玉米秸稈與雞糞袋裝堆肥技術研究

摘要：為探明玉米秸稈與雞糞袋裝堆肥發酵的最佳技術參數，選用玉米秸稈與雞糞為材料，以C/N、發酵菌劑和含水量3因素進行正交試驗。結果表明，最優組合是C/N為（25～35）∶1，添加VT-1000發酵菌劑，含水量為40%～55%；在該組合下，玉米秸稈與雞糞袋裝進行堆肥發酵的效果最佳。雖然堆肥發酵結束后的有機質含量略有下降，但全磷和全鉀含量均有所增加，堆肥毒性降低，且達到了堆肥腐熟度的要求。采用袋裝堆肥技術能有效地對玉米秸稈與雞糞等廢棄物進行無害化處理，可實現廢棄物的資源化利用。

關鍵詞：玉米秸稈；雞糞；發酵菌劑；袋裝堆肥

中圖分類號：S141.4 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）13-3041-05

我國是傳統的農業大國，也是世界上農業廢棄物產出量最大的國家。據不完全統計，全世界每年可產近20億t的農作物秸稈，我國約產6億～7億t，列世界之首，并以玉米、小麥和稻谷秸稈為主，約占總秸稈產量的80%[1]。隨著畜牧養殖業的規模化和集約化發展，雞糞等畜禽糞便產量已近30億t[2]。堆肥發酵是資源化和無害化利用農業廢棄物的有效途徑之一。黃國峰等[3]、陳志宇等[4]研究認為，堆肥發酵主要受堆料方式、溫度、物料pH、含水量及C/N等因素的影響，而堆肥成功的關鍵在于使微生物正常繁衍。要保證微生物旺盛生長和優勢菌種的合理更替，則必須對環境因子進行適當調整以提高堆肥發酵效率。目前堆肥發酵方式主要有直接條垛發酵、袋裝發酵、桶裝發酵等方法，條垛式發酵方式的研究已較多，近年袋式發酵越來越受到人們的關注。文國來等[5]、潘飛等[6]和黃燕翔等[7]分別以10 d高溫發酵堆肥后轉入袋裝繼續發酵和直接袋裝發酵兩種方式對堆肥發酵效果進行研究，結果表明兩種方式發酵的堆肥均能達到無害化要求，都是廢棄物處理的有效方法，但這些研究都未對袋裝堆肥的相關技術參數進行篩選，也沒有對農業廢棄物玉米秸稈和雞糞進行混合袋裝堆肥研究。為此，筆者以玉米秸稈和雞糞為材料，采用袋裝堆肥發酵方法，選取C/N、發酵菌劑和含水量3因素進行正交試驗，以期篩選適宜袋裝堆肥發酵的技術參數，建立玉米秸稈與雞糞混合袋裝堆肥發酵方法，滿足千家萬戶小規模堆肥需要。

1 材料與方法

1.1 材料

供試玉米秸稈、雞糞及尿素均購自貴州省農業科學院周邊地區，VT-1000菌劑購于北京沃土天地生物科技有限公司，Bio高溫快速發酵腐熟菌種購于江蘇新天地生物肥料工程中心有限公司。玉米秸稈預先曬干、粉碎，雞糞預先曬干備用。各堆制材料的基本性狀見表1。

1.2 方法

1.2.1 發酵料的配制及堆制方法 為了解不同環境因子對玉米秸稈和雞糞袋裝堆肥發酵過程的影響，以C/N（A）、發酵菌劑（B）和含水量（D）3因素進行L9（34）正交試驗（表2），共9個處理，3次重復。試驗過程中的C/N用尿素進行調節，發酵菌劑添加量為0.3%，C為空白列。待堆肥物料混合均勻后，將其裝入塑料編織袋壓實封口，每處理的3個重復疊放一起，發酵50 d。試驗于2011年3～5月在貴州省農業科學院內進行。

1.2.2 溫度測定及樣品采集 每天上午9∶00用數顯溫度計按5點法測定每個發酵袋溫度，取其平均值為每處理當日的溫度。堆制開始時和結束后，每處理按5點法等量取堆料200 g左右，3重復共取樣約600 g。將各樣品平分為3份，第1份帶回實驗室立即進行水分和毒性測定，第2份放于40 ℃恒溫烘箱中烘干后粉碎過篩分析有效成分含量，第3份保存于4 ℃冰箱中備用。

1.2.3 堆肥成分測定 總有機碳采用重鉻酸鉀氧化法，全氮采用凱氏定氮法，全鉀采用火焰光度計法，全磷采用鉬銻抗比色法，有機質含量用含碳量進行換算[8]。

1.2.4 堆肥毒性檢測 將樣品與蒸餾水按1∶10的比例制備水浸提液，選用大白菜種子作為毒性檢驗材料。在直徑為90 mm的培養皿內放一張濾紙，加入5 mL堆肥浸提液，然后放入20粒種子（擺放均勻，便于觀察），同時以清水作對照，每處理3次重復，置于21 ℃恒溫培養箱中培養72 h，觀察記錄各培養皿中發芽的種子數，并計算種子發芽勢。

