菌劑添加對蔬菜用農家肥發酵效果的影響

馬躍，邱鵬飛

（1.中國中化集團有限公司農業事業部，北京100000；2.中化農業<臨沂>研發中心有限公司，山東臨沂276000）

在畜禽糞便當中，豬糞里發營養成分是很豐富的，可以做肥料使用，不僅促進蔬菜的生長發育有很大的幫助，而且還能防止蔬菜土壤板結，促進蔬菜的根系發達，預防土壤病害，使蔬菜達到增產增收的目的[1，2]。但是豬糞必須經過適當處理才可以做有機肥使用。未經處理的豬糞直接施用在蔬菜上容易導致有害菌的繁殖，使蔬菜生長產發生多種病蟲害。

將畜禽糞便進行堆肥處理，利用微生物的降解作用將有機物轉化成穩定的腐殖質，堆肥后返田為土壤提供大量腐殖質和有機態的營養物質[3]，這是一條環境友好的可持續發展之路，既能利用廢棄物，又可以涵養土地，促進生態修復和自然環境改善。但近年來隨著規模化養殖的快速發展，畜禽糞便對環境造成的污染日益嚴重，我國畜禽糞便的總體土地負荷值已超過0.49，呈現出比較嚴重的壓力水平（小于0.4 為宜）[4]。多數規模化養殖廠均未進行環境影響評價，而且設施相對比較落后，節能減排和對畜禽糞便無害化處理及資源化利用是現階段我國畜禽養殖業實現可持續發展面臨的新挑戰[5]。在處理畜禽糞便的過程中避免不了會出現發酵腐熟程度低、周期長等問題，通過添加外源菌劑提高發酵溫度、殺死或控制病原微生物的生長，改善微生物群落結構，提高有益菌群在有機肥中的比例，同時提高畜禽糞便的腐熟度，達到改善土壤理化性狀，提高土壤肥力，促進作物生長，防治土傳病害的目的[6]。本研究從腐爛秸稈和畜禽糞便中篩選4 種較好的發酵菌株，將其與酵母菌復配，制得3 種復合菌劑，對豬糞不同處理發酵過程中溫度、發芽指數（GI）的變化情況，以及腐熟成品的常規指標進行了測定，以便于解決畜禽糞便對環境的污染，同時提高畜禽糞便發酵成品的質量，縮短發酵時間，節約成本。

1 材料與方法

1.1 供試材料

菌劑選用從腐爛秸稈和畜禽糞便中自主篩選的菌株淡紫擬青霉D1、哈茨木霉H1、枯草芽孢桿菌K1、圓褐固氮菌Y1，與釀酒酵母復配后制得三種復合菌劑，分別為MT1（D1、K1、Y1 和J1 復配）、MT2（H1、K1、Y1 和J1復配）、MT3（D1、H1、K1、Y1 和J1 復配），MT1、MT2 復配菌劑各物質之間的比例為1:1:1:1，MT3 復配菌劑各物質之間的比例為1:1:1:1:1。新鮮豬糞購于河南南陽牧原食品股份有限公司，統糠和粉煤灰由湖北石首稼寶肥業有限公司提供。黃瓜種子購于天津宏豐蔬菜研究有限公司。豬糞、統糠和粉煤灰養分含量指標如表1 所示。

表1 各材料原始指標含量（均以濕基計）Table 1 Contents of raw indicators for each material(all measured on a wet basis)

1.2 試驗方案設計

試驗選擇在湖北省石首市稼寶生物肥業有限公司進行。試驗采用新鮮豬糞，經檢測水分含量為60.67%，每個處理添加統糠150 kg、粉煤灰2.5 t 和不同的發酵菌劑各5 kg、豬糞25 t。CK 為對照組不添加菌劑；MT1、MT2、MT3 處理分別添加MT1、MT2、MT3 復合菌劑混合均勻，使含水量達到55%左右，C/N 為28:1，將其堆成長27 m、高1.7 m、底寬6 m 的堆體，每個處理之間用塑料膜隔開，堆體下方進行曝氣，上部覆膜處理，進行好氧發酵，每天用溫度計監測溫度，從第三周開始進行黃瓜發芽指數的測定，試驗周期定為5 周。

