添加剂对鸡粪好氧堆肥、养分及腐殖化程度的影响_柳玲玲.pdf

为探索辅料（米糠）和不同剂量的微生物发酵剂对畜禽粪污好氧堆肥效果的影响，以动物源废弃物（鸡粪）作为主料，植物源废弃物米糠为辅料，混合堆腐，研究不同剂量微生物菌剂对好氧堆肥过程中温度、养分、腐殖酸的动态变化，及对堆肥产品主要营养元素的影响。结果表明：未添加辅料的纯鸡粪发酵不能达到无害化处理的要求，添加辅料和菌剂的处理，堆肥结束后产品的全氮、全钾、有机质和总腐殖酸含量较对照（T1，纯鸡粪）分别高50.41%74.80%、64.66%71.43%、3.14%9.62%、4.96%49.56%；添加不同剂量的菌剂对鸡粪堆肥效果影响不同，其中添加0.5%的效果最好，高温持续时间最长，为19 d，且堆肥结束后产品全氮、全磷、全钾、有机质和腐殖酸含量均最高，说明在添加辅料的前提下，添加0.5%剂量的微生物菌剂鸡粪的堆肥效果最好。关键词畜禽粪污；堆肥；营养元素；腐殖化；动态变化近年，禽类规模化、集约化及产业化养殖的快速发展，产生了大量的畜禽粪便，目前畜禽粪污无害化和资源化利用处理的重要途径是高温好氧堆肥发酵1。鸡粪中氮、磷、钾和有机质等营养元素含量高，高温好氧堆肥过程中产生有益元素，可作为作物生长及土壤改良的有机肥料。微生物能有效推进堆肥进程，能将生物质有机物降解成稳定的腐殖质，因此，在堆肥物料中加入活性强、繁殖快的微生物菌剂2，可有效缩短堆肥周期、减少堆肥中养分损失、提高物料腐殖化程度。堆肥过程中，微生物活动的重要动力主要来自氮、磷、钾及有机碳3，因此对氮、磷、钾及有机碳进行实时监测，分析其含量的动态变化，对于堆肥工艺的优化、发酵周期的缩短和堆肥品质的评价具有重要意义。有研究表明，鸡粪与秸秆自然堆制进行发酵的腐熟发酵周期长、养分损失大4；在秸秆等农业生物质废弃物堆肥过程中加入适量畜禽粪污，可提高堆肥的生产效率和产品品质5；有鸡粪参与的秸秆堆肥其产物磷水平较高6；在鸡粪堆肥过程中添加不同生物质物料，对堆肥产物理化性状的影响不同，如添加生物炭与鸡粪堆肥产物的pH、全磷、全钾、有效磷和有效钾的含量均有所升高，有机质降解率较不加生物炭处理提高2.67%，腐殖化程度也有提高7；且柠条生物炭可使堆肥产物全氮提高 5.59%27.38%8；添加木醋液，可提高铵态氮含量9；添加钾矿粉可降低鸡粪发酵中的氮素损失和提高速效钾含量10；添加秸秆炭、泥炭和沸石，全氮和全磷的含量均有所提升11。此外，有学者通过不同堆肥方式研究鸡粪堆肥过程中的养分变化，魏宗强12对堆体不同覆盖材料（覆盖篷布、秸秆、粘土和添加沸石等措施）与常规对照处理在堆肥效果、养分损失及去向的比较研究表明，覆盖能使堆肥盐分大量累积，能有效降低堆肥养分的径流损失。在鸡粪堆肥中接种菌收稿日期 2022-12-23基金项目 贵州省农业科学院青年基金项目“低温纤维素降解菌筛选、酶学特征及产酶条件优化研究”黔农科青年基金（2023）09号作者简介 柳玲玲（1984），女，副研究员，博士，从事农业废弃物资源化利用、有机肥产品研发与应用工作。E-mail：*通讯作者：芶久兰（1980），女，研究员，硕士，从事作物养分资源高效利用研究。E-mail：6期柳玲玲等添加剂对鸡粪好氧堆肥、养分及腐殖化程度的影响剂，可增加堆肥腐殖质含量，提高腐殖质缩合度、芳构化程度及活性13。微生物菌剂作为一种好氧堆肥必需添加剂，在前期的研究中多以筛选菌剂种类为重点14-15，对剂量的研究较少。基于前人研究结果，试验以鸡粪和米糠为试验对象，选择应用效果较好的发酵菌剂作为试验材料，研究添加不同剂量的腐熟菌剂后鸡粪好氧堆肥过程中全量养分、有机质及腐殖酸的动态变化，为实际生产中科学合理地使用发酵菌剂，提高鸡粪好氧堆肥效率及产品质量提供科学依据。