郭振乾，祁世會

（1.甘肅省永昌縣河西堡鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站，甘肅 永昌 737200；2.甘肅省永昌縣水源鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站，甘肅 永昌 737200）

隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖帶來的環(huán)境污染日益嚴(yán)重。未經(jīng)處理的畜禽糞污在通過大氣、水體、土壤等途徑污染生態(tài)環(huán)境的同時，也通過食物鏈富集影響人類身體健康[1]。如糞便中的尿酸和未經(jīng)消化的蛋白質(zhì)在某些微生物的作用下會產(chǎn)生氨氣，不僅損害動物的呼吸系統(tǒng)，在高濃度下還會導(dǎo)致動物免疫功能下降[2]。糞便中含有的重金屬如鉛（Pb）、鎘（Cd）、鋅（Zn）等，通過食物鏈積累會損害人類的消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)等，甚至導(dǎo)致部分器官發(fā)生癌變[3]。糞便中含有的氮和磷類化合物進入土壤后，不僅造成土壤污染，還會引起地下水污染。再者，糞便中含有的病原微生物和寄生蟲卵，如不適當(dāng)處理，不僅會滋生大量蚊蟲，而且會導(dǎo)致疫病傳播，嚴(yán)重威脅人類的身體健康[4-5]。但畜禽糞污也是一種優(yōu)質(zhì)的農(nóng)業(yè)資源，其成分氮、磷、鉀等是植物生長的必須元素[5]。如氮（N）是構(gòu)成蛋白質(zhì)的主要成分，對植物根、莖、葉的生長發(fā)育至關(guān)重要[6]。磷（P）參與植物體的光合作用與呼吸作用，能提高植物對外界不良環(huán)境的耐受性[6]。鉀（K）是植物生長的必須元素，可促進植物體內(nèi)相關(guān)酶的生成和代謝，在植物抗旱、抗堿等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[7]。目前，對于畜禽糞污的資源化利用主要有腐熟直接還田法、發(fā)酵法、沼氣法等。但這些方法普遍存在處理周期長、效率低、易造成環(huán)境二次污染、成本高等問題。因此，本研究從處理時間、效率、成本等方面進行考慮，擬通過高溫好氧發(fā)酵技術(shù)，在15 d內(nèi)對畜禽糞便進行資源化處理，以實現(xiàn)畜禽糞污處理的高效率、低成本和環(huán)境友好性。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究所用畜禽糞便為經(jīng)脫水處理的牛糞，由當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖場提供。所用輔料尾菜為上海青和番茄秧，由當(dāng)?shù)胤N植戶提供。

1.2 儀器設(shè)備

恒溫培養(yǎng)箱、凱氏定氮儀、酸度計、水分檢測儀、萬分之一分析天平、光學(xué)顯微鏡、原子分光光度計、酸式滴定管。

1.3 試劑

重鉻酸鉀、亞鐵靈指示劑、硫酸亞鐵銨、硫酸-硫酸銀、硫酸汞、鏈球菌瓊脂培養(yǎng)基、濃硫酸、2,4-二硝基苯酚、氫氧化鈉、硫酸鈉、釩鉬酸銨、微生物發(fā)酵菌劑。

1.4 方法

1.4.1 構(gòu)建工藝路線 將已經(jīng)脫水處理的牛糞機械破碎至顆粒狀（1～3 cm），然后與適量尾菜（直徑3～5 cm）混合以調(diào)節(jié)C/N為（20～25）∶1，同時調(diào)節(jié)pH至6左右。然后將混合物放至恒溫培養(yǎng)箱中，于80 ℃下處理4 h，每隔30分鐘攪拌1次，以使各部位溫度均勻。高溫處理結(jié)束后，將混合物轉(zhuǎn)移至后熟槽，并加入微生物發(fā)酵菌劑，于室溫下恒溫發(fā)酵15 d。發(fā)酵完成后觀察發(fā)酵物外觀，并測定發(fā)酵物各個指標(biāo)。