1.3 試驗指標測定

1.3.1 溫度監測

每天進行溫度監測，每個處理選取堆體兩邊和上部3 個點測定，取樣深度為堆體30～60 cm。

1.3.2 黃瓜種子發芽指數的測定

從第三周開始取樣，每周各測一次。每個處理周圍和上部取9 個點，取樣深度為30～60 cm，共500 g 樣品，混合均勻后送中化農業臨沂研發中心實驗室測定。

稱取堆肥樣品10.0 g，置于250 mL 錐形瓶中，按固液比（質量: 體積）1:10 加入100 mL 的去離子水或蒸餾水，封口膜封口后垂直固定于搖床上，轉速為170 rpm/min，在室溫下浸提1 h，取下靜止0.5 h 后，取上清液過濾，收集浸提液，搖勻后備用。在9 cm 培養皿上墊上兩張濾紙，放入大小均勻、顆粒飽滿的黃瓜種子15 粒，加入堆肥浸提液5 mL，蓋上皿蓋，在25 ℃的培養箱中避光培養48 h，統計發芽率并測量根長。每個樣品3 個重復，以去離子水或蒸餾水作對照。

發芽指數GI 的計算公式參考文獻4 的方法[4]，具體見式（1）。發芽指數試驗評價如表2 所示。

表2 黃瓜種子發芽指數的試驗評價Table 2 Evaluation of germination index test

1.3.3 理化與微生物指標

農家肥國家標準各指標測定：第五周時各處理分別測定總養分（氮、磷、鉀）、有機質、含水量、pH，挑選腐熟度最高的處理和對照組測定重金屬（鉻、鎘、砷、汞、鉛）、抗生素（土霉素、金霉素、四環素、強力霉素）、糞大腸菌群和蛔蟲卵死亡率等指標，測定方法由中化農業臨沂研發中心參照中華人民共和國有機肥行業標準NY525-2012要求進行[7]。

1.4 數據統計與分析

采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 軟件對試驗數據進行整理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同菌劑處理對發酵溫度的影響

豬糞添加復合菌劑試驗溫度記錄情況如圖1 所示，各處理溫度上升速度為MT3＞MT2＞MT1＞對照組；發酵最高溫度為MT3＞MT2＞MT1＞對照組。前期溫度上升較快，尤其是添加MT2 和MT3 復合菌劑的處理，與對照組相比有明顯差異，添加MT1 菌劑的處理與對照組相比差異不明顯。而且添加MT2 和MT3 復合菌劑的處理溫度較高，可達70 ℃，遠高于對照組，三周以后各處理發酵溫度開始下降，逐漸趨于平穩接近55 ℃，但添加MT2 和MT3復合菌劑的處理溫度仍高于對照組。結果表明添加MT3和MT2 復合菌劑能夠促進豬糞發酵溫度迅速上升且保持較高溫度，高溫有利于殺死有害微生物，同時可以促進糞便中纖維素、半纖維素等物質的分解，縮短發酵時間，提高腐熟程度。

圖1 不同處理發酵溫度變化情況Table 1 The change of fermentation temperature in different treatments

2.2 不同處理對黃瓜種子發芽指數的影響

圖圓 不同處理的堆肥對黃瓜發芽指數的影響Fig.2 Effects of different treatments on cucumber index of compost

分別采集各處理發酵第三、四、五周時的樣品進行黃瓜種子的發芽試驗，確定腐熟程度。檢測結果如圖2 所示，第三、四、五周黃瓜種子的發芽指數為MT3＞MT2＞MT1＞對照組，在第三周時對照組黃瓜種子發芽指數為74.35%，未完全腐熟，有一定的風險，添加MT3 和MT2復合菌劑的處理發芽指數超過80%，分別達到87.47%和80.81%，已經完全腐熟，安全性高，與對照組相比均差異顯著；添加MT1 復合菌劑的處理與對照組相比差異不顯著，說明在第三周時添加MT3 和MT2 的處理已經腐熟。

