王鈺軒，俄勝哲，*，袁金華，姚佳璇，王少琦，趙天鑫

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，蘭州 730070；3.甘肅省臨澤縣鼎豐源凹土高新技術(shù)開發(fā)有限公司，甘肅張掖 734200）

2020 年我國農(nóng)牧業(yè)有機(jī)廢棄物總產(chǎn)生量超過50億t，其中僅畜禽糞便一項(xiàng)就達(dá)41 億t[1?2]。據(jù)結(jié)算，全國畜禽業(yè)每年總氮排放102.48萬t，總磷排放16.04萬t；種植業(yè)每年產(chǎn)生秸稈近9 億t，未利用的達(dá)2 億t[3]。將這些廢棄物堆漚發(fā)酵轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料是實(shí)現(xiàn)循環(huán)農(nóng)業(yè)的最佳手段。大量研究指出，有機(jī)肥發(fā)酵過程中氮主要通過礦化?硝化?反硝化過程，轉(zhuǎn)化為氨氣等氣體逸出，此過程約可損失4.2%～12.7%的氮[4?8]。因此如何有效減少堆肥發(fā)酵過程中養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)的流失，提高產(chǎn)品的養(yǎng)分含量，達(dá)到減污提效的目的，一直是有機(jī)固廢資源化利用研究中的重點(diǎn)問題[9]。近年來也有一些使用微生物、礦物、生物炭等添加劑，改善有機(jī)肥生產(chǎn)工藝中養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)流失的研究。如高文慧等[10]用生物炭作為添加劑，使豬糞堆肥發(fā)酵的氨揮發(fā)減少了29%；王巖等[11]在添加微生物菌劑的牛糞堆肥試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，投放600 mg·kg?1菌劑可有效延長(zhǎng)發(fā)酵高溫期，加快腐熟；羅一鳴等[12]和郜斌斌等[13]用化學(xué)物質(zhì)及黏土礦物作添加劑，研究了牛糞堆肥發(fā)酵過程中的氮損失，結(jié)果指出，添加硫酸亞鐵或明礬可分別降低氮損失33%和26%，蛭石、沸石和膨潤土則可降低氮損失15%、22%及13%。這些研究為提高凹凸棒石這種新型材料在肥料生產(chǎn)過程中的應(yīng)用層級(jí)提供了思路。

凹凸棒石是一種具有2∶1 型結(jié)構(gòu)的含水富鎂鋁硅酸鹽類黏土礦物，其單晶束呈長(zhǎng)徑比很高的棒晶狀或纖維狀，在每?jī)蓚€(gè)連續(xù)鏈層單元結(jié)構(gòu)之間常形成截面約0.37 nm×0.64 nm 的納米孔道[14]，這些納米通道除內(nèi)含F(xiàn)e、Mg、Ti 等各種微量元素外，也使凹凸棒石的比表面積超過了1 000 m2·g?1[15]。另外，邊緣配位基團(tuán)—OH2和廣泛存在的類質(zhì)同象取代現(xiàn)象，使凹凸棒石具有永久表面負(fù)電荷以及大量的表面羥基。由于這些獨(dú)特的晶體構(gòu)造，凹凸棒石也成為了一種非常理想的廉價(jià)吸附劑、懸浮劑、增稠劑、觸變劑、干燥劑和納米?微納米材料[16?18]。目前凹凸棒石多用作復(fù)混肥料的黏結(jié)劑或包衣劑，是肥料顆粒物理結(jié)構(gòu)的一小部分，加之單位土地面積復(fù)混肥的施用量有限，凹凸棒石投入量少，致使其效果得不到充分發(fā)揮[19]。研制凹凸棒石有機(jī)肥是增加凹凸棒石施用量、提升其改良效果、方便施用及降低勞務(wù)成本的有效途徑。這不但可以增加凹凸棒石的施用量，而且有機(jī)肥中含有的豐富有機(jī)質(zhì)還具有改良土壤和修復(fù)土壤的潛能，同時(shí)凹凸棒石的強(qiáng)吸附性，可降低發(fā)酵過程中的碳氮損失。但目前有關(guān)添加凹凸棒石是否影響有機(jī)肥的發(fā)酵過程、適宜的添加量是多少及其對(duì)有機(jī)肥養(yǎng)分含量及損失率的影響研究鮮見報(bào)道。因此本文通過設(shè)置不同凹凸棒石添加量，將凹凸棒石加入堆肥物料共同發(fā)酵，研究凹凸棒石不同添加量對(duì)牛糞堆肥發(fā)酵過程中氮磷鉀養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量變化的影響，以期為減少有機(jī)肥發(fā)酵過程中碳氮損失，增強(qiáng)發(fā)酵工藝中養(yǎng)分固存能力及提升有機(jī)肥品質(zhì)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用原料為鮮牛糞、玉米秸稈、糠醛渣和凹凸棒石，其中鮮牛糞與秸稈購自甘肅前進(jìn)牧業(yè)科技有限責(zé)任公司，玉米秸稈切碎至10 cm 后與牛糞按體積比3∶1 混合均勻。糠醛渣購自張掖市玉鑫化工有限責(zé)任公司。凹凸棒石為提純至95%以上，過100目篩的凹凸棒石粉末，其含有機(jī)質(zhì)2.1 g·kg?1、SiO2445.9 g·kg?1、Al2O3137.7 g·kg?1、Fe2O351.0 g·kg?1、MgO 43.0 g·kg?1、K2O334.9 g·kg?1、P2O52.0 g·kg?1，含水量4.8%，pH 9.4。試驗(yàn)所用牛糞和糠醛渣的具體理化性質(zhì)如表1所示。

