劉標(biāo)　尹紅梅　劉慧知

摘要：為了解添加外源菌劑對(duì)病死豬堆肥過(guò)程中油脂含量和氮素?fù)p失的影響，以病死豬尸體、鋸木屑為堆肥基質(zhì)，分別設(shè)置了不加外源菌劑（CK）、添加自主研制的菌劑1（T1）、添加市售菌劑2（T2）3個(gè)處理，進(jìn)行為期30 d的堆肥發(fā)酵試驗(yàn)，研究堆肥過(guò)程中堆肥的基本理化性質(zhì)、各種氮素形態(tài)、油脂含量和種子發(fā)芽指數(shù)（GI）等參數(shù)變化。結(jié)果表明，外源菌劑添加對(duì)堆肥溫度無(wú)顯著影響，各堆體的高溫持續(xù)時(shí)間均能滿足堆肥無(wú)害化的要求;堆肥結(jié)束時(shí)，添加菌劑的T1和T2組的有機(jī)質(zhì)含量、硝態(tài)氮含量顯著高于對(duì)照組（CK）;添加菌劑1能夠降低堆肥的pH值和油脂含量，增加堆肥的銨態(tài)氮、全氮含量;堆肥結(jié)束時(shí)，菌劑1添加組（T1）的GI達(dá)到127.3%，顯著高于CK、T2組。由枯草芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、木霉菌組合而成的微生物菌劑能顯著降低堆肥的油脂含量，較少氮素?fù)p失，促進(jìn)了病死豬堆肥的腐熟，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：微生物菌劑;病死豬堆肥;油脂含量;氮素含量

中圖分類號(hào)： S141.4? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）03-0240-04

我國(guó)是生豬養(yǎng)殖和消費(fèi)大國(guó)，據(jù)統(tǒng)計(jì)2017年我國(guó)生豬存欄4.33億頭、出欄6.88億頭。隨著國(guó)家對(duì)生豬養(yǎng)殖行業(yè)環(huán)保要求的持續(xù)提高，生豬養(yǎng)殖規(guī)?；潭仍絹?lái)越高，高密度的養(yǎng)殖模式使動(dòng)物染疫和死亡的概率大大增加，據(jù)調(diào)查，每年因各類疾病引起生豬的死亡數(shù)占養(yǎng)殖總數(shù)的8%～12%[1]。病死豬如果處理不當(dāng)，將對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅[2-3]。利用堆肥法處理死畜禽成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)[4-9]，堆肥法相對(duì)于焚燒、掩埋、化制等方法，成本低、對(duì)環(huán)境污染小，且堆肥產(chǎn)品可以制成有機(jī)肥，實(shí)現(xiàn)畜禽死體的資源化處理，應(yīng)用前景廣闊。

目前，市場(chǎng)上沒(méi)有針對(duì)畜禽死體堆肥專用的菌劑，而利用堆體中的土著微生物或添加畜禽糞便堆肥菌劑會(huì)導(dǎo)致堆肥效率低下和堆肥產(chǎn)品質(zhì)量不佳[10]。相比畜禽糞便堆肥，病死豬堆肥過(guò)程中存在2個(gè)突出問(wèn)題：（1）氮素?fù)p失和惡臭更嚴(yán)重，不僅造成空氣污染，而且降低了肥料中的氮素養(yǎng)分含量[1];（2）堆肥中的油脂含量可高達(dá)20.3%，對(duì)植物具有一定的毒性，嚴(yán)重影響堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量[11-12]。目前，研制專門針對(duì)畜禽死體堆肥的微生物菌劑成為研究工作者的關(guān)注重點(diǎn)[13]。因此，本研究采用模擬堆肥試驗(yàn)，研究了前期實(shí)驗(yàn)室篩選出的高產(chǎn)脂肪酶菌株和除臭保氮菌株在病死豬堆肥過(guò)程中的保氮效果和降油脂效果，旨為病死豬堆肥菌劑的研發(fā)提供科學(xué)依據(jù)，推進(jìn)堆肥法在畜禽死體無(wú)害化處理方面的推廣。

1 材料與方法

1.1 堆肥材料

試驗(yàn)在湖南永安原生生物科技股份有限公司進(jìn)行，堆肥原料主要是病死豬和鋸木屑。試驗(yàn)前將病死豬和鋸木屑按 3 ∶ 1 比例（鮮質(zhì)量比）投入LT-2000型無(wú)害化高速處理設(shè)備運(yùn)行48 h后放料，主要目的是對(duì)病死豬及輔料進(jìn)行物理性粉碎和混勻，物料的基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 堆肥菌劑

