摘 要：雞糞玉米秸稈厭氧堆肥中，堆體中的含水量、碳氮比、厭氧菌劑對堆肥進(jìn)程都會產(chǎn)生影響。三因素三水平正交試驗(yàn)表明，堆體含水量為65%～70%，碳氮比為20、施入?yún)捬跫訌?qiáng)菌劑量較多時，有利于堆肥腐熟。厭氧堆肥較緩慢，很難達(dá)到期望的高溫，因此，在環(huán)境溫度達(dá)不到堆肥要求時，可適當(dāng)借助熱源。在厭氧堆肥過程中，會產(chǎn)生有機(jī)酸等，pH值較低，會抑制有害病菌及寄生蟲生長。

關(guān)鍵詞：雞糞；厭氧；三因素；三水平；正交試驗(yàn)

中圖分類號：S141.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）07–00-03

根據(jù)相關(guān)研究資料，每只育成雞每天產(chǎn)生雞糞約0.1 kg[1]。每個飼養(yǎng)1萬只雞的家庭雞場日產(chǎn)雞糞約1 t，

年產(chǎn)雞糞約360 t[2]。雞糞隨意堆放，未經(jīng)堆肥處理，會對雞場周圍的環(huán)境造成不良影響。因此，探索合理利用雞糞的相關(guān)技術(shù)十分有必要[3]?，F(xiàn)階段對于雞糞堆肥的研究中，以好氧堆肥為主流，雞糞厭氧堆肥研究較少。這與傳統(tǒng)厭氧堆肥腐熟慢、周期長、堆肥效果往往不理想有關(guān)。研究表明，對傳統(tǒng)厭氧堆肥條件加以改變，加入適當(dāng)厭氧菌劑，控制含水量，碳氮比（C/N）等，會在一定程度上縮短雞糞厭氧腐熟周期，提高雞糞周轉(zhuǎn)效率和還田率[4]。添加厭氧菌劑，能促進(jìn)堆肥物快速腐熟，提高堆肥效率和質(zhì)量[5-6]。碳氮比（C/N）也是影響雞糞堆肥腐熟度最重要因素之一[7-8]。適度的碳與氮質(zhì)量比有利于微生物降解活動，促進(jìn)更有效利用堆肥中的營養(yǎng)元素[9]。向雞糞中添加玉米秸稈等物質(zhì)可以調(diào)節(jié)碳氮比。因此，確定雞糞玉米秸稈厭氧堆肥中適宜的含水量、菌劑量、合理碳氮比是雞糞厭氧堆肥的必要環(huán)節(jié)。對雞糞厭氧堆肥含水量、碳氮比及厭氧菌劑用量進(jìn)行審慎考慮，確定三因素三水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，觀察堆肥混合物顏色變化、聞氣味及測定其pH值，對雞糞堆肥處理腐熟效果綜合評分，選出最優(yōu)組合方案，然后以最優(yōu)方案進(jìn)行堆肥試驗(yàn)，驗(yàn)證方案可行性。

1 材料與方法

1.1 雞糞厭氧堆肥材料及菌劑預(yù)處理

1.1.1 試驗(yàn)材料

堆肥底料采用蛋雞糞和風(fēng)干玉米秸稈。雞糞購自甘肅省白銀市靖遠(yuǎn)縣劉川鎮(zhèn)某家庭蛋雞養(yǎng)殖場，玉米秸稈也購自附近農(nóng)戶。玉米秸稈粉碎長度為1.0～1.5 cm。在堆肥時，按照菌劑使用說明激活微生物菌劑。新鮮雞糞及風(fēng)干玉米秸稈基本性質(zhì)見表1。

1.2 試驗(yàn)原理及試驗(yàn)設(shè)計

1.2.1 正交試驗(yàn)原理

正交試驗(yàn)設(shè)計原理是利用數(shù)理統(tǒng)計原理，選擇多個重要影響因子，設(shè)定若干合理水平，通過對試驗(yàn)方案結(jié)果分析，推斷出最優(yōu)化方案。國際標(biāo)準(zhǔn)正交試驗(yàn)方法最早由日本質(zhì)量管理學(xué)專家田口玄一提出，正交試驗(yàn)中使用正交表對試驗(yàn)進(jìn)行整體設(shè)計，能均衡抽樣，使結(jié)果更具代表性。按照正交表進(jìn)行試驗(yàn)，能夠更好地達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康?。正交試?yàn)法在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥研究中被廣泛采用，并取得了很好的效果[10-13]。

