鄭博文，任漢儒,2，黃 磊，陶 玲,2，任 珺,2

（1. 蘭州交通大學 環境與市政工程學院，甘肅 蘭州 730070；2. 甘肅瀚興環保科技有限公司，甘肅 蘭州 730070）

近年來我國畜禽養殖業規模化、集約化和產業化快速發展，每年產生畜禽糞便38億t，其中雞糞占比16.3%，約有6.2 億t［1-2］。若不對畜禽糞便進行無害化、資源化處理將會嚴重危害環境［3］。雞糞中含有氮、磷、鉀等植物必需的營養元素［4］，好氧堆肥是對雞糞進行無害化處理和資源化利用的有效方式之一［5］。在有機肥發酵過程中，氮主要通過礦化—硝化—反硝化過程，轉化為氨氣等氣體逸出，此過程損失4.2%～12.7%的氮［6-7］。減少堆肥發酵時的養分流失，同時提高產品有機質含量的有效方法，一直是有機固廢資源化利用研究的熱點［8］。

凹凸棒石具有非常獨特的晶體結構和可調控的表面電荷，是非常理想的廉價吸附劑、懸浮劑、增稠劑、觸變劑、干燥劑和納米-微納米材料［9］。目前凹凸棒石多用作復混肥料的黏結劑或包衣劑，用量少，單位土地面積復混肥的施用量有限，使凹凸棒石效果得不到充分發揮［9］。本研究將凹凸棒石添加入雞糞中，探究凹凸棒石對雞糞好氧堆肥過程中溫度、pH、電導率、有機質、NH4+-N和NO3--N的影響，為減少雞糞堆肥過程中養分的流失、提高雞糞堆肥效率和凹凸棒石的高效利用提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

堆肥材料由雞糞、凹凸棒石及發酵劑組成。雞糞來自養雞場（甘肅張掖），其中w（有機質）45.58%，w（總氮）2.18 g/kg，w（總磷）2.79 g/kg，w（總鉀）1.85 g/kg，碳氮質量比為9.09。凹凸棒石原礦由甘肅瀚興環保科技有限公司提供，主要礦物質量占比為：凹凸棒石29.7%、石英21.8%、海泡石4.9%、長石14.6%、白云石6.3%、綠泥石4.8%、石膏5.1%、蒙脫石5.3%、方解石3.2%、云母4.2%［10］。發酵劑由北京正農農業科技有限公司生產。

1.2 研究方法

1.2.1 堆肥實驗設計

實驗利用自制聚氯乙烯（PVC）容器進行，該容器既能保溫，又能控制曝氣條件。將20 kg 雞糞和0.1 kg 發酵劑加入PVC 容器內，保持w（H2O）在60%左右，根據各處理凹凸棒石添加量0、3、6、9、12、15 kg，將對應堆肥處理標記為MA0、MA3、MA6、MA9、MA12、MA15。分別于發酵時間為1、4、12、20、25、32 d時采用梅花式5 點法取樣進行理化性質測定，每次取樣量在100 g之內，每個樣品進行3次重復測定。

1.2.2 堆肥中理化性質測定

于8 ∶00 和16 ∶00 測量堆體的溫度及室溫，溫度計插入堆體約30 cm。用pH 計測量上清液的pH 值，用DDS-307 型電導率儀測定電導率。用灼失法計算揮發性有機物質的含量。用納氏試劑比色法在分光光度計420 nm 處測定吸光度［11］，計算銨態氮的含量。用紫外分光光度法分別在220、275 nm波長下測定吸光度［12］，計算硝態氮的含量。

2 結果與討論

2.1 不同處理雞糞堆肥溫度的變化

所有處理堆體的溫度變化趨勢均大體相同，整個過程通常可分為嗜熱階段、中嗜熱階段和成熟階段3個階段［13］。在堆肥初期（1～4 d）所有處理堆體的溫度都迅速上升至44 ℃以上（見圖1），導致嗜溫、嗜熱菌變得活躍，同時大量繁殖，微生物迅速分解堆肥中易分解的有機物；堆肥發酵20 d 時，盡管所有處理堆體的溫度在一定程度有所下降，但都在45～50 ℃；發酵32 d時，各處理堆體的溫度分別由第20 天的高溫下降了17.5、19.5、19.0、21.0、19.0、19.5 ℃，最后降至周圍環境溫度，堆肥達到腐熟。MA3 在高溫區的溫度比MA0 略高，這是由于添加凹凸棒石可以改善堆肥體的通風，保證足夠的氧含量，因此微生物活性提高，物質的分解反應更強烈，從而產生更多的熱量。此實驗的溫度符合堆肥腐熟溫度指標。同一時間下添加不同含量的凹凸棒石對雞糞好氧堆肥堆體溫度的變化沒有顯著影響［14］。

圖1 添加凹凸棒石對雞糞堆肥溫度變化的影響

2.2 不同處理雞糞堆肥pH的變化

各處理堆體的pH 均隨著腐熟時間延長先降低后升高然后又逐漸降低（見圖2）。空白組和添加凹凸棒石處理堆體的pH 均在最初的幾天小幅度下降，可能是因為生物降解產生有機酸和大量的CO2［15］，也可能與氨氣的揮發有關。發酵時間為12～20 d 時，微生物大量繁殖，pH 明顯升高，NH4+-N 以氨氣的形式揮發掉，這是堆肥發酵過程中氮素損失的主要途徑［16］。堆肥結束時，不同處理堆體的pH 各不相同，但均比前一階段有所下降，且MA0＞MA3＞MA9＞MA6＞MA15＞MA12。此時由于硝化作用產生大量的H+并且有機物分解產生有機酸，所以pH逐漸降低［17］。隨著時間的推移，氨化作用逐漸減弱，雞糞不斷分解，碳酸氫鹽緩沖體系的形成使堆體pH 穩定在8.0 左右［18］，基本符合堆肥腐熟pH指標。

