不同酶制劑對牛糞好氧堆肥效果的影響

王 誠，丁宏標，董瑞蘭，劉勝利，劉文慧，董桂紅，范秋蘋，王 玲，丁博群

（1.山東健源生物科技有限公司，山東 泰安 271000；2.中國農業科學院飼料研究所，北京；3.青島農業大學動物科技學院，山東 青島；4.山東隆科特酶制劑有限公司，山東 沂水；5.山東農業大學動物科技學院，山東 泰安）

畜禽糞便是農業生產中的重要資源，隨著養殖業的發展，牛糞產量逐年增加。傳統的牛糞處理方式一般是直接用作農家肥料或堆放露天堆肥，但是未經任何處理的好氧堆肥方式，容易對生態環境造成污染。堆肥是一種利用微生物代謝的熱效應降解有機物質的技術[1]，有機廢棄物在堆肥過程中可轉化為固定的有機素，減少化學肥料的依賴，得到有機物質、礦物質和微生物的相互作用導致的肥效，但在保證堆肥效果的基礎上提高堆肥速度和穩定性極具挑戰性[2]。

近年來，國內外對不同酶制劑用于牛糞堆肥效果的研究取得了一定的成果，不同酶制劑在牛糞堆肥中的優劣、堆肥過程參數的影響以及牛糞堆肥成品質量等方面均是關注的重點。陜西省科學院酶工程研究所任平等人（2010）研究發現[3]，添加復合酶能夠縮短堆肥的周期，有利于牛糞堆肥的腐熟。內蒙古農業大學梁天等人（2022）研究發現[4]，添加碳氮比為35:1 的C8組（枯草芽孢桿菌+黑曲霉菌+細黃鏈霉菌組）堆肥效果較好。沈陽建筑大學梁文娟等人（2016）研究發現[5]，在堆肥中加入0.5%的菌劑和0.05%的纖維素酶制劑效果更好，能促進牛糞腐熟。本研究的目的是以提高堆肥質量和穩定性為依據，探究不同酶制劑對牛糞堆肥效果的影響機制，為牛糞堆肥技術的發展提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗在泰安市合作奶牛養殖基地進行，以牛糞和玉米秸稈為原料進行堆肥。表1 為堆肥原料的理化性質指標。

表1 堆肥原料的理化性質

1.2 方法

本研究以不同酶制劑處理牛糞為研究對象，采用條垛式好氧堆肥的方法，將碳氮比調整至25左右，共設置5 個處理組：未施用酶制劑的對照組（CK）、纖維素酶處理堆肥組（C）、淀粉酶處理堆肥組（A）、蛋白酶處理堆肥組（P）、混合酶制劑處理堆肥組（M），每個處理的堆的尺寸約為長×寬×高（3.0 m×1.2 m×0.8 m），對照組不進行特殊處理，自然狀態下接種量為牛糞質量的0.1%，在堆肥的初始階段進行充分的混合。整個堆肥過程持續35 d，試驗組在第5 天、10 天、15天、20 天、25 天和30 天分別進行堆翻，對照組在第10 天、15 天、20 天、25 天和30 天進行堆翻。

在整個堆肥過程中，每日8～9 時和17～18時在堆體兩端和中間不同高度（距底部20 cm、40 cm、60 cm）測定溫度，并同時測定環境溫度。取樣時根據測溫點的位置采集等量的樣品，并進行充分地混合均勻。測定0、2、5、10、15、20、25、30 和35 d 樣品的pH、含水量、電導率（EC）和種子發芽指數（GI）。pH 采用精密酸度計進行測定，含水量采用重量烘干法進行測定，總氮含量采用凱氏定氮法進行測定，EC 采用電導率儀進行測定[6]。有機質、pH 和GI 的試驗和測定遵循《有機肥料（NY/T525—2021）》[7]行業標準的要求進行。

2 結果

2.1 不同酶制劑處理堆肥過程中溫度變化

由圖1 可知，各組堆肥期間的溫度呈先上升后下降趨勢，前5 d 內各組溫度變化差異不大，5 d 后，M 組升溫速率最快，13 d 最高溫度接近60 ℃，其他各組趨勢同M 組，最高溫度均超過50 ℃，13 d 以后直至堆肥結束后，各堆肥組溫度呈逐漸下降趨勢，漸漸趨于穩定。

圖1 不同酶制劑組堆肥的溫度變化曲線

2.2 不同酶制劑處理堆肥過程中pH 變化

由圖2 可知，各組試驗的牛糞pH 范圍均在6.2～6.7 之間變化，并呈現先上升后下降趨勢，前10 d 各組的pH 變化趨勢大體相同，其中A 組上升速率較慢，15 d 后各組的pH 逐漸下降，其中CK 組pH 下降速率最快；A 組、P 組和M 組在堆肥后的pH 相較于堆肥前較高，而CK 組和C 組堆肥后的pH 與堆肥前相比較低。

