一种有机物料腐熟剂对鸡粪腐熟效果的影响

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　　摘要 将枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、长枝木霉3种菌株按比例进行混合，制备一种有机物料腐熟剂，并对该腐熟剂的应用效果进行了初步研究。应用此腐熟剂对鸡粪进行好氧发酵腐熟，综合堆肥试验结果显示，接种该腐熟剂的试验处理可以通过微生物的生长代谢，有效提高鸡粪堆肥温度，最高温度比对照高16 ℃，堆肥高温持续11 d，而且后期堆肥温度回落速度比对照慢;堆肥过程中还可以加速堆肥pH的升高，提高了物料的发酵腐熟效率。腐熟30 d后相比对照物料含水率降低了3%，C/N值低了3.4，全氮含量最高达2.42%，种子发芽指数比对照提前10 d达到90%，完全达到腐熟标准。综合各项指标，该有机物料腐熟剂可以加速鸡粪腐熟过程，提高堆肥产品的质量，缩短堆肥周期。
　　关键词 C/N;全氮;种子发芽指数;有机物料腐熟剂;堆肥
　　中图分类号 Q93  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2020）18-0086-03
　　Abstract Three strains of Bacillus subtilis， Bacillus licheniformis and Trichoderma longida were mixed in proportion to prepare a microbial inoculant， and the application effect of the microbial inoculant was preliminarily studied. Aerobic fermentation of chicken manure was conducted using this microbial inoculant. The compost test results showed that the experimental treatment inoculated with the microbial inoculant could effectively increase the temperature of chicken manure compost through the growth and metabolism of microorganisms. It lasted for 11 days， and the compost temperature drops back later than the control. The compost process could also accelerate the increase of the pH of the compost， which improved the fermentation and maturation efficiency of the material. After 30 days of maturation， the moisture content of the control material was reduced by 3%， the C/N value was reduced by 3.4， the total nitrogen content reached a maximum of 2.42%， and the seed germination index reached 90% ，10 days earlier than the control， which completely reached the maturation standard. Based on various indicators， the microbial inoculant can accelerate the process of chicken manure decomposition， improve the quality of compost products， and shorten the compost cycle.
　　Key words C/N;Total nitrogen;Seed germination index;Microbial inoculant;Compost