在雞糞玉米秸稈厭氧堆肥試驗(yàn)研究中，若進(jìn)行全面試驗(yàn)需進(jìn)行27次試驗(yàn)。準(zhǔn)備27份試驗(yàn)材料及相應(yīng)設(shè)備，投資較大，增加了測溫及日常工作量，試驗(yàn)結(jié)束后，數(shù)據(jù)處理量也較大。采用正交試驗(yàn)法，按照正交試驗(yàn)表3安排試驗(yàn)，選出代表性的9次試驗(yàn)，所需試驗(yàn)材料、設(shè)備、投資大幅度減少，檢測費(fèi)用減少了近二分之一。節(jié)省的費(fèi)用可以進(jìn)行其他必要的研究項目。鑒于正交試驗(yàn)法能優(yōu)化試驗(yàn)方案，簡化試驗(yàn)過程，是多因素多水平科學(xué)研究的常用方法。

此外，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，正交試驗(yàn)分析軟件不斷升級更新，統(tǒng)計分析相關(guān)數(shù)據(jù)更加快捷。在使用正交試分析軟件時，只要輸入對應(yīng)處理和水平數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際檢測、觀察結(jié)果，客觀給予不同處理相應(yīng)綜合評分，計算機(jī)就可以按照設(shè)定好的程序計算出Ki（第i個水平試驗(yàn)指標(biāo)值之和）及R值（極差），分析出各因素影響程度，能確定最優(yōu)化組合方案，避免人工計算的煩瑣過程。因此，對于雞糞玉米秸稈厭氧堆肥中含水量、碳氮比、菌劑優(yōu)化組合研究，運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計原理，采用正交試驗(yàn)表，充分利用計算機(jī)軟件技術(shù)發(fā)展的成果，有科學(xué)理論依據(jù)，得出的結(jié)論更具客觀性。

1.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計

在本試驗(yàn)中，含氮量較高的雞糞和含碳量較高的玉米秸稈可以滿足本試驗(yàn)調(diào)節(jié)適宜碳氮比需求。選取對綜合評分具有影響的3個因素是水分含量（A）、碳氮比（B）和特定厭氧菌種量（C）。含水量共設(shè)置3個水平，分別為55%、65%、75%；碳氮比（C/N）共設(shè)置了3個水平，分別為20∶1、25∶1、30∶1；菌劑共設(shè)置了0添加、一倍添加、二倍添加3個水平。利用正交試驗(yàn)設(shè)計原理，按三因素三水平正交試驗(yàn)表設(shè)計試驗(yàn)處理。

在試驗(yàn)中，需要先活化菌劑，將菌劑中所含水分計算在一個處理水分中。按照理論計算值準(zhǔn)備所需的鮮雞糞、風(fēng)干玉米秸稈和活化菌劑，以干凈自來水調(diào)節(jié)物料水分至相應(yīng)含水量。盡可能混合均勻，不能出現(xiàn)結(jié)塊或黏結(jié)現(xiàn)象。每份裝入相應(yīng)青貯袋，扎口，并做好標(biāo)簽。本試驗(yàn)將裝堆肥材料的青貯袋貯存在淺坑中，露天相隔擺放，后期轉(zhuǎn)移至校內(nèi)日光溫棚內(nèi)。試驗(yàn)時間為2022年5月5日—9月5日（共約120 d）。在試驗(yàn)過程中，每日07：00～07：30、12：00～12：30、18：30～19：00分別測量1次環(huán)境和一個袋內(nèi)溫度，并做好詳細(xì)記錄。以3次測量氣溫或溫棚內(nèi)溫度的平均值為環(huán)境溫度，以3次測量袋內(nèi)的溫度作為堆肥溫度。在堅持不開袋口的情況下，觀察堆肥腐熟進(jìn)展。按照正交設(shè)計表進(jìn)行試驗(yàn)。正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計如表2所示。

1.3 測項目及方法

1.3.1 測定項目

分別測定新鮮雞糞、自然風(fēng)干玉米秸稈的pH值、含水量、總氮、總碳和有機(jī)質(zhì)。

1.3.2 檢測方法

將貯存120 d后9組堆肥取樣，按照《有機(jī)肥料NY/T 525—2021》，分別測定pH值、觀察各堆肥樣的腐熟情況，嗅各樣品氣味，并以這3項指標(biāo)鑒別堆肥腐熟效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果

