雞糞與秸稈耐低溫堆肥發(fā)酵效果研究

劉會(huì)芳　吳玉德　鹿鑫　祝延立　張?jiān)朴啊⊥鯇⑿瘛±钇健堄啊№n笑　劉宇涵　馬金鳳　王夢(mèng)澤

摘要 ? ?本文通過(guò)對(duì)秸稈與雞糞低溫堆肥發(fā)酵過(guò)程中堆肥成分的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析來(lái)對(duì)其發(fā)酵效果進(jìn)行初步探究，對(duì)溫度和全氮、氧化鉀、五氧化二磷、有機(jī)質(zhì)含量等成分指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果表明，在雞糞與秸稈耐低溫堆肥發(fā)酵過(guò)程中，各堆肥成分存在一定變化。堆肥的溫度變化范圍始終低于50 ℃，且隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，全氮含量顯著降低，五氧化二磷含量顯著提高。

關(guān)鍵詞 ? ?雞糞;秸稈;耐低溫堆肥;發(fā)酵效果

中圖分類號(hào) ? ?S141.4 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2020）16-0156-02

Fermentation ?Effect ?of ?Low ?Temperature ?Resistant ?Compost ?of ?Chicken ?Manure ?and ?Straw

LIU Hui-fang 1 ? ?WU Yu-de 1 * ? ?LU Xin 2 ? ?ZHU Yan-li 2 ? ?ZHANG Yun-ying 2 ? ?WANG Jiang-xu 2 ? ?LI Ping 3

ZHANG Ying 4 ? ?HAN Xiao 1 ? ?LIU Yu-han 1 ? ?MA Jin-feng 1 ? ?WANG Meng-ze 1

（1 College of Life Science， Jiamusi University， Jiamusi Heilongjiang 154007; 2 Jilin Academy of Agricultural Sciences;

3 Tibet Zangjia Ecological Science & Technology Development Co.， Ltd.; 4 Jiaohe Animal Husbandry Station）

Abstract ? ?By monitoring and analyzing the dynamic changes of components in the fermentation process of low temperature compost of chicken manure and straw， this paper preliminarily explored the fermentation effect. The correlation between temperature and total nitrogen， potassium oxide， phosphorus pentoxide and organic matter content was analyzed. The results showed that the compost components of chicken manure and straw had some changes in the fermentation process of low temperature resistant compost. The temperature range of compost was always lower than 50 ℃， with the extension of fermentation time， the total nitrogen content decreased significantly， and the phosphorus pentoxide content increased significantly.

Key words ? ?chicken manure; straw; low temperature resistant compost; fermentation effect

黑龍江省每年都會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)固體廢棄物，主要包括秸稈和雞糞等，其有機(jī)質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)元素含量均十分豐富[1]。如何有效地利用和處理這些廢棄物已成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中廢棄物大多自然發(fā)酵、直接施用或焚燒，會(huì)造成可再生性資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，引發(fā)環(huán)境污染問(wèn)題，加速病蟲害的滋生和病毒的傳播[2]。自然發(fā)酵堆肥中微生物比較單一，難以完成作物秸稈復(fù)雜纖維素結(jié)構(gòu)的有效降解[3]，同時(shí)糞便中的有機(jī)質(zhì)分解不徹底、惡臭難消、養(yǎng)分損失大，甚至導(dǎo)致燒苗。

目前，利用微生物菌劑堆肥處理是實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢物無(wú)害化、資源化的一種有效手段[4]，但北方冬季低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，使堆肥處理受到限制，因而關(guān)于低溫環(huán)境下堆肥的研究和報(bào)道較少。利用耐低溫復(fù)合生物菌劑在低溫條件下氧化外源物質(zhì)，可在保證催化效率的同時(shí)降低堆肥啟動(dòng)溫度，縮短發(fā)酵時(shí)間，提升發(fā)酵速率[5]，并且具有保氮作用。該方法能夠有效解決秸稈和雞糞冬季降解慢、發(fā)較難的問(wèn)題，能產(chǎn)出大量高品質(zhì)有機(jī)肥，節(jié)約成本，優(yōu)化土壤生態(tài)系統(tǒng)[6]。

本試驗(yàn)應(yīng)用耐低溫微生物菌劑進(jìn)行雞糞與秸稈低溫堆肥發(fā)酵，通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程中堆肥成分的動(dòng)態(tài)變化，來(lái)初步探明其堆肥發(fā)酵的效果，以期高效快速地解決高寒地區(qū)冬季秸稈與糞污腐解困難的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢物的資源化高效利用，加快建立農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用新模式。