表1 原料理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of raw materials

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

《有機(jī)肥料》（NY 525—2012）規(guī)定有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)≥45%。發(fā)酵腐熟牛糞有機(jī)質(zhì)含量通常為35%左右，而且添加凹凸棒石后，會(huì)引起有機(jī)質(zhì)含量降低。為提高有機(jī)質(zhì)含量，預(yù)試驗(yàn)顯示牛糞應(yīng)添加30%的糠醛渣，且隨凹凸棒石添加量的增加，糠醛渣用量也應(yīng)逐漸增加。試驗(yàn)共設(shè)4 個(gè)不同堆肥處理，即凹凸棒石添加量（以堆料鮮質(zhì)量計(jì)算）分別為0%（T1）、5%（T2）、10%（T3）和15%（T4）。各處理具體物料配比如表2所示。

表2 各處理物料配比（kg）Table 2 Proportioning table of each processed material（kg）

1.3 發(fā)酵管理

堆肥試驗(yàn)在臨澤縣工業(yè)園區(qū)鼎豐源凹土高新技術(shù)有限公司發(fā)酵車間進(jìn)行，采用條垛式堆肥方式，將牛糞、糠醛、凹凸棒石按不同處理比例混勻后，堆制成長(zhǎng)寬高均為1 m 的4 個(gè)方形條垛，并調(diào)節(jié)混合物料含水量至55%，使其自然發(fā)酵。堆肥初期每2～3 d 翻堆一次，當(dāng)發(fā)酵溫度高于50 ℃后，改為每日翻堆一次。當(dāng)發(fā)酵溫度低于50 ℃且不再上升后，重新改為每2～3 d翻堆一次。每次取樣后為堆體補(bǔ)水至含水量55%左右并翻堆，以使堆體發(fā)酵持續(xù)進(jìn)行。試驗(yàn)持續(xù)至堆體溫度保持不變以及堆體含水量保持在50%以上不再下降時(shí)終止。發(fā)酵結(jié)束后稱量剩余物料質(zhì)量。

1.4 樣品采集與分析方法

試驗(yàn)開始后每日早、中、晚各測(cè)量一次堆體溫度并記錄。在試驗(yàn)開始后的第1、9、16、26、47 d，于堆體前、中、后3個(gè)部位的5～10 cm深度處進(jìn)行梅花五點(diǎn)取樣，將取出樣品按四分法減量一半后帶回檢測(cè)。所取3份樣品分別作為每個(gè)處理的假重復(fù)。