種子發芽勢=規定天數發芽的種子數/供試種子數×100%。

1.2.5 數據統計與分析 采用Excel進行試驗數據統計，正交設計軟件進行極差分析，并利用多目標綜合平衡法[9]進行綜合分析。

2 結果與分析

2.1 堆肥發酵過程中的溫度變化特點

試驗于2011年3月20日混料裝袋，3月23日開始測溫，5月13日堆肥完成。堆肥過程中，溫度隨時間的變化趨勢見圖1。玉米秸稈與雞糞混合堆肥過程中，料堆溫度均高于環境溫度，所有處理都未達到好氧發酵所需高溫（50 ℃以上）及持續時間，料堆溫度上升速度均偏慢，處理YJJ 6和YJJ 7均于堆肥第11天達到40 ℃，但YJJ7持續時間較短，而YJJ6維持了20 d左右。因此，在堆肥發酵溫度上，以處理6，即A2B3D2為堆肥發酵的最優組合。

2.2 堆肥配方的篩選

2.2.1 堆肥的感官指標評價 從表3可知，玉米秸稈與雞糞經過50 d堆肥處理后，顏色、氣味因試驗處理不同而存在差異。堆肥顏色大部分轉變為黑褐色，部分為棕色；氨味和糞臭均有所減弱，有的已完全消失。其中YJJ2（A1B2D2）為顏色和氣味達到堆肥相關要求的最佳配方；處理YJJ6在感官質量方面相對較差，氨味和糞臭味還較重（圖2）。

2.2.2 C/N變化 在整個堆肥過程中，全碳含量下降幅度較大，全氮含量有所增加，最終使得C/N下降。Golueke[10]指出腐熟的堆肥C/N值小于20，但由于不同物料的初始和終點C/N值的差異很大，而且許多堆肥原料的C/N值較低，從而影響了這一參數的廣泛應用。Morel等[11]認為C/N小于20只是堆肥腐熟的必要條件，建議采用T=（終點C/N）/（初始C/N）來評價腐熟度，并提出當C/N小于0.6時堆肥達到腐熟。也有人認為腐熟的堆肥C/N應在0.53～0.72或0.49～0.59[12，13]。從表3中可以看出，當玉米秸稈與雞糞完成50 d袋裝堆肥過程后，除YJJ 6 C/N高于0.72外，其余試驗處理的C/N均在0.72以下，達到堆肥腐熟要求。本研究C/N以0.49～0.59作為檢驗堆肥達到腐熟度的標準，可知處理3、7和9的腐熟度最好，即最佳配方為A1B3D3、A3B1D2或A3B3D1。

2.2.3 有機質變化 在玉米秸稈與雞糞袋裝堆肥過程中，微生物的活動會大量消耗有機質等營養元素，有機質以CO2的形式揮發，有機質含量呈下降趨勢。對試驗結果分別進行極差分析，結果見表4。

由表4進行直觀分析，玉米秸稈與雞糞袋裝堆肥有機質下降率極差的大小順序為：RA>RB>RD，得出影響其有機質下降率的因素主次順序為C/N、發酵菌劑、含水量，各因素最優水平為A2，B2，D3，即C/N（25～35）∶1，添加VT-1000菌劑，含水量為55%～65%。對試驗結果進行方差分析（表5）可知，玉米秸稈與雞糞袋裝堆肥時，C/N對有機質下降率的影響最大，C/N、發酵菌劑和含水量均達到了極顯著水平，各因素影響顯著性依次為C/N，含水量，發酵菌劑。方差分析與直觀分析的結果一致。

結合表4和表5，玉米秸稈與雞糞袋裝堆肥時，有機質下降率最低的環境因子為A2B2D3，即最優組合為：C/N（25～35）∶1，VT-1000菌劑，含水量55%～65%。由于試驗組中無此組合，故以此配方進行了驗證試驗，結果與方差分析結果一致。

2.2.4 全磷和全鉀變化 由表3可以看出，玉米秸稈與雞糞袋裝堆肥后，全磷和全鉀的含量都呈上升趨勢。試驗中玉米秸稈與雞糞堆肥時，其全鉀最大增長率為186.0%；全磷最大增長率為535.0%。極差分析結果（表4）可知玉米秸稈與雞糞袋裝堆肥全磷增長率極差的大小順序為：RA>RB>RD，得出影響其全磷增長率的因素主次順序為C/N、發酵菌劑、含水量，各因素最優水平為A1，B1，D1，即C/N為（20～25）∶1，不加發酵菌劑，含水量為30%～40%；全鉀增長率極差的大小順序為：RA>RD>RB，得出影響其全鉀增長率的因素主次順序為C/N、含水量、發酵菌劑，各因素最優水平為A1，B1，D2，即C/N （20～25）∶1，不加發酵菌劑，含水量為40%～55%。