1.4.2 發(fā)酵后物料指標(biāo)測定

1.4.2.1 含水率測定。含水率的測定使用手持式水分測定儀。

1.4.2.2 有機質(zhì)含量及pH測定。pH值的測定使用手持式酸度計。有機質(zhì)含量測定：準(zhǔn)確稱取發(fā)酵后物料0.5 g，過篩后放入干燥的試管中。用滴定管準(zhǔn)確加入0.5 ml 0.8 mol/L重鉻酸鉀溶液，緩慢搖動試管使待測樣品充分溶解。再加入5 ml濃硫酸。將試管放入加熱至180～190 ℃的油浴鍋中煮沸5 min，再將試管內(nèi)的反應(yīng)物用蒸餾水洗滌并轉(zhuǎn)移至三角瓶中，瓶內(nèi)總體積為60 ml。然后加入2～3滴鄰菲羅啉指示劑，并用0.2 mol/L FeSO4滴定，待溶液顏色由橙黃色變?yōu)榫G色再變?yōu)樽丶t色時停止滴定。有機質(zhì)含量計算公式如下：

式中，C為標(biāo)定溶液的濃度（mol/L），V0為空白實驗消耗的標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積（ml），V為測定樣品時消耗的標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積（ml），m為風(fēng)干樣質(zhì)量（g），X0為風(fēng)干樣含水量，D為定容體積/分取體積。式（2）同。

1.4.2.3 N、P、K含量測定。N含量測定：準(zhǔn)確稱取1 g發(fā)酵后物料溶于100 ml去離子水中。混勻后吸取5 ml液體置于凱式燒瓶中，并加入10 ml濃硫酸、5 g硫酸鈉和1 ml硫酸銅溶液。將凱式燒瓶加熱煮沸，待燒瓶中溶液顏色變?yōu)闊o色或淺綠色后停止加熱，冷卻后加入2.5 ml硫酸鈉溶液和3～5滴酚酞，然后沿?zé)勘诰徛尤?0 ml氫氧化鈉溶液，再置于蒸餾裝置中蒸餾。待燒瓶中液體體積減少至1/3后停止蒸餾。向燒瓶中加入幾滴混合指示劑，用0.02 mol/L硫酸滴定至溶液變?yōu)樽仙玔8]。發(fā)酵物中的氮（N）含量以肥料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，計算公式如下：

P含量測定：吸取磷標(biāo)準(zhǔn)溶液0 ml、2 ml、4 ml、6 ml、8 ml、10 ml分別于6支干凈的50 ml三角瓶中，加入與吸取試樣溶液等體積的空白溶液，并加入去離子水約30 ml。向三角瓶中加入2滴2,4-二硝基苯酚指示液，然后用NaOH和H2SO4調(diào)節(jié)溶液顏色呈微黃色后加入10 ml釩鉬酸銨試劑，搖勻。在室溫下放置20 min后用分光光度計在440 nm處比色。依據(jù)磷濃度和吸光度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。磷含量的計算公式如下：

式中，C為從標(biāo)準(zhǔn)曲線中查詢求得的顯色液磷濃度（μg/ml），V為顯色體積（ml），D為定容體積/分取體積，m為風(fēng)干樣質(zhì)量（g），X0為風(fēng)干樣含水量。

K含量測定：吸取鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液0 ml、2 ml、4 ml、6 ml、8 ml、10 ml分別于6支干凈的50 ml三角瓶中，加入與吸取試樣溶液等體積的空白溶液，并加入去離子水約30 ml。在火焰原子分光光度計上，用空白水溶液調(diào)零后測量各個三角瓶中的鉀含量。根據(jù)鉀濃度和顯示值繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。吸取已溶解的發(fā)酵物溶液5 ml于50 ml容量瓶中，混勻后在火焰原子分光光度計中測定發(fā)酵物中的鉀濃度。鉀含量的計算公式如下：

式中，C為從標(biāo)準(zhǔn)曲線中查詢求得的鉀濃度（μg/ml），V為顯色體積（ml），D為定容體積/分取體積，m為風(fēng)干樣品質(zhì)量（g），X0為風(fēng)干樣含水量。

