不同腐熟劑對堆肥效果的影響

于 建 董 磊 肖承澤 宋以玲 洪丕征 李玉環 陳士更 丁方軍 ，3★

1 山東農大肥業科技有限公司 泰安 271000

2 山東省腐植酸高效利用工程技術研究中心 泰安 271000

3 山東農業大學資源與環境學院 泰安 271018

堆肥是一種常用的通過好氧發酵處理有機廢棄物的方法。通過堆肥處理，可以解決畜禽糞便、秸稈等農業有機廢棄物因含有多種病原微生物、寄生蟲卵以及其他有害物質對土壤環境造成的危害，從而使農業有機廢棄物得到資源化利用[1，2]，實現養殖業與種植業的良好有效對接。堆肥的實質是好氧微生物通過自身的代謝作用，將廢棄物中一部分有機物分解轉化成簡單的小分子物質，使這些有機物向穩定程度較高的腐殖質方向轉化[3，4]。常規堆肥所需周期長，不利于有機廢棄物的快速資源化利用，通過添加有機物料腐熟劑可以縮短畜禽糞便的腐熟時間，加大其腐熟度，提高腐植酸類物質的轉化，進而在施入土壤后可以提高土壤中活性物質的含量[5，6]。

本試驗擬在以豬糞和秸稈為主要原料的堆肥中接種“農大肥業”腐熟劑，與市售腐熟劑進行對比，通過檢測堆肥發酵過程中各項理化指標的變化，研究“農大肥業”腐熟劑對堆肥發酵效果的影響，為豬糞的無害化處理和秸稈的資源化利用提供技術支持。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

（1）堆肥物料。鮮豬糞由山東綠福地科技有限公司提供。小麥秸稈在當地采購，二者的主要成分及C/N見表1。

（2）腐熟劑。腐熟劑1：“農大肥業”腐熟劑，由山東農大肥業科技有限公司生產（以枯草芽孢桿菌、白淺灰鏈霉菌、唐德鏈霉菌、米曲霉、黑曲霉等為主要菌種，使用蘑菇渣和雞糞作為載體制作而成，有效活菌數為5億/克）。腐熟劑2：市售腐熟劑（含枯草芽孢桿菌、黑曲霉、米曲霉等菌種，有效活菌數為5億/克）。

表1 堆肥物料主要成分及C/NTab.1 The major components and C/N ratio of compost materials

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

將鮮豬糞與小麥秸稈粉按照3∶2的比例復配成C/N為34左右的混合物料[7]，加適量的水調節含水量至60%。

共設3個處理，CK：不添加腐熟劑；T1：添加“農大肥業”腐熟劑，用量0.1%；T2：添加市售腐熟劑，用量0.1%。混勻后建堆成長3 m，寬2 m，高1.2～1.5 m的腐熟堆，分別在堆肥進行3、6、9、13、20、26和31天后進行翻堆，并在堆肥第5、10、15、20、25、30、35天時取樣。

1.2.2 測定指標及其方法

溫度測定：將雙金屬干溫度計插入腐熟堆中間位置，于每天上午9點和下午3點記錄溫度，取兩次的平均溫度作為測定溫度。

發芽指數：按1∶10的固液比稱取10 g新鮮堆肥加入100 mL蒸餾水，150 r/min震蕩1 h，制備堆肥浸提液，過濾，取濾液置于培養皿中，以蒸餾水為空白，每個培養皿中放入20粒小油菜種子，置于光照培養箱內（溫度保持在25～30 ℃，濕度70%～80%），黑暗下培養，在48 h后查看種子發芽數并用游標卡尺測定根長。計算發芽指數，GI（%）=（堆肥浸提液的種子發芽率×種子根長）/（蒸餾水浸提的種子發芽率×種子根長）×100。

C/N：C/N=總有機碳含量/全氮量。

E4/E6：稱10 g新鮮堆肥樣品，加入100 mL蒸餾水，于200 r/min轉速振蕩機中振蕩1 h，過濾，取濾液在紫外分光光度計下測量465 nm和665 nm的吸光度，得到E4和E6，計算E4/E6。

