摘要：為了研究微生物菌劑應用于生豬糞污堆肥的實際效果，以篩選到的具有較強有機物分解能力和高溫耐受性的2種菌株（枯草芽孢桿菌和釀酒酵母菌）為材料，設置不添加菌劑（CK）、添加菌劑1（T1）、添加菌劑2（T2）共3個處理，開展了堆肥試驗。結(jié)果表明：添加2種微生物菌劑均有助于加速豬糞堆體升溫，效果T2優(yōu)于T1；添加2種微生物制劑可以降低豬糞堆肥的電導率，從而降低堆肥對土壤可能帶來的鹽漬化影響，效果T2優(yōu)于T1；添加微生物制劑可以提高種子的發(fā)芽指數(shù)，減弱對植物的毒害，且T1與T2差距不大；添加微生物制劑可以減少堆肥氮損失，效果T2優(yōu)于T1。因此，2種試驗菌株可以提高堆肥效率，減少氮素損失，且有助于解決堆肥帶來的環(huán)境問題。

關鍵詞：菌劑；堆肥；生豬養(yǎng)殖；氮循環(huán)；氨揮發(fā)

中圖分類號：S141.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2024）08-0041-06

Effects of Microbial Agents on Mixed Composting of Pig Manure and Rice Chaff

CHEN Wei，GAO Shuai-shuai，WANG Bin，HUANG Li-hong，YIN Hong-mei，LIU Biao

（Hunan Institute of Microbiology， Changsha 410009， PRC）

Abstract： This study aims to reveal the effects of microbial agents on pig manure composting. Two bacterial strains （Bacillus subtilis and Saccharomyces cerevisiae） with strong organic matter-decomposing capabilities and high temperature tolerance selected in the previous study were used in this study. The composting experiment was conducted with three treatments： no addition of microbial agent （CK）， addition of microbial agent 1 （T1）， and addition of microbial agent 2 （T2）. The results showed that the addition of two microbial agents accelerated the temperature rising of the compost， and T2 outperformed T1. The addition of the two microbial agents reduced the conductivity of the compost to attenuate the possible soil salinization caused by composting， and T2 outperformed T1. Compared with CK， the addition of microbial agents increased the germination index of seeds and reduced the toxicity to plants， with similar effects between T1 and T2. In addition， adding microbial agents reduced the nitrogen loss of the compost compared with CK， and the effect of T2 was better than that of T1. In conclusion， the two strains can improve the composting efficiency， reduce the nitrogen loss， and help to address the environmental problems caused by composting.

Key words： microbial agent; composting; pig breeding; nitrogen cycle; ammonia volatilization

有機肥是國家大力提倡使用的農(nóng)業(yè)投入品 [1]，對提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)、改良土壤理化性質(zhì)、增加土壤微生物多樣性等具有重要作用 [2-3]。畜禽糞便是畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物，也是有機肥的重要生產(chǎn)原料 [4]。根據(jù)我國第二次全國污染源普查估計，我國畜禽糞便年產(chǎn)生量約有30.50億t [5]，高效利用好如此龐大的生物質(zhì)資源對我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護意義重大。而根據(jù)相關部門畜禽存欄數(shù)據(jù)測算，2021年我國畜禽糞便總排放量約39億t，其中生豬糞污年排放量約19億t，占畜禽糞污總量的49% [6]。因此，作為全國最重要的生豬養(yǎng)殖大省之一，湖南省在生豬糞便資源合理處理與配置上肩任重而道遠。

豬糞一般需要經(jīng)過堆肥腐熟方可應用到田間，這是因為堆肥可以殺死豬糞中的病原菌、草種，并可以減少豬糞重量和體積，方便進一步對其進行處置 [7]。堆肥看似簡單，實則需要注意許多細節(jié)問題，比如堆肥場所是否合適、堆肥的初始碳氮比是否科學、通風供氧條件是否充分、如何減少氣體（溫室氣體、NH3、惡臭氣體）的排放和養(yǎng)分流失等等 [8]。因此，面對如此龐大的豬糞資源，需要如何高效而環(huán)保地進行堆肥是亟待解決的事情。堆肥期間豬糞中的有機組分將在微生物作用下發(fā)生分解和轉(zhuǎn)化，不同元素的形態(tài)與有效性將發(fā)生重要變化 [9]，同時微生物活動產(chǎn)生的熱量和高溫會將病原菌、草種等殺死 [7]。因此，微生物活性是堆肥高效與否的關鍵。然而，自然堆肥初期，堆體中微生物量少，需要一定時間才能繁殖起來，導致堆肥效率較低。所以篩選高效微生物菌劑來調(diào)節(jié)菌群結(jié)構、提高微生物活性可以提高堆肥效率和縮短腐熟周期。