枯草芽孢桿菌KF-1為實(shí)驗(yàn)室分離篩選獲得的具有降解油脂效果的菌株，納豆芽孢桿菌J-2為實(shí)驗(yàn)室分離獲得的具有除臭效果的菌株，木霉菌Y-5為具有快速降解纖維素功能的菌株。先制備各菌株的種子液，然后接種至發(fā)酵培養(yǎng)基中30 ℃培養(yǎng)48 h，低溫保存發(fā)酵液（活菌數(shù)均約為3.0×109 CFU/mL）。菌劑1為菌株KF-1、J-2、Y-5等體積混勻后制成的發(fā)酵液，菌劑2為商業(yè)復(fù)合有機(jī)肥發(fā)酵劑（購(gòu)自江蘇綠科生物技術(shù)有限公司，活菌數(shù)約為3.0×109 CFU/g），具有促進(jìn)畜禽糞便腐熟的功能。

1.3 試驗(yàn)方案

堆肥基質(zhì)為“1.1”節(jié)中經(jīng)過(guò)粉碎與混勻后的物料，各堆體總質(zhì)量約為300 kg，堆肥開(kāi)始時(shí)調(diào)節(jié)各堆體的C/N約為25，含水量為55%～60%。本試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理：（1）對(duì)照（CK）：300 kg堆肥基質(zhì)，不添加外源菌劑;（2）試驗(yàn)組T1：300 kg 堆肥基質(zhì)，加入6 L菌劑1;（3）試驗(yàn)組T2：300 kg堆肥基質(zhì)，加入6 kg商業(yè)化菌劑2。將菌劑與堆肥基質(zhì)充分混勻后堆制成長(zhǎng)、寬、高約為1.5 m×1.5 m×1.0 m的堆體，每個(gè)處理重復(fù)3堆。本次試驗(yàn)于2017年6—7月在室內(nèi)大棚進(jìn)行，持續(xù)時(shí)間共30 d。每天上午10：30用水銀溫度計(jì)測(cè)定距堆體表面20 cm左右深度的溫度和同一時(shí)刻的環(huán)境溫度，分別在堆肥的7、14、21、28 d進(jìn)行機(jī)械翻堆。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

分別在堆肥0、3、6、9、12、15、20、25、30 d的堆體前后左右及中心位置點(diǎn)進(jìn)行5點(diǎn)混合取樣，各堆體每次取樣量約為500 g，樣品風(fēng)干后用于各指標(biāo)的測(cè)定。pH、有機(jī)質(zhì)、全氮（TN）含量按照有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)《NY 525—2012》中的方法測(cè)定，水溶性銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量分別采用靛酚藍(lán)比色法和紫外分光光度法測(cè)定[14]。

分別測(cè)定各堆體初始時(shí)間、15、20、25、30 d樣品的油脂含量和種子發(fā)芽指數(shù)（GI）。油脂含量的測(cè)定采用索氏提取法測(cè)定。種子發(fā)芽指數(shù)測(cè)定方法：取10 g各樣品加入100 mL蒸餾水浸泡，振蕩1 h后濾紙過(guò)濾。吸取6 mL濾液，加入到鋪有濾紙的培養(yǎng)皿（直徑為9 cm）中，每個(gè)培養(yǎng)皿均勻點(diǎn)播20粒飽滿蘿卜種子，30 ℃暗培養(yǎng)48 h，測(cè)定發(fā)芽率和根長(zhǎng)，同時(shí)以蒸餾水為空白對(duì)照[1]。計(jì)算公式：GI=（處理的種子發(fā)芽率×處理種子根長(zhǎng)）/（對(duì)照的種子發(fā)芽率×對(duì)照種子根長(zhǎng)）×100%。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003進(jìn)行處理及作圖，利用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥溫度變化

堆體溫度變化是微生物活動(dòng)的結(jié)果，是反映堆肥發(fā)酵是否正常進(jìn)行的最直觀和最重要的指標(biāo)。由圖1可知，在發(fā)酵過(guò)程中，各處理的溫度變化均呈現(xiàn)出“先升高后降低，然后保持穩(wěn)定”的趨勢(shì)。CK、T1、T2處理分別在堆肥4、3、3 d達(dá)到高溫期（>50 ℃），各堆體高溫維持時(shí)間分別為12、14、13 d。根據(jù)高溫堆肥的無(wú)害化要求（GB 7959—2012），堆溫在 50 ℃ 以上持續(xù)10 d可完全殺滅病原細(xì)菌及蟲(chóng)卵，本研究所有處理均達(dá)到無(wú)害化要求。T1、T2處理與CK處理在達(dá)到高溫期的時(shí)間及高溫維持時(shí)間方面無(wú)顯著性差異，說(shuō)明本試驗(yàn)添加的外源菌劑對(duì)堆肥溫度無(wú)顯著的促進(jìn)作用。