總腐植酸和游離腐植酸含量：采用GB/T 11957-2001方法測定。

1.3 數據分析

使用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

堆肥過程中的溫度變化如圖1所示，堆肥過程中的氣溫在35 ℃以下，因堆肥棚為半封閉狀態，因而棚內溫度與氣溫相差2～5 ℃，建堆完成以后的第3天，T1已經升高到50 ℃，比T2高出2 ℃，比CK高出10 ℃。并且每次翻堆前的最高溫度，均比T2高2～3 ℃，比CK高9～10 ℃。其中，高于55 ℃的時間點，T1為37次，分別比T2多11次，比CK多30次。可見，在整個堆肥過程中，“農大肥業”腐熟劑能夠快速起溫，促進有機物料的快速腐熟。

圖1 堆肥過程中的溫度變化Fig.1 The change of temperature in composting process

2.2 堆肥過程中發芽指數的變化

種子發芽指數既能評價堆肥的腐熟度，又能評價堆肥的生物毒性[8，9]。圖2為堆肥過程中小油菜發芽指數變化。從圖中可以看出，在堆肥過程中，加入腐熟劑的堆肥浸提液中小油菜種子的發芽指數在1～7天中低于初始值，由16%降低到4%～5%，這可能是在堆肥初期，有機物料所產生的馬尿酸、尿囊酸和金霉素等毒性物質較多，而分解量較少導致。隨著腐熟度的加深，堆肥中毒性物質被分解，發芽指數開始逐漸升高，T1在20天時，發芽指數達到44%，堆肥達到基本腐熟，而T2在23天時，發芽指數才達到44%；到35天后，添加腐熟劑的兩個處理種子發芽指數均接近80%。而CK則一直維持在16%～20%之間，可能是因為未添加腐熟劑，堆肥腐熟慢，且在腐熟過程中產生的馬尿酸、尿囊酸和金霉素等毒性物質所致。可見，添加腐熟劑對分解降低堆肥腐熟過程的有害物質，加快堆肥腐熟具有顯著效果，且“農大肥業”腐熟劑可以20天完成基本腐熟，35天時達到完全腐熟，效果優于市售腐熟劑。

圖2 堆肥過程中小油菜發芽指數變化Fig.2 The change of small rapegermination index in composting process

2.3 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。在實踐中，堆肥起始C/N一般調到25～35，GARCIA等[10]研究表明，當堆肥的C/N從初始的35降低到20以下時，就可認為已基本腐熟，否則，進入土壤有可能與植物爭奪氮源，降低土壤肥力。圖3為堆肥過程中C/N變化。從圖中可以看出，當堆肥時間進行到20天時，T1和T2的C/N從初始的34分別降為20和22，T1已基本腐熟，而CK的C/N為29；在35天時，T1和T2的C/N分別降為16和19，二者均已達到完全腐熟，而CK為27，還需進一步腐熟。可見，T1和T2整個堆肥過程隨著微生物的生長和對有機物的分解及營養物質的釋放，促使堆肥C/N降低速度較快，縮短腐熟時間，而CK的降低速度慢，所需腐熟時間長。

圖3 堆肥過程中C/N變化Fig.3 The change of C/N ratio in composting process

2.4 堆肥過程中E4/E6的變化

腐植酸在465 nm和665 nm處有特殊吸收峰，其吸光度的比值為E4/E6，E4/E6與腐植酸分子大小或分子間的縮合程度大小有直接關系，在正常狀態下，其隨腐植酸分子量的增加或縮合程度的增大而減小，因此E4/E6的變化反映了在堆肥過程中腐植酸縮合度和芳構化程度的變化，反映著堆肥的腐熟度。圖4為堆肥過程中E4/E6變化。從圖可以看出，各處理的E4/E6都存在先上升后降低的趨勢，但其變化程度依次為T1＞T2＞CK，在20天時T1的E4/E6下降至1.90，堆肥達到基本腐熟；在23天時，T2的E4/E6下降至1.90，堆肥達到基本腐熟。