實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)有機(jī)質(zhì)及全氮磷鉀含量采用NY 525—2012 中的國標(biāo)方法；水分測(cè)定采用GB/T 8576—2010中的真空烘箱法；溫度測(cè)定使用探桿插入式數(shù)字溫度計(jì)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀養(yǎng)分質(zhì)量損失率的計(jì)算公式：

式中：m0為腐解前的物料干質(zhì)量，kg；m1為腐熟后的物料干質(zhì)量，kg；w0為腐解前有機(jī)質(zhì)（全N、P、K）含量，%；w1為腐熟后的有機(jī)質(zhì)（全N、P、K）含量，%。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS 23 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Excel 2016進(jìn)行整理并做圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 凹凸棒石添加對(duì)發(fā)酵溫度的影響

試驗(yàn)過程中各處理發(fā)酵溫度變化如圖1 所示。整個(gè)發(fā)酵周期內(nèi)，發(fā)酵溫度呈單峰曲線變化趨勢(shì)，在堆肥開始后的9 d 內(nèi)，物料中的有機(jī)物質(zhì)被微生物迅速降解并產(chǎn)生熱量，使發(fā)酵溫度快速升高。所有處理發(fā)酵溫度均在堆肥開始后的第4～5 d超過50 ℃，并在50～70 ℃范圍內(nèi)保持13～14 d 后逐漸降低。結(jié)合圖1和表3 可知，T1處理發(fā)酵過程中溫度變化幅度大，且增降迅速，最大溫差達(dá)37.1 ℃，其全周期發(fā)酵積溫為1 372.5 ℃，最高溫度為66.2 ℃，均高于其他處理，升至最高溫所用時(shí)間也較T2、T3處理長(zhǎng)1～2 d。添加凹凸棒石的處理，發(fā)酵溫度變化相對(duì)平緩，T2、T3全周期發(fā)酵積溫在1 350 ℃左右，溫差為30 ℃左右。T4處理發(fā)酵積溫較高，為1 382.2 ℃，溫差為29.1 ℃，低于其他3 組處理。在堆肥開始后的第25 d，各處理發(fā)酵溫度降為30 ℃左右，且基本保持穩(wěn)定，此時(shí)腐熟基本完成。在堆肥發(fā)酵的全周期內(nèi)，各處理均經(jīng)歷了升溫、高溫、降溫、腐熟4 個(gè)時(shí)期，且50 ℃以上高溫期均超過10 d，符合有機(jī)廢棄物堆肥發(fā)酵的腐熟標(biāo)準(zhǔn)（GB 7959—2012），這表明添加凹凸棒石不會(huì)對(duì)有機(jī)肥發(fā)酵消毒殺菌效果產(chǎn)生負(fù)面影響。

表3 各處理發(fā)酵堆體溫度特性Table 3 Temperature characteristics of fermentation reactors in each treatment

2.2 凹凸棒石添加對(duì)發(fā)酵過程中水分含量的影響

各處理發(fā)酵全過程中含水量變化如圖2 所示，各處理于發(fā)酵開始后的第10、17、27 d 各補(bǔ)水一次。在發(fā)酵初期（0～9 d）及3次補(bǔ)水之后的4個(gè)階段內(nèi)，各處理含水量均呈下降趨勢(shì)，其中以第一次補(bǔ)水后（10～16 d）各處理水分下降幅度最大，為12.34～16.64 個(gè)百分點(diǎn)。在發(fā)酵初期，各處理含水量降低幅度隨凹凸棒石添加量的增大而增大，這可能是由于添加凹凸棒石增加了原料的通氣孔道，使通風(fēng)蒸發(fā)的水分增加所致，這一階段T1～T4處理含水量分別降低了4.12、8.16、12.53、18.72個(gè)百分點(diǎn)。在發(fā)酵后期（17～26 d）及腐熟期（27～47 d），由于發(fā)酵溫度下降，各處理含水量下降幅度也逐漸變小，發(fā)酵后期各處理含水量平均下降7.08個(gè)百分點(diǎn)，腐熟期各處理含水量平均下降4.21個(gè)百分點(diǎn)。

