摘 要：為評(píng)價(jià)篩選出的發(fā)酵菌劑對(duì)牛糞堆肥效果的影響，采用高溫好氧堆肥和隸屬函數(shù)法，分析堆肥發(fā)酵堆體溫度、種子發(fā)芽指數(shù)、堆肥產(chǎn)品的理化指標(biāo)。結(jié)果表明，添加發(fā)酵菌劑能夠促進(jìn)堆肥升溫、提高堆肥種子發(fā)芽指數(shù)，不同菌劑處理升溫速度、種子發(fā)芽指數(shù)、養(yǎng)分含量存在差異，BJ2、HN1和NX2 3種發(fā)酵菌劑發(fā)酵效果較好。

關(guān)鍵詞：外源菌劑； 有機(jī)物料腐熟菌劑； 堆肥； 發(fā)酵

中圖分類號(hào)：S141.4" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：1002-204X（2023）03-0026-04

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2023.03.006

Effect of Different Fermentation Agents

on the Composting Efficiency of Cow Manure

Guo Juncheng1， Geng Rong1， Zhu Zhiming1， Li Guangcheng2， Wang Yanqi1， Wang Xumin1， Song Yonghong3， Li Zhen1， Su Jianguo3

（1.Ningxia Agricultural Technology Extension Station， Yinchuan， Ningxia 750001; 2.Helan County Agricultural Technology Extension Service Center， Helan， Ningxia 750200; 3.Xiji County Agricultural Technology Extension Service Center， Xiji， Ningxia 756200）

Abstract In order to evaluate the impact of selected fermentation agents on the composting effect of cow manure， high-temperature aerobic composting and membership function methods were used to analyze the fermentation temperature， seed germination index and physicochemical indicators of compost products. The results showed that adding fermentation agents could promote compost heating and increase the germination index of compost seeds. There were differences in heating rate， seed germination index， and nutrient content among different microbial treatments. The fermentation agents of BJ2， HN1 and NX2 showed better composting effects.

Key words Exogenous bacterial agents; Fermentation agents; Composting; Fermentation

隨著寧夏集約化養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，產(chǎn)生了大量的畜禽糞便，形成龐大的污染源。畜禽糞便對(duì)環(huán)境造成的污染已經(jīng)引起社會(huì)廣泛關(guān)注。畜禽糞便含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等養(yǎng)分，是生產(chǎn)有機(jī)肥的優(yōu)質(zhì)原料。目前，通過(guò)高溫好氧堆肥處理將畜禽糞污轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥，是無(wú)害化、資源化利用畜禽糞污的最有效途徑之一[1]。高溫好氧堆肥是指在堆肥過(guò)程中控制堆體的氧氣、水分、溫度等條件，通過(guò)堆體中微生物的大量繁殖，將畜禽糞污中的不穩(wěn)定有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的小分子有機(jī)物，如腐殖質(zhì)的過(guò)程；同時(shí)高溫可殺滅糞污中的有害病原菌、蟲卵、雜草種子等。高溫好氧堆肥具有處理成本低、安全、生態(tài)環(huán)保等特點(diǎn)。

大量的研究表明，在堆肥過(guò)程中添加一定量的外源微生物菌劑，能夠提高微生物活性、加快堆肥發(fā)酵進(jìn)程、提高堆肥腐熟度[2-5]。不同發(fā)酵菌劑堆肥效果差異較大，微生物菌劑的選擇是堆肥發(fā)酵的關(guān)鍵，它關(guān)系到生產(chǎn)中有機(jī)物料的發(fā)酵溫度、發(fā)酵周期、堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量等[6]。為深入推進(jìn)畜禽糞便資源化利用，加快推進(jìn)寧夏農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展，加大有機(jī)肥推廣使用，該試驗(yàn)以鮮牛糞為原料，開展不同發(fā)酵菌劑堆肥效果評(píng)價(jià)，以期為堆肥技術(shù)推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試菌劑分別來(lái)自北京、河南、寧夏等地的生產(chǎn)廠家，其中：來(lái)自北京廠家的菌劑有3種，編號(hào)為BJ1、BJ2、BJ3；來(lái)自河南廠家的菌劑有3種，編號(hào)為HN1、HN2、HN3；來(lái)自寧夏廠家的菌劑有2種，編號(hào)為NX1和NX2。供試牛糞為賀蘭縣立崗鎮(zhèn)周邊肉牛養(yǎng)殖場(chǎng)牛糞，其初始含水量為40%～50%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