湖南省微生物研究院研究團隊在前期經(jīng)過篩選獲得了枯草芽孢桿菌和釀酒酵母菌各1株菌株，在實驗室條件下均可以降低豬糞堆肥氮素損失，提高堆肥效率，改善堆肥質(zhì)量，然而在實際堆肥中的效果還有待驗證。因此，擬利用生豬養(yǎng)殖廠實際條件進行實地堆肥應用試驗，探究2株菌株在實際應用中的表現(xiàn)以及在提高堆肥效率、質(zhì)量和降低氮損失的效果。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

堆肥試驗在湖南辰河生態(tài)農(nóng)業(yè)科技股份有限公司進行。堆肥主要原料為高溫處理后豬糞和稻糠（湖南辰河生態(tài)農(nóng)業(yè)科技股份有限公司從周邊農(nóng)戶收集）。堆肥前將豬糞和稻糠按照4∶1的比例均勻混合，保證每個處理原料成分一致，堆肥初始碳氮比為25∶1。供試微生物菌劑為枯草芽孢桿菌和釀酒酵母，均為本實驗室前期分離。供試菌劑均為湖南省微生物研究院實驗室制備，枯草芽孢桿菌菌液濃度20×108 CFU/mL，釀酒酵母菌液濃度5×108 CFU/mL。

1.2 試驗設計

堆肥試驗共設計3個處理：CK，不添加其他組分的對照處理； T1，添加量為0.3％的枯草芽孢桿菌發(fā)酵菌液；T2，添加量為0.3%枯草芽孢桿菌和釀酒酵母復合菌液，體積比1∶1。每個處理3次重復，每次重復的堆肥量為1 000 kg。各處理的水分含量統(tǒng)一為60%，并采取人工翻堆方式對堆體進行曝氣通風，堆肥在好氧的條件下持續(xù)45 d。

1.3 采樣及測定

堆肥試驗開展期間，定期采集樣品進行各項指標的測定，采樣時間為堆肥開始后的0、3、7、14、21、28、42 d，采樣時，翻動堆體使其混合均勻，然后分別于堆肥物料的表層、中層和底層采集 3份樣品，并將每一平行中取出的所有堆肥樣品（約1 000 g）平鋪于紙張上混合為一個樣品，后按照四分法進行留存樣品取樣。最后將所取樣品分為2份，一份存于－20 ℃冰箱，另一份經(jīng)風干研磨過1 mm 篩后備用，用于測定與腐熟有關的指標，如pH值、電導率、有機質(zhì)、種子發(fā)芽指數(shù)、碳氮比等，同時測定堆肥中的硝態(tài)氮、氨態(tài)氮、總氮。

堆肥試驗開展的前40天，于每日上午9：00測定并記錄堆體表面向下20 cm處的溫度，同時記錄環(huán)境溫度。堆肥的全氮、pH值、種子發(fā)芽指數(shù)（GI）的測定，參照中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準（NY525—2021）的方法進行 [10]；堆肥的硝態(tài)氮與銨態(tài)氮含量參照中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準（NY/T 1116—2014）的方法進行 [11]；電導率（EC）參照中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準（HJ 802—2016）的方法 [12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016進行試驗數(shù)據(jù)的處理，運用SPSS 22.0 進行方差分析利用Origin 2019b進行繪圖，采用 Duncan 法在P＜0.05 的顯著水平上進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物制劑對豬糞-稻糠堆肥溫度的影響

在堆肥試驗開始后的第1天至試驗第40天對不同處理的豬糞堆體溫度進行持續(xù)監(jiān)測（圖1）。結(jié)果顯示，堆肥開始后，不同處理的堆體均表現(xiàn)為先快速升溫后緩慢降溫，經(jīng)歷了升溫期、高溫期和降溫期3個階段。在堆肥開始的前3天的T1和前4天的T2處理的堆體溫度均高于CK處理，T2處理堆體的最高溫度出現(xiàn)在第4天，而T1和CK處理的堆體溫度均在第5天出現(xiàn)，這說明T2處理能更快升溫，堆體在較短時間內(nèi)達到最高溫（73.1℃），不過T1和T2處理的堆體最高溫僅相差0.2℃。從第6天開始3個處理均進入降溫期，3個處理中T1處理降溫幅度最大，T2次之。CK、T1和T23個處理堆體溫度在50 ℃以上天數(shù)分別保持了28、24和23 d，符合糞便無害化衛(wèi)生標準 [13]。一般而言，堆體溫度與室溫是否持平可以作為判定堆肥是否完成的標準，但在試驗中，堆肥結(jié)束時，CK、T1和T2的堆體溫度分別為31.2、28.2和25.4 ℃，而環(huán)境溫度下降較大，只有22.5 ℃。但考慮前期室溫均在24.5 ℃以上，因此，可以確定T2已經(jīng)完成堆肥過程。

