不同腐熟劑對豬糞腐熟度的影響*

于 建，宋以玲，肖承澤，郭新送，洪丕征，陳士更，丁方軍，3

(1.山東農大肥業科技有限公司 山東泰安 271000； 2.山東省腐植酸高效利用 工程技術研究中心 山東泰安 271000； 3.山東農業大學資源與環境學院 山東泰安 271000)

隨著我國畜禽養殖業的迅速發展,飼養過程中產生的大量畜禽糞便所造成的環境壓力也日益增大。由于畜禽糞便中含有各種病源微生物、寄生蟲卵以及其他有害物質，若未經處理就隨意排放將對環境造成嚴重危害。因此，資源化利用是防治畜禽糞便污染的核心內容[1- 2]。

堆肥是一種通過好氧發酵處理有機廢棄物的常用方法，通過堆肥可以達到畜禽糞便無害化和變廢為寶的目的，實現養殖業與種植業的良好對接。堆肥的實質是好氧微生物通過自身的代謝作用，將一部分有機物分解轉化成簡單的小分子物質，使廢棄物中的有機物向穩定程度較高的腐殖質方向轉化[3- 4]。常規堆肥方式處理周期長，不利于有機廢棄物的快速資源化利用，因此，通過添加微生物制劑來加速畜禽糞便的腐熟過程，成為提升我國土壤質量的重要方式之一[5- 6]。

本試驗擬在豬糞堆肥中接種山東農大肥業科技有限公司(以下簡稱農大肥業)生產的腐熟劑，與山東綠福地科技有限公司(以下簡稱綠福地)原有的腐熟劑進行對比，通過檢測堆肥發酵過程中各項指標的變化，研究農大肥業腐熟劑對豬糞堆肥效果的影響，為豬糞的無害化處理和資源化利用提供技術支持。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

豬糞由綠福地提供，玉米秸粉當地采購；腐熟劑A由農大肥業生產，以枯草芽孢桿菌、白淺灰鏈霉菌、唐德鏈霉菌、米曲霉、黑曲霉株為主要菌種，采用蘑菇渣和雞糞為載體制作，有效活菌數5億個/g；腐熟劑B為綠福地原有，有效活菌數5億個/g。堆肥物料的主要成分及碳氮比(C/N)如表1所示。

表1 堆肥物料的主要成分及碳氮比(C/N)

項目主要成分/%(質量分數)氮磷鉀水分C/N鮮豬糞 2.981.560.827914.20玉米秸粉0.730.381.681163.70

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

按照C/N為34，鮮豬糞與玉米秸粉的質量比為6∶4，含水質量分數調節至60%。試驗共設計3個試驗組，分別為：T1，使用腐熟劑A，用量為質量分數0.1%；T2，使用腐熟劑B，用量為質量分數0.1%；CK，添加惰性物料。建堆，長×寬×高為3.0 m×2.0 m×(1.2～1.5) m。分別于堆肥的第3、6、9、12、15、18、22、26和31 d進行翻堆。

1.2.2 測定指標及其方法

溫度的測定：使用水銀溫度計，分別在09：00和15：00進行測定。

pH的測定：新鮮堆肥樣品用蒸餾水按水土比1∶10(樣品10 g，蒸餾水100 mL，下同)配比，在室溫、200 r/min條件下水平振蕩提取1 h，然后用pH計直接測定。

含水量的測定：將空鋁盒置于(105±2) ℃的高溫干燥箱內0.5 h，冷卻后用分析天平稱取并記錄空鋁盒的質量；每個空鋁盒稱取樣品20 g(精確至±0.01 g)，分別記錄鋁盒和樣品的質量；把鋁盒和樣品置于105 ℃的干燥箱內6.0 h，取出置于干燥器中冷卻30 min，稱取鋁盒和樣品的質量；含水質量分數=[(烘干前鋁盒和樣品的總質量-烘干后的總質量)/烘干前總質量]×100%。

發芽率：GI(%)=[(堆肥浸提液的種子發芽率×種子根長)/(蒸餾水的種子發芽率×種子根長)]×100%。

碳氮比：C/N=總有機碳含量/全氮量。

E4/E6的測定：稱取10 g新鮮堆肥樣品，按水土比1∶10量取100 mL蒸餾水并加入鮮樣，在200 r/min轉速下于振蕩機中搖勻1 h，過濾，濾液在紫外分光光度計中測量于波長465 nm以及665 nm處的吸光度，得到E4和E6，計算E4/E6。

