蔣海燕，雷 平，杜東霞，劉 標(biāo)，許 雋，尹紅梅 (湖南省微生物研究院，湖南 長沙 410009)

微生物發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)融合了自然農(nóng)業(yè)理念與微生物技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖業(yè)零排放、無臭味、零污染目的，有效地解決了畜禽糞便排放與污染問題[1-4]。20世紀(jì)70年代，日本建立起第一套發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)系統(tǒng)，并展開深入探索[5]。20世紀(jì) 90 年代起，該項(xiàng)技術(shù)在世界各國得到了深入研究，并進(jìn)行了應(yīng)用與推廣[6-8]，深受畜牧市場青睞[9]。

發(fā)酵床墊料的使用是有一定壽命的，因此廢棄陳化墊料該如何處理是發(fā)酵床養(yǎng)豬需要重點(diǎn)思考的問題。堆肥是有機(jī)固體廢棄物處理中常采用的方法，將陳化墊料采用堆肥的方式進(jìn)行處理，通過高溫殺菌，使廢棄物變成有機(jī)肥料，實(shí)現(xiàn)陳化墊料循環(huán)使用[10]。因此，本研究以陳化墊料為原料，對其進(jìn)行堆肥化處理，研究其肥料效應(yīng)，為陳化墊料肥料化利用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 菌劑

菌劑①為自主研發(fā)，由枯草芽孢桿菌與康寧木霉組成，活菌總數(shù)≥109cfu/L；菌劑②為市售產(chǎn)品，由地衣芽孢桿菌與康寧木霉組成，活菌數(shù)≥109cfu/L。

1.2 堆肥原料

發(fā)酵床陳化料墊料，菌包(食用菌生產(chǎn)下腳料)，雞糞，過磷酸鈣等。配比為陳化料︰菌包(體積比)=1︰1，用雞糞料調(diào)節(jié)C/N為25.0，添加過5%過磷酸鈣。有機(jī)肥原料主要成分見表1。

1.3 試驗(yàn)處理

陳化墊料堆腐試驗(yàn)于2015年4月29日至2015年6月2日在某有機(jī)肥廠進(jìn)行，試驗(yàn)期25 d，后續(xù)處理10 d。堆肥池長、寬、高分別為45 m、3.6 m、1.3 m。試驗(yàn)分兩組，試驗(yàn)1組接種由枯草芽孢桿菌與康寧木霉組成的菌劑，試驗(yàn)2組接種由地衣芽孢桿菌與康寧木霉組成的菌劑，其他條件均相同。各組堆肥量均為60 t，接種量為0.2%，添加5%過磷酸鈣，水分含量54%左右(有機(jī)肥原料主要成分見表1)，pH自然。試驗(yàn)期前25 d每天機(jī)械翻動一次，后熟處理期不翻動。

1.4 采樣及測定

1.4.1 采樣時間及方法選擇 采樣時間選擇0、5、10、15、20、25、30、35 d，在墊料表層下的20 cm處確定采樣點(diǎn)，設(shè)前、后、左、右、中5個點(diǎn)，取五個點(diǎn)的平均值，前、后、左、右距中心點(diǎn)距離為0.5 m。

1.4.2 溫度測定 在試驗(yàn)期間，固定每天的11∶00～12∶00測量發(fā)酵床墊料表面下20 cm的五個點(diǎn)溫度，取其平均值。

1.4.3 堆肥指標(biāo)測定 采用pH計來測定pH；干燥法測定含水率；硫酸法測定木質(zhì)素；比色法測定纖維素；灼燒法測定有機(jī)質(zhì)；凱氏定氮法測定全氮；釩鉬酸銨顯色法測定磷含量；原子吸收分光光度法測定鉀含量與重金屬含量；種子發(fā)芽率參照文獻(xiàn)方法進(jìn)行測定[11]。

