王懷中 李開榮 朱榮生 呼紅梅 劉俊珍 黃保華*

（①山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所 濟南 250100 ②山東省曲阜市畜牧獸醫(yī)技術(shù)服務(wù)中心）

好氧堆肥發(fā)酵是當(dāng)前有效處理養(yǎng)殖場畜禽糞便及種植業(yè)秸稈的有效方式之一，可將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)榛|(zhì)肥料，進一步進行資源化利用，生態(tài)效益提高及產(chǎn)業(yè)鏈延伸的同時，也為企業(yè)創(chuàng)造了新的經(jīng)濟增長點，為種植戶提供優(yōu)質(zhì)生物基質(zhì)，從而實現(xiàn)種養(yǎng)循環(huán)的經(jīng)濟模式。本文擬從好氧堆肥發(fā)酵全程所需的相關(guān)原料、發(fā)酵過程、產(chǎn)物參數(shù)進行論述，以期為堆肥發(fā)酵提供參考。

1 好氧堆肥原料參數(shù)

好氧堆肥發(fā)酵原料主要由堆肥原料及輔料構(gòu)成。堆肥原料主要來自養(yǎng)殖業(yè)的動物糞便如豬糞、雞糞、及牛糞等，堆能輔料則主要由種植業(yè)的作物秸稈如玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈等及加工副產(chǎn)物如稻殼、菌渣等一種或幾種構(gòu)成。堆肥原料碳氮比較低，發(fā)酵過程中主要提供有效的氮源，而碳氮較高的堆肥輔料主要提供有效的碳源，幾種原料共同混合為碳氮比為25～30堆肥混合物后進行發(fā)酵。

1.1 水分 水份可溶解發(fā)酵原料中的有機物，參與微生物的新陳代謝，并可通過水份的蒸發(fā)調(diào)節(jié)發(fā)酵物料的溫度和濕度。但過高的水分可導(dǎo)致發(fā)酵過程形成厭氧狀態(tài)，產(chǎn)生異味；過低的水分則會妨礙微生物的繁殖，延緩發(fā)酵過程甚至?xí)Ｖ?。在物料堆積前對原料水份的測定是必要的，堆肥原料水份測定可采用恒重法或真空烘箱法，根據(jù)原料中水分含量進行配比或額外加水至調(diào)節(jié)堆肥物料至55%～65%進行發(fā)酵。

1.2 碳氮比 適宜的碳氮比可有效促進發(fā)酵進程及提高肥效形成良好的土壤改良劑或有機肥。由于微生物自身碳氮比約為5：1，故同化5份碳需1份氮以構(gòu)成自身細胞體，而同化（吸收利用）1份氮則需消耗5份有機碳來取得能量，因此微生物吸收利用1份氮需消耗25份的有機碳，所以堆肥發(fā)酵碳氮比最適宜比例為25～30：1，過高可抑制莖葉生長，過低則抑制根莖生長。總有機碳(TC)和全氮(TN)可分別采用重鉻酸鉀容量法和凱氏定氮法測定，將原料中所有TC、TN分別累積相加后兩者比值即為物料總碳氮比。

1.3 酸堿度(pH) 酸堿度是影響微生物生長的重要因素之一，適宜的PH值可促使微生物有效地發(fā)揮作用，加快發(fā)酵進程，減少NH4+的損失，保留堆肥中的氮。微生物最適宜生長的pH值的范圍在6.5～7.5之間，當(dāng)pH值≤5.0時，降解速率為0，停止發(fā)酵，當(dāng)pH值≥9.0時，降解速率降低且氨態(tài)氮大量揮發(fā)損失嚴重。因此物料堆積前和堆積后需要檢測原料和堆積物的酸堿度，如堆積物的酸堿度不在達適宜范圍之內(nèi)，可通過添加堿性物質(zhì)如生石灰等進行調(diào)節(jié)。

1.4 物料粒度及供氧量 物料粒度影響堆積物的供氧量，而供氧量過量則會導(dǎo)致溫度降低，不得于高溫菌的氧化分解，供氧量不足，微生物死亡，分解速度減慢，因此適宜的物料粒度及供氧量是良好發(fā)酵的保障。在堆肥過程中，由于糞便的粘性會形成較大的顆?；蚯驙铙w，而顆粒越大熱量傳遞時間越長，內(nèi)部供氧量越少，大顆粒發(fā)酵效果越差。直徑在0.3～1.3cm之間的顆粒粒度及0.1～0.2m3/min供氧量可加快糞便的發(fā)酵速度，提高發(fā)酵效果。

