唐哲仁，李紅娜，黃亞麗，阿旺次仁，黃桂榮，張 麗，彭懷麗，李斌緒，朱昌雄**

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一種生物礦質復合材料對豬糞堆肥品質的影響*

唐哲仁1，李紅娜1，黃亞麗2**，阿旺次仁1，黃桂榮1，張 麗1，彭懷麗1，李斌緒1，朱昌雄1**

（1.中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081；2.河北省科學院生物研究所，石家莊 050081）

QE制劑是一種含有微生物和礦物質的新型復合材料。為研究該材料對畜禽糞便高溫堆肥進程及品質的影響，設置無添加劑（CK）、添加常規(guī)微生物菌劑（BJ）、添加QE制劑（QE）共3組處理，并以豬糞為原料，立式密閉發(fā)酵塔（容量50t）為反應裝置，進行了為期7d的堆肥實驗。結果表明：QE組堆溫于第3天達到最大值72.7℃，比CK、BJ組分別提前2d、5d，且55℃以上持續(xù)天數為4d，高于其它兩組處理。QE制劑可以有效提高堆肥的養(yǎng)分含量，堆肥7d后總氮、總磷、總鉀含量分別達到2.62%、3.04%、2.29%，比BJ組高16.25%、2.36%、4.09%，比CK組高29.00%、14.72%、16.84%。同時，添加QE制劑的堆肥品質符合國家《有機肥料》（NY525-2012）標準，且優(yōu)于其它兩組處理。此外，QE、BJ組堆肥7d的種子發(fā)芽率指數分別為93.33%、90.00%，堆體已完全腐熟，而CK組為31.67%，未腐熟。研究表明，QE制劑在畜禽糞便高溫堆肥過程中具有促進升溫、加強保溫、減少氮素損失、提高養(yǎng)分含量、改善堆肥品質的作用。

豬糞；QE制劑；立式密閉發(fā)酵塔；養(yǎng)分含量；堆肥品質；微生物-礦物質交互

據報道，畜禽養(yǎng)殖廢棄物已經代替工業(yè)污染成為第一大污染源[1]。高溫堆肥作為一種畜禽糞便資源化利用的有效手段，其應用卻受到腐熟慢、氮素損失高等關鍵因素的限制[2-3]。目前，堆肥添加劑已成為解決上述問題的研究熱點之一[4]，大量研究表明，施用添加劑可以調控堆肥過程中碳、氮等的代謝，從而加快腐熟并緩解因NH3揮發(fā)造成的氮素損失[4-6]。然而，目前應用較廣泛的兩類堆肥添加劑即黏土礦物和微生物菌劑，雖各自具有其獨特優(yōu)勢，但存在缺陷[6]。如黏土礦物可使肥料中NH3損失減少40%[7-8]，然而其施用量常在5%以上[5-8]，這不僅會提高處理成本，也會影響堆肥品質。同時，微生物菌劑在快速促進堆肥腐熟方面的作用已成為共識[6，9-11]，且其使用量很小，常為0.1%～0.5%[12-15]，然而學術界對其在控制氮素損失、改良堆肥品質等方面的作用還未達成共識。因此，能否開發(fā)一種新型堆肥添加劑，既能結合二者的優(yōu)勢又能彌補雙方的不足，即在減少材料使用量的同時，提高氮素的轉化率，就成為現階段堆肥添加劑研究的核心問題。

量子能制劑（Quantum Energy，以下簡稱QE制劑）是以韓國特有的五色長石黏土礦物為原料，經特殊方法加工制成的新型生物礦質復合材料。該材料以礦物晶體為骨架，附著多種微生物，兼具黏土礦物的理化特性和微生物制劑的生物功能。阿旺次仁等[16]通過研究QE制劑的特性發(fā)現其在工業(yè)染料廢水處理、富營養(yǎng)化水體凈化以及石油污染土壤修復的中有較大的應用潛力。

