牛糞與霉變玉米青貯混合堆肥試驗研究

包細(xì)明，劉文凱，熊海謙，2，盧華平，夏建友，周 念，2

（1.黃岡市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖北 黃岡438000；2.黃岡梅家墩牧業(yè)有限責(zé)任公司，湖北 黃岡438000）

中國每年養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)都會產(chǎn)生大量的農(nóng)業(yè)廢棄物。據(jù)統(tǒng)計，養(yǎng)殖業(yè)每年大約產(chǎn)生3.8億t的禽畜糞便，綜合利用率不足60%［1］。根據(jù)《第二次全國污染源普查公報》，2017年種植業(yè)年產(chǎn)生的秸稈8.05億t，秸稈可收集資源量6.74億t，秸稈利用量5.85億t，約有2億t未被資源化利用。農(nóng)業(yè)秸稈被隨意堆放或肆意焚燒，一方面會造成養(yǎng)分的大量損失，另一方面焚燒產(chǎn)生的有害氣體，不僅危害人類健康，同時會對生態(tài)環(huán)境造成極大危害［2］。秸稈中除含有氮、磷、鉀和有機(jī)碳等養(yǎng)分外，還可提供相當(dāng)數(shù)量的中、微量元素和氨基酸等有機(jī)營養(yǎng)成分，是一類數(shù)量極其豐富，能直接利用的有機(jī)肥資源。發(fā)酵的畜禽糞便和秸稈施入農(nóng)田中可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，實現(xiàn)廢棄物的資源化利用，減少環(huán)境污染［3，4］。

近年來，隨著草食性家畜飼養(yǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，青綠飼料的需求也相應(yīng)增加。青貯飼料可以最大限度地保持青綠飼料的營養(yǎng)物質(zhì)，同時具有適口性好、可調(diào)劑青飼料供應(yīng)的不平衡、凈化飼料、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于牛羊等家畜的養(yǎng)殖。2018年中國玉米種植面積為4 213萬hm2，占農(nóng)作物播種面積的25.4%，產(chǎn)量為25 717萬t［5］。青貯玉米飼料由于營養(yǎng)充分、易于規(guī)?；玫忍攸c，受到畜牧養(yǎng)殖戶的青睞［6］。然而在實際生產(chǎn)中，由于青貯制作過程中因含水量過高或過低、制作過程壓實不嚴(yán)以及貯存與運輸不當(dāng)?shù)纫蛩貢?dǎo)致青貯飼料腐爛、發(fā)霉變質(zhì)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黃岡市某規(guī)?；膛鋈ツ曛谱饔衩浊噘A2 000 t左右，其中在飼喂過程中因霉變等原因，丟棄約100 t，年損失率約5%。有研究報道，在農(nóng)村，農(nóng)戶青貯的玉米因腐敗變質(zhì)造成的年損失率高達(dá)20%~30%［7］。飼料發(fā)生霉變后，其理化性質(zhì)均發(fā)生改變。飼喂動物后，動物往往會發(fā)生急性中毒，多為急性肝壞死，即使攝入量含量很低，也會導(dǎo)致畜禽生長受阻、繁殖性能降低、免疫機(jī)能下降，長期少量攝入則會發(fā)生慢性中毒和致癌［8］。飼料霉變不僅會造成飼料的浪費，變得毫無飼喂價值。又因其本身營養(yǎng)成分高，隨意堆放丟棄，不僅會滋生蚊蠅，還會散發(fā)出刺激、酸臭等難聞氣味，增加養(yǎng)殖場的環(huán)境負(fù)擔(dān)。因此，對霉變玉米青貯進(jìn)行綜合利用，不僅可以避免造成養(yǎng)分損失，同時還可以緩解養(yǎng)殖場的環(huán)境壓力，具有非常重要的現(xiàn)實意義。已有研究［1，2］表明牛糞與秸稈混合發(fā)酵具有良好的發(fā)酵效果，因而為了探究養(yǎng)殖過程中霉變玉米青貯的資源化利用途徑，解決霉變青貯對養(yǎng)殖環(huán)境的壓力，本研究進(jìn)行玉米秸稈制作的青貯飼料霉變后，與牛糞混合發(fā)酵試驗，探究其發(fā)酵效果，為霉變玉米青貯的綜合利用提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試鮮牛糞、霉變玉米青貯均來自黃岡市某奶牛場；堆肥所添加菌種購自湖北問心農(nóng)業(yè)科技有限公司。