2.3 凹凸棒石添加對(duì)發(fā)酵過程中有機(jī)質(zhì)含量的影響

各處理發(fā)酵全過程中有機(jī)質(zhì)含量變化如圖3 所示。各處理有機(jī)質(zhì)含量均隨時(shí)間推移呈下降趨勢(shì)，堆肥前9 d，微生物活動(dòng)旺盛，物料中的有機(jī)物質(zhì)被微生物大量降解，各處理有機(jī)質(zhì)含量降低了3.21～9.44 個(gè)百分點(diǎn)，這一時(shí)期微生物主要利用一些簡(jiǎn)單、易分解的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行新陳代謝，所以有機(jī)質(zhì)含量降低速率較快。第10 d后，簡(jiǎn)單、易分解有機(jī)質(zhì)的濃度降低，微生物開始利用如纖維素、木質(zhì)素等較難分解的有機(jī)質(zhì)，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)含量減少放緩，甚至出現(xiàn)了少量的濃縮。堆肥結(jié)束時(shí)，各處理有機(jī)質(zhì)含量分別減少了9.44、5.11、5.15、3.21 個(gè)百分點(diǎn)，其中T1有機(jī)質(zhì)含量減少幅度最大，T4減少幅度最小，T1處理有機(jī)質(zhì)含量降低幅度較其他處理差異顯著（P＜0.05），這說明添加凹凸棒石可顯著減少有機(jī)質(zhì)的損失。

2.4 凹凸棒石添加對(duì)發(fā)酵過程中全氮含量的影響

全氮含量是影響有機(jī)肥養(yǎng)分水平的重要指標(biāo)。如圖4 所示，發(fā)酵全過程中各處理全氮含量均呈上升趨勢(shì)。由于凹凸棒石自身不含氮，原料中的氮主要由牛糞提供，而試驗(yàn)設(shè)計(jì)中為提高有機(jī)肥中有機(jī)質(zhì)含量，糠醛渣用量也隨凹凸棒石添加量的增加而增加，致使原料中牛糞相對(duì)含量減少。故堆肥初期，各處理全氮含量隨凹凸棒石添加量的增加而減小，且各處理間差異顯著（P＜0.05）。發(fā)酵開始后，T1、T2處理全氮含量在0～27 d內(nèi)持續(xù)上升，27 d后基本不再變化；T3、T4處理全氮含量在0～16 d 內(nèi)持續(xù)上升，16 d 后基本不再變化。至堆肥結(jié)束時(shí)，各處理全氮含量分別增加了0.58、0.47、0.32、0.16個(gè)百分點(diǎn)，其中T1增幅最大，T4增幅最小。綜合來看，牛糞堆肥發(fā)酵過程中確實(shí)存在氮富集作用。

2.5 凹凸棒石添加對(duì)發(fā)酵過程中物料C/N的影響

由圖5 可知，隨發(fā)酵時(shí)間的推移，T1、T2、T3和T4處理物料C/N 均呈下降趨勢(shì)。未添加凹凸棒石的T1處理C/N 從堆肥初期的36.30 降至堆肥結(jié)束時(shí)的21.31，整個(gè)發(fā)酵過程C/N 降低了14.99。T2處理C/N 從堆肥初期的44.34 降至堆肥結(jié)束時(shí)的27.60，降低了16.74。T3處理C/N 從堆肥初期的52.84 降至堆肥結(jié)束時(shí)的34.28，降低了18.56。T4處理C/N 從堆肥初期的63.29降至堆肥結(jié)束時(shí)的45.33，降低了17.96。

