張?jiān)品澹瑒⒏Ｔ?，王學(xué)進(jìn)，曲永清

(1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院 畜牧獸醫(yī)研究所，新疆 石河子 832000；2.新疆西部牧業(yè)股份有限公司奶牛事業(yè)部，新疆 石河子 832000 ；3.西部牧業(yè)公司奶牛場(chǎng)，新疆 石河子 832000)

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生態(tài)養(yǎng)殖

規(guī)?；膛?chǎng)糞便好氧堆肥發(fā)酵研究*

張?jiān)品?，劉福元1*，王學(xué)進(jìn)2，曲永清3

(1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院 畜牧獸醫(yī)研究所，新疆 石河子 832000；2.新疆西部牧業(yè)股份有限公司奶牛事業(yè)部，新疆 石河子 832000 ；3.西部牧業(yè)公司奶牛場(chǎng)，新疆 石河子 832000)

利用牛糞堆肥是科學(xué)、合理地處理和利用牛糞的有效措施。以新鮮牛糞和稻殼為發(fā)酵原料，借助翻堆通風(fēng)方式進(jìn)行牛糞好氧發(fā)酵試驗(yàn)。A組將牛糞與稻殼按4:1的比例混合，添加3‰發(fā)酵菌劑；B組在牛糞中直接添加3‰發(fā)酵菌劑；C組僅為牛糞發(fā)酵，作為對(duì)照。結(jié)果表明：(1)A組堆肥的C/N比提高到25.48∶1。堆肥含水率、有機(jī)質(zhì)、C/N比值隨堆肥過(guò)程呈下降趨勢(shì)，下降由快到慢的依次為A、B、C組。A、B組C/N比降低到16∶1以下分別在堆肥第28、35 d，而C組在第35 d C/N比仍為17.40∶1。3個(gè)組pH均呈先升后降的趨勢(shì)。(2)總腐殖酸的含量隨堆肥過(guò)程呈下降趨勢(shì)，下降幅度A、B兩組大于C組；但總腐殖酸占總有機(jī)碳比率呈增加趨勢(shì)，A、B、C 3組發(fā)酵前后對(duì)比分別提高了40.28%、23.44%、21.67%。(3)堆肥后A、B、C組分別在第5、9、11 d溫度上升到55 ℃以上，且維持55 ℃以上達(dá)到25、18、14 d。(4)經(jīng)35 d發(fā)酵處理后，A、B、C 3組的堆肥有機(jī)質(zhì)、pH、重金屬、總養(yǎng)分均符合有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)NY525—2012。綜合各項(xiàng)物理化學(xué)指標(biāo)，添加稻殼和發(fā)酵菌劑有利于牛糞的腐熟。

牛糞；堆肥；好氧發(fā)酵；碳氮比；腐殖酸

隨著集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速崛起，禽畜糞便廢棄物產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)，造成的污染隨之急劇發(fā)展，成為一個(gè)突出問(wèn)題[1]。因此糞便的科學(xué)處理利用研究是保證畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖的前提。生物發(fā)酵處理法是利用微生物分解畜禽糞便中的有機(jī)物從而實(shí)現(xiàn)其無(wú)害化和資源化的技術(shù)方法，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究較多的一種方法。該法具有成本低、發(fā)酵產(chǎn)物生物活性強(qiáng)、肥效高、易于推廣等特點(diǎn)，同時(shí)可達(dá)到除臭、滅菌的目的，因而被認(rèn)為是最有前途的一種畜禽糞便處理方法[2]。目前牛糞好氧發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥的工藝研究大多停留在試驗(yàn)設(shè)計(jì)和中試階段。本文針對(duì)奶牛糞便水分含量高，C/N低等特點(diǎn)，通過(guò)添加稻殼和微生物菌劑，調(diào)節(jié)堆肥牛糞的C/N，控制適當(dāng)水分、溫度、氧氣和酸堿度等措施，研究奶牛糞便好氧發(fā)酵工藝和條件，為奶牛糞便大規(guī)模生產(chǎn)有機(jī)肥提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 處理原料