因此，針對常用堆肥添加劑的局限性，本研究以生產中對新型堆肥添加劑的實際需求為出發(fā)點，并本著節(jié)約添加劑用量，控制氮素損失，改善堆肥品質的目的，以豬糞為材料，立式密閉發(fā)酵塔（容量50t）為反應設備，設置3個處理的堆肥實驗，比較QE制劑、常用微生物菌劑和無添加劑堆肥過程中溫度、養(yǎng)分、品質等指標的特點，從而初步評價QE制劑在畜禽糞便堆肥中的應用效果與潛力，以期為新型堆肥添加劑的開發(fā)和應用提供科學參考和思路。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

糞源：以豬糞為堆肥原料（取自附近養(yǎng)殖場），豬糞中總有機碳（Total Organic Carbon, TOC）、總氮（Total Nitrogen, TN）、總磷（Total Phosphorus, TP）、總鉀（Total Kalium, TK）含量分別為41.6%、1.9%、2.4%、1.7%（均以干重計），含水率為68.6%（以鮮重計）。

添加劑：北京菌劑[17]，為常規(guī)微生物菌劑，產自北京某公司，每克菌劑總活菌數為1010，其菌種組成見表1。QE制劑既含微生物又含有礦物質，是一種礦物質和微生物復合的制劑，由韓國某研究所提供，每克制劑總活菌數為108，其主要礦質成分和優(yōu)勢菌屬組成見表2和表3。

表1 北京菌劑菌種組成（%）

表2 QE制劑主要礦質組成成分（%）

注：數據來源于阿旺次仁等（2016）[16]。

Note: The data of the table are derived from Awangciren, et. al (2016)[16].

表3 QE制劑優(yōu)勢菌屬組成（%）

注：組成百分比小于0.5%的菌屬未列出。

Note: The bacterial genera whose composition proportion less than 0.5% are not listed.

1.2 實驗設計

1.2.1 方法與裝置

實驗于2015年12月20日-2016年1月9日在安徽省肥東縣進行，共進行21d，每次7d，連續(xù)開展3次。

每次實驗設置3個處理。處理1不添加任何制劑，為對照（CK）；處理2、3分別添加常規(guī)微生物菌劑和QE制劑，分別記為BJ和QE。各處理豬糞和添加劑的施用量均為5000kg和5kg。

實驗用堆肥反應裝置為立式密閉發(fā)酵塔[18]，容量為50t，日均處理量在國內同類設備中處于較高水平。主要組成部分為發(fā)酵倉室、攪拌裝置、鼓風機、送風管路等，構造如圖1所示。

操作步驟為：用鏟車鏟取5000kg豬糞投入發(fā)酵塔中，同時添加5kg對應的添加劑（處理1不施用添加劑），設置通風頻率為每1h一次，攪拌頻率為每0.5h一次。2015年冬季進行預實驗發(fā)現，在添加外源菌劑的條件下，該設備僅需6～9d即可實現初始含水率為75%的畜禽糞的快速發(fā)酵腐熟，因此，將發(fā)酵周期確定為7d。發(fā)酵期間，每日9：00、15：00通過位于堆體上部、中部、底部的3個溫度傳感器記錄堆體表面溫度，并取3點平均值。

1.2.2 樣品提取與保存

在發(fā)酵的第0、1、3、5、7天從底部的取樣口取樣（取樣時間為當日16：00）。具體做法為：操作控制臺，切換設備運行模式為出料模式并設置出料量為20kg，待出料完畢后，用鐵鏟將樣品充分混合均勻。將混合后的樣品平均分為兩份，一份為新鮮樣品（保存于4℃冰箱），用于提取液的制備及含水率、pH等指標的測定。另一份在陰涼處自然風干后，用于TOC、TN、TP、TK等指標的測定。

1.3 測試項目與方法

1.3.1 堆體溫度與含水率

堆體溫度：每日9：00、15：00通過位于堆體上部、中部、底部的3個溫度傳感器記錄堆體表面溫度，并取3點平均值。

含水率：測定方法參照《有機肥料》（NY525- 2012）[19]中相關部分。

1.3.2 pH與種子發(fā)芽率指數

首先制備堆肥提取液。新鮮樣品中按固液比1:10（w:v =質量:體積）加入去離子水，在200·rmin-1的速度下振蕩浸提1h，離心（4000r·min-1）10min，過濾后取上清液，即制得浸提液。然后用PHS-3C型pH計測定浸提液pH。