1 ? ?材料與方法

1.1 ? ?試驗(yàn)材料

秸稈為經(jīng)初步粉碎打包處理的廢棄秸稈，約1.5 t;雞糞購(gòu)自佳木斯市附近農(nóng)戶養(yǎng)雞場(chǎng)，約50 t;低溫發(fā)酵菌采集自西藏山南市浪卡子縣（東經(jīng)90°20′56.5″，北緯29°13′16.5″），從海拔高度5 016 m處土壤中采集植物半腐解枯落物樣品，經(jīng)篩選、培養(yǎng)等操作過(guò)程后擴(kuò)繁的微生物菌群，與市售芽孢桿菌、固氮菌、木霉等按一定活菌數(shù)比例混合，復(fù)配后制成耐低溫菌劑。

1.2 ? ?試驗(yàn)方法

2019年4月15日在黑龍江省佳木斯市科技園區(qū)基地內(nèi)進(jìn)行玉米秸稈和雞糞堆肥發(fā)酵試驗(yàn)。按照耐低溫發(fā)酵菌劑6 kg、稻糠37.5 kg、紅糖4.5 kg的質(zhì)量配比進(jìn)行充分翻拌混合成發(fā)酵底料;將秸稈按照每層0.5 m的厚度平攤于地面，同時(shí)逐層添加秸稈、噴水、撒發(fā)酵料，使得堆肥水分含量達(dá)60%～65%，同時(shí)分層均勻混入50 t雞糞，最后形成山形發(fā)酵垛并覆蓋塑料大棚膜;于2019年4月21日、4月30日、5月16日進(jìn)行翻堆作業(yè)，翻堆結(jié)束再重新覆蓋塑料棚膜。使用鐵扦取發(fā)酵垛中心的秸稈雞糞堆肥混合樣品進(jìn)行測(cè)溫，3次重復(fù)，樣品風(fēng)干后裝袋。堆肥總有機(jī)質(zhì)、全氮、五氧化二磷、氧化鉀等指標(biāo)，分別參照NY 525—2012、NY 2542—2014、NY 2541—2014、NY 2540—2014等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

1.3 ? ?數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel整理后，利用SPSS 21.0軟件進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、顯著性差異分析。

2 ? ?結(jié)果與分析

2.1 ? ?發(fā)酵溫度變化

溫度是衡量堆肥腐熟程度和品質(zhì)的重要指標(biāo)，是影響微生物活動(dòng)的關(guān)鍵因素。高溫可殺死病原菌、寄生蟲卵、蠅蛆及農(nóng)作物害蟲，適宜的溫度下有機(jī)質(zhì)分解速度最快。不同發(fā)酵時(shí)期堆體溫度變化見(jiàn)圖1。由圖1可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，堆肥初次翻堆后，升溫幅度較快，升至約45 ℃后逐漸趨于平緩，后經(jīng)2次翻堆降溫后堆肥溫度均呈逐步上升趨勢(shì)，并在升溫至約47 ℃后趨于平緩;堆肥首次翻堆后的4月21日、4月22日與其他任何時(shí)期差異顯著，后2次翻堆前后溫度無(wú)顯著性變化。

2.2 ? ?養(yǎng)分指標(biāo)及失重率變化

養(yǎng)分指標(biāo)是堆肥腐熟程度的重要判定標(biāo)準(zhǔn)。不同日期的樣品養(yǎng)分含量存在一定的差異（表1）。由此可以看出，5月5日時(shí)全氮含量4.39 g/kg和有機(jī)質(zhì)含量70.68 g/kg分別高于5月30日對(duì)應(yīng)的3.38 g/kg和67.98 g/kg;5月5日時(shí)氧化鉀含量4.45 g/kg和五氧化二磷含量5.21 g/kg分別低于5月30日對(duì)應(yīng)的4.82 g/kg和5.63 g/kg。其中，全氮及五氧化二磷含量在不同時(shí)期差異顯著，而不同時(shí)期的氧化鉀及有機(jī)質(zhì)含量變化無(wú)顯著差異。

3 ? ?結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，利用耐低溫生物菌劑進(jìn)行雞糞與秸稈的低溫堆肥發(fā)酵過(guò)程中，各堆肥成分存在一定的變化：堆體的溫度變化范圍始終低于50 ℃;隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，氮素?fù)p失嚴(yán)重，全氮含量顯著降低，五氧化二磷含量隨著有機(jī)質(zhì)的分解而顯著提高。

