新疆地區(qū)納米膜覆蓋好氧堆肥技術(shù)試驗及應(yīng)用

于秀針，張 杰，趙 超，孔令卓，李 浩，馮 斌

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械化研究所，新疆烏魯木齊 830091）

0 引言

新疆作為我國五大牧區(qū)之一，非常適合發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)[1]。目前，隨著我區(qū)畜牧業(yè)的發(fā)展及政府對畜牧業(yè)的支持力度不斷增大，我區(qū)養(yǎng)殖業(yè)逐漸向集約化、規(guī)模化發(fā)展的同時也造成養(yǎng)殖糞污排放區(qū)域的增加，如不及時處理養(yǎng)殖廢棄物對給周圍環(huán)境和人民健康構(gòu)成極大威脅。無害化、資源化處理是當(dāng)前畜禽糞便的主要處理方式。覆蓋納米膜能夠加快堆體腐熟，減少惡臭氣體的排放，是一種無害化、低排放的技術(shù)手段，能夠有效解決畜禽糞便堆肥發(fā)酵帶來的污染物排放難題，促進養(yǎng)殖業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展[2]。2021 年畜禽糞便好氧發(fā)酵堆肥技術(shù)已遴選成為農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的主推技術(shù)，但是納米膜好氧堆肥在新疆的應(yīng)用較少，且缺少關(guān)于關(guān)于納米膜好氧堆肥的溫度和養(yǎng)分變化情況的報道。

1 試驗設(shè)備及材料

1.1 試驗設(shè)備

圖1 納米膜好氧堆肥系統(tǒng)

2020 年我單位引進秦皇島領(lǐng)先康地農(nóng)業(yè)技術(shù)有限公司的納米膜好氧發(fā)酵設(shè)備在沙灣縣大泉鄉(xiāng)東泉村春和農(nóng)民養(yǎng)殖專業(yè)合作社開展試驗示范。

納米膜好氧堆肥系統(tǒng)由納米膜、控制器、輸氧機和發(fā)酵場地四部分組成。納米膜以特制的e-PTFE（expanded poly tetra fluoro ethylene，膨脹聚四氟乙烯）膜為核心，夾在兩層聚酯膜中間，聚酯膜具有防紫外和耐腐蝕的特點（李永雙）。納米膜是一種孔徑50～200 nm的選擇透過性膜，這種膜只允許水蒸氣、二氧化碳等小于膜孔徑的物質(zhì)透過，并將大分子的臭氣、病原菌、灰塵等超過膜孔徑的物質(zhì)截留在膜內(nèi)。

本試驗納米膜的尺寸為25×9.8 m。發(fā)酵場地為U 型槽，U 型槽為水泥地坪，長度為30 m，寬度為10 m，三側(cè)為30 cm 高的墻體，沿長邊方向設(shè)置3～5°的坡度，中間挖風(fēng)管槽，鋪設(shè)通風(fēng)管。

在納米膜密封完全覆蓋發(fā)酵物料的條件下，通過溫度、氧氣濃度等傳感器反饋至控制器調(diào)控加熱器加熱、通風(fēng)管強制通風(fēng)，可實現(xiàn)好氧微生物高溫堆肥處理有機廢棄物。

1.2 試驗材料

本試驗堆肥原料為肉牛糞便、棉秸稈粉、有機物料腐熟劑（牛糞型），各原料的指標(biāo)如下表。

表1 堆肥原料的養(yǎng)分及理化性狀

2 試驗方法

試驗在沙灣市大泉鄉(xiāng)東泉村春和養(yǎng)殖農(nóng)民專業(yè)合作社進行，時間為2021 年5 月8 日至30 日，試驗前15 天將棉花秸稈粉碎至3 cm 以下，為了節(jié)省輔料用量、提高發(fā)酵效果、降低成本，將新產(chǎn)生的畜禽糞便先與棉稈提前混合、靜置，以保證原棉稈能夠充分吸水，混合后的原料水分為50%，至建堆時添加微生物菌劑并充分混勻，原料和輔料共計200 m3。混合后將物料放置到提前建好的發(fā)酵槽內(nèi)，將堆體高度修整為為1.8 m左右，扣好膜后將溫度探桿插入堆體，溫度探頭分別位于距離頂部30 cm、60 cm、90 cm 處，每天記錄堆體溫度。發(fā)酵前后測定堆肥原料的養(yǎng)分、C/N、有機質(zhì)水分等指標(biāo)。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 牛糞納米膜好氧堆肥堆體溫度的變化