種子發(fā)芽率指數（GI）：在培養(yǎng)皿內墊一張濾紙，均勻放入10顆油菜種子，并加入堆肥浸提液5mL，在25℃黑暗的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24h后，取出計算發(fā)芽率，并測定根長，同時用去離子水作空白實驗。種子發(fā)芽率指數GI（%）的計算方法為

式中，Gt和Gc分別為處理和對照的平均種子發(fā)芽率（%），Lt和Lc分別為處理和對照的平均根長（cm）。

1.3.3 養(yǎng)分與碳氮比

TOC、TN、TP、TK參照《有機肥料》（NY525-2012）[19]中相關內容進行測定。

有機質（Organic Matter，OM）計算式為

OM = 1.724TOC （2）

式中，OM為有機質含量（%），TOC為總有機碳含量（%），1.724為換算系數。

碳氮比（C/N）計算式為

式中，TN為總氮含量（%）。

1.3.4 重金屬與衛(wèi)生學指標

重金屬含量的測定按照《肥料中砷、鎘、鉛、鎘、汞》（GB/T 23349-2009）[20]中相關內容進行。糞大腸桿菌數的測定參照《肥料中糞大腸菌群的測定》（GB/T 19524.1-2004）[21]?；紫x卵死亡率的測定按照《肥料中蛔蟲卵死亡率的測定》（GB/T 19524.2-2004）[22]進行。

1.4 數據處理及分析

用Excel 2016記錄、整理實驗數據并作圖；用SPSS 19.0對數據進行分析。所有數據取3次實驗的平均值。

2 結果與分析

2.1 生物礦質復合材料對堆體溫度變化的影響

溫度是判斷堆肥無害化程度的重要指標之一。美國環(huán)保局（USEPA）規(guī)定[23]，反應器堆肥55.0℃以上高溫持續(xù)天數≥3d才能達到無害化要求。由圖2可見，實驗期間各處理組密閉化發(fā)酵塔內堆體溫度最低在31.1℃，最高達到72.7℃。進一步比較各處理組堆體溫度變化過程可見，隨著發(fā)酵進行，堆體內溫度均表現為先升后降的過程，但對照組（CK）升溫很慢、幅度很小，至發(fā)酵第7天（即發(fā)酵6d后）才達到52.6℃。添加常規(guī)微生物菌劑處理組（BJ）的堆體內溫度上升幅度和速度均明顯高于CK，在發(fā)酵3d后（第4天）超過55.0℃，并持續(xù)了3d，第5天最高溫度達到71.6℃。添加QE制劑處理組（QE）的堆體內溫度上升速度最快，在第2天就超過55.0℃，并于第3天達到最大值72.7℃，比BJ、CK組分別提前2d、5d；其中55.0℃以上持續(xù)天數達4d，比BJ組延長了1d?？梢?，密閉化發(fā)酵塔內堆肥過程中添加QE制劑能夠促進升溫，增強保溫，加快發(fā)酵進程，在較短時間內達到無害化處理要求。

2.2 生物礦質復合材料對堆肥養(yǎng)分含量變化的影響

2.2.1 有機碳含量

在堆肥過程中，微生物利用堆料中的碳素，分 解轉化成CO2、H2O并產生熱量。由圖3可見，隨著發(fā)酵的進行，各處理組TOC含量不斷下降，其中，QE組TOC降解速率最快，在第1-3天達到最大值6.21g·kg-1·d-1；BJ組在第3-5天達到最大降解速率6.12g·kg-1·d-1；CK組在發(fā)酵前期（0～5d）TOC降解速率幾乎相同，第5天以后才開始加速降解，并在發(fā)酵末期（5～7d）達到最大值3.97g·kg-1·d-1。CK組TOC降解速率明顯小于另外兩組處理。發(fā)酵結束時，CK、BJ、QE三組TOC含量分別從初始的41.81%、41.21%、41.68%降至35.18%、32.56%、33.65%，且各組處理間差異顯著（P＜0.05）?？梢?，密閉化發(fā)酵塔內堆肥過程中，添加QE制劑能加快有機質分解。這可能是由于QE制劑里的微生物和礦物質發(fā)生了協同交互作用，這種作用提高了微生物的代謝活性并強化了其對有機質的分解能力。

