有機肥條垛式和槽式發酵在生產上的應用比較

吳明明 韓鵬 李平樂

[摘 要] 上海農場有機肥料廠的商品有機肥好氧發酵生產工藝主要有2種，一是條垛式堆積發酵，二是槽式堆積發酵。在保證原料、環境及試驗操作一致的條件下，將雞糞、豬糞、菌渣作為有機肥生產原料分別進行條垛式和槽式好氧發酵，結果表明，條垛式發酵方式需要29 d完成一次發酵形成合格堆肥產品，槽式發酵需要45 d完成一次發酵形成合格堆肥產品。從發酵周期角度比較，條垛式堆積發酵優于槽式堆積發酵。

[關鍵詞] 有機肥;條垛式;槽式;好氧發酵

[中圖分類號] S141 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2020）24-108-2

隨著我國畜禽養殖業的大力發展，集約化和規模化養殖程度越來越高，我國每年產生約38億t畜禽糞污，這些糞污成為農業面源污染的主要來源。推廣畜禽糞污處理技術對于實現畜禽糞污資源化和無害化利用，提高畜禽養殖者經濟收入，促進農業和農村經濟可持續發展，推進生態文明建設、貫徹綠色發展理念具有十分重要的意義。畜禽糞便是我國傳統的有機肥料，養分齊全，有機質含量高，適量施用可以改良土壤、培養地力，防止土質下降，還可提高農產品產量與品質。由于當前農業生產長期過量使用化學肥料，土壤內有機質含量日益減少，腐殖質得不到及時補充，微生物活性降低，造成土壤板結、養分流失、保水保肥性能下降，對土壤的污染也日趨嚴重。

上海農場有機肥料廠商品有機肥生產方式有槽式發酵和條垛式發酵2種。槽式發酵將物料置于發酵槽內，利用生物學特性結合先進的機械化技術作用，通過槽式翻拋機械進行翻拋、攪拌及破碎，使物料發酵、腐熟、降解的一種堆肥工藝。條垛式發酵是將原料混合物堆成長條形的條垛，是一種常見的好氧發酵方法。

1 材料與方法

1.1 堆肥材料

試驗在上海農場有機肥料廠進行，有機肥生產原料為上海農場境內生豬集團的豬糞、禽業公司的雞糞以及當地菌菇廠的菌菇渣，其理化參數如表1所示。

表1 主要原料養分參數

[項目 水分/% 氮（N）/% 磷（P2O5）/% 鉀（K）/% C/N 豬糞 60 0.50 0.55 0.40 21∶1 雞糞 65 1.63 1.54 0.85 14∶1 菌渣 48 1.72 0.86 1.95 33∶1 ]

1.2 堆肥工藝

將豬糞、雞糞、菌渣按照1∶1∶1混合成發酵原料，條垛式堆積發酵為把原料堆為長30.0 m、寬2.8 m、高1.2 m的三角形堆提;槽式堆積發酵為把所需的固體糞便與輔料混合好放置在長35.0 m、寬3.0 m、高1.2 m的水泥發酵槽內，兩種堆肥均為隔1 d翻堆一次。

1.3 堆肥不同處理中取樣方法及測定

自有機肥建堆之日起，每隔1 d對堆體進行取樣，選取條垛式堆體和槽式堆體的兩側和頂部分別混合粉碎作為樣品，定時檢測堆體的溫度、含水率。

對于溫度測量，每天在2種堆體不同位置50 cm深度處測量溫度值，并將平均值作為當天堆體溫度。采用鹵素水分測定儀測定樣品含水量。

2 有機肥發酵原理

2.1 堆肥過程中有機質轉化

通過堆肥中的微生物把有機質進行復雜的轉化，該轉化可以概括為2個過程：一是有機質的礦化過程，即把復雜的有機物分解成為單質，最后生成二氧化碳、水和礦物質營養素等;二是有機質的腐殖化過程，也就是有機質被分解并重新合成以產生更復雜的特殊有機質——腐殖質。