堆肥試驗(yàn)于2021年4月17日至5月17日在賀蘭縣立崗鎮(zhèn)先進(jìn)村開展。按照NY/T 3442—2019《畜禽糞便堆肥技術(shù)規(guī)范》要求，采用露天條垛式堆肥，每個(gè)處理堆肥條垛長(zhǎng)10 m、高1.5 m、底寬2 m，堆體體積約15 m3。試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)處理，分別為不接種菌劑（CK），接種菌劑BJ1、BJ2、BJ3、HN1、HN2、HN3、NX1和NX2處理，其中：HN2處理為液體菌劑。菌劑添加量（以干基計(jì)算）見表1。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

堆體建好后于每天9：00—10：00測(cè)定堆體溫度，測(cè)溫深度為距堆體表面30 cm，選擇5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，取其平均值。堆肥1個(gè)月后，測(cè)定各處理種子發(fā)芽指數(shù)（GI）、pH值、電導(dǎo)率（EC）、有機(jī)質(zhì)含量、總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）含量，測(cè)定方法參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 525—2021《有機(jī)肥料》。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用模糊數(shù)學(xué)法中的隸屬函數(shù)法[7]，對(duì)影響堆肥質(zhì)量的6項(xiàng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進(jìn)行加權(quán)值計(jì)算，評(píng)價(jià)8種發(fā)酵菌劑堆肥效果。隸屬函數(shù)值的計(jì)算公式：

式中：Xt為各指標(biāo)測(cè)定值，Xmin、Xmax分別為參試材料某一指標(biāo)的最大值和最小值。如果某一指標(biāo)與堆肥質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)，則用反隸屬函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。計(jì)算公式：

2 結(jié)果與分析

2.1 不同發(fā)酵菌劑對(duì)堆肥發(fā)酵溫度的影響

堆肥溫度變化過(guò)程如圖1所示，各處理溫度變化趨勢(shì)一致，不同發(fā)酵菌劑堆肥初期升溫速度存在明顯的差異，堆肥中后期不同處理溫度變化趨于一致。以堆體溫度升至55 ℃作為高溫階段的判定依據(jù)[8]，各處理高溫階段均能維持20 d以上，均可滿足無(wú)害化處理要求。HN1、BJ1、BJ2處理堆體升溫最快，僅需3 d時(shí)間即可進(jìn)入高溫階段；HN3、BJ3、NX2和CK處理5 d后進(jìn)入高溫階段；NX1處理升溫最慢，需要6 d才可進(jìn)入高溫階段。

2.2 不同發(fā)酵菌劑對(duì)種子發(fā)芽指數(shù)和堆肥產(chǎn)品理化

指標(biāo)的影響

不同發(fā)酵菌劑堆肥產(chǎn)品理化性質(zhì)如表2所示。所有處理中僅BJ1處理種子發(fā)芽指數(shù)略低于70%，其余8個(gè)處理種子發(fā)芽指數(shù)均能達(dá)到70%以上，滿足NY/T 525—2021《有機(jī)肥料》中規(guī)定的下限值。其中：NX2處理的種子發(fā)芽指數(shù)值最高，達(dá)到80%。HN1處理有機(jī)質(zhì)含量為54.1%，低于對(duì)照處理；BJ1和BJ2處理有機(jī)質(zhì)含量最高，分別為64.4%和69.6%；其他5個(gè)添加菌劑處理有機(jī)質(zhì)含量與對(duì)照差異不大。各處理電導(dǎo)率、pH值差異不大，電導(dǎo)率介于5.2～6.1 mS/cm，pH值介于8.9～9.2。各處理總養(yǎng)分含量介于5.3%～5.9%，不同處理養(yǎng)分含量存在差異；BJ1、CK、BJ2 3個(gè)處理養(yǎng)分含量較高；HN1、HN2、BJ3、NX1養(yǎng)分含量最低，均為5.3%。

2.3 不同發(fā)酵菌劑堆肥效果綜合評(píng)價(jià)

采用隸屬函數(shù)法對(duì)不同發(fā)酵菌劑堆肥效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果如表3所示。BJ2、HN1、NX2處理綜合得分較高，堆肥效果較好。BJ2處理有機(jī)質(zhì)和總養(yǎng)分含量最高、升溫速度較快；HN1處理EC值和pH值最高，升溫速度較快；NX2處理種子發(fā)芽指數(shù)最高。得分較低的兩個(gè)處理分別是HN3和NX1，尤其是NX1處理，總養(yǎng)分含量最低，升溫最慢。

