添加菌劑對羊糞和菌渣好氧堆肥進程的影響

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品質量的影響，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℃以上的天數分別為36 d和37 d，均達到了高溫堆肥的衛生標準；堆肥產品的總養分含量分別為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，經后續商品化生產工序便可達標。本試驗中添加菌劑顯著提高了堆肥產品的電導率（EC），但對堆肥進程和堆肥質量其余各項指標均無顯著影響，因此實際生產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

隨著我國畜禽養殖和食用菌產業的快速發展，畜禽糞便和食用菌菌渣的產生量也越來越大，2014年我國畜禽規模化養殖的糞便和食用菌菌渣產生量分別約為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分和氮、磷、鉀等無機養分，是具有巨大潛力的資源庫[4，5]。限于技術和產業化滯后等原因，我國農業廢棄物利用率僅為34%[6]，大多被隨意擱置暴露在外，甚至直接排入江河湖泊，導致環境污染。2010年《全國第一次污染源普查公報》指出，畜禽養殖已成為中國最重要的農業面源污染源之一[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，促使羊的集約化養殖業快速發展。據統計，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、菌渣等農業固體廢棄物最經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，進而提升工廠化生產環境和經濟效益。

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有限公司規模化養殖場，菌渣（金針菇菌渣）來自河北九道菇生物科技有限公司，菌劑由山東省農業科學院資源與環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調節物料添加比例，初始含水率調至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地生產工藝，將原材料用攪拌機充分拌勻后堆成條垛進行發酵（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。

發芽指數（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培養皿內，并于培養皿內均勻排布50粒飽滿的油菜種子（束腰油菜）， 28℃恒溫培養箱中培養48 h，以蒸餾水作對照[13]。計算公式如下：

GI（%）=處理發芽率×處理平均根長對照發芽率×對照平均根長×100 。

1.4 數據處理

試驗數據用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0統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不同類型微生物活性變化的重要反應，同時也是實現堆肥無害化和穩定化的重要評價指標。由圖1a可知，堆肥過程中的環境溫度在14.0～24.0℃之間，相對穩定。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℃以上的天數分別為36 d和37 d，均達到了高溫堆肥的衛生標準[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物質的載體，還可以蒸發帶走熱量，調節堆體溫度，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]，但經后續物料轉運等一系列工序便可達到要求。

2.2 總氮、總磷和總鉀養分的變化

堆肥產熱本質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等形式揮發損失，造成氮元素和碳元素絕對量及總干物質質量逐漸減少，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品總養分含量分別為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]的養分含量要求，說明添加菌劑對堆肥產品的總養分含量無顯著影響。

2.3 pH、EC值的變化

pH是堆肥過程控制的重要參數，適宜的pH值能有效提高微生物活性，促進堆肥進程，減少養分損失。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。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被分解產生大量可溶性小分子物質造成的[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 發芽指數（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芽試驗，用發芽指數（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芽試驗，結果如圖4所示。對照組和處理組的發芽指數在25 d內變化幅度較小，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分解轉化，產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揮發速率下降，原來受高溫抑制的硝化菌活性增強，硝化作用產生大量的H+所致[9]。堆肥質量上，兩組均符合糞便無害化衛生標準[14]，達到了殺滅有害病原菌及害蟲的效果；添加菌劑對堆肥產品的pH值、總養分含量和GI值均無顯著影響，但使堆肥產品的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量上與對照組的表現基本一致，未表現出較明顯的促進效果，這與鄭衛聰[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完成了畜禽糞便的堆肥化處理[22-24]，因此在實際生產中應進行菌劑的空白對比試驗，以免盲目使用增加成本。

參 考 文 獻：

[1] 國家統計局.中國統計年鑒2015[M].北京：中國統計出版社， 2015.

[2] 孫良媛，劉濤，張樂.中國規模化畜禽養殖的現狀及其對生態環境的影響[J].華南農業大學學報（社會科學版），2016， 15（2）： 23-30.