圖2 添加凹凸棒石對雞糞堆肥pH變化的影響

2.3 不同處理雞糞堆肥電導率的變化

電導率反映了堆肥浸提液中的可溶性鹽含量，過高的鹽含量會危害植物的生長，一般認為堆體的電導率小于4 mS/cm時處于安全范圍［19］。所有處理的電導率都隨著堆肥時間延長持續增大，尤其是在前4 d，電導率增加非常迅速，之后趨勢變緩（見圖3）。12 d后添加凹凸棒石的各處理電導率均小于對照處理，電導率的大小與凹凸棒石的添加量成反比。在雞糞堆肥過程中，由于小分子有機酸相互作用和大分子有機酸的轉化產生豐富的小分子脂肪酸、HSO、NH、H+等小分子物質，使電導率增加［20］。各處理的電導率到堆肥結束時均高于安全限值，與空白對照相比，凹凸棒石添加劑能降低堆體的電導率，這可能與凹凸棒石表面的吸附性能相關［21］。

圖3 添加凹凸棒石對雞糞堆肥電導率變化的影響

2.4 不同處理雞糞堆肥有機質的變化

在堆肥過程中，微生物利用碳氮元素與堆肥過程中釋放的能量合成自身生長物質，其中有機質為微生物的生長提供碳源。由于有機質的礦化作用，所有處理中有機質含量都隨堆肥時間延長而下降，下降速度先快后慢（見圖4）。除了MA15處理在堆肥過程中有機質含量變化波動較多外，其他處理在堆肥初期有機質含量下降的速度比較迅速，微生物在適宜的生長環境異常活躍，利用一些小分子的有機物質進行新陳代謝［19］。堆肥中后期，有機質含量降低的趨勢并不明顯，因為微生物開始分解大分子有機物，降解效率變低。堆肥32 d 后，MA3、MA6、MA9、MA12、MA15 處理的w（有機質）分別比MA0 處理低4.0%、10.4%、12.7%、14.1%、15.5%。凹凸棒石的改良不僅促進了堆肥物質的多孔性和通氣性，還促進了有機物的降解。與初始的有機質含量相比，MA9處理降低的幅度最大，而MA12處理降低的幅度最小，且都基本符合堆肥標準。

圖4 添加凹凸棒石對雞糞堆肥有機質變化的影響

2.5 不同處理雞糞堆肥NH-N含量的變化

發酵過程中氮素的損失不僅會降低有機肥產品質量，還會造成資源浪費，增加環境污染風險［9］。所有處理NH-N 含量都是先增加后減小，各堆體銨態氮含量都是在高溫期增加最快。MA0、MA3處理在發酵20 d 時w（NH-N）分別達到了峰值7.55、8.46 g/kg（見圖5），二者表現出顯著性差異。在發酵12 d 時，MA6、MA9、MA12、MA15處理的w（NH-N）達到了峰值7.57、9.23、9.36、9.79 g/kg，其中MA9、MA12、MA15 處理無顯著差異，而MA6 處理的NH-N 含量則與它們差異顯著。在所有處理中MA3 處理的NH-N 含量增幅最大為90.2%，而MA6 的增幅最小為54.0%。NH-N含量之所以逐漸升高，是因為隨著堆體溫度升高，氨化細菌異常活躍，含氮有機物被降解產生銨態氮的速率增快［22］。之后各處理的NH-N 含量逐漸下降，至堆肥結束時MA0、MA3、MA6、MA9、MA12、MA15 處理當中的w（NH-N）比堆肥開始時分別降低了1.61、0.98、1.03、0.94、0.38、0.3 g/kg，且此時6 個處理彼此間差異顯著。隨著溫度降低，硝化細菌變得活躍，NH-N迅速轉化為NO-N［21］。堆肥腐熟時，空白對照處理中的NH-N 含量明顯低于添加凹凸棒石處理，說明添加凹凸棒石能增加堆肥的銨態氮含量。之前也有研究證明適當添加量的凹凸棒石改性劑可優化堆肥的堆積密度，增強氨微生物的活性，為堆肥提供養分來源，提高肥料利用率［23］，從而降低氨氮排放［13］。

圖5 添加凹凸棒石對雞糞堆肥NH-N含量變化的影響

2.6 不同處理雞糞堆肥NO-N含量的變化

圖6 添加凹凸棒石對雞糞堆肥NO3--N含量變化的影響

3 結論

凹凸棒石的添加可以促進雞糞的分解，堆肥結束時堆體基本達到室溫，符合腐熟標準。實驗結果表明：凹凸棒石添加劑的多少對堆體溫度變化無顯著的影響；添加凹凸棒石最終能使堆肥pH 趨于穩定；凹凸棒石添加劑能降低堆體的電導率，這可能是因為凹凸棒石表面結構具有吸附性；有機質的含量呈下降趨勢，添加不同含量的凹凸棒石均能促進有機質的降解；堆肥過程中的NH-N 含量先增加后減少，所有含量的凹凸棒石添加劑均能遏制堆肥后期NH-N 含量的下降趨勢，降低氮素損失；堆肥結束時，添加凹凸棒石的處理NO-N增加量均大于空白對照，固氮效果明顯。