在第四周時各處理條件下黃瓜種子發芽指數均超過80%，已經完全腐熟，其中添加MT3 和MT2 復合菌劑的兩個處理條件下黃瓜種子的發芽指數超過100%，分別達到115.61%和108.51%，對照組發芽指數為86.34%，在第五周時添加復合菌劑的三個處理條件下黃瓜種子的發芽指數均超過100%，對照組發芽指數為97.84%，均已完全腐熟，安全性高，第三、四、五周添加MT3 復合菌劑的處理與添加MT2 復合菌劑的處理相比差異均不顯著；第四、五周添加MT3 和MT2 復合菌劑的兩個處理與對照組相比差異均顯著；添加MT1 復合菌劑的處理與對照組相比差異不顯著；說明添加復合菌劑可以提高有效促進豬糞發酵，三周即可達到完全腐熟，使用安全性高，同時也可以縮短發酵時間，其中MT3 菌劑效果最好，MT2 菌劑次之。

2.3 發酵第五周時各處理的發酵結果

第五周發酵完成時各處理發酵結果如表4 所示，對照組豬糞通過發酵后有機質含量為57.93%，添加復合菌劑的各處理有機質含量分別為MT1 62.28%，MT2 56.22%、MT3 58.35%，而且各處理總養分含量、pH 值和含水量均處于國家標準規定的范圍內。

表源 豬糞發酵第五周時各處理的發酵結果Table 源 Fermentation results of each treatment during the fifth week of pig manure fermentation

進行重金屬檢測，結果發現MT3 處理和對照組重金屬鉻、鉛含量均低于國家標準，且其他重金屬指標均未檢出。MT3 處理和對照組糞大腸菌群數均小于3.0 MPN/g，蛔蟲卵死亡率均達到100%；結果表明添加MT3復合菌劑的處理和對照組各指標均達到了國家有機肥料標準的要求，說明MT3 菌劑可以有效促進豬糞發酵，能作為有機肥料進行農業推廣應用。

3 小結與討論

近年來，國家農業部門高度重視蔬菜生產中化肥減施增效技術的研究與推廣[8]。農家肥目前在我國已形成較大的生產規模，在降低化肥使用量、提高化肥利用率和減少因化肥過量使用導致的環境污染等方而取得了較好的效果[9]，而農家肥的主要原料就是畜禽糞便，畜禽糞便如果不能得到充分高效的處理利用，一方面會造成資源浪費，另一方面，也會造成污染環境。畜禽糞便清潔生產、無害化處理、資源化利用極為重要。畜禽糞便發酵成品各指標是否符合國家有機肥料標準是判斷其是否發酵完全的標志，由于成本低、無害化程度高、腐熟效果好、處理能力大，堆肥腐熟發酵仍然是我國今后長時期內養殖業畜禽糞便處理常用和主要的方式[10]，但是傳統簡單化堆肥發酵，豬糞很難達到無害化的要求，越來越多的研究者就開始探索高效的發酵方式，其中添加外源發酵菌劑就是一種重要手段[11,12]。

本研究主要通過添加不同的外源發酵菌劑對豬糞進行好氧堆肥發酵，結果表明添加外源發酵菌劑可顯著促進豬糞堆肥達到升溫快、溫度高的效果，結合曝氣可以在短時間內腐熟完全，尤其是添加MT3 復合菌劑的處理溫度最高可達70 ℃，高于對照組，可更有效地殺死蛔蟲卵和其它病原微生物，而且在第三周時發芽指數已經超過80%，遠高于對照組，第五周時各指標已均符合國家有機肥料標準，腐熟效果最佳，說明MT3 復合菌劑可作為發酵豬糞的菌劑使用。本研究為添加菌劑發酵豬糞提供了依據，并通過探索新的畜禽糞便發酵技術研發出更為高效的發酵菌劑，加快了畜禽糞便的轉化效率，以便更好地服務于農業生產。