注：誤差線表示均方差。下同

Note: The bar is standard deviation.The same as below

2.2.2 總氮含量及碳氮比

與TOC含量變化規(guī)律不同，三組處理中TN含量在發(fā)酵初期呈下降趨勢，其后，隨著有機質的分 解，氮素不斷被濃縮，因此，隨著發(fā)酵持續(xù)進行，TN含量不斷上升。如圖4a所示，QE處理組TN上升最快時期是1～3d后，比BJ、CK處理少用了2d和4d。發(fā)酵7d后，CK、BJ、QE三組處理的TN含量差異達極顯著（P＜0.01），分別從1.96%、1.93%、1.98%升至2.03%、2.25%、2.62%。發(fā)酵7d后QE組TN含量比BJ、CK組分別高出16.44%、29.06%。這表明密閉化發(fā)酵塔內堆肥過程中，添加QE制劑能夠有效減少氮素損失。這可能是因為QE制劑吸附并轉化固定了部分堆肥中產生的NH3，從而提高了堆體TN的相對含量。

從圖4b可以看出，各處理組的C/N總體呈下降趨勢，且C/N變化規(guī)律與TOC、TN一致。發(fā)酵完成后，CK、BJ、QE三組處理的C/N依次從21.33、21.35、21.07降至17.32、14.44、12.82，各處理間差異顯著（P＜0.05）。此時各處理C/N下降率分別為18.80%、32.35%、39.05%，各處理間差異極顯著（P＜0.01）。C/N的下降，表明堆肥向著穩(wěn)定化、腐熟化、無害化方向演變。有研究表明，當C/N降至16以下時，能更好地保證堆肥的腐熟程度[24]。本研究中，QE組發(fā)酵7d后的C/N值顯著小于其它兩組處理，且C/N降解率在各處理組中最大。由此可見，密閉化發(fā)酵塔內堆肥過程中，添加QE制劑能夠加快C/N降解，從而提高堆體腐熟速率。

2.2.3 總磷、總鉀含量

如圖5所示，三組處理的TP、TK含量皆隨發(fā)酵時間的推移而不斷增加。然而堆肥中的P、K是兩種相對穩(wěn)定的元素，其絕對含量不會隨著發(fā)酵的進行而發(fā)生變化，只會在各個形態(tài)間相互轉化[14]。隨著發(fā)酵的不斷進行，堆體的總干物質不斷減少，因而TP、TK在堆體中的相對含量將上升。發(fā)酵7d后，CK、 BJ、QE三組處理TP含量分別從2.45%、2.42%、2.38%升至2.65%、2.97%、3.04%；而TK含量從1.78%、1.74%、1.71%增至1.96%、2.20%、2.29%，各處理組間差異極顯著（P＜0.01），可見，發(fā)酵7d后QE組的TP、TK濃縮程度及含量在各處理組中最高，說明在密閉化發(fā)酵塔內堆肥過程中添加QE制劑能夠有效提高TP、TK含量，從而提升產品養(yǎng)分含量。

2.3 生物礦質復合材料對堆肥品質變化的影響

如表4所示，CK處理組堆肥產品含水率為34.3%，pH為9.0，蛔蟲卵死亡率為91.0%，糞大腸桿菌個數為204·g-1，以上4項指標均不符合《有機肥料》（NY525-2012）[19]中的要求；而BJ和QE處理組堆肥產品各項指標則完全符合標準。有機質和養(yǎng)分含量方面，QE、BJ處理組有機質含量分別為58.0%、56.1%，前者比后者稍高，但差異不顯著；而QE處理組總養(yǎng)分含量為7.95%，比BJ處理組的7.42%高出7.14個百分點，且二者差異顯著（P＜0.05），可見，QE組品質好于BJ組。

種子發(fā)芽率指數（GI）是判斷堆肥是否腐熟的重要指標之一。有研究認為[25-26]，當GI＜50%時，表明堆肥未腐熟；若50%＜GI＜80%，則可認為堆肥基本腐熟；而當GI＞80%時，則表明堆肥已完全腐熟，對植物沒有毒性。如表5所示，CK、BJ、QE三組處理7d后GI分別為31.67%、90.00%、93.33%。CK處理組小于50%，而BJ、QE處理組GI高于80%。因此，從種子發(fā)芽率角度來說，添加常規(guī)微生物菌劑和QE制劑發(fā)酵7d后的堆肥產品均已達到完全腐熟；而未施用添加劑的對照組則未腐熟。

綜上，密閉化發(fā)酵塔內堆肥過程中添加QE制劑能夠有效改善腐熟后的堆肥品質。

表4 不同處理7d后堆肥品質比較

注：同行小、大寫字母表示處理間在0.05、0.01水平上的差異顯著性。下同。

Note: Lowercase in the same line indicates the difference significance among treatments at 0.05 level, and capital letter indicates the difference significance among treatments at 0.01 level. The same as below.