1 1材料与方法1 1.1 1试验材料试验材料：微生物菌剂为有机物料发酵菌剂，来自启明生物，主要成分为芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、丝状真菌等多种有益微生物及其各种孢外复合酶类，有效活菌数（cfu）200亿/g；鸡粪来自于贵州地宝生物科技有限公司；米糠（市购）；规格为300 L的堆肥发酵桶（长宽高=607 mm605 mm825 mm）。试验材料基本特性见表1。表1 1堆肥原始养分及水分含量原料鸡粪辅料（米糠）全氮/%1.970.67全磷/%0.920.14全钾/%0.501.48有机质/%52.2943.20pH7.95.6碳氮比（C/N）10.2624.90含水率/%75.736.701 1.2 2试验设计试验设置在贵州省农业科学院土壤肥料研究所试验大棚。采用堆肥桶堆置，共设5个处理，T1为纯鸡粪（CK）；T2为纯鸡粪+米糠；T3为鸡粪+米糠+0.05%微生物发酵剂；T4为鸡粪+米糠+0.50%微生物发酵剂；T5为鸡粪+米糠+1.00%微生物发酵剂。每个处理设3个重复（表2）。表2 2不同堆肥处理的物料配比处理T1（CK）T2T3T4T5鸡粪:米糠配比（w w，kg）1 000 0700 300700 300700 300700 300初始含水率/%75.7355.0055.0055.0055.00碳氮比（C/N）10.2614.6514.6514.6514.65微生物发酵剂/%0.000.000.050.501.00分别在好氧堆肥开始的当天（计为第0天）、第3天、第7天、第14天、第21天、第35天、第42天对堆体进行取样，采样点位于堆肥表层下30 cm，每个重复分5点取样，并将5个点位的样品充分混合。1 1.3 3考察指标的测定全氮：凯氏定氮法；全磷：钼黄比色法；全钾：火焰分光光度计法；有机质：焦磷酸钠氢氧化钠浸提-高温外热重铬酸钾氧化容量法；总腐殖酸：焦磷酸钠氢氧化钠浸提-高温外热重铬酸钾氧化容量法；游离腐殖酸：氢氧化钠浸提-高温外热重铬酸钾氧化容量法；水溶性腐殖酸：水浸提-高温外热重铬酸钾氧化容量法16。2 2结果与分析2 2.1 1不同处理堆肥过程中温度的变化从图 1，在堆肥期间室温维持在 2833 的条件下，堆体温度50 保持了 419 d，除T1外，其余处理均能满足我国 畜禽粪便无害化处理技术规范（NY/T 11682006）的要求。从温度看，T1效果最差，50 高温期在第9天开始，且只持续了4 d，未达到无害化的标准。添加辅料各个处理50 的高温期分别在第 5 天和第 9 天开始，保持在 1419 d，其中T3、T4和T5均在堆肥第5天进入高温期，高温持续1619 d，T4的高温期持续时间最长，为 19 d，高温期每天翻堆，且补充水分保持在50%左右。添加菌剂可加快堆体升温速度，且能更好地持续高温发酵，达到无害化处理的标准。73农技服务图1 1不同处理堆肥进程中温度的变化2 2.2 2不同处理堆肥过程中全氮的动态变化堆肥产物中的全氮包括无机氮和有机氮，氮素的固定和释放主要体现在有机氮的变化。堆肥的氮素损失主要由堆肥过程中有机氮的矿化、持续性氨的挥发及硝态氮的反硝化作用等引起。从图2看出，堆肥过程中，各处理堆肥过程全氮的变化趋势为先降后升。随着有机质不断分解，物料干物质重量减少远超NH3挥发引起的下降幅度，最终使堆肥产物中全氮含量相对增加。发酵014 d，全氮含量逐渐降低，主要由于在快速升温期微生物繁殖生长快、分解能力加强，提高了有机氮分解速率。而堆肥后期腐殖质形成较多，对铵态氮起到了一定的固定作用，因此在1442 d时全氮含量逐渐回升，氮损失减少。第 42 天时，T3、T4、T5的全氮含量均高于 T2，说明添加菌剂对氮素的损失有一定的抑制作用。