應初期物料中的含氮物質在微生物作用下產生大量的氨氣,從而導致堆體的pH值升高,之后隨著堆肥反應進行和氨揮發減少pH值呈下降趨勢,21 d后各堆體的pH值基本趨于穩定。整個堆肥過程中,各堆體的pH值均保持在6～9的適宜范圍內,不會對微生物活動產生影響,從pH值角度反映各堆體堆肥過程正常。

圖2 堆肥過程的pH值變化

堆肥過程中,堆體適宜的含水率條件是微生物賴以進行正常新陳代謝的必要條件,堆體的水分過高會阻礙氧氣傳輸從而產生厭氧反應,堆體水分過少則會限制堆肥微生物新陳代謝活動從而影響堆肥效率。根據圖3可以看出,各堆體的初始含水率在60%左右,隨著堆肥反應進行各堆體的含水率開始下降,0～21d的堆肥反應期間含水率下降迅速,之后的堆肥穩定期含水率變化較少。

圖3 堆肥過程的含水率變化

2.2 堆肥過程有機質和氮磷含量變化

根據圖4-6可以看出,由于各堆體的沼渣和秸稈組成比例存在差異,各堆體初始有機質、氮磷含量存在差異。根據圖4和圖5,堆肥開始后各堆體的有機質、全氮含量均呈現下降趨勢,特別是前14 d的升溫期和高溫期有機質下降尤為明顯,至21 d后的堆肥穩定期有機質含量趨于穩定。堆肥過程中有機質含量的下降主要是因為微生物的分解作用,氮素的損失主要是因為有機氮的礦化、持續性氨揮發以及硝化反硝化共同作用的結果。根據圖6可以看出,堆肥過程中全磷呈明顯上升趨勢,這主要是因為堆肥過程中由于有機質分解,隨著各堆體體積和質量不斷減少,相當于磷被濃縮從而呈現上升趨勢,且有機質分解越快,則養分含量上升越快。

2.3 堆肥產品的質量指標

表1可以看出,各堆體的種子發芽率存在明顯差異,其中全部采用沼渣進行堆肥的CK處理最低,3號和4號處理都超過80%,因此,從種子發芽率角度看3號和4號處理堆肥腐熟程度相對較高。從各處理堆肥有機質、氮、磷情況看,各處理含量均小于普通有機肥相應的含量水平,但均比一般農田土含量高,特別是有機質含量。

圖4 堆肥過程的有機質變化

圖5 堆肥過程的全氮變化

圖6 堆肥過程的全磷變化

表1 堆肥產品的質量指標檢測結果

3 小結和討論

本研究以規模化養殖場沼渣和粉碎水稻秸稈為原料,按6種不同體積比混合進行好氧堆肥試驗研究,從堆肥過程中堆溫、pH值和含水率變化分析,6種混合比例處理均能順利進行好氧堆肥,實現沼渣的無害化、減量化和資源化處理。目前,規模化畜禽養殖的沼渣主要通過干化處理直接用于田間[6-7],事實上,沼渣通過與秸稈等碳源調理劑混合經好氧堆肥處理后的堆肥產品,可用于盆花基質、苗木育苗基質代替部分泥炭,從而提高沼渣的使用價值。

堆肥完成后,本研究對各處理堆肥進行基本性質檢測分析和比較。種子發芽率是反映堆肥腐熟度的重要指標,一般認為GI＞50%堆肥已經成熟,但目前較多的研究結果表明GI＞80%的堆肥可安全使用[4]。從種子發芽率角度看3號和4號處理堆肥腐熟程度相對較高。從各處理堆肥有機質、氮、磷情況看,各處理含量均小于普通有機肥相應的含量水平,但均比一般農田土含量高,特別是有機質含量。

另外,從6個處理的重金屬檢測分析,如果將規模化畜禽養殖場沼渣作為污水處理后的剩余污泥考慮,與污泥利用的園林綠化利用標準(CJ 248—2007)和農用標準(CJ 309—20096)相比較,除銅含量相對較高接近標準外,其余重金屬元素含量遠低于標準,銅含量相對較高可能與豬飼料中銅含量相對較高存在一定關系[8-9]。

[1] 謝景歡,陳鋼,袁巧霞,等.沼渣與化肥配合施用對溫室番茄生長發育、產量及品質的影響[J].應用生態學報, 2010,21(9):2353-2357.

[2] 馮海瑋,趙杰,王楠,等.沼渣對青菜生長及土壤肥力影響的初探[J].上海交通大學學報:農業科學版,2013, 31(4):40-44.

[3] 鮑士旦.土壤農化分析[M].北京:中國農業出版社, 2000:25-275.

[4] 賈程,張增強,張永濤.污泥堆肥過程中氮素形態的變化[J].環境科學學報,2008,28(11):2269-2276.

[5] 熊建軍,鄒國元,崔希龍,等.不同干污泥返料量對污泥堆肥氮素損失的影響[J].農業環境科學學報,2009,28 (8):1723-1726.

[6] 張杰,孫欽平,魏宗強,等.沼渣和沼液對油菜生長及氮素利用率的影響[J].北方園藝,2009(11):26-29.

[7] 常鵬,張英,李彥明,等.沼渣人工基質對番茄幼苗生長的影響[J].北方園藝,2010(15):134-137.

[8] 吳國英,賈秀英,郭丹,等.蚯蚓對豬糞重金屬Cu、Zn的吸收及影響因素研究[J].農業環境科學學報,2009, 28(6):1293-1297.

[9] 陳苗,白帆,崔巖山.幾種沼渣中Cu和Zn的含量及其形態分析[J].環境化學,2012,31(2):175-181.

(責任編輯：盧福莊)

S 81;X 713

B

0528-9017(2015)09-1491-03

2015-07-02

寧波市農業局生態循環農業項目(2013ST002)

金樹權(1981-),男,副研究員,博士,主要從事固體廢棄物利用和農村生態環境保護研究工作。E-mail:jinshuq @126.com。