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        秸稈不同還田方式的堆肥效果

        2016-02-15 14:25:37劉紹鵬李清秀賀峰
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016年8期
        關(guān)鍵詞:沼渣牲畜沼氣

        劉紹鵬 李清秀 賀峰

        摘要:將秸稈、秸稈制沼氣后沼渣和秸稈飼喂羊后糞便與污水處理廠污泥混合進(jìn)行堆肥試驗(yàn)。對(duì)此3種原料堆肥溫度、pH值、C/N、有機(jī)質(zhì)含量、種子發(fā)芽指數(shù)、氣味變化進(jìn)行堆肥評(píng)價(jià),結(jié)果這3種原料均達(dá)到腐熟要求。綜合經(jīng)濟(jì)效益和投入成本認(rèn)為,秸稈先飼喂牲畜再進(jìn)行沼氣生產(chǎn)、最后進(jìn)行堆肥的還田方式最佳。

        關(guān)鍵詞:秸稈還田;優(yōu)化模式;堆肥;堆肥溫度;pH值;有機(jī)質(zhì)含量;氣味變化;腐熟度;種子發(fā)芽指數(shù)

        中圖分類(lèi)號(hào): S141.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼:

        文章編號(hào):1002-1302(2016)08-0483-03

        我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),糧食產(chǎn)量世界第一,與此同時(shí)秸稈年產(chǎn)量為9億t。對(duì)秸稈的利用目前有秸稈制備沼氣、秸稈制備飼料和直接還田以及制備建材、編制手工品等[1]。其中,秸稈制備沼氣或飼喂牲畜后留下沼渣或牲畜糞便,其最佳利用方式是制備肥料還田。然而,沼渣或牲畜糞便不經(jīng)堆肥處理直接施放農(nóng)田,會(huì)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成負(fù)面影響[2-4]。秸稈直接還田可減少中間處理環(huán)節(jié),且一次性處理量大,成本低廉。但是,由于秸稈中含氮量少,且直接還田時(shí)在微生物的作用下耗氧量上升,產(chǎn)生大量有害氣體,導(dǎo)致作物根部受害,生長(zhǎng)抑制,營(yíng)養(yǎng)不良,免疫力差,倒伏減產(chǎn)[5]。因此,不論是直接還田或者是秸稈利用后間接還田都需要經(jīng)過(guò)堆肥處理,才能夠保障肥料營(yíng)養(yǎng)安全。

        堆肥處理可以保障秸稈、糞便或沼渣在微生物作用下通過(guò)高溫發(fā)酵殺死病原菌、腐殖有機(jī)物、穩(wěn)定質(zhì)量,最終使其達(dá)到腐熟,成為寶貴的復(fù)混肥料[6]。而評(píng)價(jià)肥料是否腐熟,一般從種子發(fā)芽指數(shù)(GI)、有機(jī)質(zhì)含量、氨氮含量、堆腐過(guò)程中溫度變化等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。

        本研究對(duì)秸稈、秸稈產(chǎn)沼氣后沼渣和以秸稈為主食的牲畜糞便進(jìn)行堆肥處理,以期找到秸稈還田的最佳方式。

        1材料與方法

        1.1材料來(lái)源

        秸稈取自江蘇省徐州市豐縣宋樓鎮(zhèn)農(nóng)戶,生污泥取自蘇北某污水處理廠污泥脫水車(chē)間,沼渣取自徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院校內(nèi)沼氣池,牲畜糞便為以秸稈為主飼養(yǎng)的羊糞。

        1.2試驗(yàn)裝置

        以自制立方體堆肥箱堆肥,容積為20 L,堆肥體積約為15 L。堆肥箱上方設(shè)有通風(fēng)出氣口和溫度計(jì)插口,底部連接通風(fēng)管和垃圾滲濾液出口塑料管。箱底接近底部處設(shè)有一面承托堆肥物的篩板,篩板與底部約為3 L氣體容積。

        1.3試驗(yàn)方法

        1.3.1堆肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)及堆制[7]以污泥為接種物,將污泥與堆肥對(duì)象按1 ∶[KG-3]2的比例混合,調(diào)節(jié)含水率至(65±5)%,密封上部,底部用曝氣泵通風(fēng),環(huán)境溫度為(20±1) ℃,堆制 15 d。其中,1號(hào)堆肥箱為秸稈,2號(hào)為沼渣,3號(hào)為羊糞便。

