不同輔料對豬糞好氧堆肥質量的影響

＊吳常杰 成侃 戴芳煜 姜再軍

（1.安順學院資源與環境工程學院 貴州 561000 2.安順市煙草公司普定分公司 貴州 562100）

根據第二次全國污染源調查數據統計，我國的禽畜糞便每年的產量大約為30.4億噸，被視為龐大的生物資源[1]。據相關統計顯示，每頭100～180kg的生豬每天能夠排出22～24kg的糞便[2]。這些糞便中含有大量的營養物質，經過處理利用可以創造一定的經濟價值，但現今養殖場生產戶飼養生豬時使用的化學元素和藥物過多，導致豬糞中殘留較多的危害元素，直接使用會引起土壤結構破壞和肥力的下降[3]。而如果直接使用沒有發酵成熟和發酵添加劑的豬糞，則很大程度上會引起作物病害甚至根部腐爛等疾病[4]。為了避免對環境的二次破壞，利用好氧堆肥工藝處理豬糞，通過調節C/N≥30/1、含水率≤55%，確保堆體較好處于好氧、高碳狀態，能夠更大程度上去除有毒有害的物質[5]。同時在堆肥過程加入不同的輔料不僅可以縮短堆肥周期，加速各種有機物的礦化分解，還能減少氮、磷、鉀等營養物質的嚴重損失，從而提高堆肥品質標準[6]。因此本文通過在堆肥腐熟過程中添加生物質炭、秸稈、米糠與菌棒以及嗜熱側孢霉等輔料作為堆肥過程中的添加劑，分析不同輔料在堆肥中的作用效果，對調控堆肥過程和提高腐熟程度顯得尤為重要。

1.材料與方法

(1)材料與試劑

①材料。主要原料：新鮮豬糞、生物質炭、秸稈、菌棒；米糠、嗜熱側孢霉。

基礎菌種：黑曲霉/木霉（2:3）；沸石、膨潤石（除臭作用）；10%過磷酸鈣（減少氮的揮發）。

②試劑。濃硫酸、30%過氧化氫、氫氧化鈉溶液、2%硼酸溶液、定氮混合指示劑、硼酸指示劑混合液、0.1mol/L重鉻酸鉀標準溶液、0.8mol/L重鉻酸鉀溶液、0.2mol/L硫酸亞鐵溶液、0.2mol/L硫酸亞鐵標準溶液、鄰啡啰啉指示劑。

(2)儀器與設備

篩分器干篩、電子天平、烘干箱、燒杯、容量瓶、玻璃棒、蒸餾裝置、移液管、陶瓷研缽等。

(3)實驗方法

①堆肥。本實驗進行豬糞的好氧堆肥，采用好氧槽式堆肥發酵方式。不同輔料在堆肥發酵的升溫階段添加。總共設置5個實驗組：處理1為添加生物質炭；處理2為添加堆肥常用的秸稈；處理3為添加的是菌棒、米糠風干粉碎后按1:1混合并攪拌均勻；處理4為添加嗜熱側孢霉。設置1個對照組：在不添加任何輔料的條件下，進行堆肥。

②取樣。每天09:00、18:00左右對豬糞進行攪拌，翻堆前兩周三天一次，后面則是四天一次，在攪拌好的豬糞堆中進行隨機取樣，將其置于塑料袋中并貼上標簽，放入泡沫箱，將其存放在-4℃的環境中。

③測定方法。溫度測定、含水率測定、pH計法、有機碳含量測定（重鉻酸鉀容量法）、總氮含量的測定等。

A.溫度測定。在堆肥發酵過程中的第1d，4d，8d，12d，16d，20d，24d（天）分別在19:00使用溫度計對堆體進行溫度測量，并記錄數據。B.含水率測定。對堆肥發酵過程中的不同階段1d，4d，8d，12d，16d，20d，24d（天）的堆體分別使用電子天平稱重，記錄初始重量，并烘干箱在105℃溫度下烘干30min，再次稱重，計算堆體含水率值，并記錄數據。C.pH計法。對堆肥發酵過程中的不同階段第1d，4d，8d，12d，16d，20d，24d（天）的堆體分別使用pH計測定，并記錄數據。D.有機碳含量測定。根據中華人民共和國農業行業標準-有機肥料（NY/T 525—2021）的實驗室方法測定堆肥發酵過程中不同階段的堆體總有機碳含量，用定量的重鉻酸鉀-硫酸溶液氧化滴定樣品，同時設置空白組，根據氧化前后氧化劑消耗量，計算樣品中有機碳含量，并記錄數據。E.總氮測定。根據中華人民共和國農業行業標準-有機肥料（NY/T 525—2021）的實驗室方法測定堆肥發酵過程中不同階段的堆體總氮含量，有機氮經過硫酸-過氧化氫消煮，將制備好的樣品溶液加入至蒸餾裝置，通過冷凝器將蒸餾出的氨氣捕集到酸溶液中，通過蒸餾樣品中的氮化合物，將其轉變為銨態氮，并使用標準酸溶液滴定氨氣，以確定樣品中總氮的含量，并記錄數據。