圖2 不同酶制劑組堆肥pH 的變化曲線

2.3 不同酶制劑處理堆肥過程中含水量變化

由圖3 可知，各堆肥處理組的含水量隨堆肥時間增加而逐漸下降，在堆肥過程中水分逐漸蒸發導致含水量下降；A 組含水量下降趨勢較慢，而M 組含水量的下降速度最快。

圖3 不同酶制劑組堆肥含水量的變化曲線

2.4 不同酶制劑處理堆肥過程中電導率變化

圖4 中各組的電導率隨堆肥時間增加呈上升趨勢，在2.5 到4.0 之間變化，其中CK 組的電導率高于其他組，而C 組的電導率低于其他組，表明對照組的電導性能較好，纖維素酶處理組的電導性能較弱。

圖4 不同酶制劑組的電導率變化曲線

2.5 不同酶制劑處理堆肥過程中碳氮比變化

由圖5 可知，各組C/N 比隨天數增加均呈現下降趨勢，M 組下降最快，而A 組下降較慢；在15 日時，CK 組的C/N 比最高，堆肥結束后，碳氮比按照由低到高的順序依次為：M 組＜C 組＜P 組＜CK 組＜A 組。由此可知，混合酶處理組氮含量較高，揮發性鹽基氮少，損失比其他四組要少。

圖5 不同酶制劑組的碳氮比比值變化曲線

2.6 不同酶制劑處理堆肥過程中發芽指數變化

由圖6 可知，各組的發芽指數與堆肥天數呈正相關。堆肥結束后，M 組的高于其他四組，CK 組最低，各組的發芽指數在70～80 之間。由此可知，施加混合酶的牛糞堆肥的發芽程度最好，纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶的發芽效果次之，而不施加酶制劑，則會嚴重影響牛糞的好氧堆肥效果。

圖6 不同酶制劑組的發芽指數變化曲線

2.7 不同處理組堆肥結束時各項檢測指標比較

將堆肥結束時各組的pH、含水量、電導率EC、發芽指數GI 以及C/N 比進行了顯著性分析，結果如表2 所示。

表2 不同處理組堆肥結束時各項檢測指標比較

A 組、P 組和M 組堆肥的pH 高于CK 組和C 組，A 組、P 組和M 組與CK 組和C 組的pH有顯著性差異（P＜0.05）；C 組和P 組的含水量無顯著性差異，而與CK 組、A 組和M 組有顯著性的差異（P＜0.05），A 組的含水量最為豐富，M 組的含水量較低，表明淀粉酶處理后的牛糞的含水量變化較低，混合酶處理的牛糞含水量變化較高；C 組、A 組與P 組、M 組和CK 組的電導率顯著性差異（P＜0.05），表明在相同的堆肥條件下，CK 組的電導性能最好；從發芽指數（GI）來看，P 組的發芽指數與C 組、A 組均無顯著性的差異，M 組的發芽指數顯著高于其他四組（P＜0.05）；從C/N 比來看，CK 組的比值與A 組和P 組無顯著性的差異，C 組和M 組的碳氮比的比值較為接近，淀粉酶組的碳氮比比值最高，表明有機質中氮的含量較低，揮發性鹽基氮較多，損失較多，纖維素酶處理組和混合酶處理組的碳氮比的比值較低，因此有機質中的氮含量較高，揮發性鹽基氮少，損失相對較少。

3 討論

通過比較傳統堆肥與添加酶制劑堆肥的效果，發現添加酶制劑在牛糞堆肥過程中起到了促進作用。淀粉酶能夠加速有機物中淀粉的降解和礦化，使其轉化為有機酸、CO2和水等小分子，提高堆肥過程中有機物的降解速度和堆肥效率；纖維素酶能夠降解纖維素，將其轉化為可供微生物降解的小分子糖類，促進堆肥過程中有機物的降解和礦化作用，提高堆肥效果和速度；蛋白酶能夠加速有機物中蛋白質的分解，使其轉化為氨、有機酸和其他小分子物質，提高堆肥過程中有機物的分解速率和肥效。

由于酶制劑促進有機物分解產生酸類物質，因此試驗組的pH 略高于對照組；添加混合酶制劑后，有機物質的降解和礦化加快，溫度升高，有利于水分的蒸發，隨著有機物的分解和礦化，改善了肥料質量，利于種子營養需要和發芽萌出，因此酶制劑組的種子發芽指數顯著高于對照組；添加酶制劑后各試驗組有機物分解加快，減少了揮發性氮的產生，因此C/N 比顯著降低。以上研究結果表明，混合酶可以綜合促進堆肥過程中多種有機物的降解和轉化，提高堆肥效果和速度，這與蔡琳琳等人的研究結果[8]基本一致。

4 結論

本研究通過相關試驗，探討了纖維素酶、淀粉酶、蛋白酶、混合酶酶制劑對牛糞堆肥效果的影響。研究過程中發現，添加酶制劑顯著提高了堆肥過程中有機質降解速度，加快了堆肥過程。不同酶制劑對牛糞堆肥的影響表現出較大差異，其中纖維素酶和混合酶制劑處理效果較好。以上試驗結果表明，添加酶制劑有助于提高堆肥質量和穩定性；纖維素酶和混合酶等三種酶制劑對牛糞堆肥具有較好的改善作用。本研究為實際生產中酶制劑處理牛糞堆肥的應用提供了重要依據。