生物炭和微生物菌劑聯用對雞糞堆肥有害生物的影響

李春艷，劉立英，丁國志，路衛星，鄂祿祥，劉衍芬

（遼寧農業職業技術學院，遼寧 營口 115009）

近年來，我國畜禽養殖業年糞便產出量約為3.8×109t,占整個農業排污量的96%[1-2]，給生態環境帶來巨大壓力[3]。糞便無害化處理成為當前關乎養殖業發展的重要因素[4]。實現農業廢棄物減量化、無害化、資源化的方式之一是進行堆肥處理[5-11]，而且農業廢棄物堆肥處理已成為實現畜禽糞便無害化和資源化的首選方式[12-13]。

許多學者研究了堆肥過程中輔料及其添加比例，以及溫度、水分和接種劑對蟲卵和病原菌等有害生物的影響[14-17]，但有關聯合生物炭和微生物菌劑對有害生物的影響的研究仍不多見。本研究以雞糞和玉米秸稈粉為堆肥原料，探究了自然發酵、添加生物炭、添加微生物菌劑、聯合微生物菌劑和玉米秸稈生物炭在堆肥發酵結束后對有害生物數量的影響及其關系，為雞糞堆肥無害化處理和資源化利用提供理論依據與基礎數據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

雞糞由遼寧營口市某蛋雞養殖場提供，試驗亦在該養殖場進行。輔料玉米秸稈粉和玉米秸稈生物炭均購自河南某環保材料有限公司。菌劑SY-1主要包含芽孢桿菌、乳酸菌、放線菌和酵母菌等微生物，由山東菏澤某生物技術發展有限公司提供 。

1.2 試驗設計

先將雞糞、玉米秸稈粉按3∶1的比例進行混合，然后于1 000 kg雞糞中分別加入玉米秸稈生物炭1.5 kg（標記為C），SY-1固體菌劑 1.5 kg（標記為SY），SY-1固體菌劑和玉米秸稈生物炭各1.5 kg（標記為SY+C），在室內發酵池進行發酵，發酵時間均為30 d，其間用翻拋機翻拋2～3次。對上述未添加生物炭和微生物菌劑者采用自然好氧發酵 （標記為NF），堆肥前的混合物料標記為CK。

1.3 測定項目與方法

堆肥結束后取鮮樣測定含水量、糞大腸菌群數、沙門氏菌數、蛔蟲卵死亡率和金黃色葡萄球菌數，部分鮮樣自然風干后用于pH值、有機質和總養分含量的測定，每個處理3次重復。

含水量測定方法為將培養皿洗凈烘干至恒重后稱取空培養皿重量，設置為W0。稱取10 g左右的鮮樣平鋪于空培養皿中，稱取重量設置為W1，放入80℃烘箱烘干12 h直至恒重后移入干燥器冷卻至常溫，稱重，設置為W2,堆肥中的含水量%=(W1-W2)/(W1-W0)×100%。pH值測定方法為稱取經過Φ1 mm篩的風干樣5 g置于100 mL燒杯中，加50 mL新沸且冷卻后的去離子水，用磁力攪拌器攪動3 min，靜置30 min后用pH值酸度計測定。有機質含量的測定采用重鉻酸鉀容量法，總養分含量中的總氮含量測定采用全自動定氮儀，總磷含量采用分光光度法測定，總鉀含量用火焰光度法測定[18]。

堆肥中的糞大腸菌群、蛔蟲卵的采樣和測定按照農業農村部行業標準 《有機肥料》（NY/T 525—2021）[19]規定的測定方法進行。沙門氏菌的測定按照國家標準《糞便無害化衛生要求》（GB 7959—2012）[20]規定的檢測方法進行，金黃色葡萄球菌的計數參照姜慧敏[11]的方法進行。

1.4 數據分析

采用Excel制作圖表，采用SPSS 18.0統計學軟件進行方差分析和回歸分析。

2 結果與分析

2.1 堆肥理化性質變化

各處理發酵結束后雞糞的理化性質變化見表1。從表1可以看出，各處理堆肥后雞糞有機肥含水量較堆肥前(CK)均顯著減少(P＜0.05)，其堆肥含水量大小為NF＞C＞SY＞SY+C。堆肥后各處理雞糞的有機質含量變化趨勢與含水量變化趨勢相同，即C處理與SY處理均顯著低于NF處理（P＜0.05），而SY+C處理顯著低于C處理和SY處理（P＜0.05），C處理與SY處理無顯著差異。堆肥處理后的pH值均較堆肥前顯著增加(P＜0.05)，而 NF，C，SY，SY+C 各處理的 pH 值差異不顯著。與堆肥前相比，只有NF處理的總養分含量顯著增加（P＜0.05），NF，C，SY，SY+C 各處理的總養分含量差異不顯著。

表1 堆肥后理化性質變化比較

2.2 堆肥有害生物數量變化

各處理發酵結束后雞糞有害生物數量變化見表2。結果顯示，與CK相比，NF處理的糞大腸菌群數極顯著地減少了4個數量級 （P＜0.01），C處理和SY處理的糞大腸菌群數極顯著地減少了6個數量級 （P＜0.01）。C處理和SY處理的糞大腸菌群數比NF極顯著地減少了 2個數量級（P＜0.01）；與 CK相比，NF處理的沙門氏菌數量顯著地減少了1個數量級 （P＜0.05），C處理和SY處理的沙門氏菌數量均顯著地減少了2個數量級（P＜0.05）。C處理和SY處理的沙門氏菌數量均比NF顯著地減少了1個數量級 （P＜0.05）。C處理和SY處理的糞大腸菌群數和沙門氏菌數量無顯著差異。SY+C處理未檢測到糞大腸菌群和沙門氏菌。各處理蛔蟲卵死亡率無顯著差異，在各處理雞糞中均未檢測到金黃色葡萄球菌。