2.6 凹凸棒石添加對(duì)發(fā)酵過程中全磷和全鉀含量的影響

各處理發(fā)酵全過程中全磷和全鉀含量變化如圖6 所示。各處理全磷、全鉀含量呈先升高后降低的單峰曲線變化趨勢(shì)。由于初期發(fā)酵（0～9 d）反應(yīng)速率的不同，T1、T2處理全鉀含量增加幅度較大，分別增加0.22 個(gè)和0.25 個(gè)百分點(diǎn)。T3、T4處理全鉀含量增加較少，分別增加0.17個(gè)和0.08個(gè)百分點(diǎn)。在發(fā)酵中后期（10 d 后），各處理全鉀含量減少明顯，T1、T2、T3、T4處理分別減少0.14、0.30、0.27個(gè)和0.32個(gè)百分點(diǎn)。全磷含量在發(fā)酵前后基本沒有變化，只在發(fā)酵前中期略有波動(dòng)，但增減均小于1 個(gè)百分點(diǎn)。造成全鉀含量下降明顯的原因，可能是堆肥中后期向堆體補(bǔ)充水分時(shí)，水滲瀝帶走一部分鉀離子所致。同時(shí)從圖中可知，發(fā)酵前各處理全鉀含量均隨凹凸棒石添加量的增大而增大，且差異顯著（P＜0.05）。

2.7 凹凸棒石添加對(duì)有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀損失的影響

各處理有機(jī)質(zhì)及全氮損失率如圖7所示。T2、T3、T4處理有機(jī)質(zhì)損失率分別為42.56%、43.75%、39.02%，皆低于T1處理的51.84%。T2、T3處理相比T1處理有機(jī)質(zhì)損失分別減少了9.28 個(gè)百分點(diǎn)和8.09 個(gè)百分點(diǎn)，表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05）。T4處理相比T1處理有機(jī)質(zhì)損失減少了12.83 個(gè)百分點(diǎn)，也表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05）。綜合4 個(gè)處理的結(jié)果可知，隨著凹凸棒石添加量的增大，有機(jī)質(zhì)損失率逐漸減小，表明添加凹凸棒石可顯著減少牛糞堆肥發(fā)酵過程中的有機(jī)質(zhì)損失。

發(fā)酵過程中氮素的損失不僅會(huì)降低有機(jī)肥產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)造成資源浪費(fèi)，增加環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著凹凸棒石添加量的增加，各處理全氮損失率呈先降低后增加的變化趨勢(shì)。與T1處理相比，T2處理全氮損失率降低了10.47 個(gè)百分點(diǎn)，表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05）。T3處理相比T1處理全氮損失率降低了4.70 個(gè)百分點(diǎn)（P＞0.05）。T4處理相比T1處理全氮損失率升高了0.43 個(gè)百分點(diǎn)，差異不顯著（P＞0.05）。

各處理全磷與全鉀損失率如圖8 所示，數(shù)據(jù)顯示4 個(gè)處理全鉀均出現(xiàn)了43%左右的損失，各處理間損失率差異不顯著。全磷與全鉀類似，各處理均出現(xiàn)了42%左右的損失，且各處理間損失率差異也不顯著。

3 討論

3.1 溫度

溫度是高溫好氧堆肥技術(shù)中最重要的指標(biāo)之一，微生物的各種生命活動(dòng)都離不開合適的溫度條件。前人研究顯示堆肥發(fā)酵的最適溫度應(yīng)為50～65 ℃，且需持續(xù)發(fā)酵5 d[20?22]。RAVIV 等[23]的研究顯示高溫階段的高溫有助于堆肥發(fā)酵過程中的氮素?fù)p失。本試驗(yàn)中T2、T3、T4處理由于添加了凹凸棒石，相當(dāng)于稀釋了單位體積內(nèi)可反應(yīng)的有機(jī)物質(zhì)，相比模擬傳統(tǒng)堆肥工藝的T1處理，其堆體內(nèi)熱量積蓄更加緩慢。這導(dǎo)致了T2、T3、T4處理發(fā)酵溫度變化更加平緩，高溫期持續(xù)的時(shí)間更長(zhǎng)，這也避免了過高的溫度對(duì)微生物活動(dòng)環(huán)境和氨氣揮發(fā)的影響，以及高溫持續(xù)時(shí)間過短導(dǎo)致的腐熟不完全等嚴(yán)重降低有機(jī)肥品質(zhì)的情況。這與任珺等[24]對(duì)添加凹凸棒的雞糞堆肥的研究結(jié)果一致。試驗(yàn)第25 d 時(shí)，T3、T4處理溫度再次升高的原因，可能是部分凹凸棒石吸水形成包膜塊，包膜塊中包覆的物料在發(fā)酵完成一段時(shí)間后，再次吸水發(fā)酵所導(dǎo)致，這也說明凹凸棒石的添加量并不是越多越好。