腐殖酸含量的測定：稱取粒度小于0.2 mm肥料樣品0.2 g(精確至±0.000 1 g)于250 mL錐形瓶中，用100 mL焦磷酸鈉堿液從搖勻的肥料中加熱抽提腐殖酸，每隔30 min搖動1次，抽提2 h，使鮮樣全部沉下；取出錐形瓶冷卻至室溫，將抽提液及殘渣全部轉入200 mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻；用中速定性濾紙干過濾，棄去最初10 mL濾液，隨后濾出50～100 mL濾液供測定用；準確吸取5 mL濾液于250 mL容量瓶中，用移液管準確加入0.4 mol/L重鉻酸鉀溶液5 mL和濃硫酸15 mL，于100 ℃水浴中加熱氧化30 min，取下冷卻至室溫，用蒸餾水稀釋至100 mL左右，冷卻后加3滴鄰啡啰啉指示劑，用硫酸亞鐵銨標準溶液滴定至磚紅色；另外準確吸取2份0.4 mol/L重鉻酸鉀溶液，每份5 mL，各加5 mL焦磷酸鈉抽提液和15 mL濃硫酸，氧化并滴定，以測定空白值；腐殖酸含量按式(1)以及式(2)計算。

(1)

(2)

式中：V0——滴定空白所消耗的硫酸亞鐵銨溶液的體積，mL；

V1——滴定樣品腐殖酸所消耗的硫酸亞鐵銨溶液的體積，mL；

M——硫酸亞鐵銨標準溶液物質的量濃度，mol/L；

0.003——與1.00 mLc(Fe2+)=1.000 mol/L硫酸亞鐵銨溶液相當的碳質量，g；

a——試樣溶液的總體積，mL；

b——測定時所取試樣溶液的體積，mL；

G——樣品的質量，g；

C——不同樣品純腐殖酸系數，生物質腐殖酸取0.50；

Mad——樣品含水質量分數。

1.3 數據分析

采用Excel 2013和SAS軟件對試驗數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 堆肥過程中溫度的變化

圖1 堆肥過程中溫度的變化

如圖1所示：建堆完成以后的第2 d，T1溫度已升高至60 ℃，比T2溫度高出2 ℃，比CK溫度高10 ℃，并且每次翻堆前T1的最高溫度均分別比T2和CK的最高溫度高2～3 ℃和9～10 ℃；高于55 ℃的時間點，T1為37次，分別比T2和CK多11次和30次。由此可見，在整個腐熟過程中，腐熟劑A能夠快速升溫，促進有機物料的快速腐熟。

2.2 堆肥過程中pH的變化

如圖2所示：隨著堆肥的進行，pH總體呈現先上升后下降，最后穩定在7.5～8.0的趨勢；在第0～7 d的過程中，pH快速升高，這可能與微生物生長過程中分解蛋白類有機物產生氨氣有關，其中T1變化最快，CK次之，T2略慢；在第7 d時，T1和T2的pH都達到最大值8.4，隨后快速下降；在第13 d時，pH開始趨于平緩，但CK的pH在降低以后仍然有繼續升高的趨勢；在平穩期，T1與T2的pH分別維持在7.6～7.9和7.4～7.6，這可能與2種腐熟劑的菌種組成相關，不同菌種的代謝方式存在差異。

圖2 堆肥過程中pH的變化

圖3 堆肥過程中水分的變化

2.3 堆肥過程中水分的變化

如圖3所示：在整個堆肥過程中，水分一直呈現下降的趨勢；在堆肥的第0～13 d時，3個條垛的水分差異不大；從第13 d開始，3個條垛的水分差異有所增大，水分損失速率為T1>T2>CK，這與3者間的溫度差異直接相關，溫度高更利于水分的散失。

2.4 堆肥過程中種子發芽率的變化

由于堆肥最終將作為有機肥或生物有機肥應用于農業生產中，而種子發芽率被認為是最敏感、最有效、最能反映堆肥產品對植物毒性大小的腐熟度評價指標[7]。

如圖4所示：在腐熟過程中，加入腐熟劑的有機物料在第1～7 d的種子發芽率由16%降至4%～5%，低于初始值；隨著腐熟的進行，種子發芽率開始逐漸上升；T1在第20 d時達到基本腐熟，而T2在第23 d時才達到基本腐熟；CK的種子發芽率變化不大，一直維持在16%～20%。可見，腐熟劑A可以在20 d內完成基本腐熟，第35 d時已經完全腐熟；同時也說明，使用腐熟劑能很好地解除有機物料的毒性。

圖4 堆肥過程中種子發芽率的變化

2.5 堆肥過程中C/N的變化

C/N是有機物料總有機碳與總氮的比值，是堆肥的基本特征之一，也是最常用于評價腐熟度的參數之一。在實際堆肥過程中，起始C/N一般為25～30。Garcia C.等研究表明[8]，當堆肥的C/N從初始的30降至20以下時，就可認為已基本腐熟，否則堆肥進入土壤有可能與植物爭奪氮源，降低土壤肥力。