2.2 微生物制劑對豬糞-稻糠堆肥腐熟指標的影響

在試驗中，堆肥結(jié)束時3個處理的電導率分別平均為3.23、2.47、2.79 mS/cm（見圖2），均符合腐熟堆肥電導率小于4.00 mS/cm的指標 [14]。堆肥結(jié)束后，CK、T1、T2 的EC值分別為3.24、2.80、2.48 mS/cm。

pH值也是影響堆肥過程的重要因素，研究表明，pH值在6.7至9.0之間有利于維持較高的微生物活性 [9]。本研究中，從堆肥試驗開始到結(jié)束，3個處理的pH值均在7.79至8.33范圍內(nèi)，無顯著性差異，均適合堆肥進程。

在本研究中，CK處理的GI在14d之后開始大于80%，而T1、T2處理在第14天已經(jīng)達到110%以上（圖3）。堆肥結(jié)束時，CK、T1、T2 的GI值分別為93.91%、122.66%、115.87%，均超過堆肥腐熟的標準（GI＞80%）。此外，除了第1天，TI和T2的GI值均高于CK處理。

2.3 微生物制劑對豬糞-稻糠堆肥總氮轉(zhuǎn)化的影響

在本研究中，3個處理的堆肥總氮含量均隨著堆肥過程的持續(xù)而出現(xiàn)下降。堆肥初期，處理全氮含量無顯著差異。試驗第28 d，CK、T1、T2總氮含量分別為21.5、21.4 g/kg和22.3 g/kg，T2顯著高于CK和T1（P＜0.05）。（圖4）

銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的變化趨勢如圖5所示，3個處理的NH4+含量在整個堆肥期間持續(xù)減少，這是與堆肥期間NH3揮發(fā)是直接相關的；而對比各個處理，T2和T1處理的NH4+含量要高于CK，添加微生物制劑具有一定的保氮效果。3個處理之間的NO3-含量總體差異不大，但在堆肥初期CK的NO3-含量低于T1和T2處理，而后期則反超；各個處理的NO3-含量變化趨勢基本一致，有先增加后減少的趨勢，但在數(shù)量級上變化不大。

3 討論

3.1 微生物制劑對豬糞-稻糠堆肥溫度的影響

添加微生物制劑的堆體升溫更快，堆體的溫度可以間接的反映堆肥過程中有機物的降解程度和微生物活性的變化，是評價堆肥效果的重要指標 [15]。在堆肥開始的前3天的T1和前4天的T2處理的堆體溫度均高于CK處理，這是因為微生物制劑的加入增加了堆體中微生物的豐度，增強了微生物活性，導致堆體內(nèi)因微生物生命活動產(chǎn)生了更多的熱量，這說明微生物菌劑的加入有助于加速堆體升溫。

3.2 微生物制劑對豬糞-稻糠堆肥腐熟指標的影響

添加微生物制劑可以降低豬糞堆肥的電導率，減輕堆肥對土壤的鹽漬化影響。堆肥過程中，在微生物的主導作用下，有機物會被分解、轉(zhuǎn)化，從而釋放出許多離子 [16]，這些可溶性離子濃度過高會對作物產(chǎn)生毒害作用。EC值可以反映堆肥過程中可溶性離子的濃度，所以常用來判斷堆肥可溶性鹽含量，推斷堆肥對作物生長是否會產(chǎn)生不利影響。此外，EC過高會抑制堆肥發(fā)酵，因此，有必要采取手段在一定程度上使電導率控制在有利水平。試驗結(jié)束后，電導率CK＞T2＞T1，說明添加微生物制劑可降低豬糞堆肥的電導率，有助于減輕堆肥對土壤鹽漬化影響。

pH值對堆肥內(nèi)微生物的生長繁殖具有一定的影響，是堆肥的腐熟程度的重要指標。研究中，3個處理的pH值均在7.79至8.33范圍內(nèi)，無顯著性差異， 但是在變化趨勢上可以看出，3個處理的pH值均出現(xiàn)不明顯的先上升后下降的變化規(guī)律，這是可能是因為在微生物的作用下有機物分解產(chǎn)生NH3使堆體pH值值緩慢升高，而后因為硝化作用產(chǎn)生H+，有機酸累積使堆體pH值又出現(xiàn)下降，這與已發(fā)表研究結(jié)果一致 [17-18]。