　　隨着养殖业的发展，养殖方式也由传统散养的模式向规模化和集约化的方向发展，但随之而来的是禽蓄粪污的排放量不断增大且过于集中。2018年国民经济和社会发展统计公报显示，2018年我国畜禽养殖约200亿头（只），产生粪污约30多亿t，而畜禽粪便的实际有效处理率不到20%[1]，以致于畜禽粪污处理不当就会在一定程度上造成环境污染，严重污染生态环境;畜禽粪污中含有丰富的可利用营养物质，但是直接利用问题较多，所以其无害化处理和资源化利用是一个全球性重大命题。
　　目前国内对畜禽粪污的无害化处理方式主要是堆肥化处理[2]，堆肥时添加不同功能的腐熟剂，可以提高堆肥温度，加快堆肥的腐熟速率，显著缩短堆肥腐熟时间[3-4]。腐熟剂是利用微生物高温发酵，在55～60 ℃的高温下杀灭病原物，同时降解植物生长抑制物质、合成腐殖酸等提高土壤性能的有益物质，然而不同腐熟剂的腐熟效果也是不同[5-7]。笔者选用自制腐熟剂作为试验材料，研究应用该腐熟剂在堆肥过程中的养分变化情况。
　　1 材料与方法
　　1.1 材料
　　新鲜鸡粪由德州禹城市伦镇水坡社区太和村养
　　殖户提供，米糠由当地粮食加工厂提供，食用菌渣由当地食用菌厂提供。试验于2019年8月在山东劲牛集团股份有限公司德州实验场地内进行;试验腐熟剂为山东劲牛集团股份有限公司自主研发腐熟剂，有效活菌数≥5亿/g，菌剂主要成分为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、长枝木霉。
　　1.2 试验设计
　　试验设2个堆肥处理，每个堆肥3次重复，具体设计如下： 　　①对照配比，鸡粪2 000 kg，食用菌菌渣850 kg，不添加有机物料腐熟剂;②加菌剂配比，鸡粪2 000 kg，食用菌菌渣850 kg，添加0.1%有机物料腐熟剂;③对照堆置方法，按照需要的重量称量不同的堆肥物料，用小型铲车或搅拌机充分混匀后，加水至含水率59%;每堆堆成宽1.35 m、高1.15 m、长2.00 m左右的长垛条;
　　④加菌剂堆置方法，将所需的腐熟剂用少量的细麸皮拌匀后，再与鸡粪和食用菌菌渣物料混合均匀，加水至含水率59%;每堆堆成宽1.35 m、高1.15 m、长2.00 m左右的长垛条。
　　2个处理在发酵过程中当温度升到50 ℃时每天倒翻一次，翻堆时将表面、底部与中间各层混合均匀，直至腐熟。
　　1.3 采樣及指标测定
　　在堆肥过程中，分别在堆肥的0、5、10、15、20、25、30 d进行多点取样，并采用四分法收集样品，收集到的样品一部分放置至阴凉处自然风干，粉碎留样待测;一部分新鲜样品用于测定种子发芽指数[8]。
　　1.3.1 温度。温度的测定采用温度计插于发酵堆中间30 cm深，10～15 min后读数，每天10：00定时测定堆肥温度。同时测定大气温度。
　　1.3.2 pH、含水率指标测定。按NY 525—2012有机肥料技术标准进行测定。
　　1.3.3 全量指标测定。总有机碳的测定采用重铬酸钾氧化法测定，全氮测定采用凯氏定氮法[9]。
　　1.3.4 种子发芽指数测定。把5 mL堆肥滤液加入铺有两层滤纸、直径为9 cm的培养皿内，每个培养皿均匀撒拨20粒饱满的小白菜种子，25 ℃，黑暗培养48 h，测定发芽率和根长，以去离子水作为对照，每个处理组重复3次，计算种子的发芽指数（GI）：
　　GI=滤液的种子发芽率×种子根长蒸馏水的种子发芽×种子根长×100。
　　2 结果与分析
　　2.1 堆肥温度变化
　　由图1可知，堆肥前期，加菌剂的处理比对照处理升温显著，加菌剂的处理在第2天就达到了50 ℃，比对照处理提前10 d达到50 ℃，且维持堆肥温度在50～70 ℃累计11 d，这段时间可以杀灭病原微生物及病虫卵，使有机质充分腐熟分解;堆肥后期，加菌剂的处理在第18天堆肥基本腐熟，比对照处理提前至少10 d。整个堆肥过程中，2个处理的堆肥温度和当日气温的相关系数分别为0.60和0.40，相关性显著。
　　2.2 含水率的变化
　　从图2可以看出，2个处理组的堆肥起始含水率均为59%，符合堆肥的最佳湿度（50%～60%）[10]。随着堆肥发酵过程的进行，微生物快速繁殖释放大量热量，发酵前期含水率逐渐下降，在第10天对照处理的含水率降至45%，加菌剂处理的含水率降至39%，发酵后期至发酵结束时，对照处理的含水率降为18%，接种菌剂处理的含水率降为15%，接种菌剂处理的堆肥物料含水率比对照组低3%。进一步说明接种菌剂处理有利于堆肥温度的升高，有效加速了水分的散失，从而使堆肥质量更符合NY 525—2012有机肥料技术标准。
