高原高寒地區羊糞好氧堆肥方案篩選

摘要：為了探索西藏高原高寒地區羊糞好氧堆肥工藝，設計試驗對羊糞堆肥的初始濕度、添加的復合微生物菌劑及堆肥方式進行篩選。以西藏日喀則市羊糞為原料，對堆體設置了不同的初始濕度、添加了4種不同的商品化復合微生物菌劑，并根據添加的菌劑將堆體分為菌1組、菌2組、菌3組和菌4組，每組3個重復。其中菌1組和菌2組采取恒溫箱堆肥，溫度設定為40 ℃；菌3組和菌4組采取室外堆肥。實驗周期為4周，每周采集樣品，檢測堆肥腐熟度指標。比較各組指標變化，篩選最適初始濕度、復合微生物菌劑及堆肥方式。結果表明，在西藏高原高寒地區4周的堆肥時間不足以產生穩定和成熟的有機肥，但通過各項指標的比較可知，50%初始濕度水平下復合菌劑3室外堆肥組有較好的堆肥效果，其有機質含量在堆肥14天時下降了25.53%，堆肥結束時C/N比降低了24.92%，但由于菌3組為室外堆肥，存在氮損失，其總氮含量并不是最高值。基于以上研究，后期試驗可以選擇50%濕度水平、復合菌劑3進行室外堆肥，并采取適當保溫、保氮措施、延長堆肥時間，使其充分腐殖化，形成成熟穩定的堆肥。

關鍵詞：西藏；高原；高寒；堆肥；微生物菌劑；濕度

畜禽養殖業是西藏的主導產業，近年來，國家采取了一系列強農惠農和農業援藏政策，西藏農牧業得到快速發展，農牧民收入穩步增長。然而，21世紀以來西藏農業面源污染情況日益突出，其中以畜禽糞便為主要的污染源[1]。西藏地理位置特殊，是眾多河流的發源地，是東亞和南亞的“江河源”和“生態源”，在此發展一切的前提是保護環境，因此，迫切需要經濟上可行、社會上接受和生態友好的技術來回收和利用畜禽養殖過程中產生的糞污。堆肥是回收有機廢物用于農業用途的最有效方法之一，在世界范圍內得到廣泛應用。堆肥是在有氧環境中依靠微生物對有機質進行分解的過程，涉及有機物礦化和腐殖化。在堆肥過程中，細菌、真菌和其他微生物，包括微足綱動物，將有機物質分解形成穩定的、無植物毒性和病原體的終產品，該產品可用于改善和保持土壤質量和肥

力[2-4]。堆肥還可以使糞污體積減少，易于儲存、運輸和使用[3]。

目前，關于畜禽糞污堆肥的研究較多，主要是圍繞堆肥物質轉化、成熟度、安全性等進行的研究，針對高原高寒羊糞堆肥的研究較少。本研究在西藏以農牧業發展為主的日喀則市進行，日喀則的種植業全區第一，畜牧業全區第二，是西藏的“大糧倉”在全區農牧業發展中具有十分重要的地位[5]，在此展開研究較容易獲得堆肥原料，但日喀則年均氣溫6.5 ℃ ， 最冷的1月份平均氣溫為-3.2 ℃，最熱的7月份平均氣溫為14.6 ℃[6]，高原高寒環境是堆肥過程一個極大的挑戰，因為堆肥過程需要一個起爆階段，當環境溫度低于15 ℃時微生物作用減弱，低于8 ℃時對微生物發酵產生更大影響，因此篩選低溫發酵菌劑極為重要；堆肥過程含水量也是非常重要的影響因素，最佳含水量因堆肥的原料不同而存在差異，但通常應在50%～60%之間[7]，隨著水分含量的增加，氣體傳遞速率降低，氧氣傳遞速率不足以滿足微生物的代謝需求[8]。有研究顯示，當水分含量超過60%時，氧氣的運動受到抑制[9-10]，使堆體內部環境趨向于變成厭氧環境[11]，這不利于堆肥過程。因此，為建立適合高原高寒地區的羊糞堆肥工藝，本研究設置了不同初始濕度、添加不同復合微生物菌劑以及采取不同的堆肥方式，以篩選最佳堆肥方案，實現羊糞污資源化利用。解決養殖業環境污染問題，對推動西藏畜牧業綠色、健康、高質量發展具有重要的社會、 經濟和生態意義。