一般認為，未達到腐熟程度的堆肥會對種子的發(fā)芽產(chǎn)生抑制作用，而經(jīng)過腐熟的堆肥則會促進種子的發(fā)芽。種子發(fā)芽指數(shù)（GI）常用作一個關鍵指標來評價堆肥腐熟度和植物毒性，GI值越大，堆肥對植物的毒性越小 [19-20]，按照《有機肥料（NY/T525—2021）》中的說明，GI≥70%表示堆肥腐熟，而也有研究表明GI≥80%表示堆肥完全腐熟，且對植物無毒害 [21]。在本研究中，T1和T2處理的堆肥14 d均達到了腐熟的標準。因此，與CK相比，加入微生物菌劑可以顯著縮短堆肥進程。堆肥初期的GI較低一般認為是由于有機物被迅速分解產(chǎn)生了大量了NH4+，從而抑制了種子萌發(fā) [22]。此外，除了第2天，TI和T2的GI均要高于CK處理，這可能是因為TI和T2加入微生物制劑后加速了有機物的分解，這致使兩個處理的堆肥浸提液中的鹽分、有機酸等成分含量較高，對種子萌發(fā)產(chǎn)生了不利影響，而在此之后，隨著有機酸降解、鹽分的濃度的降低與穩(wěn)定，堆肥對種子萌發(fā)的抑制作用降低，GI不斷增加。

3.3 微生物制劑對豬糞-稻糠堆肥中氮轉(zhuǎn)化的影響

好氧堆肥過程中，微生物可以將堆體中的有機物進行分解和轉(zhuǎn)化，從而對堆體中各種元素的形態(tài)及含量產(chǎn)生重要的影響 [9]。而在堆肥過程中，氮素的變化情況備受關注，這是因為其變化與最終堆肥的質(zhì)量（氮營養(yǎng)狀況）、堆肥過程帶來的環(huán)境問題（氮氧化合物等溫室氣體排放）緊密相關 [23]。氮素是作物生長必需的大量元素之一，氮氧化合物則是溫室體體的重要成員，因此，減少堆肥中氮的損失具有重要的經(jīng)濟價值和生態(tài)學價值。

堆肥中的全氮包含無機態(tài)氮和有機態(tài)氮等，在微生物的作用下，有機態(tài)氮會被分解產(chǎn)生無機態(tài)氮、小分子有機氮，也可以轉(zhuǎn)化為復雜大分子中的有機氮，同時會產(chǎn)生揮發(fā)性含氮氣體逸出 [23-24]。在本研究中，3個處理的堆肥總氮含量均隨著堆肥過程的持續(xù)而出現(xiàn)下降，這表明，微生物在分解有機物的過程中，伴隨著CO2、水等的逸出，堆體中氮素也出現(xiàn)了同步的損失，從而全氮未隨著堆體體積和重量得變小而增加 [25]。研究指出，堆肥過程中全氮含量的變化主要是由有機氮的分解和NH3的釋放引起 [26]。堆肥結(jié)束后，3個處理的全氮含量表現(xiàn)為T2＞T1＞CK，這說明微生物菌劑的投入將有利于堆肥過程中減少氮損失，起到保氮的作用，且T2的效果優(yōu)于T1。

堆肥過程中，含氮有機物有在微生物的作用下發(fā)生分解和轉(zhuǎn)化，特別的，部分氮素轉(zhuǎn)化為NH4+、N2O、N2以及其他氮氧化合物，而研究表明，堆肥中約有20%～70%的氮會通過氣態(tài)損失 [7]，其中NH3揮發(fā)占氮損失的比例最大。NH3揮發(fā)在堆肥初期最為嚴重，這是因為初期有機物快速分解產(chǎn)生的大量NH4+以NH3的形式不同程度地揮發(fā)到大氣中，造成堆肥氮素營養(yǎng)損失以及大氣污染。研究結(jié)果顯示，各個處理中，T2和T1處理的NH4+含量要高于CK，表明添加微生物制劑具有一定的保氮效果。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明：添加枯草芽孢桿菌和釀酒酵母微生物制劑有助于加速堆體升溫，加快堆肥腐熟進度；降低豬糞堆肥的電導率，減輕堆肥對土壤的鹽漬化影響；減輕堆肥對種子萌發(fā)的抑制作用，減少對植物的毒害；還可以減少堆肥氮損失，提高堆肥質(zhì)量。

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（責任編輯：高國賦）