表5 各處理組堆肥產品種子發(fā)芽率指數比較

注：“±”表示平均值±均方差。

Note: The “±” means average value ± standard deviation.

3 結論與討論

3.1 結論

QE制劑是一種優(yōu)良的畜禽糞便高溫堆肥添加劑。相較常規(guī)微生物菌劑和空白處理，在密閉化發(fā)酵塔內堆肥過程中添加QE制劑具有如下優(yōu)點：

（1）促進堆體快速升溫、增強保溫、加快有機質分解、提高C/N降解率，從而加快了堆肥腐熟進程。

（2）有效減少堆肥氮素損失，提高產品養(yǎng)分含量。

（3）改善堆肥產品品質。

3.2 討論

堆肥添加劑是解決高溫堆肥中腐熟慢、氮素損失高、品質差等問題的研究熱點之一。其中微生物菌劑和黏土礦物被證實在調控堆肥進程、控制NH3揮發(fā)等方面有著良好的效果。Forrest等[11]研究表明，在畜禽糞高溫堆肥中添加耐熱微生物菌劑，能夠加速有機質降解為小分子酸類物質的進程；Kithome等[7]通過在雞糞堆肥中加入沸石使NH3損失降低了44%；李吉進等[8]將膨潤土添加到豬糞堆肥中，使NH3損失降低36%。QE制劑作為一種復合材料，則兼具了二者的特性。本實驗中QE制劑的有效添加量為0.1%，與微生物菌劑相當，遠遠低于黏土礦物5%以上的添加量[5-8]。此外，本實驗結果表明，在總活菌濃度低于微生物菌劑兩個數量級的條件下，QE制劑能夠更為有效地促進腐熟、調控氮素損失并改良堆肥品質。因此，與傳統堆肥添加劑相比，QE制劑具有高效、環(huán)保、品質好、低使用量等優(yōu)點，在畜禽糞堆肥化處理中具有廣闊的應用前景。

QE制劑的這些優(yōu)點可能是由兩方面因素所致。第一，QE制劑自身具有放熱保溫的特性。阿旺次仁等[16]通過熱紅外成像發(fā)現QE制劑具有放熱特性；Bahng等[27]在紡織纖維中加入QE制劑后發(fā)現它的保熱功能好于普通纖維。這一特性可能是本實驗中QE處理組堆體升溫加快、堆溫提高的原因之一。第二，QE制劑中形成了微生物-礦質復合結構，這種交互作用正向強化了它們原本的某些特性。Rogers等[28]發(fā)現微生物傾向于附著在礦物顆粒的表面，并從礦物中獲取維持自身生命代謝活動所需的營養(yǎng)物質。Huang等[29]研究發(fā)現，在與礦物質組成的復合體系中，微生物比單獨狀態(tài)下更容易吸附重金屬離子。Chen等[30]發(fā)現，細菌、高嶺土、土壤混合后，陽離子交換性也得到了增強。微生物同其代謝物、礦物形成了復雜的共存體，使原本松散不規(guī)則的礦物構型變得整齊、規(guī)則、有序。這種復合結構使得材料的離子交換性、吸附性以及微生物代謝活性增強，也是QE制劑對堆肥產生良好促進作用的可能原因之一。

本研究將大型密閉化發(fā)酵塔與QE制劑相結合，初步探索出了一種處理量大、占地面積小、自動化程度高、腐熟快、品質好的畜禽糞堆肥工藝模式。該工藝模式為解決中國大量中小型養(yǎng)殖場廢棄物處理的問題提供了新思路，能夠滿足養(yǎng)殖規(guī)模1500頭的養(yǎng)豬場廢物處理的需求，經過測算，年有機肥生產量可達1500t，具有較高的經濟附加值。