以奶牛新鮮糞便經(jīng)過(guò)晾曬后與稻殼為發(fā)酵原料，均來(lái)自新疆西部牧業(yè)奶牛場(chǎng)。SM-F生物有機(jī)發(fā)酵菌劑來(lái)自上海三淼今古醫(yī)藥生物工程研究所。堆肥試驗(yàn)于2013-09-10在西部牧業(yè)肥料廠實(shí)施。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分3組進(jìn)行。A組將牛糞與稻殼按4∶1的比例混合均勻，控制堆肥的碳氮比和含水率，同時(shí)添加發(fā)酵菌劑3‰。B組在牛糞中直接添加發(fā)酵菌劑3‰。C組僅為牛糞發(fā)酵，作為對(duì)照組。每組將其堆成長(zhǎng)5 m、寬3 m、高1.2 m的條垛式發(fā)酵堆，采用翻堆方式通風(fēng)供氧，每3 d堆翻一次，發(fā)酵周期為35 d。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 溫度測(cè)定 堆制期間，每天將DTM3001型不銹鋼探針電子數(shù)顯溫度計(jì)插入堆體表層以下50 cm 處測(cè)量堆肥溫度2次(10：00、17：00)，以平均數(shù)作為發(fā)酵溫度，同時(shí)測(cè)定環(huán)境溫度。

1.3.2 含水率、pH、C/N、重金屬、腐殖酸檢測(cè) 采樣時(shí)間在堆肥試驗(yàn)的第1 d、7 d、14 d、21 d、28 d、35 d定時(shí)取樣，采樣點(diǎn)位于堆肥表層下30 cm 處，分前、后、左、右、中五點(diǎn)采樣，每次采樣500 g。稱取牛糞樣品20 g，在105 ℃下干燥24 h至恒重，測(cè)定含水率。牛糞鮮樣50 g經(jīng)10倍體積水浸泡平衡，利用PHS-3C pH計(jì)測(cè)定pH。其余樣品風(fēng)干、磨細(xì)用于測(cè)定其它項(xiàng)目。全氮、有機(jī)質(zhì)、磷和鉀采用有機(jī)肥料農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY525—2012測(cè)定[3]。重金屬Hg、As、Cd、Pb、Cr按照GB/T 23349—2009 測(cè)定[4]。腐殖酸按照焦磷酸鈉氫氧化鈉提取重鉻酸鉀容量法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥溫度的變化

堆肥溫度變化是堆肥進(jìn)程的宏觀反映，也體現(xiàn)了堆肥微生物活動(dòng)的強(qiáng)弱。過(guò)低的溫度將延長(zhǎng)堆肥的腐熟時(shí)間。由圖1可見，A組、B組、C組分別在堆肥后第5、9、11 d溫度上升到55℃以上，并且維持高溫天數(shù)A組>B組>C組，發(fā)酵30 d后溫度下降速度A組>B組>C組。堆肥第35天C組的溫度雖然下降，但是還接近40 ℃，說(shuō)明腐熟還沒有完全結(jié)束。添加稻殼和發(fā)酵菌劑有利于加快牛糞堆肥的腐熟。

圖1 不同處理堆肥溫度的變化

2.2 堆肥含水率和pH的變化

由表1可見，3組初始含水率均在66%左右，發(fā)酵前7 d，水分下降緩慢，隨后含水率下降由快到慢的依次為A組、B組、C組，堆肥發(fā)酵第35 d結(jié)束時(shí)，含水率由低到高的依次為A組、B組、C組；3組初始pH均在7.50左右，呈微堿性，隨著堆肥時(shí)間的推移，3組pH均表現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，變化速度由快到慢的依次為A組、B組、C組。