[3] 楊鵬，韓建東，萬魯長，等.利用杏鮑菇菌渣栽培平菇試驗[J].中國食用菌， 2015， 34（5）： 14-16.

[4] 李文哲，徐名漢，李晶宇.畜禽養殖廢棄物資源化利用技術發展分析[J].農業機械學報， 2013，44（5）：135-142.

[5] 刁清清，毛碧增.蘑菇渣處理現狀及在農業生產上的應用[J].浙江農業科學， 2012（12）：1710-1712.

[6] 黃鴻翔，李書田，李向林，等.我國有機肥的現狀與發展前景分析[J].土壤肥料， 2006（1）：3-8.

[7] 石嫣，程存旺，朱藝，等.中國農業源污染防治的制度創新與組織創新——兼析《第一次全國污染源普查公報》[J].農業經濟與管理， 2011（2）： 27-37.

[8] 邱珊蓮，張少平，翁伯琦，等.雞糞菌渣好氧堆肥過程中氨氧化古菌及氨氧化細菌群落的動態變化[J].農業環境科學學報， 2016， 35（3）： 573-583.

[9] 周江明，王利通，徐慶華，等.適宜豬糞與菌渣配比提高堆肥效率[J].農業工程學報，2015， 31（7）：201-207.

[10] 郭夏麗，張靜曉，王靜，等.菌渣和牛糞聯合堆肥中的氮素轉化研究[J].鄭州大學學報（工學版）， 2012，33（1）：71-74.

[11] 中華人民共和國農業部.有機肥料：NY525—2012[S].北京：中國標準出版社， 2012.

[12] Yang Y， Li N， Sun Q P， et al. Research on vegetable waste aeration oxygen-supply compost and its ammonia volatilization[J]. Advanced Materials Research，2014，3248（955）：2845-2850.

[13] 張亞寧.堆肥腐熟度快速測定指標和方法的建立[D].北京：中國農業大學， 2004.

[14] 中華人民共和國衛生部，中國國家標準化管理委員會.糞便無害化衛生標準：GB7959—2012[S].北京：中國標準出版社， 2013.

[15] 李劍.蔬菜廢棄物堆肥技術參數的優化研究[D].上海：上海交通大學， 2011.

[16] 聶永豐.三廢處理工程技術手冊[G].北京：化學工業出版社， 2000.

[17] Smars S， Gustafsson L， Bech-Friis B， et al. Improvement of the composting time for household waste during an initial low pH phase by mesosphilic temperature control [J]. Bioresource Technology， 2002， 84（3）： 237-241.

[18] 龔建英， 田鎖霞， 王智中， 等. 微生物菌劑和雞糞對蔬菜廢棄物堆肥化處理的影響[J]. 環境工程學報， 2012， 6（8）： 2813-2817.

[19] Neyla S， Soulwene K， Fadhel M， et al. Microbiological parameters and maturity degree during composting of Posidonia oceanica residues mixed with vegetable wastes in semi-arid pedo-climatic condition [J]. Journal of Environmental Sciences， 2009， 21（10）： 1452-1458.

[20] 鄭衛聰，王俊，王曉明，等.不同堆置措施對園林有機廢棄物堆肥有機物降解的影響[J].華南農業大學學報，2012，33（1）：28-32.

[21] 田赟，王海燕，孫向陽，等.添加竹酢液和菌劑對園林廢棄物堆肥理化性質的影響[J].農業工程學報，2010，26（8）：272-278.

[22] 黃川，李家祥，王里奧，等.碳與氮質量比對雞糞與玉米秸稈混合堆肥的影響[J].中南大學學報（自然科學版），2012，43（12）：4956-4961.

[23] 代黎，全學軍，項錦欣，等.山羊糞污靜態好氧堆肥試驗[J].重慶理工大學學報（自然科學），2014，28（1）：54-59.

[24] 盧秉林，王文麗，李娟，等.小麥秸稈添加量對羊糞高溫堆肥腐熟進程的影響[J].中國農業大學學報，2010，15（2）：30-34.