表1 堆肥原料主要成分Table 1 Main components of compost raw materials

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥對墊料溫度變化的影響

由圖1可知，兩試驗(yàn)組堆肥溫度經(jīng)歷了升溫、高溫、降溫、腐熟四個階段，溫度變化趨勢基本一致，差異不顯著(P>0.05)。發(fā)酵第3 d時，試驗(yàn)1組與試驗(yàn)2組堆肥溫度分別達(dá)56.7 ℃和58.4 ℃。堆肥過程中,試驗(yàn)1組與試驗(yàn)2組55 ℃以上溫度分別維持17 d與15 d，達(dá)到我國糞便無害化的要求標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 堆肥對墊料pH的影響

pH的變化如圖2所示。堆肥過程中，兩試驗(yàn)組的pH都在7.5～8.5之間變化。從整體上看，pH變化是呈現(xiàn)先升后降的趨勢。堆肥15 d時，試驗(yàn)1組與試驗(yàn)2組的pH分別為8.3和8.5；堆肥25 d時，試驗(yàn)1組的pH為7.9，試驗(yàn)2組的pH為7.7，兩試驗(yàn)組pH無顯著差異(P>0.05)，且各組pH的變化趨勢基本一致。

圖1 堆肥溫度變化 Fig.1 Temperature variation during the composting

圖2 堆肥pH變化 Fig.2 pH variation during the composting

2.3 堆肥對墊料中水分含量的影響

從圖3可以看出，兩試驗(yàn)組在發(fā)酵初期，水分不斷減少。為了避免由于含水量降低導(dǎo)致發(fā)酵過程受到影響，分別在堆肥后的第7 d與12 d時進(jìn)行補(bǔ)水至堆肥的含水率達(dá)55%左右，至堆肥發(fā)酵至25 d時，試驗(yàn)1組、試驗(yàn)2組水分降為49.5%和48.7%，兩試驗(yàn)組水分含量無顯著差異(P>0.05)。兩試驗(yàn)組水分含量無顯著差異(P>0.05)。

2.4 墊料堆肥對種子發(fā)芽率的影響

由圖4可以看出，隨著堆肥的進(jìn)行，兩試驗(yàn)組發(fā)芽指數(shù)都呈現(xiàn)上升趨勢。堆肥至第10 d時，兩試驗(yàn)組的種子發(fā)芽指數(shù)都超過50%。堆肥到25 d時，試驗(yàn)1組、試驗(yàn)2組種子發(fā)芽率指數(shù)分別為97.8%和96.3%。統(tǒng)計分析表明：堆肥結(jié)束時，試驗(yàn)1組與試驗(yàn)2組發(fā)芽率指數(shù)差異不顯著(P>0.05)。

2.5 墊料堆肥對活菌總數(shù)及重金屬變化的影響

由表2可知，堆肥過程中活菌總數(shù)先上升再下降，發(fā)酵到5～15 d之間活菌總數(shù)達(dá)億級，到25 d時活菌總數(shù)降到千萬級。由表3可知，發(fā)酵前后堆肥中重金屬含量變化不大，個別重金屬指標(biāo)有所降低，符合國家NY 525-2012有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)。

2.6 墊料堆肥對有機(jī)肥品質(zhì)的影響

從表4可知，當(dāng)堆肥至25 d時，試驗(yàn)1、2兩組的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為58.98% 、56.49%，TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.80% 和1.81%，TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.41%和3.56%，TK質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.45% 和3.69%，總養(yǎng)分分別為8.66% 和9.06%，符合國家有機(jī)肥料《NY 525-2012》標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)肥料的總養(yǎng)分(TN、TP、TK)≥5.0 ；兩組C、N比分別從25.0和25.12降到19.01和18.11，分別降低了23.96%和27.91%；大腸桿菌(MPN)數(shù)、蛔蟲卵死亡率均達(dá)國家有機(jī)肥NY 525-2012標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 討 論