溫度是衡量堆肥是否成功的最直接也是最關(guān)鍵的指標(biāo)。堆肥的主要目的是對畜禽糞污進行無害化處理，多數(shù)病原菌和蟲卵在55 ℃以上的高溫并且持續(xù)7 天以上即可致死，高溫還可以促進有機物的分解，使堆料中的大分子有機物轉(zhuǎn)化成小分子的易被作物吸收的腐殖質(zhì)。試驗結(jié)果顯示，距頂部30 cm 深度溫度上升最快，堆肥第2 天即達到61.4 ℃，堆肥第4～6天，三個深度的溫度達到最高，其中30 cm 深處在第6 天溫度達到最高，為74.7 ℃，60 cm 深處在堆肥第4 天溫度達到最高，為73.2 ℃，90 cm 深處在堆肥第5 天溫度達到最高，為63.1 ℃，30 cm 深和60 cm深位置在堆肥的第17天急劇下降，分別降至36.2℃和37.6 ℃，90 cm 深處的溫度變化比較平緩。從三條曲線的變化趨勢看，深度越深，55 ℃以上高溫持續(xù)時間越短，其中30 cm 處55 ℃以上高溫持續(xù)時間為14 天，60 cm 處55 ℃以上高溫持續(xù)時間為11 天，90 cm 處55 ℃以上高溫持續(xù)時間為9 天；深度越深，堆體的溫度變化越平緩，30 cm 和6 0cm 處的溫度均在第17 天驟降至40℃以下，而90 cm 處溫度一直平緩下降，且保持在40 ℃以上。

圖2 牛糞納米膜好氧堆肥堆體溫度的變化

3.2 牛糞納米膜好氧堆肥堆體養(yǎng)分及理化性狀的變化

好氧堆肥要求物料的碳氮比（C/N）為25：1-35：1，本試驗點牛糞原料的C/N 為24.27，在合適的好氧堆肥范圍內(nèi)。在試驗中添加棉稈主要作用是調(diào)節(jié)物料水分，增加孔隙度，由表2 可以看出，混合后的牛糞和棉稈含水率達到51%左右，物料的C/N 為27.96，因棉稈和牛糞原料的總養(yǎng)分分別為4.84%、4.85%，養(yǎng)分含量接近，因此，混合后物料的總養(yǎng)分沒有變化。堆制后物料的有機質(zhì)、C/N 及含水率都下降，主要是有機質(zhì)在堆肥過程中微生物將有機物分解成CO2、生物量、熱量和腐殖質(zhì)[3]。總氮、總磷、總鉀的含量均有不同程度的提高，這是由于在整個堆肥過程中而有機質(zhì)的分解和水分的減少，導(dǎo)致養(yǎng)分的相對含量提高。因此，堆肥過程中C/N 是降低的。

表2 堆肥前后堆料的的養(yǎng)分及理化性狀

4 討論與結(jié)論

使用納米膜進行好氧堆肥在堆肥第二天溫度上升至60 ℃以上，堆肥的最高溫達到74.7 ℃，三個深度55 ℃以上的高溫持續(xù)在9～14 天，并且都是在堆肥的第17 天溫度急劇下降，堆肥完成。由此可見使用納米膜覆蓋進行好氧堆肥升溫快，高溫持續(xù)時間較長，堆肥周期較短，這與前人的研究結(jié)果一致[4,5]。堆肥后物料的總養(yǎng)分增加、有機質(zhì)降低、C/N 降低，堆肥完成后總養(yǎng)分為5.49%，有機質(zhì)48.29%，說明本試驗的堆料養(yǎng)分和有機質(zhì)含量較高，可作為優(yōu)質(zhì)的有機肥產(chǎn)品。