不同腐熟劑對(duì)豬糞腐熟度的影響*

于 建，宋以玲，肖承澤，郭新送，洪丕征，陳士更，丁方軍，3

(1.山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司 山東泰安 271000； 2.山東省腐植酸高效利用 工程技術(shù)研究中心 山東泰安 271000； 3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 山東泰安 271000)

隨著我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展,飼養(yǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的大量畜禽糞便所造成的環(huán)境壓力也日益增大。由于畜禽糞便中含有各種病源微生物、寄生蟲卵以及其他有害物質(zhì)，若未經(jīng)處理就隨意排放將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。因此，資源化利用是防治畜禽糞便污染的核心內(nèi)容[1- 2]。

堆肥是一種通過(guò)好氧發(fā)酵處理有機(jī)廢棄物的常用方法，通過(guò)堆肥可以達(dá)到畜禽糞便無(wú)害化和變廢為寶的目的，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)的良好對(duì)接。堆肥的實(shí)質(zhì)是好氧微生物通過(guò)自身的代謝作用，將一部分有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的小分子物質(zhì)，使廢棄物中的有機(jī)物向穩(wěn)定程度較高的腐殖質(zhì)方向轉(zhuǎn)化[3- 4]。常規(guī)堆肥方式處理周期長(zhǎng)，不利于有機(jī)廢棄物的快速資源化利用，因此，通過(guò)添加微生物制劑來(lái)加速畜禽糞便的腐熟過(guò)程，成為提升我國(guó)土壤質(zhì)量的重要方式之一[5- 6]。

本試驗(yàn)擬在豬糞堆肥中接種山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱農(nóng)大肥業(yè))生產(chǎn)的腐熟劑，與山東綠福地科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱綠福地)原有的腐熟劑進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)檢測(cè)堆肥發(fā)酵過(guò)程中各項(xiàng)指標(biāo)的變化，研究農(nóng)大肥業(yè)腐熟劑對(duì)豬糞堆肥效果的影響，為豬糞的無(wú)害化處理和資源化利用提供技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

豬糞由綠福地提供，玉米秸粉當(dāng)?shù)夭少?gòu)；腐熟劑A由農(nóng)大肥業(yè)生產(chǎn)，以枯草芽孢桿菌、白淺灰鏈霉菌、唐德鏈霉菌、米曲霉、黑曲霉株為主要菌種，采用蘑菇渣和雞糞為載體制作，有效活菌數(shù)5億個(gè)/g；腐熟劑B為綠福地原有，有效活菌數(shù)5億個(gè)/g。堆肥物料的主要成分及碳氮比(C/N)如表1所示。

表1 堆肥物料的主要成分及碳氮比(C/N)

項(xiàng)目主要成分/%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))氮磷鉀水分C/N鮮豬糞 2.981.560.827914.20玉米秸粉0.730.381.681163.70

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按照C/N為34，鮮豬糞與玉米秸粉的質(zhì)量比為6∶4，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)至60%。試驗(yàn)共設(shè)計(jì)3個(gè)試驗(yàn)組，分別為：T1，使用腐熟劑A，用量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%；T2，使用腐熟劑B，用量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%；CK，添加惰性物料。建堆，長(zhǎng)×寬×高為3.0 m×2.0 m×(1.2～1.5) m。分別于堆肥的第3、6、9、12、15、18、22、26和31 d進(jìn)行翻堆。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)及其方法

溫度的測(cè)定：使用水銀溫度計(jì)，分別在09：00和15：00進(jìn)行測(cè)定。

pH的測(cè)定：新鮮堆肥樣品用蒸餾水按水土比1∶10(樣品10 g，蒸餾水100 mL，下同)配比，在室溫、200 r/min條件下水平振蕩提取1 h，然后用pH計(jì)直接測(cè)定。

含水量的測(cè)定：將空鋁盒置于(105±2) ℃的高溫干燥箱內(nèi)0.5 h，冷卻后用分析天平稱取并記錄空鋁盒的質(zhì)量；每個(gè)空鋁盒稱取樣品20 g(精確至±0.01 g)，分別記錄鋁盒和樣品的質(zhì)量；把鋁盒和樣品置于105 ℃的干燥箱內(nèi)6.0 h，取出置于干燥器中冷卻30 min，稱取鋁盒和樣品的質(zhì)量；含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)=[(烘干前鋁盒和樣品的總質(zhì)量-烘干后的總質(zhì)量)/烘干前總質(zhì)量]×100%。