2.3 堆肥有機(jī)質(zhì)和C/N比值的變化

由表2可見，添加稻殼后的A組C/N顯著高于未添加組，堆肥過(guò)程中各組的C/N比值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但下降由快到慢的依次為A組、B組、C組，堆肥發(fā)酵結(jié)束時(shí)，A組和B組的C/N接近15∶1，而C組顯著高于A組和B組；堆肥過(guò)程中各組的有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，堆肥最后1周有機(jī)質(zhì)含量變化不大。

表1 不同處理堆肥含水率和pH的變化

表2 不同處理堆肥有機(jī)質(zhì)含量和C/N比值的變化

2.4 堆肥腐殖酸和腐殖酸與總有機(jī)碳比值的變化

由表3可見，在牛糞發(fā)酵過(guò)程中，總腐殖酸的含量和有機(jī)質(zhì)的變化規(guī)律相似，呈下降趨勢(shì)，在發(fā)酵28 d達(dá)到最低點(diǎn)，最后腐熟階段，腐殖酸含量略有上升；發(fā)酵結(jié)束時(shí)，A、B、C 3組的腐殖酸含量與發(fā)酵前相比，其下降幅度依次為：49.36%、50.04%、43.80%，說(shuō)明其不穩(wěn)定成分在減少；但是總腐殖酸占總有機(jī)碳比率呈增加趨勢(shì)，A、B、C三組發(fā)酵前后對(duì)比分別提高了40.28%、23.44%、21.67%。說(shuō)明發(fā)酵過(guò)程存在明顯的腐殖化作用，同時(shí)說(shuō)明腐殖酸較其它有機(jī)物質(zhì)穩(wěn)定。

表3 不同處理堆肥腐殖酸含量和腐殖酸占總有機(jī)碳比率的變化

2.5 堆肥結(jié)束后有機(jī)肥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)35 d對(duì)奶牛糞便堆肥處理后，按照NY525—2012有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)A、B、C 3組有機(jī)肥進(jìn)行檢測(cè)。由表4可見，A、B、C三組的有機(jī)質(zhì)、pH、重金屬(Hg、As、Cd、Pb、Cr)均符合有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)；A組總養(yǎng)分(碳、磷、鉀)為4.68%，略低于標(biāo)準(zhǔn)，其它兩組均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；A、B、C三組的水分由低到高，均高于標(biāo)準(zhǔn)。但在該有機(jī)肥廠在加工過(guò)程中要進(jìn)行烘干制粒，水分會(huì)迅速較少，相應(yīng)的總養(yǎng)分含量也會(huì)提高，總體來(lái)說(shuō)三組的堆肥產(chǎn)品基本符合有機(jī)肥生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

3 討 論

對(duì)于堆肥系統(tǒng)而言，溫度是影響微生物活動(dòng)和堆肥工藝過(guò)程的重要因素，是堆肥狀態(tài)的表觀體現(xiàn)，堆溫的高低決定堆肥速度的快慢[5]。一般認(rèn)為理想溫度為55～65 ℃[6]。堆體溫度保持在55 ℃條件下保持3 d，或50 ℃以上保持5～7 d，是殺滅堆肥中所含致病菌，保證堆肥的衛(wèi)生指標(biāo)合格和堆肥腐熟的重要條件[7]。本試驗(yàn)堆肥溫度變化來(lái)看，三組均達(dá)到高溫堆肥的溫度要求。在堆肥過(guò)程中，微生物菌劑被證實(shí)在生物轉(zhuǎn)化中起主要作用[8]。本試驗(yàn)顯示添加稻殼和發(fā)酵菌劑的A組升溫最快，也最先腐熟，縮短了堆肥發(fā)酵時(shí)間。添加發(fā)酵菌劑的B組也優(yōu)于對(duì)照組。另外A組從第12 d，B組從15 d肉眼可觀察到堆肥有大量白色菌絲、糞顏色變深的現(xiàn)象，說(shuō)明發(fā)酵菌劑這時(shí)已經(jīng)大量繁殖，對(duì)加快堆肥的腐熟有重要的作用。A組維持高溫天數(shù)長(zhǎng)，可能是由于新鮮稻殼完全腐化需要的時(shí)間較長(zhǎng)的原因。