方差分析（表5）可知，玉米秸稈與雞糞袋裝堆肥時，C/N對全磷增長率的影響最大，C/N和發酵菌劑均達到了極顯著水平，含水量作用不顯著，各因素影響顯著性依次為C/N、發酵菌劑、含水量；C/N對全鉀增長率的影響最大，C/N、發酵菌劑、含水量均達到了極顯著水平，各因素影響顯著性依次為C/N、含水量、菌劑。綜合極差與方差分析，玉米秸稈與畜禽糞便袋裝堆肥過程中，各因素對全磷、全鉀含量變化的影響顯著性均依次為C/N、發酵菌劑、含水量。

2.2.5 堆肥產物毒性 有研究表明，植物種子發芽指數（GI）的變化體現了堆肥毒性的發展趨勢[14]。Zucconi等[15]認為，當GI>50%時，堆肥對植物已基本沒有毒性，堆肥已基本成熟；而當GI>80%時，可認為堆肥已經腐熟了。從表3中可以看出，玉米秸稈與雞糞堆肥結束后，對各試驗處理的浸提液進行大白菜種子發芽試驗，其種子發芽勢均高于或等于90%，達到了腐熟要求。

極差分析結果（表4）可知玉米秸稈與雞糞袋裝堆肥種子發芽勢極差的大小順序為：RA=RB=RD，即3個因素對種子發芽勢影響力相當，各因素最優水平為A2，B2，D1，即C/N（25～35）∶1，添加VT-1000菌劑，含水量為30%～40%。方差分析（表5）可知，玉米秸稈與雞糞袋裝堆肥時，C/N、發酵菌劑和含水量對種子發芽勢的影響均等。方差分析與直觀分析的結果一致。綜合極差與方差分析玉米秸稈與雞糞袋裝堆肥時，經歷相同時間（50 d）的堆料發酵，其堆肥毒性均達到了堆肥腐熟度的要求，組合A2B2D1為最優，即試驗處理YJJ 5為最佳處理（圖3）。

2.2.6 綜合平衡法確定最優發酵配方 從因素影響趨勢及因素主次關系（表6）可知，玉米秸稈與雞糞袋裝堆肥發酵時，因素A對有機質下降率、全磷增長率、全鉀增長率及種子發芽勢的影響均最大，應首先進行分析；因素B對有機質下降率和種子發芽勢的影響次于A，綜合分析各因素對發酵效果的影響順序為A、B、D。按照綜合平衡法分析的原則得出，最優水平組合為A2B2D2，即C/N為（25～35）∶1，添加VT-1000發酵菌劑，含水量為40%～55%。

由上可知，微生物發酵菌劑有加速玉米秸稈與雞糞袋裝堆料發酵的作用，且添加菌劑的堆肥品質明顯優于不添加菌劑發酵的堆肥。其中VT-1000菌劑對玉米秸稈與雞糞袋裝堆料發酵的效果較優。

3 小結與討論

3.1 討論

本研究整個堆肥過程中的堆體溫度均高于環境溫度，但可能受外界低溫的影響，堆溫未達到高溫好氧發酵所要求的溫度，僅隨環境溫度的變化而波動。玉米秸稈粉碎后呈長絲狀或粉末，與雞糞混勻后粘附性強，透氣性弱，不易交換空氣中的氧氣；同時袋裝發酵時，在堆肥過程中未進行翻堆處理，導致透氣性不佳，這些因素可能引起部分厭氧發酵，從而影響溫度的上升。同時袋裝堆肥使用的原料少，易導致微生物活動產生的熱量少，不同點的溫度差異大，四周溫度明顯低于中心點溫度。其具體溫度變化過程及機理有待深入研究。

玉米秸稈與雞糞經過50 d袋裝堆肥處理后，堆肥顏色大部分轉變為黑褐色，部分為棕色；氨味和糞臭味均有所減弱，有的已完全消失。部分處理在感官質量方面相對較差，氨味和糞臭味還較重，這可能是因為堆肥過程中存在部分厭氧發酵而產生惡臭物質，由于未進行翻堆，臭氣不易排出而導致氨味和糞臭味的積累和沉淀。部分試驗處理的C/N未達到腐熟標準，可能是由于堆肥過程中氮素損失較多而引起C/N偏高，影響堆肥效果。

本試驗采用直接袋裝堆肥，簡單經濟、占地面積少，并且堆肥產物能達到堆肥腐熟度的要求。與傳統堆肥相比，本研究實現了堆肥化處理的小規模應用，適合處理少量廢棄物發酵，為農戶處理自家的玉米秸稈和雞糞提供了一定的理論依據。

3.2 小結

玉米秸稈與雞糞袋裝堆肥時，經歷相同時間（50 d）的堆料發酵，其堆肥毒性均達到了堆肥腐熟度的要求。玉米秸稈與雞糞堆肥時，初始C/N對堆肥過程的順利進行影響最大；其次為微生物發酵菌劑，堆肥物料中添加微生物發酵菌劑對堆肥過程有良好的促進作用。C/N為（25～35）∶1，VT-1000為發酵菌劑和含水量40%～55%為玉米秸稈與雞糞袋裝堆肥的優勢組合。

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