QE制劑作為一種新型復合材料，在廢棄物堆肥中的研究雖然剛剛起步，但其有效性已被證實。未來，將進一步研究QE制劑對畜禽糞堆肥中重金屬和抗生素的降解效果，以綜合評估其在農業(yè)廢棄物資源化利用中的效果與應用價值。

[1]中華人民共和國環(huán)境保護部,中華人民共和國國家統計局,中華人民共和國農業(yè)部.第一次全國污染源普查公報[N].人民日報,2010-02-10(016).

Ministry of Environmental Protection, National Bureau of Statistics, Ministry of Agriculture, People's Republic of China. The bulletin of national pollution census bulletin[N]. People's Daily, 2010-02-10(016). (in Chinese)

[2]Medina S,Krasnovsky A,Raviv M,et al.Conserving nitrogen during composting[J].Biocycle,2002,43(9):48-50.

[3]Barrington S,Choinière D,Trigui M,et al.Effect of carbon source on compost nitrogen and carbon losses[J].Bioresource Technology,2002,83(3):189-194.

[4]李國學,李玉春,李彥富.固體廢物堆肥化及堆肥添加劑研究進展[J].農業(yè)環(huán)境科學學報,2003,22(2):252-256.

Li G X,Li Y C,Li Y F.Advance on composting of solid waste and utilization of additives[J].Journal of Agro-Environment Science,2003,22(2):252-256.(in Chinese)

[5]黃向東,韓志英,石德智,等.畜禽糞便堆肥過程中氮素的損失與控制[J].應用生態(tài)學報,2010,21(1):247-254.

Huang X D,Han Z Y,Shi D Z,et al.Nitrogen loss and its control during livestock manure composting[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2010,21(1):247-254.(in Chinese)

[6]楊延梅,劉鴻亮,楊志峰,等.控制堆肥過程中氮素損失的途徑和方法綜述[J].北京師范大學學報(自然科學版), 2005, 41(2):213-216.

Yang Y M,Liu H L,Yang Z F,et al.Nitrogen loss and technique for nitrogen conservation in high temperature composting[J]. Journal of Beijing Normal University (Natural Science),2005, 41(2):213-216.(in Chinese)

[7]Kithome M,Paul J W,Bomke A A.Reducing nitrogen losses during simulated composting of poultry manure using adsorbents or chemical amendments[J].Journal of Environ- mental Quality,1999,28(1):194-201.

[8]李吉進,郝晉珉,鄒國元,等.添加劑在豬糞堆肥過程中的作用研究[J].土壤通報,2004,35(4):483-486.

Li J J,Hao J M,Zou G Y,et al.Role and application of addictive during composting pig manure[J].Chinese Journal of Soil Science,2004,35(4):483-486.(in Chinese)

[9]朱昌雄,黃亞麗,龔明波,等.農業(yè)環(huán)境的微生物修復研究進展與應用[A].第四屆全國微生物肥料生產技術研討會論文集[C].長沙:第四屆全國微生物肥料生產技術研討會,2010.

Zhu C X,Huang Y L,Gong M B,et al.Research progress and application of microbial remediation in ago-environment[A]. Proceedings of the forth national symposium on microbial fertilizer production technology[C].Changsha:The Forth National Symposium on Microbial Fertilizer Production Technology,2010.(in Chinese)

[10]李天樞.畜糞堆肥高效復合微生物菌劑的研制與應用[D].楊凌:西北農林科技大學,2013.

Li T S.Preparation and application of efficient microbial compound fertilizer for dung compost[D].Yangling:Northwest Agriculture and Forestry University,2013.(in Chinese)

[11]Forrest A K,Hollister E B,Gentry T J,et al.Comparison of mixed-acid fermentations inoculated with six different mixed cultures[J].Bioresource Technology,2012, 118(4):343-349.

[12]馬麗紅.牛糞高溫堆肥中氮素轉化的微生物機理研究[D].西北農林科技大學,2009.