試驗(yàn)處理120 d后，對T1～T9進(jìn)行pH值測試，其pH值分別是6.97、6.62、6.21、6.12、6.02、6.12、6.41、6.80、6.73，分辨不同處理的氣味、顏色，綜合評分。利用正交設(shè)計助手V3.1進(jìn)行交互作用分析，確定最優(yōu)方案。正交試驗(yàn)方案及結(jié)果如表3所示。

正交試驗(yàn)分析中，Ki為對應(yīng)因素中第i個水平試驗(yàn)指標(biāo)值之和，R值表示固定因素中Ki的最大值和最小值的差值，R值越大，表明該因素設(shè)置的不同水平對評價指標(biāo)的影響越大，反之，說明該因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響較小。通過對綜合評分進(jìn)行正交分析，由表3中極差（R值）分析可知，3個因素對綜合評分的影響程度依次為A＞C＞B，即水分含量＞特定菌種量＞碳氮比，以綜合評分最大值為優(yōu)化目標(biāo)，從k1、k2、k3的大小分析得出，綜合評分的最優(yōu)條件為A2B1C3，即當(dāng)水分含量為65%，碳氮比為20∶l，特定菌種量為2倍時，綜合評分最大。

2.2 結(jié)果與分析

2.2.1 含水量影響

雞糞玉米秸稈厭氧發(fā)酵過程中，有少量水分逸失，部分含有氮、碳、硫等物質(zhì)在微生物作用下轉(zhuǎn)化為二氧化碳、氨、甲烷、二氧化硫等揮發(fā)物質(zhì)，袋內(nèi)混合總質(zhì)量有較明顯減少[14]。從處理T1～T9，重量減少10%～20%，其中T4、T5、T6組合減少最為顯著，T1、T8、T9處理不顯著?？梢?，與正交分析結(jié)果一致，水分在雞糞玉米秸稈厭氧堆肥中起著關(guān)鍵的作用。

2.2.2 菌劑影響

雞糞玉米秸稈厭氧堆肥120 d中，只要添加厭氧加強(qiáng)菌劑處理組都表現(xiàn)腐熟程度較高，可見菌劑在堆肥中起到了重要作用。這主要是由于添加菌劑增加了堆肥中微生物含量，增強(qiáng)了微生物對有機(jī)質(zhì)的分解作用，加快了堆肥進(jìn)程。

2.2.3 碳氮比影響

在碳氮比為20∶1、25∶1、30∶1的相應(yīng)處理中，T4、T5、T6水分含量相同，菌劑用量不同，但腐熟程度相近，這是由于碳氮比梯度較小，水分含量與菌劑量起到了主導(dǎo)作用，減少了碳氮比的影響。在碳氮比為20∶1、25∶1、30∶1情況下，堆肥都能進(jìn)行。在高碳氮比的條件下，難以降解的有機(jī)質(zhì)增加，但還有一部分能被厭氧微生降解，從而降低堆體的碳氮比。因此，正交分析結(jié)果中，碳氮比對雞糞厭氧堆肥影響較小。適宜的碳氮比有利于微生物進(jìn)行合成作用及新陳代謝。

2.2.4 最優(yōu)組合

正交試分析結(jié)果最優(yōu)條件為A2B1C3，即當(dāng)水分含量為65%，碳氮比為20∶l，特定菌種量為2倍時，最適宜進(jìn)行雞糞厭氧堆肥。厭氧堆肥一般需時較長，腐熟程度較低，礦化程度較高。要想得到完全腐熟的肥料，厭氧堆肥需要外界供給熱量，并在含水量適宜的發(fā)酵罐中接種厭氧菌種[15]。從實(shí)際情況考慮，普通厭氧發(fā)酵程度較低，少量加入玉米秸稈以調(diào)高碳氮比并吸收鮮雞糞大量的水分是可取的方案。

3 結(jié)束語

此次正交試驗(yàn)表明，雞糞玉米秸稈厭氧堆肥最優(yōu)條件為A2B1C3，即當(dāng)水分含量為65%左右、碳氮比為20左右且厭氧菌種較充足時，更能體現(xiàn)出雞糞厭氧堆肥的效果?？蓞⒄沾搜芯砍晒?，根據(jù)實(shí)際情況解決雞糞還田問題。

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