碳氮比是影響堆肥效果的重要因素，碳是堆肥生化反應(yīng)的能量來(lái)源，氮是控制生物合成的主導(dǎo)因素。堆肥化開始的C/N 值在20～30為最佳條件[9]，有利于微生物快速降解和糞便有機(jī)質(zhì)的分解。同時(shí)C/N 值也是最常用的堆肥腐熟度評(píng)估指標(biāo)之一，當(dāng)C/N在16左右時(shí)，堆肥基本達(dá)到腐熟[10]。本試驗(yàn)針對(duì)牛糞中C/N 值較低，利用C/N 值高的稻殼進(jìn)行調(diào)整，結(jié)果顯示添加稻殼的A組腐熟溫度較其它兩組上升快，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，在堆肥第28 d C/N 值就低于16∶1，堆肥達(dá)到腐熟。添加稻殼組堆肥較其它兩組在物理結(jié)構(gòu)上更加膨松，增大了糞便中的孔隙，在翻堆過(guò)程中有利于堆肥的容氧量，對(duì)堆肥的好氧發(fā)酵其促進(jìn)作用。另外，在后期如果牛糞有機(jī)肥用于制粒，未完全腐化的稻殼影響其制粒效果。

表4 堆肥結(jié)束后有機(jī)肥的各項(xiàng)指標(biāo)(以烘干基質(zhì)計(jì))

在堆肥過(guò)程中，水分為微生物生長(zhǎng)所必需，按質(zhì)量計(jì)50%～65%的含水率最適宜微生物分解代謝[11]。堆料含水過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)好氧微生物的分解、代謝活動(dòng)產(chǎn)生負(fù)面影響[12]。水分過(guò)多，取代了空氣占據(jù)物料孔隙，限制了好氧微生物與氧氣的接觸，使好氧微生物活性降低，影響好氧發(fā)酵效果[13-14]。本試驗(yàn)三組初始含水率均在66%左右，在整個(gè)堆肥過(guò)程中，糞便的含水量一直在下降，腐熟后基本可以維持在一個(gè)穩(wěn)定范圍，下降了30個(gè)百分點(diǎn)左右。這是由于發(fā)酵過(guò)程中堆肥溫度升高使部分水蒸發(fā)、翻堆過(guò)程中水分蒸發(fā)與微生物在堆肥中生長(zhǎng)利用一部分水等多個(gè)因素導(dǎo)致了含水率的下降。從水分下降的速度來(lái)看，也從側(cè)面反應(yīng)了堆肥溫度的變化快慢。A組、B組、C組水分下降速度依次降低，說(shuō)明A組微生物的活動(dòng)代謝和溫度上升速度優(yōu)于B組，而B組又優(yōu)于C組。pH代表微生物的生長(zhǎng)環(huán)境，一般而言，微生物最適宜的pH范圍是中性或弱堿性[15]。在整個(gè)堆肥過(guò)程中，三個(gè)組pH均表現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，在6～9之間變化，符合微生物生長(zhǎng)的條件。

牛糞堆肥實(shí)質(zhì)是有機(jī)物質(zhì)分解的同時(shí)形成腐殖質(zhì)的過(guò)程。腐殖質(zhì)物質(zhì)的含量是堆肥腐熟度的重要指標(biāo)之一[16]。在堆肥過(guò)程中，腐殖酸和有機(jī)質(zhì)一樣呈明顯降低趨勢(shì)，A、B、C 3組的腐殖酸含量與發(fā)酵前相比，其下降幅度依次為：49.36%、50.04%、43.80%，添加稻殼與微生物發(fā)酵菌劑組比對(duì)照組下降的幅度大，但是總腐殖酸占總有機(jī)碳比率卻呈增加趨勢(shì)，A、B、C三組的發(fā)酵前后對(duì)比分別提高了40.28%、23.44%、21.67%，說(shuō)明發(fā)酵過(guò)程存在明顯的腐殖化作用，添加稻殼與微生物發(fā)酵菌劑腐殖化程度更高。腐殖酸含量與總腐殖酸占總有機(jī)碳比率的變化趨勢(shì)與單德臣等[17]報(bào)道一致。