        1.3.2分析方法

        1.3.2.1溫度分析每天09:00測(cè)定堆肥溫度并記錄,測(cè)試深度為堆層表面下30cm處。

        1.3.2.2含水率分析稱取10.0 g樣品,烘箱內(nèi)烘12 h,稱質(zhì)量。

        1.3.2.3pH值測(cè)定取1.0 g樣品,加去離子水10 mL,混勻,以pH計(jì)測(cè)定。

        1.3.2.4有機(jī)質(zhì)含量分析取1.0 g烘干后樣品,于馬弗爐中550 ℃下灼燒4 h,稱質(zhì)量。

        1.3.2.5碳、氮含量分析其中,全氮分析以硫酸-過(guò)氧化氫聯(lián)合消煮后通過(guò)凱氏定氮法測(cè)定;以重鉻酸鉀容量法-沸水浴稀釋熱法分析碳含量。

        1.3.2.6GI測(cè)定[8]稱取待測(cè)堆肥樣品5.0 g,與蒸餾水按體積比1 ∶[KG-3]10混合,振蕩后過(guò)濾,吸取10 mL濾液,加到鋪有2張濾紙的培養(yǎng)皿中,每個(gè)培養(yǎng)皿均勻擺放20粒水芹種子,在溫度為(30±1) ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h后,測(cè)定發(fā)芽率和根長(zhǎng),同時(shí)以蒸餾水為對(duì)照,每個(gè)處理3次重復(fù)。

        [JZ]GI=GI1/GI2×100%。

        式中:GI1為浸提液種子發(fā)芽率×根長(zhǎng),GI2為對(duì)照種子發(fā)芽率×根長(zhǎng)。

        1.3.2.7氣味分析將待測(cè)樣品置于三角燒瓶中,離鼻孔30 cm,輕輕扇動(dòng)瓶口上方判斷氣味。以新鮮沼渣氣味5級(jí),以稻田土壤氣味為0級(jí),判斷待測(cè)樣品腐熟情況。

        2結(jié)果與分析

        2.1堆肥過(guò)程中溫度的變化

        由圖1可知,環(huán)境溫度基本維持在20 ℃左右。堆肥時(shí),堆肥箱內(nèi)溫度的變化可分為升溫期、高溫期、降溫期和穩(wěn)定期[8]。其中,在升溫期時(shí)有機(jī)物開(kāi)始分解,微生物生長(zhǎng)。此時(shí),主要利用的原料為單糖、蛋白質(zhì)和脂肪等易降解原料。高溫期溫度基本達(dá)到48 ℃以上。在高溫期,微生物生長(zhǎng)迅猛,原料中纖維素和半纖維素出現(xiàn)降解,原料開(kāi)始往腐殖化過(guò)渡。當(dāng)溫度維持在48~60 ℃/d時(shí),原料中有害菌或寄生蟲(chóng)可被殺死。在降溫期,當(dāng)溫度降低到50 ℃以下,高溫菌活動(dòng)衰弱,但中溫性微生物活動(dòng)依然存在,原料進(jìn)一步腐熟。在穩(wěn)定期,堆肥溫度稍高于室溫,原料中微生物活動(dòng)處于衰退勢(shì),原料基本被腐熟。由圖1可知,秸稈和羊糞便在堆肥過(guò)程中進(jìn)入高溫期迅速,維持時(shí)間也長(zhǎng),均為6 d,只是羊糞便進(jìn)入高溫期比秸稈快1 d且總體維持高溫水平均高于其他2組。這可能是因?yàn)檠蚣S便中氮源較其他2組充分,更適合微生物的生長(zhǎng)。而沼渣高溫期維持時(shí)間僅為3 d,且進(jìn)入高溫期時(shí)間遲緩,約到9 d左右時(shí)才緩慢達(dá)到高溫。這可能是因?yàn)檎釉锌杀焕玫挠袡C(jī)物在之前的沼氣發(fā)酵中消耗較大,從而導(dǎo)致整體堆肥溫度水平不高。另一方面,沼渣蓬松度比秸稈和羊糞便差,與污泥混合后通氣性較差,影響好養(yǎng)微生物呼吸,這有可能是導(dǎo)致沼渣不能迅速進(jìn)入高溫期的另一原因。