1 材料和方法

1.1 試驗原料

堆肥試驗于2021年6月1日至2021年6月28日期間在西藏崗巴縣某崗巴羊養殖基地進行，供試羊糞取自崗巴羊養殖基地；供試復合微生物菌劑4種（詳見表1），分別采購自不同的生物菌劑公司，分別命名為菌1、菌2、菌3和菌4。

1.2 試驗設計

取鮮羊糞直接堆肥，將羊糞含水量分別調整到40%和50%兩個濕度水平，每個濕度水平分4組，每組添加一種復合微生物菌劑，使每公斤堆肥活菌數達到1億，將復合微生物菌劑與堆肥混合，裝入塑料袋中，并以添加的4種復合微生物菌劑將4組分別命名為菌1組、菌2組、菌3組和菌4組，每組3個重復，每個重復30 kg。其中兩個濕度水平下菌1組和菌2組放入40 ℃恒溫箱中堆肥，菌3組和菌4組室外堆肥，堆肥28 d，每天翻堆一次， 保持堆體的好氧發酵狀態。

1.3 樣品采集與測定

試驗堆肥期間每7天采集1次樣品，每組每個重復均需采樣。采樣時，將堆體分為上、中、下3層，按5點采樣法進行樣本采集，最后將采集的三層樣品混合為1份，-20 ℃儲存，用于測定有機質、碳氮比及總氮含量。指標測定方法：其中有機質、碳氮比、總氮采用NY525有機肥料標準方法[12]測定。

1.4 數據分析

試驗數據分析采用SPSS 2.0 軟件，其中兩兩比較使用獨立樣本t檢驗，多重比較使用Ducan氏，顯著性水平設為α=0.05，相關圖表制作在Excel中完成。

2 結果與分析

2.1 有機質含量變化

有機質是微生物賴以生存和繁殖的基本條件，因此在堆肥過程中有機質含量的變化， 一定程度上可反映堆肥的進程[13-14]。本研究40%和50%濕度條件下，有機質的變化曲線如圖1、圖2，菌1組和菌2組曲線較為平緩，說明兩組有機質分解較為微弱；菌3組和菌4組均為室外堆肥組，其中菌3組在40%濕度下有機質含量在堆肥21 d時達到最低點，50%濕度下在堆肥14 d時下降到了最低點，兩個濕度水平下有機質含量分別下降了9.58%和25.53%，之后有機質在低水平上下小幅度波動，菌3組的變化與X.Hao等[15]的研究一致。菌4組有機質變化曲線在兩個濕度水平下均出現了較為顯著的波動，但波動方向與菌3組不同，出現了明顯的上升。分析原因可能是堆肥初期菌4組氨氣的揮發速度較有機質的分解速度快[16]。基于以上分析可知，室外堆肥組，50%濕度條件菌劑3分解有機質的能力較其他菌劑強。

2.2 碳氮比（C/N比）

在堆肥過程中，除了菌4組，所有堆體在不同濕度下的C/N都呈下降趨勢（見圖3、圖4）。這是由于在堆肥過程中微生物分解有機質，堆體中的碳逐漸分解產生二氧化碳并流失，因此碳的含量隨著時間的增加而逐漸降低，而氮的含量隨著堆肥時間的延長而不斷增加，導致碳氮比的降低，碳氮比被廣泛用作衡量堆肥成熟度的指標[16-17]。菌4銨態氮的含量呈現先上升后下降的趨勢，通過圖5、圖6可知菌4組在堆肥過程中其總氮的含量最低，說明在堆肥過程中菌4組氮損失較嚴重，氮損失的主要形式是以氨氣的形式釋放[16，18-21]，使得菌4組C/N比初期時呈上升趨勢。40%濕度，從堆肥7天到C/N比降到最低點時（菌4組從堆肥14天開始到C/N比降到最低點時），菌1組—菌4組C/N比分別降低了14.23%、23.72%、12.85%和11.91%；50%濕度條件下，同樣測得各組C/N分別降低了24.05%、24.88%、24.92%和15.99%。從C/N比下降幅度分析，各組50%濕度條件要優于40%濕度條件，其中50%濕度水平菌3組C/N比的下降幅度最大，說明其對堆體的分解效果較好[16]。