發(fā)芽率：GI(%)=[(堆肥浸提液的種子發(fā)芽率×種子根長(zhǎng))/(蒸餾水的種子發(fā)芽率×種子根長(zhǎng))]×100%。

碳氮比：C/N=總有機(jī)碳含量/全氮量。

E4/E6的測(cè)定：稱取10 g新鮮堆肥樣品，按水土比1∶10量取100 mL蒸餾水并加入鮮樣，在200 r/min轉(zhuǎn)速下于振蕩機(jī)中搖勻1 h，過(guò)濾，濾液在紫外分光光度計(jì)中測(cè)量于波長(zhǎng)465 nm以及665 nm處的吸光度，得到E4和E6，計(jì)算E4/E6。

腐殖酸含量的測(cè)定：稱取粒度小于0.2 mm肥料樣品0.2 g(精確至±0.000 1 g)于250 mL錐形瓶中，用100 mL焦磷酸鈉堿液從搖勻的肥料中加熱抽提腐殖酸，每隔30 min搖動(dòng)1次，抽提2 h，使鮮樣全部沉下；取出錐形瓶冷卻至室溫，將抽提液及殘?jiān)哭D(zhuǎn)入200 mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻；用中速定性濾紙干過(guò)濾，棄去最初10 mL濾液，隨后濾出50～100 mL濾液供測(cè)定用；準(zhǔn)確吸取5 mL濾液于250 mL容量瓶中，用移液管準(zhǔn)確加入0.4 mol/L重鉻酸鉀溶液5 mL和濃硫酸15 mL，于100 ℃水浴中加熱氧化30 min，取下冷卻至室溫，用蒸餾水稀釋至100 mL左右，冷卻后加3滴鄰啡啰啉指示劑，用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至磚紅色；另外準(zhǔn)確吸取2份0.4 mol/L重鉻酸鉀溶液，每份5 mL，各加5 mL焦磷酸鈉抽提液和15 mL濃硫酸，氧化并滴定，以測(cè)定空白值；腐殖酸含量按式(1)以及式(2)計(jì)算。

(1)

(2)

式中：V0——滴定空白所消耗的硫酸亞鐵銨溶液的體積，mL；

V1——滴定樣品腐殖酸所消耗的硫酸亞鐵銨溶液的體積，mL；

M——硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液物質(zhì)的量濃度，mol/L；

0.003——與1.00 mLc(Fe2+)=1.000 mol/L硫酸亞鐵銨溶液相當(dāng)?shù)奶假|(zhì)量，g；

a——試樣溶液的總體積，mL；

b——測(cè)定時(shí)所取試樣溶液的體積，mL；

G——樣品的質(zhì)量，g；

C——不同樣品純腐殖酸系數(shù)，生物質(zhì)腐殖酸取0.50；

Mad——樣品含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013和SAS軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過(guò)程中溫度的變化

圖1 堆肥過(guò)程中溫度的變化

如圖1所示：建堆完成以后的第2 d，T1溫度已升高至60 ℃，比T2溫度高出2 ℃，比CK溫度高10 ℃，并且每次翻堆前T1的最高溫度均分別比T2和CK的最高溫度高2～3 ℃和9～10 ℃；高于55 ℃的時(shí)間點(diǎn)，T1為37次，分別比T2和CK多11次和30次。由此可見(jiàn)，在整個(gè)腐熟過(guò)程中，腐熟劑A能夠快速升溫，促進(jìn)有機(jī)物料的快速腐熟。

2.2 堆肥過(guò)程中pH的變化

如圖2所示：隨著堆肥的進(jìn)行，pH總體呈現(xiàn)先上升后下降，最后穩(wěn)定在7.5～8.0的趨勢(shì)；在第0～7 d的過(guò)程中，pH快速升高，這可能與微生物生長(zhǎng)過(guò)程中分解蛋白類有機(jī)物產(chǎn)生氨氣有關(guān)，其中T1變化最快，CK次之，T2略慢；在第7 d時(shí)，T1和T2的pH都達(dá)到最大值8.4，隨后快速下降；在第13 d時(shí)，pH開(kāi)始趨于平緩，但CK的pH在降低以后仍然有繼續(xù)升高的趨勢(shì)；在平穩(wěn)期，T1與T2的pH分別維持在7.6～7.9和7.4～7.6，這可能與2種腐熟劑的菌種組成相關(guān)，不同菌種的代謝方式存在差異。