1.2 方法

根據(jù)實際生產(chǎn)中養(yǎng)殖場牛糞的產(chǎn)量大于霉變玉米青貯，本研究堆肥原料以牛糞為主，因此設(shè)計3個試驗組和1個空白對照組，各處理組成分配比如下：試驗組1（S1），牛糞與霉變的玉米青貯重量比1∶1；試驗組2（S2），牛糞與霉變的玉米青貯重量比2∶1；試驗組3（S3），牛糞與霉變的玉米青貯重量比3∶1；對照組（CK），100%牛糞。

試驗于2021年4月4—25日在黃岡市某奶牛場進(jìn)行。將鮮牛糞與霉變的玉米青貯混合，按產(chǎn)品說明書加入菌種，充分混合。然后將混合物料堆成下底寬1.5 m，高1.0~1.2 m，長度為2.0~3.0 m的小堆。定期測溫、翻拋，堆肥結(jié)束后取樣。最后一次翻拋后，每組隨機(jī)取5個點進(jìn)行取樣，混勻后送檢。

1.3 檢測指標(biāo)

溫度測定：每次選取3個點，使用金屬探針電子溫度計測量堆體內(nèi)部溫度，然后取其最高溫度，有機(jī)肥發(fā)酵的適宜溫度應(yīng)保持在50~60℃［9］，所以當(dāng)所有組發(fā)酵溫度均低于50℃時，停止試驗。參照NY 525—2021中方法對剩余樣本的pH、有機(jī)質(zhì)、總養(yǎng)分、總氮、P2O5、K2O、銨態(tài)氮、發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過程中的溫度變化

堆肥溫度是最直觀可判斷堆肥腐熟程度的指標(biāo)［10］。GB/T 7959—2012《糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定了人工堆肥溫度維持50℃高溫的時間至少持續(xù)10 d［11］。由圖1可以看出，從堆肥2 d開始，各處理組的溫度均達(dá)50℃以上，且呈上升趨勢，在4 d時達(dá)到最高值，S1、S2、S3和CK的最高溫度分別為65.8、68.1、69.9、68.3℃；5~8 d雖然各處理組堆肥溫度均開始有所回落，但仍處于較高溫度，溫度均在55~60℃；從9 d開始，S1、S2、S3組的堆肥溫度長期保持在55℃左右，均高于CK；CK的堆肥溫度從14 d開始就下降到50℃左右，S2和S3組在第19天時，其堆肥溫度下降到50℃以下，S1組則在第22天堆肥溫度下降到50℃以下。本試驗中S1、S2、S3、CK各處理組堆肥溫度達(dá)50℃以上的時間分別為20、19、19、10 d。根據(jù)溫度指標(biāo)來看，本次試驗各處理組堆溫50℃持續(xù)時間均已達(dá)到糞便無害化的要求。

圖1 不同處理組堆肥過程中的溫度變化

2.2 堆肥前后pH變化

pH可以作為堆肥腐熟度評價的指標(biāo)［12］，pH太高或太低會對堆肥效果產(chǎn)生不利的影響，而適宜的pH能使微生物更有效地發(fā)揮作用。從表1可以看出，在堆肥后，所有處理組的pH均呈堿性（8.2≤pH≤8.7）。有研究認(rèn)為腐熟的堆肥一般呈弱堿性，pH為8.0~9.0［13］。堆肥結(jié)束后，pH大小與堆肥初期牛糞含量呈正相關(guān)，各試驗組pH均低于CK，提示堆肥末期pH大小與物料的性質(zhì)和不同成分的配比有一定的關(guān)系。