2.3 總氮含量變化

隨著堆肥的進行，除50%濕度水平菌4組以外，其余各組在兩個濕度水平總氮含量均略有增加（見圖5、6），這是由于有機質礦化，引起的濃縮效應，堆體的重量減輕，總氮濃度增加[22-26]。菌4組銨態氮濃度遠高于其他三組，氮通過氨氣的形式揮發的損失比有機質降解的速度更快，從而導致總氮濃度的減少[16]。堆肥結束時，40%濕度水平下總氮含量由高到低分別是：菌2組〉菌1組〉菌3組〉菌4組，其中菌2組、菌1組和菌3組總氮含量差異不顯著（Pgt;0.05），菌1組、菌2組與菌4組差異顯著（Plt;0.05），菌3組和菌4組差異不顯著（Pgt;0.05）。各組堆肥結束時總氮含量分別增加了15.91%、33.77%、12.94%和2.35%。堆肥結束時，50%濕度水平下總氮含量由高到低分別為：菌2組＞菌3組＞菌4組＞菌1組，四組之間差異均不顯著。各組總氮含量在堆肥結束時分別增加了22.22%、36.11%、16.05%和-1.11%。在兩個濕度水平下的顯著性檢驗發現，除菌1組在40%和50%濕度水平下總氮含量有顯著差異（Plt;0.05）外，其他各組在兩個濕度水平下總氮含量均無顯著性差異（Pgt;0.05）。由此可見，在兩個濕度水平菌2組和菌3組總氮含量處于較高水平。

3 討論

關于堆肥腐熟度的參數有很多，包括物理、化學、生物等方面的參數，但由于堆肥原料和堆肥技術的不同，不能通過單一參數來確定堆肥腐熟與否[3]。沒有一種參數可以適用于所有的堆肥[27-28]，因此，堆肥腐熟度應通過測量兩個或兩個以上的堆肥參數來評價。

堆肥過程中微生物是物質分解的真正執行者，由于微生物對有機質的分解，堆體中的有機質含量降低， 從而減少了堆體的重量，降低了C/N比。隨著堆體中有效碳源的減少，有機質的降解速率逐漸降低，到堆體成熟階段，腐殖化優于礦化，產生穩定的終產品，作為緩釋肥料[15]。本研究中50%濕度下菌3組在堆肥14天時有機質含量下降的最多，降低了25.53%； C/N比下降了24.92%，為四組中C/N比下降最多的一組，這與其有機質的分解情況較為一致。

由于堆肥過程中有機物質的降解，堆體有機質和有機碳的濃度下降，引起濃縮效應，降低了堆體的重量，當有機質的損失大于氨氣的損失時，通常會導致總氮在堆體中的含量增加[16]。本研究中兩個濕度水平下菌2組和菌3組總氮含量處于較高水平，表明這兩組氨氣損失較少，可能這兩組中的復合微生物菌劑有較好的固氮作用，能將有機質分解產生的氨氣迅速固化成新的有機氮形式，從而減少氮的揮發損失[24，26，29]，提高總氮的含量。

4 結語

本研究對各組堆肥腐熟參數進行比較分析，同時與前人研究的腐熟參數的閾值[2，17，24]進行比較得出以下結論：①各組堆肥均未達到腐熟標準，分析原因，由于高原高寒地區，早晚溫差較大，影響微生物的反應活性，因此，需要對堆體采取一定的保溫措施并延長堆肥時間；②綜合分析各項參數可知，復合菌劑3雖然是室外堆肥，但其在50%濕度條件下的有機質的分解、C/N比的降低、電導率、銨態氮及硝態氮的含量變化均提示菌劑3有較強的反應活性；③菌1組和菌2組為恒溫箱堆肥組，但其各項指標，除了總氮含量略高于室外堆肥組以外，其他指標均較低，可能是由于恒溫箱處于密閉環境，雖然溫度可以保證，但其氧氣供養不足，影響有機質的分解，堆肥效果較差；④菌3組、菌4組為室外堆肥，存在一定的氨氣損失，不僅影響堆肥質量，而且污染環境，需要采取適當的措施，如添加生物炭可以為硝化細菌創造了有利的微環境，將氨氣轉化為硝酸鹽，這不僅能

達到保氮的效果，而且減少了氨氣向大氣的排放，減少空氣污染[23，30]。

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