2 發(fā)酵進程參數(shù)檢測

伴隨嗜溫性微生物、嗜熱性微生物對堆體內(nèi)的有機質(zhì)進行吸收、氧化、分解，在產(chǎn)生熱量的同時不斷進行生長繁殖，產(chǎn)生新的生物體，進而對可生物降解的有機物轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)。物質(zhì)在轉(zhuǎn)化的同時，各種指標(biāo)參數(shù)要發(fā)生相應(yīng)的變化，根據(jù)指標(biāo)的變化進而確定發(fā)酵進程，并對發(fā)酵過程做出有效的監(jiān)察。

2.1 溫度 堆肥過程中溫度的變化反應(yīng)了堆體內(nèi)微生物活性的變化，同時又是使堆肥達到無害化和穩(wěn)定化的重要條件[1]。溫度過低，不易殺死有害細菌，降解緩慢，延長有機肥生產(chǎn)周期，高溫過高，則會殺死部分有益發(fā)酵菌，延緩堆肥進程，增加氮素的揮發(fā)量。發(fā)酵堆肥過程主要由中溫階段(≤60℃)、高溫階段(60～65℃)及熟化階段(≤60℃)3個階段，一般情況下，堆積完成后1～2d溫度便可到達高溫期，經(jīng)過翻拋充氧，由于高溫持續(xù)時間與堆積物中的難分解的高纖維素含量有關(guān)，正常發(fā)酵可持續(xù)35～40d，進入熟化階段后溫度降低至環(huán)境溫度。因此溫度的變化類是先升高再降低。溫度的檢測要結(jié)合環(huán)境溫度，在堆積后可采取隔天固定時間檢測，在堆體中選取5個點，將溫度計插入堆肥深度約40cm處，穩(wěn)定后讀取，以5個點的平均溫度作為當(dāng)天的堆體溫度。

2.2 酸堿度 （1）厭氧發(fā)酵作為發(fā)酵堆肥的前處理階段，在發(fā)酵菌作用下快速分解水解的有機物，產(chǎn)生酸和熱量，因此在堆肥前期，pH值是下降的；通過翻拋和充氧，由厭氧階段快速進入好氧階段，進行有機物的分解，產(chǎn)生大量的氨氣，導(dǎo)致pH值快速上升；發(fā)酵后期，溫度下降，氨氣揮發(fā)速率下降，硝化菌活性增強，腐殖酸形成，引起pH值下降，并趨于穩(wěn)定。（2）物料組成不同，起始pH是有差異的，雞糞與蘑菇渣起始pH為8.5[2]，豬糞與菌渣起始pH為7.3左右[3]，稻稈、豬糞、蘑菇渣起始pH為8左右[4]，但發(fā)酵過程中的pH一般在6.8～8.5之間變動，腐熟的物料一般在7.5左右。pH值的測定將2g左右的鮮樣進行樣水比1：10稀釋，120r/min振蕩1h，用pH計測定過濾后的上清液。

2.3 水分 （1）發(fā)酵過程產(chǎn)生大量的熱量，伴隨翻拋和充氧，水分會大量的蒸發(fā)，整體堆積物料的含水率是下降的，但在初始階段有機物的酸化水解過程會產(chǎn)生一定的水分，含水率會略微上升[5]。輔料添加比例越高，透氣性越好，越有利于氣體的蒸發(fā)和散失，高溫期水分蒸發(fā)量越多。（2）物料堆積起始水份一般需要在55%～65%之間，用利于堆積物的好氧發(fā)酵，經(jīng)過充分的發(fā)酵腐熟，水分降到30%以下即符合有機肥標(biāo)準(zhǔn)。（3）水分的檢測將采集鮮樣用烘干法或恒重法進行測定。