表1 不同處理組堆肥前后pH

2.3 堆肥前后理化指標(biāo)的變化

從表2可以看出，經(jīng)過堆肥后，各處理組的理化指標(biāo)都有明顯的變化。有機(jī)質(zhì)、總氮和銨態(tài)氮的含量總體下降，S1、S2、S3和CK的有機(jī)質(zhì)含量分別下降了14.2、14.6、15.2、11.7個百分點，S1、S2、S3和CK的總氮含量分別下降了0.46、0.54、0.27、0.83個百分點，S1、S2、S3和CK組的銨態(tài)氮含量分別下降了0.27、0.35、0.38、0.53個百分點。有機(jī)質(zhì)和氮含量降低可能與微生物的新陳代謝有關(guān)，銨態(tài)氮含量降低推測可能是由于堆肥過程中的多次翻堆使大量NH3釋放損失［14］?？傪B(yǎng)分、P2O5和K2O的含量均有所上升，S1、S2、S3和CK的總養(yǎng)分含量分別增加了0.62、0.65、0.99、0.04個百分點，S1、S2、S3和CK的P2O5含量分別上升了1.01、0.91、0.68、0.19個百分點，S1、S2、S3和CK的K2O含量分別上升了0.07、0.28、0.58、0.68個百分點。有研究表明在高溫堆肥結(jié)束時，堆肥全磷、全鉀含量比堆肥初始有所增加，可能是由于堆肥過程中磷素和鉀素不會揮發(fā)損失，而堆體的總干物質(zhì)下降所致［15］。

表2 不同處理組堆肥前后有機(jī)肥理化指標(biāo)（單位：%）

2.4 不同處理組堆肥浸出液對白菜種子發(fā)芽指數(shù)的影響

種子發(fā)芽指數(shù)（GI）是堆肥腐熟的重要指標(biāo)，有研究者認(rèn)為，當(dāng)GI＞0.50時，堆肥對植物已基本沒有毒性［16］。由表3可以看出，S1、S2、S3和CK的發(fā)芽指數(shù)分別為0.485 9、0.286 2、0.204 7、0.338 7，表明各處理組堆肥產(chǎn)物還未達(dá)到對白菜種子無毒的標(biāo)準(zhǔn)，探究其可能的原因，①白菜種子適宜在中性和偏酸性的環(huán)境中萌發(fā)和生長，堿性環(huán)境會抑制白菜種子萌發(fā)和幼苗生長［17］，因此隨著pH的增大，S1、S2、S3的發(fā)芽指數(shù)逐漸下降；②在堆肥過程中，試驗組中添加的霉變玉米青貯會產(chǎn)生霉菌毒素，有研究表明霉菌毒素會降低種子的發(fā)芽率，抑制種子根系的生長［18］，進(jìn)而影響其發(fā)芽指數(shù)。還可推測出在此次試驗中，霉菌毒素對發(fā)芽指數(shù)的抑制作用強(qiáng)于pH。

表3 不同堆肥產(chǎn)物浸出液處理白菜種子的發(fā)芽指數(shù)

3 小結(jié)

1）與對照組相比，試驗組在堆肥中期堆體高溫維持時間延長了9~10 d，因此牛糞與霉變青貯玉米混合堆肥能延長堆體高溫期持續(xù)時間，有利于最終堆體的快速腐熟。

2）所有處理組在堆肥末期物料均呈堿性，且pH大小與牛糞含量呈正相關(guān)，表明其與物料的性質(zhì)和不同成分的配比有一定的關(guān)系。

3）與堆肥初期相比，所有處理組在堆肥末期的總氮和銨態(tài)氮含量均有不同程度的降低，而總養(yǎng)分、P2O5和K2O含量則相對增加。

4）在堆肥末期，所有處理組均未能達(dá)到對白菜種子無毒的標(biāo)準(zhǔn)。本研究認(rèn)為可以在堆肥初期調(diào)整物料和性質(zhì)配比，調(diào)整其pH，同時對霉變玉米青貯進(jìn)行去霉預(yù)處理后，再混合堆肥，以消除堆肥產(chǎn)物對植物的毒性作用。