表2 堆肥后有害生物數量比較

2.3 有害生物數量與雞糞堆肥后理化性質的相關性分析

將雞糞堆肥后的理化性質分別與雞糞中糞大腸菌群數量、沙門氏菌數量進行線性相關分析，結果見表3。由表3可以看出，pH 值與堆肥糞大腸菌群數量、沙門氏菌數量表現出極顯著的負相關（P＜0.01），相關系數分別為-0.95和-0.96。堆肥的有機質含量和含水量與糞大腸菌群數量、沙門氏菌數量也存在較強的相關性，盡管相關關系不顯著。堆肥的總養分含量與糞大腸菌群數量、沙門氏菌數量相關性不強。

表3 糞大腸菌群數量和沙門氏菌數量與雞糞堆肥理化性質的相關性

3 討論

pH值是影響堆肥質量的重要因素之一，不僅是因為pH值改變了堆肥原料的理化性質，更主要的是pH值的高低直接影響堆肥發酵過程中各種微生物的活動。本試驗結果顯示，pH值與堆肥糞大腸菌群數量、沙門氏菌數量表現出極顯著的負相關，說明pH值的升高抑制了糞大腸菌群、沙門氏菌等有害菌的生長，這一現象與已發表的多項有關糞便肥料化的研究結果類似。例如高軍[22]等認為，造成大腸桿菌和糞大腸桿菌數量減少的主要因素是消化過程中的厭氧環境和pH值變化等其他條件。張桃香[23]等也認為，土壤pH值是影響糞肥添加過程中沙門氏菌存活的主控因子之一。眾所周知，大多數細菌最適宜的pH值范圍是7.2～7.8，而以雞糞為原料的堆肥過程會在蛋白質降解過程中產生大量的NH3釋放到堆體中，使堆體的pH值升高[22，24-26]，超過了包括糞大腸菌群和沙門氏菌在內的大多數細菌的最適pH值。

關于添加微生物菌劑和生物炭對堆肥pH值的影響，研究結果各不相同。王有月等[27]認為，添加微生物菌劑對堆肥期間物料pH值的影響相對較小。Dias[28]在畜禽糞便堆肥中添加50%的生物炭，顯著提高了堆體的pH值。朱成武等[29]認為，添加生物炭可能會影響堆肥的初始pH值，但對堆肥產品最終的pH值無顯著影響。也有研究發現，生物炭不會引起豬糞堆肥pH值的升高[30]。用生物炭和微生物菌劑復合體發酵豬糞后，pH值與未添加的對照沒有顯著差異[31-32]。上述關于微生物菌劑和生物炭對堆肥pH值影響的研究結果不盡相同，主要是因為生物炭對堆肥pH值的影響與其性質、堆肥物料和堆肥條件有關[33]。本試驗結果表明，單獨添加生物炭、微生物菌劑與聯合生物炭添加微生物菌劑發酵結束后的雞糞堆肥，其pH值與自然發酵結束后無顯著差異，說明單獨添加生物炭、微生物菌劑與聯合生物炭添加微生物菌劑沒有額外助推雞糞堆肥發酵的pH值，雞糞堆肥后的pH值的提高僅僅是由單純的發酵引起。

水分和有機質是堆肥過程中微生物生長繁殖必需的條件。胡菊等[34]認為，VT菌劑加速了堆料中有機物的分解,從而加速了堆肥的反應進程,提高了堆肥的處理效率,有效殺滅了病原微生物。Sanchez-Garcia M[35]等認為，生物炭的添加促進了氧氣在堆體中的擴散，從而加速了堆肥中有機物的分解。涂志能等發現，生物炭和微生物菌劑復合體發酵豬糞的總有機碳含量最低，說明堆肥過程中有機質的降解速度較快。Chen等[36]和 Gigliotti等[37]在關于豬糞和橄欖皮堆肥過程中添加竹炭和混合添加劑的研究中也發現相似的總有機碳變化規律。本試驗中，單獨添加生物炭、微生物菌劑與聯合生物炭添加微生物菌劑于堆肥發酵結束后，其水分和有機質均較堆肥前和自然發酵后顯著降低，糞大腸菌群和沙門氏菌數量也比不添加者顯著降低。究其原因可能是添加微生物菌劑和生物炭加速了雞糞堆肥水分的散失，導致堆肥含水量顯著降低，并加快堆肥的腐熟速度和有機質的降解速度[38-40]，限制了糞大腸菌群和沙門氏菌的繁殖。本試驗中聯合生物炭和微生物菌劑發酵堆肥的含水量和有機質含量降至最低，分別達10.78%和30%，且均未檢出糞大腸菌群、沙門氏菌、蛔蟲卵、金黃色葡萄球菌等有害生物，表明凈化效果最好。有研究表明，含水率小于20%時會使養料溶解性降低，從而使微生物攝取養分的能力降低并影響其繁殖[41]。本試驗中雞糞堆肥的含水量、有機質含量與糞大腸菌群和沙門氏菌數量存在一定的相關關系，暗示聯合生物炭和微生物菌劑發酵雞糞可以通過顯著降低堆肥發酵過程中的含水量和有機質含量，抑制病原微生物的繁殖。

4 結論

30 d的短期雞糞堆肥試驗表明，生物炭和微生物菌劑聯用可以有效抑制糞大腸菌群、沙門氏菌、蛔蟲卵、金黃色葡萄球菌4種有害生物的繁殖，凈化效果最佳，此與其在堆肥發酵過程中能大幅度降低堆料的水分和有機質含量有一定關系。