        2.3堆肥過(guò)程中有機(jī)質(zhì)含量的變化

        由表2可知,秸稈的初始有機(jī)質(zhì)含量高,堆肥過(guò)程中有機(jī)質(zhì)含量下降也最多,沼渣有機(jī)質(zhì)含量下降幅度最小,但最終有機(jī)質(zhì)含量與秸稈相當(dāng)。這是因?yàn)榻斩捊?jīng)沼氣發(fā)酵時(shí)消耗的一部分有機(jī)質(zhì)加上好氧堆肥時(shí)剩下被降解的有機(jī)質(zhì)相當(dāng)于秸稈可被微生物降解的部分。而秸稈直接堆肥,由于蓬松度比沼渣好,所以降解率會(huì)稍高一些。羊糞便的有機(jī)質(zhì)降解幅度比秸稈低,初始有機(jī)質(zhì)含量也低于秸稈,與沼渣相當(dāng)。但以秸稈為主的飼料中添加了豆粕、玉米淀粉等材料,因此該數(shù)據(jù)不能直接反映秸稈在牲畜體內(nèi)降解程度。通過(guò)最終有機(jī)質(zhì)含量的確定,可以確定這3種原料最終剩余的有機(jī)質(zhì)為51%左右,無(wú)明顯差別。

        2.5堆肥過(guò)程中pH值的變化

        由表4可知,在堆肥開(kāi)始前,3種原料pH值均為弱堿性;而隨著堆肥過(guò)程的延續(xù),3種原料pH值均呈下降趨勢(shì),這是由微生物活動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量有機(jī)酸所致;而在堆肥7 d時(shí),沼渣和羊糞便pH值較秸稈的稍高,這是由于沼渣中微生物尚未達(dá)到最佳生長(zhǎng)狀態(tài);羊糞便中氮元素含量較高,因此在分解過(guò)程中產(chǎn)生氨氮從而回補(bǔ)了有機(jī)酸生成所造成的pH值下降。大量有機(jī)酸的積累會(huì)抑制微生物生長(zhǎng),說(shuō)明如果秸稈直接用于堆肥,應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充氮素,如添加糞肥、尿素等,以保持微生物的生長(zhǎng)活性。

        3結(jié)論

        通過(guò)堆肥處理,秸稈、沼渣和羊糞便均可達(dá)到腐熟標(biāo)準(zhǔn)。未經(jīng)堆肥處理的秸稈、沼渣和羊糞便C/N過(guò)高,沼渣和羊糞便氣味很重,均不適合直接施放農(nóng)田。秸稈不可不加任何處理直接還田,因?yàn)殡S著土壤微生物的分解作用,秸稈會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì),一定程度上抑制植物生長(zhǎng)。堆肥過(guò)程會(huì)消耗秸稈有機(jī)質(zhì),但同時(shí)也會(huì)消除秸稈的植物毒性。通過(guò)15 d的堆肥,沼渣、秸稈和羊糞便的GI均超過(guò)80%,可認(rèn)為植物毒性已被消除。

        從投入成本和效益來(lái)看,秸稈直接還田所投入成本最低,但依然需要進(jìn)行堆肥處理才能做到還田。而秸稈制備沼氣后,雖然在堆肥過(guò)程中效果較差,其制肥結(jié)果和秸稈直接堆肥差別不大。在制備沼氣過(guò)程中,雖要投入一定的人力物力來(lái)滿足沼氣生產(chǎn)和沼渣出料,但經(jīng)濟(jì)收益遠(yuǎn)大于直接還田。秸稈制成飼料后以糞便還田的形式稱為“過(guò)腹還田”。從堆肥效果來(lái)看,羊糞便的堆肥腐熟度最佳,且經(jīng)濟(jì)收益比沼氣還田還高。然而,由于養(yǎng)分和口感的原因,目前以秸稈為主要飼料飼喂牲口的利用方式極其有限,所能利用的秸稈多為玉米秸稈,這也意味著“過(guò)腹還田”目前推廣的局限性。

        中國(guó)為農(nóng)業(yè)大國(guó),秸稈資源豐富。秸稈最佳的還田方式為先飼養(yǎng)牲畜,再取其糞便制備沼氣,最后進(jìn)行還田的間接還田方式。而在這過(guò)程中,制備牲畜飼料是核心技術(shù)問(wèn)題。如能制備口感良好、營(yíng)養(yǎng)豐富的動(dòng)物飼料,則可進(jìn)一步解決秸稈消費(fèi)的問(wèn)題,進(jìn)而為畜糞制氣和沼渣制肥環(huán)節(jié)帶來(lái)充足原料。

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