2.2 有機肥厭氧發酵

厭氧發酵則是在無氧條件下的有機物分解，產生甲烷、二氧化碳、有機酸等，并易產生臭味，而且發酵溫度相對低、時間長。傳統肥料發酵都采用厭氧發酵，發酵周期比較長，發酵不徹底，一些病原菌和寄生蟲不能被有效殺死，一般不采用。而且發酵產生熱量不均勻，肥料內水分不易散失，在實際生產中出現被壓實板結的肥料，不利于農業施用。

3 有機堆肥好氧發酵過程

3.1 升溫階段

在堆肥生產的初始階段，堆肥中的微生物主要是嗜溫和好氧的菌種。微生物先利用易分解的有機物進行營養和繁殖，產生二氧化碳和水，同時產生熱量使堆肥迅速升溫，依靠中溫型微生物堆肥的溫度連續升高至30～40 ℃，被稱為升溫階段。

3.2 高溫階段

當堆肥溫度上升到45 ℃左右，嗜熱性的微生物取代中溫型微生物開始工作，溫度持續上升至55～60 ℃及以上，進入高溫階段。在高溫階段，嗜熱微生物把堆肥中復雜的有機物質進行強烈分解并產生大量熱量，溫度可以上升至60～70 ℃，在這個溫度下，病原菌、蟲卵、草籽等均可被殺死。高溫也可以帶走堆體的水分，在高溫階段，堆體的高度可以明顯降低。

4 試驗結果

4.1 不同堆肥處理方式溫度變化

堆肥溫度在無害化處理中起著非常重要的作用。其可以通過高溫有效殺死有機肥中的病原體。根據中國高溫發酵衛生標準（GB 7959—87），最高發酵溫度要求在50～55 ℃以上持續5～7 d。如圖1所示，堆疊的溫度逐漸升高，第2天超過55.0 ℃，第5天達到最高值67.5 ℃，然后開始下降。槽式堆肥發酵的溫度逐漸升高，到第7天溫度升至最高58.9 ℃，然后開始下降。兩種不同堆肥處理最高溫存在差距，可能好氧發酵程度不同。就條垛式發酵而言，其移動翻拋機功率較大，可以把物料粉碎拋出5～10 m，物料在空氣中停留時間相對較長，氧氣相對充足，其好氧微生物繁殖速度快。槽式電動翻拋機功率小于條垛式移動翻拋機，翻拋時主要是把槽內底層物料翻拋到上層，與氧氣接觸不充分，好氧發酵程度不及條垛式堆肥處理。

4.2 不同堆肥處理方式含水率變化

水的適宜性直接影響有機肥發酵的速度和成熟度。研究表明，以牲畜秸稈為原料的有機肥料堆肥的適宜含水量應為55%～65%。堆肥中的水可以參與微生物的代謝和調節堆肥溫度。如圖2所示，條垛式堆肥和槽式堆肥的初始含水量均為61%，并且條垛式堆肥和槽式堆肥的含水量均隨發酵時間逐漸降低。其中，條垛式堆肥處理的有機肥料含水量降低至40%，并在第29天左右保持相對穩定。當發酵溫度相對穩定時，槽式堆肥的含水量仍為45%，失水率遠低于條垛式堆肥。

5 小結與討論

5.1 小結

在相同有機肥生產原料情況下，條垛式堆肥處理升溫速度和含水率降低速度均快于槽式堆肥處理，有機肥堆肥的溫度和含水率都是有機肥發酵進展的宏觀反映。條垛式發酵采用翻拋方式，發酵周期29 d左右。槽式發酵采用翻堆方式，發酵周期45 d左右。條垛式移動翻拋機可以把物料充分拋到空中，而且因為功率較大兼備了一定的粉碎功能，大大增加了物料與空氣接觸面積，所以條垛式翻拋物料相對全面充分沒有死角。槽式翻拋只是把發酵槽底部的物料翻到上面，槽式翻拋由于發酵槽結構原因，槽壁和底部不能翻拋到而存在厭氧區域，易產生結塊。

5.2 討論

條垛式堆肥發酵技術難度小，對發酵場地要求低，處理量大，借助移動翻拋機翻拋方便靈活，可提高有機肥生產效率。槽式堆肥發酵對場地投入要求較大，發酵周期較長，處理效率低。所以，一般有機肥好氧發酵多采用條垛式移動翻拋發酵方式。