李春艷，劉立英，丁國(guó)志，路衛(wèi)星，鄂祿祥，劉衍芬

（遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營(yíng)口 115009）

近年來(lái)，我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)年糞便產(chǎn)出量約為3.8×109t,占整個(gè)農(nóng)業(yè)排污量的96%[1-2]，給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大壓力[3]。糞便無(wú)害化處理成為當(dāng)前關(guān)乎養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的重要因素[4]。實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物減量化、無(wú)害化、資源化的方式之一是進(jìn)行堆肥處理[5-11]，而且農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥處理已成為實(shí)現(xiàn)畜禽糞便無(wú)害化和資源化的首選方式[12-13]。

許多學(xué)者研究了堆肥過(guò)程中輔料及其添加比例，以及溫度、水分和接種劑對(duì)蟲(chóng)卵和病原菌等有害生物的影響[14-17]，但有關(guān)聯(lián)合生物炭和微生物菌劑對(duì)有害生物的影響的研究仍不多見(jiàn)。本研究以雞糞和玉米秸稈粉為堆肥原料，探究了自然發(fā)酵、添加生物炭、添加微生物菌劑、聯(lián)合微生物菌劑和玉米秸稈生物炭在堆肥發(fā)酵結(jié)束后對(duì)有害生物數(shù)量的影響及其關(guān)系，為雞糞堆肥無(wú)害化處理和資源化利用提供理論依據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

雞糞由遼寧營(yíng)口市某蛋雞養(yǎng)殖場(chǎng)提供，試驗(yàn)亦在該養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行。輔料玉米秸稈粉和玉米秸稈生物炭均購(gòu)自河南某環(huán)保材料有限公司。菌劑SY-1主要包含芽孢桿菌、乳酸菌、放線菌和酵母菌等微生物，由山東菏澤某生物技術(shù)發(fā)展有限公司提供 。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

先將雞糞、玉米秸稈粉按3∶1的比例進(jìn)行混合，然后于1 000 kg雞糞中分別加入玉米秸稈生物炭1.5 kg（標(biāo)記為C），SY-1固體菌劑 1.5 kg（標(biāo)記為SY），SY-1固體菌劑和玉米秸稈生物炭各1.5 kg（標(biāo)記為SY+C），在室內(nèi)發(fā)酵池進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)間均為30 d，其間用翻拋機(jī)翻拋2～3次。對(duì)上述未添加生物炭和微生物菌劑者采用自然好氧發(fā)酵 （標(biāo)記為NF），堆肥前的混合物料標(biāo)記為CK。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

堆肥結(jié)束后取鮮樣測(cè)定含水量、糞大腸菌群數(shù)、沙門(mén)氏菌數(shù)、蛔蟲(chóng)卵死亡率和金黃色葡萄球菌數(shù)，部分鮮樣自然風(fēng)干后用于pH值、有機(jī)質(zhì)和總養(yǎng)分含量的測(cè)定，每個(gè)處理3次重復(fù)。

含水量測(cè)定方法為將培養(yǎng)皿洗凈烘干至恒重后稱取空培養(yǎng)皿重量，設(shè)置為W0。稱取10 g左右的鮮樣平鋪于空培養(yǎng)皿中，稱取重量設(shè)置為W1，放入80℃烘箱烘干12 h直至恒重后移入干燥器冷卻至常溫，稱重，設(shè)置為W2,堆肥中的含水量%=(W1-W2)/(W1-W0)×100%。pH值測(cè)定方法為稱取經(jīng)過(guò)Φ1 mm篩的風(fēng)干樣5 g置于100 mL燒杯中，加50 mL新沸且冷卻后的去離子水，用磁力攪拌器攪動(dòng)3 min，靜置30 min后用pH值酸度計(jì)測(cè)定。有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法，總養(yǎng)分含量中的總氮含量測(cè)定采用全自動(dòng)定氮儀，總磷含量采用分光光度法測(cè)定，總鉀含量用火焰光度法測(cè)定[18]。

堆肥中的糞大腸菌群、蛔蟲(chóng)卵的采樣和測(cè)定按照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《有機(jī)肥料》（NY/T 525—2021）[19]規(guī)定的測(cè)定方法進(jìn)行。沙門(mén)氏菌的測(cè)定按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《糞便無(wú)害化衛(wèi)生要求》（GB 7959—2012）[20]規(guī)定的檢測(cè)方法進(jìn)行，金黃色葡萄球菌的計(jì)數(shù)參照姜慧敏[11]的方法進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel制作圖表，采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行方差分析和回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥理化性質(zhì)變化