2.2 堆肥pH值變化

由圖2可見(jiàn)，各處理的pH值均呈先升后降趨勢(shì)，這與溫度的變化趨勢(shì)類似。堆肥起始時(shí)，各堆體的pH值基本相同，隨著堆肥的進(jìn)行，由于微生物的氨化作用，導(dǎo)致堆體中有機(jī)氮分解，產(chǎn)生大量氨氮，使得pH值上升。CK、T1、T2處理pH值最大值分別出現(xiàn)在12、9、6 d，分別為7.72、7.81、7.88。此后，各堆體隨著氨化作用減弱、硝化作用增強(qiáng)，pH值下降。堆肥結(jié)束時(shí)，CK、T1、T2組pH值分別為7.23、6.65、7.06，T1處理的pH值顯著低于CK、T2處理（P<0.05）。

2.3 堆肥中有機(jī)質(zhì)含量的變化

由圖3可知，各堆體中的有機(jī)質(zhì)含量前期不斷降低，后期趨于穩(wěn)定。堆肥結(jié)束時(shí)，堆體CK、T1、T2處理的有機(jī)質(zhì)含量分別為52.4%、62.1%、59.5%，與初始相比分別下降了172、8.0、9.8百分點(diǎn)，添加了外源菌劑的有機(jī)質(zhì)下降幅度小于對(duì)照處理組。

2.4 堆肥中銨態(tài)氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO3--N）和全氮含量的變化

堆肥中的銨態(tài)氮含量與堆肥過(guò)程中的臭度呈正相關(guān)關(guān)系，銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨氣揮發(fā)是氮素?fù)p失的主要來(lái)源。銨態(tài)氮含量的變化，由圖4可知，各處理的銨態(tài)氮含量均表現(xiàn)為先升后降的趨勢(shì)。堆肥前期，由于具有氨化作用微生物的活動(dòng)，堆肥中含氮有機(jī)物大量轉(zhuǎn)化NH4+-N，銨態(tài)氮含量大量增加。CK、T1、T2處理的峰值分別在15、15、12 d時(shí)出現(xiàn)，最大值分別為2 018.6、2 634.7、2 597.6 mg/kg。此后，伴隨著堆肥過(guò)程中氨氣揮發(fā)損失及硝化作用的增強(qiáng)，各堆體的銨態(tài)氮含量迅速下降。堆肥結(jié)束時(shí)，各處理組銨態(tài)氮含量分別降低至613.2、996.4、779.6 mg/kg，與初始量相比，降低幅度分別為46.4%、14.0%、30.7%，T1處理的銨態(tài)氮含量顯著高于對(duì)照組和T2處理（P<0.05），說(shuō)明病死豬堆肥中添加菌劑1可以顯著增加堆肥中銨態(tài)氮的含量。

由圖5可知，各處理的NO3--N含量變化總體呈增加的趨勢(shì)，但在堆肥降溫期增加速率最快。堆肥結(jié)束時(shí)，CK、T1、T2處理的NO3--N含量分別為1 033.6、1 241.6、1 216.4 mg/kg，比堆肥初期分別增加了117%、172%、183%，T1、T2處理的硝態(tài)氮含量顯著高于CK處理（P<0.05）。

全氮含量是判斷有機(jī)肥效果的一個(gè)重要指標(biāo)，由圖6可知，各處理的全氮含量變化趨勢(shì)相同，均呈下降趨勢(shì)。堆肥結(jié)束時(shí)，CK、T1、T2處理的全氮含量分別為15.3、18.9、15.5 g/kg，比堆肥初期分別降低了40.2%、25.9%、40.2%。T1處理的全氮含量顯著高于對(duì)照和T2處理（P<0.05），這說(shuō)明添加菌劑1，可以降低氮素?fù)p失，具有保氮效果。

2.5 堆肥油脂含量的變化

由圖7可知，堆肥的前25 d，各組的油脂含量均呈不斷降低的趨勢(shì);25～30 d，各堆體中的油脂含量無(wú)明顯變化。堆肥結(jié)束時(shí)，T2處理的樣品由于油脂含量高，堆肥呈深褐色，而T1處理的樣品油脂含量低，顏色較T2淺（圖8）。CK、T1、T2樣品的油脂含量分別為 14.84%、7.52%、15.95%，各組的油脂降解率分別為 39.2%、70.9%、37.1%，T1的油脂含量顯著低于CK、T2的油脂含量（P<0.05）。堆肥中的油脂含量與堆肥的植物毒性密切相關(guān)，油脂含量高，會(huì)降低肥料的品質(zhì)。結(jié)果表明，添加菌劑1有利于降低堆肥中的油脂含量。

