鸡粪与秸秆耐低温堆肥发酵效果研究
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摘要 本文通过对秸秆与鸡粪低温堆肥发酵过程中堆肥成分的动态变化进行监测和分析来对其发酵效果进行初步探究，对温度和全氮、氧化钾、五氧化二磷、有机质含量等成分指标进行相关分析。结果表明，在鸡粪与秸秆耐低温堆肥发酵过程中，各堆肥成分存在一定变化。堆肥的温度变化范围始终低于50 ℃，且随着发酵时间的延长，全氮含量显著降低，五氧化二磷含量显著提高。
关键词 鸡粪;秸秆;耐低温堆肥;发酵效果
中图分类号 S141.4 文献标识码 A
文章编号 1007-5739（2020）16-0156-02
Fermentation Effect of Low Temperature Resistant Compost of Chicken Manure and Straw
LIU Hui-fang 1 WU Yu-de 1 * LU Xin 2 ZHU Yan-li 2 ZHANG Yun-ying 2 WANG Jiang-xu 2 LI Ping 3
ZHANG Ying 4 HAN Xiao 1 LIU Yu-han 1 MA Jin-feng 1 WANG Meng-ze 1
（1 College of Life Science， Jiamusi University， Jiamusi Heilongjiang 154007; 2 Jilin Academy of Agricultural Sciences;
3 Tibet Zangjia Ecological Science & Technology Development Co.， Ltd.; 4 Jiaohe Animal Husbandry Station）
Abstract By monitoring and analyzing the dynamic changes of components in the fermentation process of low temperature compost of chicken manure and straw， this paper preliminarily explored the fermentation effect. The correlation between temperature and total nitrogen， potassium oxide， phosphorus pentoxide and organic matter content was analyzed. The results showed that the compost components of chicken manure and straw had some changes in the fermentation process of low temperature resistant compost. The temperature range of compost was always lower than 50 ℃， with the extension of fermentation time， the total nitrogen content decreased significantly， and the phosphorus pentoxide content increased significantly.
Key words chicken manure; straw; low temperature resistant compost; fermentation effect
黑龍江省每年都会产生大量的有机固体废弃物，主要包括秸秆和鸡粪等，其有机质及营养元素含量均十分丰富[1]。如何有效地利用和处理这些废弃物已成为当前亟待解决的问题。传统农业中废弃物大多自然发酵、直接施用或焚烧，会造成可再生性资源的严重浪费，引发环境污染问题，加速病虫害的滋生和病毒的传播[2]。自然发酵堆肥中微生物比较单一，难以完成作物秸秆复杂纤维素结构的有效降解[3]，同时粪便中的有机质分解不彻底、恶臭难消、养分损失大，甚至导致烧苗。
目前，利用微生物菌剂堆肥处理是实现有机废物无害化、资源化的一种有效手段[4]，但北方冬季低温持续时间长，使堆肥处理受到限制，因而关于低温环境下堆肥的研究和报道较少。利用耐低温复合生物菌剂在低温条件下氧化外源物质，可在保证催化效率的同时降低堆肥启动温度，缩短发酵时间，提升发酵速率[5]，并且具有保氮作用。该方法能够有效解决秸秆和鸡粪冬季降解慢、发较难的问题，能产出大量高品质有机肥，节约成本，优化土壤生态系统[6]。
本试验应用耐低温微生物菌剂进行鸡粪与秸秆低温堆肥发酵，通过监测发酵过程中堆肥成分的动态变化，来初步探明其堆肥发酵的效果，以期高效快速地解决高寒地区冬季秸秆与粪污腐解困难的问题，实现有机废物的资源化高效利用，加快建立农业废弃物综合利用新模式。