各處理發(fā)酵結(jié)束后雞糞的理化性質(zhì)變化見(jiàn)表1。從表1可以看出，各處理堆肥后雞糞有機(jī)肥含水量較堆肥前(CK)均顯著減少(P＜0.05)，其堆肥含水量大小為NF＞C＞SY＞SY+C。堆肥后各處理雞糞的有機(jī)質(zhì)含量變化趨勢(shì)與含水量變化趨勢(shì)相同，即C處理與SY處理均顯著低于NF處理（P＜0.05），而SY+C處理顯著低于C處理和SY處理（P＜0.05），C處理與SY處理無(wú)顯著差異。堆肥處理后的pH值均較堆肥前顯著增加(P＜0.05)，而 NF，C，SY，SY+C 各處理的 pH 值差異不顯著。與堆肥前相比，只有NF處理的總養(yǎng)分含量顯著增加（P＜0.05），NF，C，SY，SY+C 各處理的總養(yǎng)分含量差異不顯著。

表1 堆肥后理化性質(zhì)變化比較

2.2 堆肥有害生物數(shù)量變化

各處理發(fā)酵結(jié)束后雞糞有害生物數(shù)量變化見(jiàn)表2。結(jié)果顯示，與CK相比，NF處理的糞大腸菌群數(shù)極顯著地減少了4個(gè)數(shù)量級(jí) （P＜0.01），C處理和SY處理的糞大腸菌群數(shù)極顯著地減少了6個(gè)數(shù)量級(jí) （P＜0.01）。C處理和SY處理的糞大腸菌群數(shù)比NF極顯著地減少了 2個(gè)數(shù)量級(jí)（P＜0.01）；與 CK相比，NF處理的沙門(mén)氏菌數(shù)量顯著地減少了1個(gè)數(shù)量級(jí) （P＜0.05），C處理和SY處理的沙門(mén)氏菌數(shù)量均顯著地減少了2個(gè)數(shù)量級(jí)（P＜0.05）。C處理和SY處理的沙門(mén)氏菌數(shù)量均比NF顯著地減少了1個(gè)數(shù)量級(jí) （P＜0.05）。C處理和SY處理的糞大腸菌群數(shù)和沙門(mén)氏菌數(shù)量無(wú)顯著差異。SY+C處理未檢測(cè)到糞大腸菌群和沙門(mén)氏菌。各處理蛔蟲(chóng)卵死亡率無(wú)顯著差異，在各處理雞糞中均未檢測(cè)到金黃色葡萄球菌。

表2 堆肥后有害生物數(shù)量比較

2.3 有害生物數(shù)量與雞糞堆肥后理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

將雞糞堆肥后的理化性質(zhì)分別與雞糞中糞大腸菌群數(shù)量、沙門(mén)氏菌數(shù)量進(jìn)行線性相關(guān)分析，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可以看出，pH 值與堆肥糞大腸菌群數(shù)量、沙門(mén)氏菌數(shù)量表現(xiàn)出極顯著的負(fù)相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為-0.95和-0.96。堆肥的有機(jī)質(zhì)含量和含水量與糞大腸菌群數(shù)量、沙門(mén)氏菌數(shù)量也存在較強(qiáng)的相關(guān)性，盡管相關(guān)關(guān)系不顯著。堆肥的總養(yǎng)分含量與糞大腸菌群數(shù)量、沙門(mén)氏菌數(shù)量相關(guān)性不強(qiáng)。

表3 糞大腸菌群數(shù)量和沙門(mén)氏菌數(shù)量與雞糞堆肥理化性質(zhì)的相關(guān)性

3 討論

pH值是影響堆肥質(zhì)量的重要因素之一，不僅是因?yàn)閜H值改變了堆肥原料的理化性質(zhì)，更主要的是pH值的高低直接影響堆肥發(fā)酵過(guò)程中各種微生物的活動(dòng)。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，pH值與堆肥糞大腸菌群數(shù)量、沙門(mén)氏菌數(shù)量表現(xiàn)出極顯著的負(fù)相關(guān)，說(shuō)明pH值的升高抑制了糞大腸菌群、沙門(mén)氏菌等有害菌的生長(zhǎng)，這一現(xiàn)象與已發(fā)表的多項(xiàng)有關(guān)糞便肥料化的研究結(jié)果類似。例如高軍[22]等認(rèn)為，造成大腸桿菌和糞大腸桿菌數(shù)量減少的主要因素是消化過(guò)程中的厭氧環(huán)境和pH值變化等其他條件。張?zhí)蚁鉡23]等也認(rèn)為，土壤pH值是影響糞肥添加過(guò)程中沙門(mén)氏菌存活的主控因子之一。眾所周知，大多數(shù)細(xì)菌最適宜的pH值范圍是7.2～7.8，而以雞糞為原料的堆肥過(guò)程會(huì)在蛋白質(zhì)降解過(guò)程中產(chǎn)生大量的NH3釋放到堆體中，使堆體的pH值升高[22，24-26]，超過(guò)了包括糞大腸菌群和沙門(mén)氏菌在內(nèi)的大多數(shù)細(xì)菌的最適pH值。