3.2 有機(jī)質(zhì)

有機(jī)碳是微生物分解有機(jī)物料中半纖維素、纖維素等的產(chǎn)物，但其分解產(chǎn)物又作為微生物的碳源與能源被利用來合成腐植酸，這個(gè)過程表現(xiàn)為腐殖初期礦質(zhì)化占優(yōu)勢(shì)，腐殖后期腐殖化占優(yōu)勢(shì)，故而牛糞堆肥發(fā)酵的全過程中，有機(jī)質(zhì)的含量是持續(xù)降低的[25?26]。而添加凹凸棒石后，其較大的比表面積、豐富的內(nèi)部孔道和表面基團(tuán)，可為微生物的生長(zhǎng)繁殖提供附著點(diǎn)[27]，還可提高堆肥物料內(nèi)外空氣流動(dòng)，增加堆肥物料中的氧分含量[28]，提高好氧微生物活性，加快氧化反應(yīng)進(jìn)程，促進(jìn)纖維素和半纖維素等的分解。陳世和等[29]的研究提出，堆肥發(fā)酵高溫階段纖維素的降解率占總降解率的63.5%～88.5%，而添加凹凸棒石有效延長(zhǎng)了發(fā)酵的高溫階段，促進(jìn)了纖維素和半纖維素等的分解，這也是添加凹凸棒石使有機(jī)質(zhì)損失相較對(duì)照減少的原因之一。另外，有研究指出，有機(jī)質(zhì)能與土壤添加劑中的鐵、鋁氧化物等無機(jī)膠體結(jié)合，形成無機(jī)?有機(jī)復(fù)合體，從而達(dá)到保蓄有機(jī)質(zhì)的目的[30?31]。凹凸棒石作為一種富含鐵、鋁的黏土礦物同樣具有這種效應(yīng)。

3.3 氮、磷、鉀養(yǎng)分

凹凸棒石自身帶有表面負(fù)電荷，還具有良好的陽離子交換性能，能夠吸附和固存。有研究指出，堆肥發(fā)酵的最佳初始C/N應(yīng)為25～30，當(dāng)初始C/N＜20 時(shí)，發(fā)酵過程中氨揮發(fā)量與C/N 呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；當(dāng)初始C/N＞35 時(shí)，發(fā)酵過程中氨揮發(fā)量與C/N 呈正相關(guān)關(guān)系[33?36]。本試驗(yàn)中，4 個(gè)處理的初始C/N 均大于35，故理論上T1～T4處理的氮損失量應(yīng)依次增大。然而試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，添加5%的凹凸棒石，可顯著減少氮素?fù)p失10.47 個(gè)百分點(diǎn)（P＜0.05）；凹凸棒石添加量為10%時(shí)，可減少氮素?fù)p失4.70 個(gè)百分點(diǎn)（P＞0.05）；當(dāng)凹凸棒石添加量為15%時(shí)，相比T1處理氮素?fù)p失增加了0.43 個(gè)百分點(diǎn)（P＞0.05）。這說明添加凹凸棒石確實(shí)具有降低牛糞堆肥發(fā)酵過程中氮素?fù)p失的效果。添加15%凹凸棒石反而增加了氮素?fù)p失的原因可能是凹凸棒石自身呈堿性，加入過量凹凸棒石會(huì)使物料總pH 值大幅上升，使發(fā)酵環(huán)境變?yōu)閴A性。堿性環(huán)境促進(jìn)了從有機(jī)氮分解產(chǎn)生，到再次轉(zhuǎn)化為NH3逸失的過程。這也與郜斌斌等[13]和雷鳴[31]等的研究結(jié)果一致。而試驗(yàn)數(shù)據(jù)中全氮含量的上下波動(dòng)，則符合李順義等[4]提出的觀點(diǎn)，即發(fā)酵過程中全氮含量變化一般會(huì)經(jīng)歷堆肥初期、高溫期、腐熟保肥期3 個(gè)階段，堆肥初期階段有機(jī)質(zhì)礦質(zhì)化反應(yīng)劇烈，大量銨態(tài)氮和硝態(tài)氮產(chǎn)生，堆體全氮含量增加，NH3也隨之開始釋放，并在堆肥開始后的第5 d 達(dá)到最高值。但過高的濃度會(huì)抑制微生物的活動(dòng)，致使硝化反應(yīng)難以進(jìn)行，硝態(tài)氮產(chǎn)出停滯，從而使大量的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為NH3流失，最終導(dǎo)致全氮含量迅速降低。這一階段直至發(fā)酵溫度下降到低于40 ℃，硝化反應(yīng)才得以繼續(xù)進(jìn)行，這時(shí)銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮固存會(huì)使堆肥物料中的全氮含量再次上升。