3 討論

3.1 發(fā)酵溫度

溫度是評(píng)價(jià)堆肥腐熟度的重要指標(biāo)之一[9]，不僅體現(xiàn)微生物的活躍程度[10]，還反映堆肥過(guò)程中所達(dá)到的狀態(tài)。大量研究表明，堆肥中添加外源微生物菌劑能夠有效促進(jìn)堆肥快速升溫，加快有機(jī)物料腐熟[11]。該試驗(yàn)結(jié)果表明，不同菌劑產(chǎn)品堆肥初期升溫速度存在差異，NX1和HN3兩個(gè)處理初期升溫速度較慢。有研究表明，堆肥初期添加的外源微生物大量繁殖，通過(guò)利用糖類、淀粉類等可溶性易降解有機(jī)物進(jìn)行旺盛的生命活動(dòng)，導(dǎo)致堆體溫度迅速升高，堆肥中后期，堆料中易分解的物質(zhì)減少，堆體溫度下降并趨于穩(wěn)定[12]。由此可以看出，添加發(fā)酵菌劑能有效縮短發(fā)酵前期的升溫時(shí)間，加快堆肥進(jìn)程，有效促進(jìn)有機(jī)物料的快速腐熟。同時(shí)，堆肥前期堆體溫度快速升高，對(duì)于殺滅畜禽糞污中的病原菌、蟲卵、雜草種子非常有利。

3.2 種子發(fā)芽指數(shù)

大量研究表明，堆肥腐熟度采用C/N、溫度等指標(biāo)評(píng)價(jià)并不準(zhǔn)確，而利用堆肥浸提液對(duì)種子的毒性檢驗(yàn)來(lái)表征腐熟度已被廣大學(xué)者認(rèn)可。種子發(fā)芽指數(shù)是判定堆肥是否腐熟的一項(xiàng)重要指標(biāo)，主要反映堆肥對(duì)植物種子的毒性[13]，種子發(fā)芽指數(shù)越高，腐熟效果越好[14]。研究表明，添加發(fā)酵菌劑能顯著提高種子發(fā)芽指數(shù)[15-16]。該試驗(yàn)結(jié)果表明，除HN1和BJ1種子發(fā)芽指數(shù)略低于對(duì)照；其余6個(gè)添加發(fā)酵菌劑處理種子發(fā)芽指數(shù)均高于對(duì)照，均能提高種子發(fā)芽指數(shù)，說(shuō)明微生物菌劑對(duì)堆料中有毒物質(zhì)的分解效果較好。

3.3 理化指標(biāo)

利用畜禽糞污堆肥發(fā)酵，實(shí)質(zhì)是通過(guò)微生物生長(zhǎng)代謝活動(dòng)，使物料中的蛋白質(zhì)、糖類、纖維素、木質(zhì)素等有機(jī)物質(zhì)分解、礦化[17]。在堆肥過(guò)程中，前期因有機(jī)氮發(fā)生強(qiáng)烈的礦化分解，產(chǎn)生大量NH3，堆體pH值顯著升高；在堆肥后期，蛋白質(zhì)類物質(zhì)降解完成，NH3的揮發(fā)減少，pH值下降并趨于穩(wěn)定。因此不同菌劑處理堆肥結(jié)束后堆肥產(chǎn)品pH值差異不大。研究表明，添加外源菌劑不只是通過(guò)增加微生物總量促進(jìn)堆肥腐熟，主要取決于接種菌劑的微生物種類和比例[18]，較高的微生物數(shù)量可能還會(huì)因產(chǎn)生有害代謝物質(zhì)，從而降低堆肥質(zhì)量。該研究結(jié)果表明，不同發(fā)酵菌劑堆肥產(chǎn)品有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分含量存在差異，說(shuō)明接種適宜種類和比例的發(fā)酵菌劑對(duì)于提高堆肥質(zhì)量、控制氮素流失、增加養(yǎng)分含量貢獻(xiàn)更大。

4 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，添加發(fā)酵菌劑能促進(jìn)堆肥快速升溫，對(duì)于提高堆肥種子發(fā)芽指數(shù)效果明顯，不同菌劑產(chǎn)品的升溫效果、堆肥產(chǎn)品的種子發(fā)芽指數(shù)、養(yǎng)分含量存在差異。從綜合評(píng)價(jià)指數(shù)看出，BJ2、HN1和NX2 3種發(fā)酵菌劑發(fā)酵效果較好。

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