4 結(jié) 論

在牛糞好氧堆肥發(fā)酵過(guò)程中，在牛糞中添加適量的稻殼和微生物發(fā)酵菌劑，可以提高堆肥的碳氮比，增加堆肥的溶氧量，加強(qiáng)微生物活動(dòng)代謝，含水率、pH、有機(jī)質(zhì)含量、腐殖酸等物理化學(xué)指標(biāo)較對(duì)照組變化速度快，從而使堆肥的溫度上升加快，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，有利于加快牛糞堆肥的腐熟。

綜合試驗(yàn)檢測(cè)的各項(xiàng)指標(biāo)，牛糞有機(jī)物含量、含水率、碳氮比、有效微生物含量、通風(fēng)量、pH、溫度、空隙率等均是堆肥速度及成品質(zhì)量的影響因素，它們互相作用和制約，只有綜合調(diào)節(jié)到合適范圍，可促進(jìn)牛糞的腐殖化過(guò)程。

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Study on Aerobic Fermentation of Dairy Manure Composting in Large-scale Farms

ZHANG Yun- feng1, LIU Fu- yuan1*,WANG Xue- jin2, QIU Yong- qing3

(1.AnimalHusbandryandVeterinaryInstitute,XinjiangAcademyofAgriculturalandReclamationSciences,Shihezi,Xinjiang832000；2.WesternAnimalHusbandryCo.Ltd.,Shihezi,Xinjiang832000；3.DairyFarmofWesternAnimalHusbandryCo.Ltd.,Shihezi,Xinjiang832000)

Use of composting is a rational processing and effective utilizing of dairy manure．In the present study,an aerobic fermentation test was conducted using dairy manure and cereal husk by means of ventilation and turning in three different groups.Group A mixed dairy manure and cereal husk at a ratio of 4:1 and added 3‰ microbial fermentation agent in compost;group B added 3‰ microbial fermentation agent to dairy manure and group C,also control group,used only dairy manure. The results showed that ratio of carbon to nitrogen (C/N) was improved to 25.48:1 in group A. Moisture content,organic matter, C/N ratio decreased with the composting process in successive speed from group A,B to C.C/N ratio of group A and B were reduced to 16:1 or less in 28d and 35d, while C/N ratio of group C remained 17.40:1 till 35d in compost. The pH value of three groups increased at first and then declined. The content of total humic acid dropped with the composting process, and the content of total humic acid of group A, B were obviously lower than that in group C. But the ratio of humic acid to total organic carbon increased obviously. Ratio of humic acid to total organic carbon of group A, B,C were increased by 40.28%, 23.44%, 21.67% after fermentation. Temperature in the group A, B, C rose to above 55℃ respectively in the 5,9,11d after composting and maintained till 25,18,14d. After 35 days of fermentation, organic matter, pH, heavy metals, total organic fertilizer nutrients of three groups kept in line with standard NY525-2012. The results indicated that adding cereal husk and microbial fermentation agent in dairy manure compost worked beneficially to maturity of manure in terms of all related physiochemical indicators.

dairy manure；compost；aerobic fermentation；C/N ratio；humic acid

2014-06-16，

2014-10-20

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2012BAD43B01)

張?jiān)品?1979-)，男，河北康保人，碩士，副研究員，主要從事動(dòng)物生產(chǎn)和疫病防治研究。E-mail：zyf20041941@163.com

*[通訊作者] 劉福元(1968-)，男，陜西長(zhǎng)安人，研究員，從事反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與奶牛養(yǎng)殖研究，牧場(chǎng)設(shè)計(jì)與規(guī)劃工作。E-mail：xjliufuyuan@sohu.com

S811.6

A

1005-5228(2015)02-0075-05