2.6 外源菌劑對(duì)種子發(fā)芽指數(shù)（GI）的影響

種子發(fā)芽指數(shù)是判斷堆肥產(chǎn)品是否腐熟的主要指標(biāo)之一，同時(shí)也能反映堆肥產(chǎn)品的植物毒性。一般認(rèn)為，當(dāng)GI>80%時(shí)，說(shuō)明堆肥產(chǎn)品對(duì)植物基本無(wú)毒性，達(dá)到完全腐熟[15]。表2可知，堆肥開(kāi)始時(shí)，蘿卜種子的萌發(fā)受到抑制，隨著堆肥的進(jìn)行，各組的GI逐漸增大，25 d時(shí)，T1處理的GI值達(dá)到128.9%，而CK、T2處理的GI仍小于80%。堆肥結(jié)束時(shí)，T1處理的GI達(dá)到127.3%，顯著大于CK、T2的GI（P<0.05）。

3 討論

目前，微生物菌劑在畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等堆肥中得到廣泛的應(yīng)用，大量研究表明，外源菌劑的添加對(duì)于堆肥的升溫、腐熟均有促進(jìn)作用。但以畜禽死體為原料的堆肥，由于原料中的氮素含量和油脂含量高，在堆肥過(guò)程中易產(chǎn)生臭味重、氮素?fù)p失量多、肥料的腐熟度低、對(duì)植物具有毒性等問(wèn)題[4]。針對(duì)畜禽死體原料的性質(zhì)，篩選特定的微生物菌劑，是促進(jìn)畜禽死體堆肥腐熟、減少臭氣排放的重要途徑之一。

本試驗(yàn)中對(duì)照組（CK）、添加自主研發(fā)的菌劑組（T1）和商品菌劑組（T2）在堆體最高溫度、 高溫維持天數(shù)方面無(wú)顯著性差異，均符合高溫堆肥的無(wú)害化要求（GB 7959—2012）。堆肥結(jié)束時(shí)，T1處理的pH值顯著低于CK、T2處理，推測(cè)原因可能是菌劑1中的微生物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生了大量的酸性物質(zhì)，較低的pH值可抑制銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨氣，有利于堆肥中氮素的保持[16]。

堆肥中氮的主要形態(tài)包括有機(jī)氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和氨氣等，不同形態(tài)的氮素發(fā)生的轉(zhuǎn)化與微生物的活動(dòng)密切相關(guān)。本試驗(yàn)中，各處理組的銨態(tài)氮含量表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)、硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為逐漸增加的趨勢(shì)，而全氮含量表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢(shì)，這與林小鳳等報(bào)道的雞糞堆肥[17]、徐路魏等報(bào)道的蔬菜廢棄物堆肥[18]、肖禮等報(bào)道的豬糞堆肥[19]等研究中的變化趨勢(shì)一致。造成這一趨勢(shì)的原因可能是前期堆體中氨化細(xì)菌大量繁殖，有機(jī)氮大部分轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，銨態(tài)氮含量大量上升，由于氨氣的釋放量與銨態(tài)氮含量呈正相關(guān)關(guān)系，導(dǎo)致氨氣大量揮發(fā)，全氮含量快速降低。堆肥后期，隨著堆肥溫度降低，硝化細(xì)菌大量繁殖，硝化作用增強(qiáng)，銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，因此銨態(tài)氮含量大幅減少，而硝態(tài)氮含量大量上升。堆肥后期，由于氨氣的釋放及反硝化作用（硝態(tài)氮被還原成氮?dú)猓虼硕逊实娜坷^續(xù)降低。堆肥結(jié)束時(shí)，添加菌劑1的T1處理組的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和全氮含量均顯著高于CK組、T2組，說(shuō)明自主研發(fā)的菌劑可以減少堆肥氮素的損失，對(duì)提高肥料的品質(zhì)具有較好效果。

與以豬糞[19]、雞糞[20]為原料的堆肥相比，本研究中各處理組在相同時(shí)間的種子發(fā)芽指數(shù)均較低，綜合分析堆肥過(guò)程中有機(jī)質(zhì)的含量及油脂的含量變化，推測(cè)造成種子發(fā)芽指數(shù)偏低的原因可能是堆體中的油脂含量高，抑制了蘿卜種子的萌發(fā)。與市場(chǎng)上購(gòu)買的商品菌劑相比，本試驗(yàn)中添加的自主研制的菌劑，能使堆肥中的油脂含量大幅降低，對(duì)于促進(jìn)堆肥的腐熟具有顯著效果。

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，在病死豬堆肥中添加以枯草芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、木霉菌組合而成的微生物菌劑，可以顯著降低堆體中的油脂含量，減少堆肥氮素的損失，促進(jìn)堆肥的腐熟，在病死豬堆肥中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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