關(guān)于添加微生物菌劑和生物炭對(duì)堆肥pH值的影響，研究結(jié)果各不相同。王有月等[27]認(rèn)為，添加微生物菌劑對(duì)堆肥期間物料pH值的影響相對(duì)較小。Dias[28]在畜禽糞便堆肥中添加50%的生物炭，顯著提高了堆體的pH值。朱成武等[29]認(rèn)為，添加生物炭可能會(huì)影響堆肥的初始pH值，但對(duì)堆肥產(chǎn)品最終的pH值無(wú)顯著影響。也有研究發(fā)現(xiàn)，生物炭不會(huì)引起豬糞堆肥pH值的升高[30]。用生物炭和微生物菌劑復(fù)合體發(fā)酵豬糞后，pH值與未添加的對(duì)照沒(méi)有顯著差異[31-32]。上述關(guān)于微生物菌劑和生物炭對(duì)堆肥pH值影響的研究結(jié)果不盡相同，主要是因?yàn)樯锾繉?duì)堆肥pH值的影響與其性質(zhì)、堆肥物料和堆肥條件有關(guān)[33]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，單獨(dú)添加生物炭、微生物菌劑與聯(lián)合生物炭添加微生物菌劑發(fā)酵結(jié)束后的雞糞堆肥，其pH值與自然發(fā)酵結(jié)束后無(wú)顯著差異，說(shuō)明單獨(dú)添加生物炭、微生物菌劑與聯(lián)合生物炭添加微生物菌劑沒(méi)有額外助推雞糞堆肥發(fā)酵的pH值，雞糞堆肥后的pH值的提高僅僅是由單純的發(fā)酵引起。

水分和有機(jī)質(zhì)是堆肥過(guò)程中微生物生長(zhǎng)繁殖必需的條件。胡菊等[34]認(rèn)為，VT菌劑加速了堆料中有機(jī)物的分解,從而加速了堆肥的反應(yīng)進(jìn)程,提高了堆肥的處理效率,有效殺滅了病原微生物。Sanchez-Garcia M[35]等認(rèn)為，生物炭的添加促進(jìn)了氧氣在堆體中的擴(kuò)散，從而加速了堆肥中有機(jī)物的分解。涂志能等發(fā)現(xiàn)，生物炭和微生物菌劑復(fù)合體發(fā)酵豬糞的總有機(jī)碳含量最低，說(shuō)明堆肥過(guò)程中有機(jī)質(zhì)的降解速度較快。Chen等[36]和 Gigliotti等[37]在關(guān)于豬糞和橄欖皮堆肥過(guò)程中添加竹炭和混合添加劑的研究中也發(fā)現(xiàn)相似的總有機(jī)碳變化規(guī)律。本試驗(yàn)中，單獨(dú)添加生物炭、微生物菌劑與聯(lián)合生物炭添加微生物菌劑于堆肥發(fā)酵結(jié)束后，其水分和有機(jī)質(zhì)均較堆肥前和自然發(fā)酵后顯著降低，糞大腸菌群和沙門(mén)氏菌數(shù)量也比不添加者顯著降低。究其原因可能是添加微生物菌劑和生物炭加速了雞糞堆肥水分的散失，導(dǎo)致堆肥含水量顯著降低，并加快堆肥的腐熟速度和有機(jī)質(zhì)的降解速度[38-40]，限制了糞大腸菌群和沙門(mén)氏菌的繁殖。本試驗(yàn)中聯(lián)合生物炭和微生物菌劑發(fā)酵堆肥的含水量和有機(jī)質(zhì)含量降至最低，分別達(dá)10.78%和30%，且均未檢出糞大腸菌群、沙門(mén)氏菌、蛔蟲(chóng)卵、金黃色葡萄球菌等有害生物，表明凈化效果最好。有研究表明，含水率小于20%時(shí)會(huì)使養(yǎng)料溶解性降低，從而使微生物攝取養(yǎng)分的能力降低并影響其繁殖[41]。本試驗(yàn)中雞糞堆肥的含水量、有機(jī)質(zhì)含量與糞大腸菌群和沙門(mén)氏菌數(shù)量存在一定的相關(guān)關(guān)系，暗示聯(lián)合生物炭和微生物菌劑發(fā)酵雞糞可以通過(guò)顯著降低堆肥發(fā)酵過(guò)程中的含水量和有機(jī)質(zhì)含量，抑制病原微生物的繁殖。

4 結(jié)論

30 d的短期雞糞堆肥試驗(yàn)表明，生物炭和微生物菌劑聯(lián)用可以有效抑制糞大腸菌群、沙門(mén)氏菌、蛔蟲(chóng)卵、金黃色葡萄球菌4種有害生物的繁殖，凈化效果最佳，此與其在堆肥發(fā)酵過(guò)程中能大幅度降低堆料的水分和有機(jī)質(zhì)含量有一定關(guān)系。