1 材料与方法 1.1 试验材料
秸秆为经初步粉碎打包处理的废弃秸秆，约1.5 t;鸡粪购自佳木斯市附近农户养鸡场，约50 t;低温发酵菌采集自西藏山南市浪卡子县（东经90°20′56.5″，北纬29°13′16.5″），从海拔高度5 016 m处土壤中采集植物半腐解枯落物样品，经筛选、培养等操作过程后扩繁的微生物菌群，与市售芽孢杆菌、固氮菌、木霉等按一定活菌数比例混合，复配后制成耐低温菌剂。
1.2 试验方法
2019年4月15日在黑龙江省佳木斯市科技园区基地内进行玉米秸秆和鸡粪堆肥发酵试验。按照耐低温发酵菌剂6 kg、稻糠37.5 kg、红糖4.5 kg的质量配比进行充分翻拌混合成发酵底料;将秸秆按照每层0.5 m的厚度平摊于地面，同时逐层添加秸秆、喷水、撒发酵料，使得堆肥水分含量达60%～65%，同时分层均匀混入50 t鸡粪，最后形成山形发酵垛并覆盖塑料大棚膜;于2019年4月21日、4月30日、5月16日进行翻堆作业，翻堆结束再重新覆盖塑料棚膜。使用铁扦取发酵垛中心的秸秆鸡粪堆肥混合样品进行测温，3次重复，样品风干后装袋。堆肥总有机质、全氮、五氧化二磷、氧化钾等指标，分别参照NY 525—2012、NY 2542—2014、NY 2541—2014、NY 2540—2014等标准进行测定。
1.3 数据处理
数据经Excel整理后，利用SPSS 21.0软件进行平均值、标准差、显著性差异分析。
2 结果与分析
2.1 发酵温度变化
温度是衡量堆肥腐熟程度和品质的重要指标，是影响微生物活动的关键因素。高温可杀死病原菌、寄生虫卵、蝇蛆及农作物害虫，适宜的温度下有机质分解速度最快。不同发酵时期堆体温度变化见图1。由图1可知，随着发酵时间的延长，堆肥初次翻堆后，升温幅度较快，升至约45 ℃后逐渐趋于平缓，后经2次翻堆降温后堆肥温度均呈逐步上升趋势，并在升温至约47 ℃后趋于平缓;堆肥首次翻堆后的4月21日、4月22日与其他任何时期差异显著，后2次翻堆前后温度无显著性变化。
2.2 养分指标及失重率变化
养分指标是堆肥腐熟程度的重要判定标准。不同日期的样品养分含量存在一定的差异（表1）。由此可以看出，5月5日时全氮含量4.39 g/kg和有机质含量70.68 g/kg分别高于5月30日对应的3.38 g/kg和67.98 g/kg;5月5日时氧化钾含量4.45 g/kg和五氧化二磷含量5.21 g/kg分别低于5月30日对应的4.82 g/kg和5.63 g/kg。其中，全氮及五氧化二磷含量在不同时期差异显著，而不同时期的氧化钾及有机质含量变化无显著差异。
3 结论与讨论
试验结果表明，利用耐低温生物菌剂进行鸡粪与秸秆的低温堆肥发酵过程中，各堆肥成分存在一定的变化：堆体的温度变化范围始终低于50 ℃;随着发酵时间的延长，氮素损失严重，全氮含量显著降低，五氧化二磷含量随着有机质的分解而显著提高。
在堆肥发酵过程中，随着堆肥物料成分的释放和转化，各种理化性质均发生不同程度的变化，单一的指标无法准确反映堆肥的质量变化[7]。适宜的温度是保证堆肥得以顺利进行的重要条件，温度会影响微生物的生长，堆肥温度的回落是发酵完成的一个标志[8]。高温期是堆肥过程中最重要的阶段，堆体温度连续3 d>55 ℃可以杀死堆体内的大部分病原体。根据《粪便无害化卫生要求》（GB 7959—2012）中规定，堆制肥料过程中最高的堆体温度应在50～55 ℃维持5～7 d，或者在55 ℃以上维持3 d[9]。本试验中，堆肥温度的变化趋势并不符合堆肥发酵过程温度变化的常规规律。堆肥升温十分迅速，而后长期稳定维持在40～46 ℃，在每次翻堆后堆体温度有所下降，但会在短时间内快速升至43 ℃以上。在堆肥发酵过程中，所测样品温度均值均远低于50 ℃，不足以杀死堆肥内的大部分病原体。这可能是由于加入了过多的鸡粪，导致水分含量控制不当、粪便分布不均导致碳氮比例失衡，或取样过程存在一定的人为误差;全氮及五氧化二磷含量在不同时期差异显著（P<0.05，n=2），氧化钾及有机质含量变化则无显著差异。全氮含量在发酵前期显著高于发酵后期，可能是处理中的C/N值较低。因为碳源是微生物生长的限制因素，碳素含量低，则有机物的分解速度慢，过量的氮素在堆肥初期随着温度、pH值的升高出现了一定的损失[10-11]。五氧化二磷含量在发酵后期显著高于发酵前期，这是由有机质分解后“浓缩效应”引起的，磷含量与有机质分解强度有密切关系。
4 参考文献
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基金项目 2019年佳木斯大学校长创新创业基金项目（XZYF2019-28）;吉林省农业科技创新工程研究生基金项目“冬季粪污耐低温发酵菌剂的应用与生产示范”。
作者简介 刘会芳（1993-），女，黑龙江哈尔滨人，在读硕士研究生。研究方向：生物学。
通信作者
收稿日期 2020-04-16
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