Ma L H.Study on microbial mechanism of nitrogen transformation during cow manure composting[D]. North- west Agriculture and Forestry University,2009.(in Chinese)

[13]張麗,田云龍,葉婧,等.產酸菌的篩選及其對畜禽糞便氨氣釋放量的影響[A]. 第五屆全國微生物資源學術暨國家微生物資源平臺運行服務研討會論文集[C]. 廣州:第五屆全國微生物資源學術暨國家微生物資源平臺運行服務研討會,2013.

Zhang L,Tian Y L,Ye J,et al.Screening of acid producing bacteria and its effect on ammonia emission from livestock and poultry manure[A].Proceedings of the fifth national symposium on microbial resources and national microbial resource platform[C].Guangzhou:The Fifth National Symposium on Microbial Resources and National Microbial Resource Platform,2013.(in Chinese)

[14]李吉進.畜禽糞便高溫堆肥機理與應用研究[D].北京:中國農業(yè)大學,2004.

Li J J.Study on mechanism of high temperature composting of livestock manure and its application[D].Beijing:China Agricultural University,2004.(in Chinese)

[15]徐智,張隴利,張發(fā)寶,等.堆肥反應器中2種微生物接種劑的堆肥效果研究[J].環(huán)境科學,2009,30(11):3409-3413.

Xu Z,Zhang L L,Zhang F B, et al.Effects of microbial inoculation on composting in a bioreactor[J].Environmental Science,2009,30(11):3409-3413.(in Chinese)

[16]阿旺次仁,彭懷麗,朱昌雄,等.一種新型環(huán)境修復材料的制備及其功能分析[J].中國農業(yè)氣象,2016,37(5):513-519.

Awangciren,Peng H L,Zhu C X,et al.Preparation and function of a new environmental restoration material[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2016,37(5):513-519.(in Chinese)

[17]朱昌雄,葉婧,劉麗輝,等.微生物菌劑及其制備方法和生產生物腐植酸的方法[P].北京:CN101717722A,2010.

Zhu C X,Ye J,Liu L H,et al.An microbial agent,the method for its preparation and producing biological humic acid[P]. Beijing:CN101717722A,2010.(in Chinese)

[18]洪書群.一種直立式發(fā)酵槽結構[P].中國: CN203833842U,2014.

Hong S Q.A vertical type fermentation tank structure[P]. China:CN203833842U,2014.(in Chinese)

[19]中華人民共和國農業(yè)部.NY525-2012,有機肥料[S].北京:中國農業(yè)出版社,2012.

Ministry of Agriculture of the People's Republic of China. NY525-2012,organic fertilizer[S].Beijing:China Agriculture Press,2012.(in Chinese)

[20]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GB/T 23349-2009,肥料中砷、鎘、鉛、鉻、汞生態(tài)指標[S].北京:中國標準出版社,2009.

General Administration of Quality Supervision,Inspection, Quarantine of the People's Republic of China, Standardization Administration of the People's Republic of China.GB/T 23349-2009,Ecological index of arsenic, cadmium,lead, chro- mium and mercury for fertilizers[S]. Beijing: Standards Press of China,2009.(in Chinese)

[21]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GB/T 19524.1-2004,肥料中糞大腸菌群的測定[S].北京:中國標準出版社,2004.

General Administration of Quality Supervision,Inspection and Quarantine of the People's Republic of China, Standardization Administration of the People's Republic of China.GB/T 19524.1-2004,Determination of fecal coliforms in fertilizers[S].Beijing:Standards Press of China,2004.(in Chinese)

[22]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GB/T 19524.2-2004,肥料中蛔蟲卵死亡率的測定[S].北京:中國標準出版社,2004.

General Administration of Quality Supervision,Inspection and Quarantine of the People's Republic of China, Standardization Administration of the People's Republic of China.GB/T 19524.2-2004,determination of mortality of ascarid egg in fertilizers[S].Beijing:Standards Press of China,2004.(in Chinese)

[23]United States Environmental Protection Agency. Composting: yard trimmings, and municipal solid waste[M].Lancaster, Pa.:Technomic,1994.

[24]邱瑞宗.以粒徑分布、碳氮比、固態(tài)氮為樹皮堆肥腐熟度指標的探討[J].中華農業(yè)化學雜志,1991,29(4):445-448.