理論上凹凸棒石具有的表面負(fù)電荷與強(qiáng)陽離子交換性能不僅能吸附銨離子，也可以吸附鉀離子，使發(fā)酵過程中鉀素?fù)p失減少。但實(shí)際試驗(yàn)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，添加凹凸棒石只能為發(fā)酵原料提供可觀的鉀素。但由于調(diào)節(jié)堆體含水量需向堆體注水，致使43%左右的鉀元素隨著水體滲瀝流失，這大幅降低了牛糞堆肥發(fā)酵產(chǎn)品的養(yǎng)分含量。同樣作為礦質(zhì)養(yǎng)分的磷，在本試驗(yàn)中沒有明顯變化，其含量只表現(xiàn)出微弱的濃縮效應(yīng)，而試驗(yàn)中磷素養(yǎng)分出現(xiàn)流失情況的原因，應(yīng)與鉀素養(yǎng)分相同，也是由注水時(shí)的水分滲瀝導(dǎo)致。故在堆肥發(fā)酵工藝中，應(yīng)特別注意補(bǔ)水的時(shí)間、方式和補(bǔ)水量，以防因水分滲瀝而導(dǎo)致的有機(jī)肥產(chǎn)品養(yǎng)分水平降低。

綜上所述，添加凹凸棒石顯著減少了堆肥發(fā)酵過程中的有機(jī)質(zhì)及全氮損失，優(yōu)化了發(fā)酵過程中水分和溫度的變化曲線。但凹凸棒石的添加量并不是越多越好，當(dāng)添加量超過15%時(shí)，反而會(huì)大幅增加全氮損失。同時(shí)，添加了凹凸棒石的有機(jī)肥產(chǎn)品還具有緩釋和控釋養(yǎng)分的效果。因此，添加適量凹凸棒石的堆肥發(fā)酵生產(chǎn)工藝，相較于目前傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。推廣使用添加凹凸棒石的畜禽糞便處理技術(shù)，不僅能夠更加高效地應(yīng)對(duì)我國西北大量畜禽糞便處理問題，還能提高凹凸棒石的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4 結(jié)論

（1）本試驗(yàn)4 個(gè)處理均達(dá)到了腐熟標(biāo)準(zhǔn)。添加凹凸棒石的處理相較未添加處理，發(fā)酵的高溫階段持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，最高溫度更低，含水量減少更緩慢。

（2）添加凹凸棒石顯著降低了牛糞堆肥發(fā)酵過程中的有機(jī)質(zhì)損失。添加5%的凹凸棒石顯著降低了氮損失，但添加15%的凹凸棒石反而增加了氮損失，降低了有機(jī)肥產(chǎn)品品質(zhì)。凹凸棒石的適宜添加量應(yīng)為堆肥物料總質(zhì)量的5%～10%。

（3）添加凹凸棒石可為有機(jī)肥產(chǎn)品提供可觀的鉀元素，但對(duì)有機(jī)肥磷含量的提高沒有明顯作用。