1.4.2.4 重金屬含量測定。發(fā)酵物中重金屬砷（As）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鎘（Cd）和鉻（Cr）含量的測定使用火焰原子分光光度計，測量方法與鉀含量的測定一致。

1.4.2.5 糞污大腸菌群數(shù)和蛔蟲卵死亡率測定。物料中大腸菌群數(shù)的檢測參照GB/T 19524.1-2004；蛔蟲卵死亡率的檢測參照GB/T 19524.2-2004。1.4.3 種植試驗 為驗證通過本研究使用的高溫好氧發(fā)酵技術(shù)制得的發(fā)酵物可滿足實際種植需求，以普通土為對照，以發(fā)酵物為試驗組，分別將上海青、番茄和綠豆種子種植于普通土和發(fā)酵物中。30 d后觀察植物的生長狀況，并測定其根、莖、葉重量。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵后物料相關(guān)指標(biāo)測定

2.1.1 發(fā)酵物料形態(tài) 發(fā)酵后物料形態(tài)如圖1所示，其中左圖為發(fā)酵前物料形態(tài)，呈黃色，水分含量約為75%，成團狀。右圖為利用高溫好氧技術(shù)發(fā)酵15 d后的物料形態(tài)，物料呈褐色，蓬松，基本看不到原始物料形態(tài)，水分含量約為25%。

圖1 發(fā)酵前和發(fā)酵后物料形態(tài)圖

2.1.2 發(fā)酵物料理化指標(biāo) 發(fā)酵15 d后，分別測定物料中的有機質(zhì)、N、P、K、水分、pH及部分重金屬含量（表1）。結(jié)果表明，發(fā)酵后物料中有機質(zhì)含量和總養(yǎng)分（N、P205、K2O）均高于NY884-2012《生物有機肥》中相應(yīng)的指標(biāo)要求，各類重金屬含量遠遠低于標(biāo)準(zhǔn)要求，說明該發(fā)酵物無毒、無害，不會污染生態(tài)環(huán)境。

表1 發(fā)酵物料相關(guān)理化指標(biāo)

2.1.3 發(fā)酵物料大腸菌群和蛔蟲卵死亡率 發(fā)酵后物料的大腸菌群和蛔蟲卵死亡率結(jié)果如表2所示，發(fā)酵后物料中的大腸菌群數(shù)僅為56.0個/g，滿足參考標(biāo)準(zhǔn)，蛔蟲卵死亡率為95.5%，符合參考標(biāo)準(zhǔn)。

表2 發(fā)酵后物料中大腸菌群數(shù)和蛔蟲卵死亡率

2.2 種植結(jié)果

利用普通土壤和發(fā)酵物種植30 d后的上海青、番茄及綠豆的外觀形態(tài)如圖2所示。從形態(tài)特征判斷，利用發(fā)酵物料種植后的番茄長勢與普通土對比效果不顯著，而用發(fā)酵物種植后的上海青較普通土種植葉面積較大，用普通土種植后的綠豆發(fā)芽率較低，葉面積和株高顯著低于用發(fā)酵物種植。

圖2 種植結(jié)果

2.3 植物各組織重量檢測結(jié)果

為進一步確定發(fā)酵物和普通土種植的差異，分別測量了番茄、上海青和綠豆的根、莖、葉重量。結(jié)果如表3和圖3所示，使用發(fā)酵物種植的各作物根系均較普通土發(fā)達，且根、莖、葉器官重量均優(yōu)于普通土種植。

表3 普通土和發(fā)酵物種植后各作物組織重量

圖3 普通土和發(fā)酵物種植效果圖

3 結(jié)論

本研究利用高溫好氧發(fā)酵技術(shù)將畜禽糞污在15 d內(nèi)進行資源化處理，制得的生物有機肥各項指標(biāo)均滿足NY 884-2012相關(guān)要求。經(jīng)過實際種植試驗驗證后，利用高溫好氧發(fā)酵技術(shù)種植的植物長勢優(yōu)于普通土，且植物的各個組織重量均優(yōu)于普通土，說明該技術(shù)可實現(xiàn)對畜禽糞污的資源化處理。