Qiu R Z.Study on particle size distribution,carbon nitrogen ratio,solid nitrogen for bark compost maturity index[J]. Chinese Journal of Agricultural Chemistry,1991, 29(4):445- 448.(in Chinese)

[25]Zucconi F,Forte M,Monaco A,et al.Biological evaluation of compost maturity[J].Biocycle,1981,22(4):27-29.

[26]李娟.發(fā)酵床不同墊料篩選及其堆肥化效應的研究[D].泰安:山東農業(yè)大學,2012.

Li J.Study on the selection of different litter ratio in deep-litter system and its effects on aging litter composting [D].Taian:Shandong Agricultural University,2012.(in Chinese)

[27]Bahng G W,Lee J D.Development of heat-generating polyester fiber harnessing catalytic ceramic powder combined with heat-generating super microorganisms[J]. Textile Research Journal,2014,84(11):1220-1230.

[28]Rogers J R,Bennett P C.Mineral stimulation of subsurface microorganisms:release of limiting nutrients from silicates[J].Chemical Geology,2004,203(1-2):91-108.

[29]Huang Q,Liang W,Peng C.Adsorption,desorption and activities of acid phosphatase on various colloidal particles from an Ultisol[J].Colloids & Surfaces B Biointerfaces, 2005,45(3-4):209-214.

[30]Chen W.Adsorption of copper and cadmium by cu- and cd-resistant bacteria and their composites with soil colloids and kaolinite[J].Geomicrobiology Journal,2005, 22(5): 227-236.

Effects of A Bio-mineral Composite Material on Composting Quality of Pig Manure

TANG Zhe-ren1, LI Hong-na1, HUANG Ya-li2, AWANGCIREN1, HUANG Gui-rong1, ZHANG Li1, PENG Huai-li1, LI Bin-xu1, ZHU Chang-xiong1

（1. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, CAAS, Beijing 100081,China; 2. Biology Institute, Hebei Academy of Sciences, Shijiazhuang 050081）

QE agent is a new composite material which contains microorganisms and minerals. In order to investigate the effects of the composite material on composting process and quality of manure, a 7 days composting experiment was conducted. The experiment included three treatments, no additives (CK), adding conventional microbial agent (BJ), and adding QE agent (QE). Pig manure was selected as the material and a vertical closed fermentation tower (capacity of 50 t) was selected as the reaction device. The results showed that at the 3rdday, the composting temperature of QE maximized to 72.7℃. It was earlier than treatment BJ and CK by 2 and 5 days. Besides, the duration of treatment QE whose composting temperature above 55℃ lasted for 4 days, was more than other 2 treatments. Adding QE agent could effectively improve the nutrient contents, and were 2.62%, 3.04%, 2.29% for total nitrogen, phosphorus, kalium, respectively. The nutrient contents of treatment QE were higher than treatment BJ by 16.25%, 2.36%, 4.09%, and higher than treatment CK by 29.00%, 14.72%, 16.84% . Moreover, the composting quality with adding QE agent reached the criterion- “” (NY525-2012), and it was better than the other two treatments. Besides, the germination indexes of treatment QE and BJ were 93.33% and 90.00% at the 7thday. This showed that the piles of the two treatments were totally matured. However, the pile of treatment CK was not matured because of its low germination index (31.67%). In summary, the QE agent enhanced the temperature, strengthened the heat preservation, reduced the nitrogen loss, and improved the composting quality of livestock manure.

Pig manure; QE agent; Vertical closed fermentation tower; Nutrient content; Composting quality; Interaction between microorganism and mineral

10.3969/j.issn.1000-6362.2017.07.007

2016-12-23

南淝河流域農村有機廢棄物及農田養(yǎng)分流失污染控制技術研究與示范（2013ZX07103-006）；沙潁河中下游農業(yè)面源污染控制與水質改善集成技術研究與綜合示范（2015ZX07204-007）

唐哲仁（1991—），碩士生，主要從事環(huán)境修復與廢棄物資源化利用研究。E-mail：tangzheren1991@163.com

唐哲仁,李紅娜,黃亞麗,等.一種生物礦質復合材料對豬糞堆肥品質的影響[J].中國農業(yè)氣象,2017,38(6):388-396

**通訊作者。E-mail：huangyali2291@163.com；zhucx120@163.com