T4处理全氮含量的增幅最大，较初始物料全氮含量提高36%；对照（T1，纯鸡粪），氮损失最严重，从初始的 1.97%降到发酵结束后的1.23%，堆肥结束时，堆肥产品的全氮含量，添 加 辅 料 和 菌 剂 的 处 理 较 对 照 分 别 高50.41%74.80%。图2 2不同处理堆肥进程中全氮含量变化2 2.3 3不同处理堆肥过程中全磷的动态变化由图 3 看出，随好氧堆肥进程的不断深入，T2T5处理的全磷含量呈上升趋势。T1的全磷含量变化不大。堆肥结束时，除T1处 理 外 其 余 各 处 理 的 全 磷 含 量 提 高16.84%29.48%，且T3T5处理比T2高，说明添加辅料和菌剂使发酵更充分，堆体被浓缩，仅少量磷损失，故全磷含量明显提高。T4处理的全磷升幅最大。图3 3不同处理堆肥进程中全磷含量的变化2 2.4 4不同处理堆肥过程中全钾的动态变化从图4看出，全钾含量大部分留存，随好氧堆肥进程的不断深入，各处理全钾含量呈上升趋势。堆肥结束时，各个处理全钾含量提高 6.40%14.86%，其中对照（T1，纯鸡粪）提高最少，只较初始物料提高6.4%，T4的升幅最大，较初始物料提高14.86%。说明添加米糠和微生物菌剂可使发酵更充分，均能 746期柳玲玲等添加剂对鸡粪好氧堆肥、养分及腐殖化程度的影响使钾大量留存，所以T2T4处理堆肥后的全钾含量均明显提高。堆肥结束时，堆肥产品的全钾含量，添加辅料和菌剂的处理较对照高64.66%71.43%。图4 4不同处理堆肥进程中全钾含量变化2 2.5 5不同处理堆肥过程中有机质的动态变化从图5看出，各处理有机质含量随堆肥的进行而逐渐下降，变化规律大致可分为加速期、高峰期和稳定期。在加速期（前7 d）有机质下降幅度较小，且各处理有机质分解程度差异不明显；高峰期（728 d）各处理有机质含量明显下降；稳定期（28 d以后）有机质含量基本无变化。堆肥过程中有机质的总体含量减少，在堆肥末期，各处理中有机质含量较堆肥初期分别降低 22.20%32.73%。T2T5处理的有机质含量略高于对照（T1，纯鸡粪），添加剂一方面增加了堆体的通气性，另一方面增强了氧气供应，为微生物繁殖和生长提供良好的环境条件，从而对有机质进行更好地分解。堆肥结束时，堆肥产品的有机质含量，添加菌剂处理T3T5均高于未添加菌剂的T2，其中菌剂添加量在0.5%时的有机质含量最高，为 38.56%，较初始物料降低得最少，为22.20%。同时，堆肥产品的有机质含量，添加 辅 料 和 菌 剂 的 处 理 T2T5较 对 照 高3.14%9.62%。图5 5不同处理堆肥进程中有机质含量变化2 2.6 6不同处理堆肥过程中总腐殖酸含量的变化腐殖酸总量包括游离态的腐殖酸及与钙、镁离子络合的结合态腐殖酸，后者不溶于碱液，但采用焦磷酸钠和氢氧化钠混合液浸提，则可将大部分结合态腐殖酸转化为可溶性的腐殖酸盐13。在堆肥进程中，堆料中的有机质在微生物作用下，被降解的同时还伴随腐殖化过程。在鸡粪堆肥的中前期，腐殖质含量下降速度较快（图6），同样物料配比下，T3、T4、T5处理下降幅度明显高于T2处理，各处理均在发酵14 d时达最低点，在发酵的腐熟阶段，腐殖质含量逐步上升，而后逐步趋于平稳状态。对照（T1，纯鸡粪）在堆肥过程中，腐殖酸含量略有降低，变化幅度不大。从图6看出，T3T5处理的堆肥发酵初期（014 d），总腐殖酸含量下降较快，该时期正是堆肥的升温期和高温期，伴随着大量的有机物质和腐殖酸被微生物分解释放大量的热，堆体温度很快上升。发酵结束时，T3、T4、T5处理的腐殖质含量与发酵前相比，分别提高21.10%36.46%，其中T4的腐殖酸含量升幅最大。各处理间堆肥产品的腐殖酸含量，添加菌剂处理T3T5均高于未添加菌剂的T2，其中菌剂添加量在0.5%时的腐殖酸含量最高，为23.54%，较T2处理高42.49%。