圖5 堆肥過程中C/N的變化

如圖5所示：有機物料的初始C/N為34，當堆肥進行到第20 d時，T1和T2的C/N分別降為20和22，而CK為29；在第35 d時，T1和T2的C/N分別降為16和19，而CK為27。由此可見，T1和T2在堆肥過程中隨著微生物的生長，C/N降低較快，而CK變化不顯著。

2.6 堆肥過程中E4/E6的變化

堆肥腐殖酸在465 nm和665 nm處有特殊吸收峰，其吸光度的比值(E4/E6)與腐殖酸分子大小或分子間的縮合程度有直接關系。在正常狀態下，E4/E6隨腐殖酸分子量的增加或縮合程度的增大而減小，因此E4/E6是衡量堆肥腐殖酸作用的重要指標。

如圖6所示：在3組試驗中，E4/E6都存在先上升后降低的趨勢，但其變化程度為T1>T2>CK，其原因可能是T1微生物生命活動較為劇烈；第7～9 d時，大量的大分子物質被降解為小分子物質；后期隨著堆肥的進行，小分子物質又被逐漸縮合為腐殖酸。

圖6 堆肥過程中E4/E6的變化

2.7 堆肥過程中腐殖酸含量的變化

有機物料中腐殖酸的含量直接影響有機肥或生物有機肥的有機質含量，高品質的有機物中含有大量的活性腐殖酸，能夠有效提高有機質的含量，促進土壤團粒結構的形成。

圖7 堆肥過程中腐殖酸含量的變化

如圖7所示：隨著堆肥的進行，有機質的含量呈現先快速增加后略微下降的趨勢；第0～15 d時，腐殖酸質量分數由12%升高至36%～37%；第15～30 d時，腐殖酸含量基本穩定；第30 d后，腐殖酸含量又呈現略微下降的趨勢。

3 結果與討論

隨著我國養殖業的迅速發展，堆肥處理規模不斷擴大，生產腐熟劑的企業也越來越多，但市場上微生物菌劑產品的質量參差不齊。試驗通過接種農大肥業生產的腐熟劑處理豬糞堆肥并與豬糞提供廠家原有的腐熟劑進行對比，通過檢測堆肥發酵過程中各項理化指標的變化，研究了農大肥業腐熟劑對豬糞堆肥效果的影響。

(1)在3個試驗組中，T1升溫迅速，且每次翻堆前的最高溫度高于55 ℃的次數均高于T2和CK。隨著腐熟的進行，種子發芽率開始逐漸上升，T1的有機物料在第20 d時達到基本腐熟，T2在第23 d時達到基本腐熟，而CK的種子發芽率變化不大，一直維持在16%～20%。可見，在堆肥過程中，農大肥業腐熟劑能夠快速升溫，促進有機物料的快速腐熟，同時使用腐熟劑也能很好地解除有機物料的毒性。

(2)在整個堆肥過程中，隨著微生物的生長代謝，T1和T2的C/N降低得較快，由34分別降至16和19；而CK只降至27，變化不顯著。

(3)3個試驗組的E4/E6變化程度為T1>T2>CK。在整個堆肥過程中，由于微生物的生命活動，前期有機物料中的大分子物質被微生物分泌的蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶、半纖維素酶等降解；但隨著堆肥的繼續進行，小分子類的氨基酸、多肽、單糖等又被逐漸合成為腐殖酸類物質，分子量逐漸增大。這與汪珍川等[9]研究的豬糞添加稻草高溫堆腐的E4/E6先上升后平穩的規律有所差異，且本研究后期E4/E6存在下降趨勢，其原因有待進一步研究。

(4)在整個堆肥過程中，腐殖酸含量呈現先快速增加后逐漸穩定，最后略微下降的趨勢，與程紅勝等[10]研究的菌劑在豬糞腐熟中的腐殖酸變化規律基本一致?？傮w來看，T1的合成能力高于T2，且兩者均高于CK。這表明農大肥業腐熟劑在堆肥過程中微生物代謝活性更強，能夠顯著提高豬糞的腐殖化程度。

本研究只對溫度、水分、pH、發芽率、C/N、E4/E6、腐殖酸含量等的變化規律進行了研究，應用于對特定有機物料堆腐的進程進行表征完全沒有問題。當有機物料的組成發生變化時，還需要增加其他的指標進行表征，如銨態氮/硝態氮、腐殖化系數(CHA/CFA)、實際肥效等。在今后的研究中需繼續增加測定指標，尋找到具有普遍代表性的指標進行表征，以期為有機物料的腐熟評價提供更全面的評價體系。