(4)數據處理

采用Microsoft Office Excel 2016對5個指標進行數據統計處理；采用OriginPro.2022 SR1軟件繪圖。

2.結果與分析

(1)堆肥中溫度的變化

從圖1可知，試驗中5組堆體都經歷了升溫期、高溫期、降溫期。空白對照組與處理組的溫度從變化趨勢上看都是呈現先升高后降低的整體趨勢。對照組在第16d達到最高溫度56℃，其中堆體維持在55℃以上保持3～5d，對照組溫度上升較慢，高溫持續時間較短。由處理1可見，＞45℃的天數達到14d，最高溫度可達57℃，其中堆體溫度在55℃以上保持5～7d；由處理2可見，＞45℃的天數達到18d，最高溫度達到57℃，其中溫度在50～55℃保持了5～7d，符合糞便無害化衛生標準。處理3＞45℃的天數有13d，最高溫度為56℃；處理4＞45℃的天數有16d，在第12d可達58℃，其中堆體溫度在55℃以上保持8d。綜上，處理4的堆體升溫較快、高溫持續時間較長，堆肥發酵完成時間縮短，本次的好氧堆肥滿足腐熟發酵條件。各處理組的溫度逐漸下降最終與環境溫度相保持一致，達到相對穩定狀態。

圖1 堆肥溫度變化圖

(2)堆肥中含水率的變化

如圖2所示，堆肥剛開始時，5個試驗處理的初始值相差不大。對照組在整個堆肥腐熟發酵過程之中含水率的變化相對其他4個處理來說較小。堆肥中較高的含水量導致堆體氧氣不足，使厭氧微生物繁殖，好氧微生物的生長受到抑制。4個處理的降濕效果相比于對照組較好，最終的含水率都在40%以下。處理1、處理2的呈現下降的趨勢，其原因可能是由于堆垛溫度升高，蒸發量變化引起的。但是處理3的變化先小幅度下降之后有所回升，最后呈現持續下降的趨勢，其原因可能是以自然蒸發的形式流失。由于溫度較低，蒸發速度較慢，然后在發酵時微生物對有機物酸化水解產生一部分水。處理4的堆肥含水率下降速率較快。原因在于堆肥發酵過程中已添加的嗜熱側孢霉菌引起微生物生命活動反應加劇，導致了堆肥整體溫度一定程度上的提升，而使得堆肥中含水率相對容易散失。

圖2 堆肥含水率變化圖

(3)堆肥中pH的變化

由圖3可知，對照組的堆肥pH值在堆肥初期下降緩慢，到堆肥后期，對照組與處理組兩者pH值均逐漸上升。處理1與處理3的pH處于一個較低的水平，其原因可能是米糠呈現的是酸性。處理2添加的秸稈是堿性，所以導致初始值比對照組、處理1、處理3、處理4的高。隨著堆肥發酵的進行，處理組的pH都呈現上升趨勢，后面呈現下降的趨勢，可能是微生物降解有機物產生有機酸所致。所有處理的最終pH值處于8.0～8.5之間，都符合堆肥腐熟標準。

圖3 堆肥pH變化

(4)堆肥過程中有機碳的變化

如圖4所示，堆肥過程中的有機碳含量下降速率較快。相比于初始的堆肥含量，堆肥發酵結束時，所有處理組的有機碳含量都呈現降低趨勢。這是因為在堆肥過程中，有機物質經歷了一系列生物化學反應，轉化為了無機物質或礦物質。處理1添加了生物質炭，初始的有機碳含量相較于對照組更高，這一點有利于堆肥物料變化，而對照組中的有機質則是來自豬糞。處理2中秸稈含有較高的纖維素和木質素，這些有機物質在堆肥過程中可以被微生物分解，釋放出含量更多的有機碳，在堆肥過程中略高于處理1。處理3中的菌棒和米糠本身含有豐富的有機質，并且在堆肥后期，部分有機質難以降解，因此其有機碳含量高于處理1和處理2。而處理4的有機碳總含量下降波動幅度比較顯著，在堆肥前期有機碳含量大于處理1、處理2及處理3，后期有機碳含量下降較快。原因在于有機質被堆體中以嗜熱側孢霉為主的微生物利用消耗，大量用于合成自身生命活動所需的能源。研究表明，在堆肥中添加不同輔料后，有利于堆肥物料中有機碳的礦化作用，對有機碳的分解具有明顯的推動作用。

(5)堆肥中總氮的變化

如圖5所示，5組氮含量呈現先降低后迅速升高的趨勢，最后增長緩慢。處理1中添加生物質炭，生物質炭的吸附作用可以減少氨的揮發，進而減少堆肥過程中氮的損失，導致差異產生。處理2、處理3在堆肥發酵剛開始進行時含量相差不大，而處理2在剛開始堆肥中總氮低于處理3，且處理3總氮損失較少，可能是因為菌棒氮素含量較多，米糠可一定減少氮素損失。而且在堆肥腐熟后總氮含量仍大于處理2。處理4中嗜熱側孢霉菌具有吸收氮的能力，從而減少氮素損失。處理組在堆肥發酵過程中總氮含量有所增加，高于對照，降低了堆肥過程中氮的損失，提高了堆肥腐熟質量。

圖5 堆肥中總氮含量變化圖

3.結論

在豬糞堆肥過程中加入以生物質炭、米糠與菌棒、秸稈等輔料作為填充材料的處理組，起到了提供碳源、有助于微生物的快速生長繁殖、調節堆體的水分含量以及縮短了堆肥腐熟的時間等作用，促進豬糞堆肥的發酵。處理4添加嗜熱側孢霉菌能夠有效地促進豬糞有機質礦化和腐殖化，降低了堆肥過程中氮損失和含水率，繼而縮短了堆肥時間周期，提高了堆肥工藝品質。當堆肥處理自然發酵以及嗜熱側孢霉菌作用結束后，堆體的物料狀態腐解徹底，堆肥的溫度、pH值、含水率、全氮含量和有機碳含量，C/N等理化相關指標均滿足豬糞堆肥品質，符合中華人民共和國農業相關標準有機肥料（NY/T 525—2021）的要求。