在堆肥發(fā)酵過(guò)程中，隨著堆肥物料成分的釋放和轉(zhuǎn)化，各種理化性質(zhì)均發(fā)生不同程度的變化，單一的指標(biāo)無(wú)法準(zhǔn)確反映堆肥的質(zhì)量變化[7]。適宜的溫度是保證堆肥得以順利進(jìn)行的重要條件，溫度會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)，堆肥溫度的回落是發(fā)酵完成的一個(gè)標(biāo)志[8]。高溫期是堆肥過(guò)程中最重要的階段，堆體溫度連續(xù)3 d>55 ℃可以殺死堆體內(nèi)的大部分病原體。根據(jù)《糞便無(wú)害化衛(wèi)生要求》（GB 7959—2012）中規(guī)定，堆制肥料過(guò)程中最高的堆體溫度應(yīng)在50～55 ℃維持5～7 d，或者在55 ℃以上維持3 d[9]。本試驗(yàn)中，堆肥溫度的變化趨勢(shì)并不符合堆肥發(fā)酵過(guò)程溫度變化的常規(guī)規(guī)律。堆肥升溫十分迅速，而后長(zhǎng)期穩(wěn)定維持在40～46 ℃，在每次翻堆后堆體溫度有所下降，但會(huì)在短時(shí)間內(nèi)快速升至43 ℃以上。在堆肥發(fā)酵過(guò)程中，所測(cè)樣品溫度均值均遠(yuǎn)低于50 ℃，不足以殺死堆肥內(nèi)的大部分病原體。這可能是由于加入了過(guò)多的雞糞，導(dǎo)致水分含量控制不當(dāng)、糞便分布不均導(dǎo)致碳氮比例失衡，或取樣過(guò)程存在一定的人為誤差;全氮及五氧化二磷含量在不同時(shí)期差異顯著（P<0.05，n=2），氧化鉀及有機(jī)質(zhì)含量變化則無(wú)顯著差異。全氮含量在發(fā)酵前期顯著高于發(fā)酵后期，可能是處理中的C/N值較低。因?yàn)樘荚词俏⑸锷L(zhǎng)的限制因素，碳素含量低，則有機(jī)物的分解速度慢，過(guò)量的氮素在堆肥初期隨著溫度、pH值的升高出現(xiàn)了一定的損失[10-11]。五氧化二磷含量在發(fā)酵后期顯著高于發(fā)酵前期，這是由有機(jī)質(zhì)分解后“濃縮效應(yīng)”引起的，磷含量與有機(jī)質(zhì)分解強(qiáng)度有密切關(guān)系。

4 ? ?參考文獻(xiàn)

[1] 黃紹文，唐繼偉，李春花.我國(guó)商品有機(jī)肥和有機(jī)廢棄物中重金屬、養(yǎng)分和鹽分狀況[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2017，23（1）：162-173.

[2] 樊琳.農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物生物發(fā)酵進(jìn)行大棚CO2施肥及其殘?jiān)馁Y源化利用[D].杭州：浙江大學(xué)，2010.

[3] 陳展.秸稈堆肥中纖維素降解菌的篩選及組合[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

[4] 關(guān)法春，劉亮，苗彥軍，等.低溫菌對(duì)冬季水稻秸稈發(fā)酵腐解特性的影響[J].西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，45（4）：8-12.

[5] 高云航，勾長(zhǎng)龍，王雨瓊，等.1株高效低溫纖維素分解菌的分離鑒定及產(chǎn)酶條件優(yōu)化[J].中國(guó)獸醫(yī)雜志（12）：51.

[6] 張建華.典型有機(jī)廢棄物堆肥化產(chǎn)品的基質(zhì)利用和對(duì)土傳細(xì)菌病害抑制作用的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2012.

[7] 趙秀玲，朱新萍，羅艷麗，等.溫度與秸稈比例對(duì)牛糞好氧堆肥的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2014，8（8）：334-340.

[8] 牛明芬，趙明梅，郭睿，等.不同微生物菌劑對(duì)畜禽糞便堆肥效果的溫度指標(biāo)研究[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2010，30（5）：51-52.

[9] 蔡海森.雞糞與稻殼堆肥影響因素的研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

[10] 關(guān)法春，李忠和，韓麗麗，等.畜禽糞便與秸稈混合低溫發(fā)酵堆肥技術(shù)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2019（18）：158.

[11] 張書敏，徐鳳花，代歡，等.低溫復(fù)合菌系對(duì)玉米秸稈與牛糞堆肥的影響[J].中國(guó)土壤與肥料，2017（2）：136-140.

基金項(xiàng)目 ? 2019年佳木斯大學(xué)校長(zhǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基金項(xiàng)目（XZYF2019-28）;吉林省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程研究生基金項(xiàng)目“冬季糞污耐低溫發(fā)酵菌劑的應(yīng)用與生產(chǎn)示范”。

作者簡(jiǎn)介 ? 劉會(huì)芳（1993-），女，黑龍江哈爾濱人，在讀碩士研究生。研究方向：生物學(xué)。

通信作者

收稿日期 ? 2020-04-16