同时，堆肥产品的腐殖酸含量，添加辅料和菌剂的处理T2T5较对照高4.96%49.56%。75农技服务总体来看，总腐殖酸占总有机质比率呈增加趋势（图7），各个处理堆肥前后对比，分别提高9.33%26.24%。说明发酵过程存在明显的腐殖化作用，同时说明腐殖酸较其他有机物质更稳定。图6 6堆肥进程中总腐殖酸含量变化图7 7不同处理总腐殖酸占总有机质比率变化3 3讨论与结论温度是衡量畜禽粪污无害化处理程度的重要指标之一，温度的变化直接影响堆体中微生物的种群结构、数量及降解活性。试验中除对照（T1，纯鸡粪）外，添加辅料的各个处理，50的高温期均在10 d以上，符合我国畜 禽 粪 便 无 害 化 处 理 技 术 规范（NY/T11682006）的要求，这与李尚民等17的研究结果一致，添加稻壳、麦秸和粗糠为辅料均能使鸡粪达到腐熟的标准。添加菌剂的处理组（T3T5），50的高温期在第5天出现，且高温持续时间均比未加菌剂的处理（T2）长，说明菌剂的添加可使高温期提前，并有效延长高温持续时间，使无害化程度更充分，这与杨恕玲等18的研究结果一致，添加菌剂可有效提高鸡粪的堆肥效果。氮素损失是评价堆肥效果的一项重要指标。试验中所有添加菌剂的处理对氮素的损失均有抑制作用，其中添加 0.5%菌剂（T4）时，鸡粪堆肥后的产品全氮含量升幅最高，且添加辅料（T2）处理的氮素损失也较纯鸡粪的处理显著较小。添加辅料和菌剂的处理由于堆体的“浓缩效应”，全磷和全钾含量也均增加，而对照（纯鸡粪）的全磷含量基本无变化，全钾含量提高最少。说明添加辅料和菌剂，有助于堆肥进程中各种养分含量的保留，这与张玉凤等15，19的研究结果一致，其研究发现在鸡粪发酵过程中添加辅料和菌剂均能增加堆肥产品的氮、磷和钾含量，且添加辅料的效果更明显。微生物发酵菌剂的添加可在短时间内急剧增加降解型微生物的数量，且在适宜的环境条件下快速繁殖，从而加速有机物料腐殖化进程，提高堆肥产品的腐殖化程度。张玉凤等15研究发现，在鸡粪好氧堆肥过程中接种菌剂可显著增加发酵物料的总腐殖酸含量；徐伟栋20发现，在鸡粪堆肥结束后，喷洒发酵菌剂也能提高产品的腐殖酸含量。研究中添加辅料和菌剂处理的腐殖酸含量与发酵前相比均有提高，其中添加 0.5%菌剂（T4）的腐殖酸含量升幅最大。说明添加辅料和菌剂能提高鸡粪在发酵过程中的腐殖化程度。同时，总腐殖酸占有机质比率随着好氧堆肥的逐渐深入先降低后增加，辅料和菌剂的添加使降低和增加的趋势更明显，加速了碳素的转化，与王秀红等21研究结果一致。766期柳玲玲等添加剂对鸡粪好氧堆肥、养分及腐殖化程度的影响参考文献 1 顾沈怡，钱锟，詹永冰，等.不同添加剂对鸡粪堆肥中氨气和温室气体排放的影响 J.环境生态学，2023，5（2）：51-60.2 李春艳，刘立英，丁国志，等.生物炭和微生物菌剂联用对鸡粪堆肥有害生物的影响 J.当代畜禽养殖业，2022（3）：12-15.3 单德鑫.牛粪发酵过程中碳、氮、磷转化研究 D.哈尔滨：东北农业大学，2006.4 徐伟栋，张佳楠，王俊梅，等.鸡粪堆肥周期中养分指标和腐熟程度变化研究 J.安徽农业科学，2021，49（8）：153-156.5 王亚飞，李梦婵，邱慧珍，等.不同畜禽粪便堆肥的微生物数量和养分含量的变化 J.甘肃农业大学学报，2017，52（3）：37-45.6 李灵章，刘卓成，余雨泽，等.农作物秸秆与畜禽粪便组合的好氧堆肥理化性状研究 J.草原与草坪，2019，39（6）：49-57.7 夏璇.生物炭对鸡粪好氧堆肥中养分含量及腐殖化的影响研究 D.重庆：重庆大学，2019.8 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