圖2 堆肥過(guò)程中pH的變化

圖3 堆肥過(guò)程中水分的變化

2.3 堆肥過(guò)程中水分的變化

如圖3所示：在整個(gè)堆肥過(guò)程中，水分一直呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)；在堆肥的第0～13 d時(shí)，3個(gè)條垛的水分差異不大；從第13 d開(kāi)始，3個(gè)條垛的水分差異有所增大，水分損失速率為T1>T2>CK，這與3者間的溫度差異直接相關(guān)，溫度高更利于水分的散失。

2.4 堆肥過(guò)程中種子發(fā)芽率的變化

由于堆肥最終將作為有機(jī)肥或生物有機(jī)肥應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，而種子發(fā)芽率被認(rèn)為是最敏感、最有效、最能反映堆肥產(chǎn)品對(duì)植物毒性大小的腐熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)[7]。

如圖4所示：在腐熟過(guò)程中，加入腐熟劑的有機(jī)物料在第1～7 d的種子發(fā)芽率由16%降至4%～5%，低于初始值；隨著腐熟的進(jìn)行，種子發(fā)芽率開(kāi)始逐漸上升；T1在第20 d時(shí)達(dá)到基本腐熟，而T2在第23 d時(shí)才達(dá)到基本腐熟；CK的種子發(fā)芽率變化不大，一直維持在16%～20%。可見(jiàn)，腐熟劑A可以在20 d內(nèi)完成基本腐熟，第35 d時(shí)已經(jīng)完全腐熟；同時(shí)也說(shuō)明，使用腐熟劑能很好地解除有機(jī)物料的毒性。

圖4 堆肥過(guò)程中種子發(fā)芽率的變化

2.5 堆肥過(guò)程中C/N的變化

C/N是有機(jī)物料總有機(jī)碳與總氮的比值，是堆肥的基本特征之一，也是最常用于評(píng)價(jià)腐熟度的參數(shù)之一。在實(shí)際堆肥過(guò)程中，起始C/N一般為25～30。Garcia C.等研究表明[8]，當(dāng)堆肥的C/N從初始的30降至20以下時(shí)，就可認(rèn)為已基本腐熟，否則堆肥進(jìn)入土壤有可能與植物爭(zhēng)奪氮源，降低土壤肥力。

圖5 堆肥過(guò)程中C/N的變化

如圖5所示：有機(jī)物料的初始C/N為34，當(dāng)堆肥進(jìn)行到第20 d時(shí)，T1和T2的C/N分別降為20和22，而CK為29；在第35 d時(shí)，T1和T2的C/N分別降為16和19，而CK為27。由此可見(jiàn)，T1和T2在堆肥過(guò)程中隨著微生物的生長(zhǎng)，C/N降低較快，而CK變化不顯著。

2.6 堆肥過(guò)程中E4/E6的變化

堆肥腐殖酸在465 nm和665 nm處有特殊吸收峰，其吸光度的比值(E4/E6)與腐殖酸分子大小或分子間的縮合程度有直接關(guān)系。在正常狀態(tài)下，E4/E6隨腐殖酸分子量的增加或縮合程度的增大而減小，因此E4/E6是衡量堆肥腐殖酸作用的重要指標(biāo)。

如圖6所示：在3組試驗(yàn)中，E4/E6都存在先上升后降低的趨勢(shì)，但其變化程度為T1>T2>CK，其原因可能是T1微生物生命活動(dòng)較為劇烈；第7～9 d時(shí)，大量的大分子物質(zhì)被降解為小分子物質(zhì)；后期隨著堆肥的進(jìn)行，小分子物質(zhì)又被逐漸縮合為腐殖酸。

圖6 堆肥過(guò)程中E4/E6的變化

2.7 堆肥過(guò)程中腐殖酸含量的變化

有機(jī)物料中腐殖酸的含量直接影響有機(jī)肥或生物有機(jī)肥的有機(jī)質(zhì)含量，高品質(zhì)的有機(jī)物中含有大量的活性腐殖酸，能夠有效提高有機(jī)質(zhì)的含量，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成。