2.4 總碳、總氮及碳氮比的變化 （1）碳元素的消耗在升溫期及高溫前期損耗較少，下降緩慢，在高溫后期，伴隨微生物活動加強，分釋放出大量的CO2，導(dǎo)致碳元素的快速下降，之后進入腐熟階段，溫度下降，微生物活動減慢，碳元素含量趨于穩(wěn)定。（2）氮元素在整個發(fā)酵過程是減少的，初期由于有機氮轉(zhuǎn)化大量的氨氣揮發(fā)，總氮含量是減少的，后期氨態(tài)氮消耗減少，由于堆積物料總干物重的消耗要大于總氮的下降幅度，因此總氮的含量是上升的。（3）由于總碳、總氮的損失時期不一致，整體碳氮比是先上升后下降的。

3 腐熟階段相關(guān)指標(biāo)測定

經(jīng)過一定的時間的堆積發(fā)酵，溫度、酸堿度、水分、總碳及總氮等指標(biāo)趨于穩(wěn)定后，發(fā)酵基本上完成，但是否能作為有機肥或土壤改良劑，還需要進行參數(shù)指標(biāo)檢測，結(jié)合有機肥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)NY525-2012規(guī)定的有機質(zhì)含量(以干基計)≥45%，總養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)含量(以干基計)≥5%，水分(游離水)≦30%，pH為5.5～8.0進行對比。

3.1 有機質(zhì) （1）有機質(zhì)的消耗主要是在中溫和高溫階段消耗，腐熟階段由于大部分易降解物質(zhì)已消耗，只有纖維素、半纖維素進行發(fā)酵，導(dǎo)致微生物活動減弱，含量并趨于穩(wěn)定。（2）有機質(zhì)的檢測采用重鉻酸鉀容量法。在加熱的條件下，用定量重鉻酸鉀－硫酸溶液使堆積物中的碳氧化，多余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)液滴定，根據(jù)氧化前后氧化劑消耗量，計算有機碳的含量，再乘以系數(shù)1.724，即為有機質(zhì)含量。

3.2 腐殖酸 腐殖酸是在降解糞污、秸稈過程中產(chǎn)生的，其含量變化是堆肥，腐殖化的一個重要指標(biāo)，可用來判定堆肥的腐熟程度。根據(jù)腐殖酸在465nm及665nm處所具有的特征吸收峰，測定在兩處的比值(E4/E6)可以用來反映腐殖質(zhì)的縮合和芳構(gòu)化程度，一般情況下值越低，腐殖程度越高，分子量越大，效果越好。

3.3 總養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)含量 （1）總養(yǎng)分含量是有機肥質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，一般情況下豬糞堆肥的總養(yǎng)分含量最高，羊糞最低，但雞糞堆肥的總養(yǎng)分含量升高幅度最大，牛糞升高幅度最小[7]。（2）總養(yǎng)分含量的測定主要由硫酸-過氧化氫消煮法制備試樣溶液；全氮用凱氏定氮儀測定，全磷用釩鉬黃比色法，全鉀用火焰光度法進行測定。

3.4 水分及pH值 水分含量及pH值是保證有機肥質(zhì)量的一項指標(biāo)。水分含量高或pH值不在規(guī)定范圍之內(nèi)，說明發(fā)酵未完成，需繼續(xù)采取措施再次發(fā)酵。

3.5 發(fā)芽指數(shù)的測定 （1）種子發(fā)芽指數(shù)(GI)是一種通過測試堆肥浸出液的生物毒性來評價堆肥產(chǎn)品無害化的有效指標(biāo)，種子發(fā)芽指數(shù)變化趨勢基本相同，均先緩慢下降又逐漸增加，至堆肥結(jié)束后，種子發(fā)芽指數(shù)達到最大值。當(dāng)種子發(fā)芽指數(shù)達到80%時，堆肥已沒有植物毒性或者說堆肥已經(jīng)完全腐熟[8]。（2）GI的測定用蔬菜種子如黃瓜種子在30℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48h后，分別測定堆肥浸提液和蒸餾水的種子發(fā)芽率和種子總根長，二者發(fā)芽率、種子總根長的乘積的比值的百分率即為GI。（3）好氧堆肥發(fā)酵通過廢棄資源的重新利用達到節(jié)能減排的目的，為建設(shè)環(huán)保型養(yǎng)殖場及種植業(yè)產(chǎn)生的秸稈合理處置提供了良好的途徑，因此發(fā)酵過程各種參數(shù)的變化和檢測方法對廢棄物處理是至關(guān)重要的。