圖4 堆肥過程中E4/E6變化Fig.4 The change of E4/E6 in composting process

2.5 堆肥過程中總腐植酸含量的變化

堆肥中腐植酸的含量直接對有機肥或生物有機肥有機質含量產生影響。圖5為堆肥過程中總腐植酸含量變化。從圖可以看出，隨著堆肥的腐熟，T1、T2的總腐植酸含量呈現先快速增加后略微下降的趨勢，從開始的12.70%升高到37.50%又降至32.06%；一方面是因為有機物料分解的小分子物質縮合成腐植酸，另一方面是因為前期有機物料在微生物作用下不斷腐解產生腐植酸，使腐植酸含量一直上升，而在腐熟基本完成后有機物料所產生的腐植酸含量基本恒定，但小部分腐植酸不穩定再分解，使總腐植酸含量有略微下降的趨勢。而CK中無腐熟劑，有機物料腐解產生的腐植酸少，表現出平緩上升的趨勢。堆肥完全腐熟時，各處理腐植酸含量依次為：T1＞T2＞CK。因此，添加腐熟劑對促進有機物料腐熟，提高肥料內腐植酸含量有顯著效果，且“農大肥業”腐熟劑效果優于市售腐熟劑效果。

圖5 堆肥過程中總腐植酸含量變化Fig.5 The change of total humic acid content in composting process

2.6 堆肥過程中游離腐植酸含量的變化

圖6 為堆肥過程中游離腐植酸含量變化。從圖可以看出，游離腐植酸含量與總腐植酸含量變化趨勢相反，前23天含量降低，原因可能是游離腐植酸被微生物分解所致，之后呈上升趨勢，原因可能是部分結合態腐植酸轉化為游離腐植酸所致。從圖中也可以看出，T1對游離腐植酸的消耗量要高于T2，同時遠遠高于CK，這是由于在堆肥的腐熟過程中，微生物生長繁殖需要一定的養分，而T1內微生物的繁殖代謝較T2旺盛，對可利用養分的需求相對較多，因此CK的游離腐植酸含量一直高于T1和T2。

圖6 堆肥過程中游離腐植酸含量變化Fig.6 The change of free humic acid content in composting process

3 討論與結論

該試驗通過接種“農大肥業”腐熟劑處理豬糞、秸稈堆肥，與市售腐熟劑對比，結果表明3個處理試驗中，T1升溫迅速，并且每次翻堆前的最高溫度、高于55 ℃的次數均高于T2和CK；隨著堆肥的腐熟，小油菜種子發芽指數開始逐漸升高，T1在20天時，發芽指數達到44%，堆肥達到基本腐熟，而T2在23天時達到基本腐熟，CK發芽指數一直維持在16%～20%，變化不大。在堆肥過程中，隨著微生物的生長代謝，T1和T2的C/N降低較快，由34分別降低到16和19，而CK降低到27，變化較慢。2個試驗組的E4/E6呈先升高后降低的趨勢，變化程度為：T1＞T2＞CK；隨著堆肥的腐熟，堆肥中總腐植酸含量呈現先快速增加后略微下降的趨勢，而游離腐植酸含量與總腐植酸含量的變化趨勢相反。可見，在堆肥過程中，“農大肥業”腐熟劑能夠快速升溫，促進堆肥的快速腐熟，并快速分解堆肥中有毒物質，提高堆肥產品中總腐植酸含量。這表明，“農大肥業”腐熟劑在堆肥過程中微生物的代謝活性更強，對以豬糞為主要原料的有機物料腐熟能力更強，效果更好。

綜上所述，添加腐熟劑既可加速堆肥的腐熟速度，還能提高堆肥內總腐植酸含量和所含氮磷鉀等有效養分含量[11]，添加“農大肥業”腐熟劑對有機物料的腐熟度較市售腐熟劑效果明顯，且腐熟時間短。本研究結果中總腐植酸含量變化趨勢同程紅勝等研究結果[12]相似，而游離腐植酸含量變化趨勢與陳迪等研究結果一致[13]。但已有研究結果顯示不同堆肥材料、不同發酵條件下腐植酸含量變化不盡相同[12～16]，深層機理有待研究；本次試驗只測定了堆肥過程中的溫度、發芽指數、C/N、總腐植酸和游離腐植酸含量等的變化規律，而未對氮、磷、鉀等營養元素、腐殖化系數（CHA/CFA）以及實際肥效等可行性指標做相關測定、分析。在今后的研究中需要對以上兩點做深入研究，一是深入研究堆肥過程中腐植酸含量變化機理，二是尋找快速有效且能全面評價腐熟劑效果的可代表性指標，為腐熟劑效果的評定、篩選以及日后在有機肥生產上的應用提供參考，并推進農業有機廢棄物的合理化應用。