堆肥溫度與堆肥過程中的微生物活性密切相關(guān)，且與堆肥中可被氧化分解有機(jī)質(zhì)的含量呈正相關(guān)[12]。在堆肥的3～5 d時溫度上升快，能迅速達(dá)到50～70 ℃，并且這種溫度水平保持一段時間之后才漸漸接近環(huán)境溫度，這時有機(jī)質(zhì)的分解接近完全，堆肥可被認(rèn)為已達(dá)穩(wěn)定。本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩試驗(yàn)組在堆肥第3 d時溫度達(dá)都55 ℃以上， 55 ℃以上溫度維持時間在15 d以上，第25 d時基本達(dá)環(huán)境溫度，與前人研究結(jié)果基本一致。

圖3 含水率變化 Fig.3 Changes of water content during the composting

圖4 堆肥種子發(fā)芽率變化 Fig.4 Changes of germination index during the composting

表2 堆肥對墊料中活菌總數(shù)的影響Table 2 Changes of bacteria count in composting process

表3 堆肥對墊料中重金屬含量的影響Table 3 Changes of bacteria count in composting process mg/kg

表4 墊料堆肥對有機(jī)肥品質(zhì)的影響Table 4 Changes of nutrients in composting %

堆肥發(fā)酵主要靠微生物作用，適合微生物好氧發(fā)酵的pH為6.0～8.5，pH過高或過低都會導(dǎo)致好氧發(fā)酵效率受到影響。本試驗(yàn)1,2組的pH均呈現(xiàn)先升后降的趨勢，數(shù)值維持在7.5～8.5區(qū)間。試驗(yàn)初期微生物的大量繁殖使得pH迅速升高，主要由于微生物分解含氮有機(jī)物產(chǎn)生氨和氨氮。后期溫度下降后，氨氣揮發(fā)速率下降，受高溫抑制的硝化菌活性增強(qiáng)，硝化作用產(chǎn)生大量的H+，使pH回落[13]。

在堆肥過程中，堆肥含水率也是關(guān)鍵參數(shù)之一。堆肥微生物活性、堆體反應(yīng)速率及堆肥質(zhì)量等都會受到堆肥初始水分的直接影響。在堆肥過程中水分的主要作用有：促使有機(jī)物溶解，影響微生物的新陳代謝活動；水分在蒸發(fā)過程中會帶走堆肥熱量，調(diào)節(jié)其溫度。因此，控制堆肥過程中的水分含量非常重要[12]。本試驗(yàn)堆肥過程中兩試驗(yàn)組的水分不斷減少，為了保證堆肥效果，在堆肥期間進(jìn)行人為補(bǔ)充水分，至堆肥發(fā)酵至25 d時，試驗(yàn)1組、試驗(yàn)2組水分達(dá)49.5%、48.7%。

堆肥樣品的毒性程度以及堆肥毒性的發(fā)展情況都可以通過種子發(fā)芽率來檢測[14]。如果種子發(fā)芽指數(shù)達(dá)到50%以上，可以認(rèn)為堆肥樣品基本上是沒有毒性的。如果種子發(fā)芽率達(dá)到80%～85%時，可以認(rèn)為其對植物沒有毒性。本研究中兩試驗(yàn)組發(fā)芽指數(shù)都呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，至堆肥結(jié)束時，發(fā)芽指數(shù)都在90%以上，意味著在堆肥進(jìn)行過程中，抑制種子發(fā)芽率的物質(zhì)會漸漸消失，堆肥產(chǎn)物對植物的毒害作用慢慢減弱，與前人研究結(jié)果基本一致。

4 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，發(fā)酵床陳化墊料經(jīng)堆肥處理達(dá)到了糞便無害化的要求標(biāo)準(zhǔn)，pH維持在7.5～8.5，堆肥發(fā)酵至25 d時，試驗(yàn)組水分分別降為49.5%和48.7%；種子發(fā)芽率指數(shù)分別為97.8%和96.3%，C/N比分別為19.01和18.11。堆肥結(jié)束時，試驗(yàn)組有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為58.98% 和56.49%，總養(yǎng)分分別為8.66% 和9.06%；大腸桿菌(MPN)數(shù)、蛔蟲卵死亡率與重金屬指標(biāo)均達(dá)有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)要求。

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