　　2.3 pH的变化
　　适宜的pH有利于微生物生长繁殖及产生代谢产物，在发酵初期，有机物料腐熟剂启动发酵，微生物在适宜条件下大量繁殖生长代谢，分解粪污中的蛋白类有机物，产生铵态氮，使pH快速升高;在发酵后期，伴随着蛋白类有机物的减少，铵态氮在硝化细菌的作用下转化为硝态氮及微生物代谢产生的酸，使堆肥pH下降[11]。从图3可以看出，发酵初期，2个处理的pH都快速升高，维持在pH 7.5～8.8一段时间后回落，加菌剂处理的pH明显比对照处理的pH高，且后期回落较慢;加菌剂处理的pH在第10天达到最高值（8.8），对照处理在第15天达到最高值（8.6），后期下降趋势也相对较快;发酵30 d后，加菌剂处理的pH降至7.6，对照处理的pH为7.30。
　　2.4 全氮和总有机碳的变化
　　鸡粪中有机氮的含量较高，在发酵过程中，先转化为铵态氮再向硝态氮转变且鸡粪中氮素的损失度与温度相关（r=0.98）[12]。从图4可以看出，堆肥发酵前期，2个处理组的全氮含量变化趋于一致，随着堆肥温度的升高，高温使堆肥中氨的挥发，从而导致堆肥中氮素含量迅速降低，降低幅度分别为加菌剂处理70.7%、对照处理54.4%;堆肥第15天，2个处理组的全氮含量最低，加菌剂处理为0.62%，对照处理为0.63%，之后变化趋于稳定;堆肥30 d，2个处理的全氮损失分别为加菌剂处理71.5%、对照处理72.6%，腐熟完全，符合Martins等[13]的结果。
　　堆肥前期，微生物首先分解易分解有机物，产生大量二氧化碳，使有机碳大量减少，从图5可以看出，堆肥前5 d，2个处理组的总有机碳含量大幅减少，加菌剂的处理下降速度更快;当堆肥结束时，2个处理组间的总有机碳含量差异很小。
　　2.5 C/N值的变化
　　从图6可以看出，随着发酵过程的进行，2个处理的C/N值逐渐下降，加菌剂的处理在第20天C/N值下降至14.5，最终稳定在14.5;对照处理的C/N值在第20天下降至17.9，且基本稳定在17.9。该研究采用T=（终点C/N）/（初始C/N）衡量堆肥腐熟度，T<0.60时，堆肥达到腐熟[14-15]。堆肥第30天，对照处理T约为0.60，加菌剂处理T为0.48，说明至堆肥结束，加菌剂处理比对照处理腐熟更完全。
　　2.6 种子发芽指数
　　从2个处理组发酵过程中种子发芽指数（GI）的变化情况（图7）可以看出，2个处理组在发酵初始阶段GI都很低，随着发酵的进行，GI逐渐升高，加菌剂处理的鸡粪在第10天时GI值大于50%，发酵结束时GI值为100%，通过显著性分析，与对照处理差异显著（P<0.05），说明加入菌剂后种子发芽率显著提高。 　　3 结论与讨论
　　该研究将枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、长枝木霉3种菌株按比例进行混合，制备一种有机物料腐熟剂，并对该腐熟剂的应用效果进行验证研究。应用此腐熟剂对鸡粪进行腐熟，加入有机物料腐熟剂的第2天，堆肥物料发酵温度达到了50 ℃，超过起始温度5 ℃以上，符合发酵启动的标准;最高温度在第6天就达到了69 ℃，且在高温阶段持续了11 d，降低含水率的同时能有效杀灭有害菌及病虫卵;鸡粪堆肥腐熟时间比未接种有机物料腐熟剂的处理也提前了10 d。C/N值也是评价堆肥腐熟度的指标之一，一般C/N值在20以下时堆肥已腐熟[16-17]，应用此腐熟剂对鸡粪进行腐熟时，在发酵后期加菌剂的处理C/N值由起始的30.0降至14.5，符合堆肥腐熟標准，这也符合岳敏杰等[18]认为的堆肥腐熟标准。种子发芽指数反映发酵堆肥对植物的毒性，也是评价堆肥发酵腐熟的指标之一[19]，发芽指数>50%的堆肥，即基本没有毒性，堆肥腐熟安全，该研究在加入该有机物料腐熟剂发酵后的第20天，样品的发芽指数（GI）>90%，与刘东海等[20]的研究结果相比，发芽指数显著提高。通过对鸡粪堆肥过程中温度、含水率、pH、全氮、C/N值及发芽指数等各项指标的试验数据分析显示，该有机物料腐熟剂能显著提高鸡粪发酵温度，加速鸡粪腐熟过程，提高鸡粪堆肥产品的质量，缩短堆肥周期。
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