圖7 堆肥過(guò)程中腐殖酸含量的變化

如圖7所示：隨著堆肥的進(jìn)行，有機(jī)質(zhì)的含量呈現(xiàn)先快速增加后略微下降的趨勢(shì)；第0～15 d時(shí)，腐殖酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)由12%升高至36%～37%；第15～30 d時(shí)，腐殖酸含量基本穩(wěn)定；第30 d后，腐殖酸含量又呈現(xiàn)略微下降的趨勢(shì)。

3 結(jié)果與討論

隨著我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，堆肥處理規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)腐熟劑的企業(yè)也越來(lái)越多，但市場(chǎng)上微生物菌劑產(chǎn)品的質(zhì)量參差不齊。試驗(yàn)通過(guò)接種農(nóng)大肥業(yè)生產(chǎn)的腐熟劑處理豬糞堆肥并與豬糞提供廠家原有的腐熟劑進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)檢測(cè)堆肥發(fā)酵過(guò)程中各項(xiàng)理化指標(biāo)的變化，研究了農(nóng)大肥業(yè)腐熟劑對(duì)豬糞堆肥效果的影響。

(1)在3個(gè)試驗(yàn)組中，T1升溫迅速，且每次翻堆前的最高溫度高于55 ℃的次數(shù)均高于T2和CK。隨著腐熟的進(jìn)行，種子發(fā)芽率開(kāi)始逐漸上升，T1的有機(jī)物料在第20 d時(shí)達(dá)到基本腐熟，T2在第23 d時(shí)達(dá)到基本腐熟，而CK的種子發(fā)芽率變化不大，一直維持在16%～20%。可見(jiàn)，在堆肥過(guò)程中，農(nóng)大肥業(yè)腐熟劑能夠快速升溫，促進(jìn)有機(jī)物料的快速腐熟，同時(shí)使用腐熟劑也能很好地解除有機(jī)物料的毒性。

(2)在整個(gè)堆肥過(guò)程中，隨著微生物的生長(zhǎng)代謝，T1和T2的C/N降低得較快，由34分別降至16和19；而CK只降至27，變化不顯著。

(3)3個(gè)試驗(yàn)組的E4/E6變化程度為T1>T2>CK。在整個(gè)堆肥過(guò)程中，由于微生物的生命活動(dòng)，前期有機(jī)物料中的大分子物質(zhì)被微生物分泌的蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶、半纖維素酶等降解；但隨著堆肥的繼續(xù)進(jìn)行，小分子類的氨基酸、多肽、單糖等又被逐漸合成為腐殖酸類物質(zhì)，分子量逐漸增大。這與汪珍川等[9]研究的豬糞添加稻草高溫堆腐的E4/E6先上升后平穩(wěn)的規(guī)律有所差異，且本研究后期E4/E6存在下降趨勢(shì)，其原因有待進(jìn)一步研究。

(4)在整個(gè)堆肥過(guò)程中，腐殖酸含量呈現(xiàn)先快速增加后逐漸穩(wěn)定，最后略微下降的趨勢(shì)，與程紅勝等[10]研究的菌劑在豬糞腐熟中的腐殖酸變化規(guī)律基本一致。總體來(lái)看，T1的合成能力高于T2，且兩者均高于CK。這表明農(nóng)大肥業(yè)腐熟劑在堆肥過(guò)程中微生物代謝活性更強(qiáng)，能夠顯著提高豬糞的腐殖化程度。

本研究只對(duì)溫度、水分、pH、發(fā)芽率、C/N、E4/E6、腐殖酸含量等的變化規(guī)律進(jìn)行了研究，應(yīng)用于對(duì)特定有機(jī)物料堆腐的進(jìn)程進(jìn)行表征完全沒(méi)有問(wèn)題。當(dāng)有機(jī)物料的組成發(fā)生變化時(shí)，還需要增加其他的指標(biāo)進(jìn)行表征，如銨態(tài)氮/硝態(tài)氮、腐殖化系數(shù)(CHA/CFA)、實(shí)際肥效等。在今后的研究中需繼續(xù)增加測(cè)定指標(biāo)，尋找到具有普遍代表性的指標(biāo)進(jìn)行表征，以期為有機(jī)物料的腐熟評(píng)價(jià)提供更全面的評(píng)價(jià)體系。