秸秆和畜禽粪便联合堆肥试验研究*

朱金兰，王华为，吉 莉，常志州

（1.江苏省泰州市农林畜水产品质量检测中心，泰州 225300；2.江苏省泰州市耕地质量保护站，泰州 225300；3.江苏省农科院资源与环境研究所，南京 210014）

江苏省泰州市现有耕地面积31.67万hm2，常年种植模式为典型的稻麦两熟制，每年约产生350多万t农作物秸秆，秸秆中含有大量的有机质、氮、磷、钾和微量元素等，是农田重要的养分来源。秸秆直接还田能提高土壤的肥力与质量，但大量还田会对作物生长产生不利影响。通过将秸秆和畜禽粪便混合进行堆肥，有助于降低秸秆的碳氮比以及木质素、纤维素和多酚含量，促进物料的腐熟与稳定，进而降低其对作物的不利影响。本研究拟通过小麦秸秆与奶牛场废弃物联合进行堆肥，为奶牛场废弃物和农田秸秆的综合处理及处置提供理论依据及技术参数。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试小麦秸秆取自泰州稻麦轮作田，供试奶牛场废弃物取自泰州市海陵区某奶牛养殖场，包括沼渣、沼液、牛粪和牛粪水，其中沼渣和沼液取自该养殖场的厌氧沼气池，牛粪和牛粪水取自该奶牛养殖场，牛粪通过干清粪方式获得，牛粪水包括尿水、部分粪便和冲洗水。小麦秸秆、牛粪、沼渣、沼液和牛粪水的养分组成见表1。

1.2 试验设计

试验设置5个处理，分别记作T1、T2、T3、T4和T5；T1为小麦秸秆和沼渣干重比1:1混合物，T2为小麦秸秆和沼液混合物，T3为小麦秸秆和牛粪干重比1:1混合物，T4为秸秆牛粪水混合物，T5为纯秸秆并用尿素调节物料碳氮比为35∶1。各处理均采用条垛式堆制方式进行，T1和T3堆体长、宽、高均为1.2m；T2、T4和T5堆体长、宽、高均为1.5m，所有处理堆制秸秆用量均为101.5kg，不同处理秸秆中分别添加825kg沼渣、225kg沼液、550kg牛粪、193kg粪水和2.55kg尿素，供试小麦秸秆粉碎至5cm左右，各处理秸秆和奶牛场废弃物混合物在堆制前均充分混匀，T1和T3处理调节含水率为75%，T2、T4和T5处理调节含水率为65%。所有处理混合物均露天避雨自然堆置，堆肥开始后翻堆，堆肥开始后前1个月每3天翻堆1次，后1个月每6天翻堆1次；每次翻堆时，物料充分混匀，每次翻堆后多点取样组成混合样品，样品充分混合后取部分鲜样置于4℃冰箱中保存备用，部分鲜样自然风干用于养分测定。

1.3 分析测定方法

每天上午八点用水银温度计测定堆体温度，堆体温度选取中心点 （该点距堆肥地面、顶部及四周距离相等）及与该中点位于同一平面的两点 （该两点距左右边界及中心点距离均相等）作为测定点，共3点，取该3点温度平均值作为堆体温度，同时记录堆肥场地环境温度；总有机碳 （TOC）采用重铬酸钾氧化法测定；可溶性有机碳 （DOC）采用1:10纯水浸提，0.45μm滤膜过滤后经TOC分析仪 （德国耶拿、MultiN/C3100）测定；堆肥样品全氮 （TN）采用半微量凯氏定氮法，全磷 （TP）采用钼蓝比色法，全钾 （TK）采用火焰光度法；沼液和牛粪水样品经过硫酸钾消解后，全氮 （TN）采用紫外分光光度法测定，全磷 （TP）采用钼酸铵分光光度法测定，全钾（TK）采用火焰光度法测定；COD采用重铬酸钾法。

表1 堆肥原料的基本理化性状

1.4 数据处理

数据采用Excel 2003、SPSS11.5、Origin 6.0软件进行统计分析和作图。

2 结果

2.1 秸秆和奶牛场废弃物混合堆肥温度变化

温度影响微生物活动能力，进而影响微生物对有机物料的腐解，同时其变化也反映堆肥过程中微生物活动强度及堆肥进程。秸秆与养殖场废弃物混合堆肥各处理温度变化趋势基本相同，均经过快速升温、高温和降温3个阶段 （图1）。T1、T2、T3、T4和 T5处理堆温分别在堆肥开始后的2、3、2、3和3天超过50℃，50℃以上的持续天数分别为30、17、41、12和24天，均符合粪便无害化卫生标准的高温天数要求 （GB7959-1987）[1]（表2），其中T3处理持续天数最长，T4处理持续时间最短。不同处理分别在堆肥后的第6、5、5、3和7天达到相应的堆肥最高温度 74.3℃、60.6℃、72.3℃、59.1℃和 66℃（表 2）。

2.2 不同处理堆肥物料的碳、氮含量变化

图1 不同处理堆体温度变化

表2 堆肥过程温度特性

本试验各堆肥处理的有机碳含量均随堆肥进程呈下降趋势，各处理的有机碳含量在高温堆肥前期下降较快，后期趋于平缓。60天堆肥结束后，各处理有机碳含量分别降低了14%、5.5%、15.8%、4.45%和10.7%，其中T3处理的有机碳含量下降幅度最大，T1处理次之，T2处理下降幅度最小。各处理总有机碳含量在高温期分别下降了12.07%、4.77%、14.8%、4.25%和9.14%，占堆肥全过程总有机碳含量下降的86.21%、86.72%、93.67%、95.51%和85.42%。各处理50℃以上高温持续天数分别为30、17、41、12和24天，与堆肥全过程各处理的相应有机碳含量降幅呈极显著正相关 （r=0.965，P＜0.01），堆肥结束时，各处理有机质含量介于590.28～701.86 g/kg之间（图 2a）。

试验中T1处理全氮含量随堆肥进程逐渐增加，到54天达到最大值31.38g/kg，随后有所减少并保持稳定；T3和T5处理的全氮含量在前30天逐渐增加，随后有所下降；T2处理和T4处理的全氮含量在堆肥结束后增加较少，其中T2处理的全氮含量先缓慢增加，36天后缓慢降低，T4处理的全氮含量先缓慢增加，42天后下降。堆肥结束时，T1、T2、T3、T4和T5处理的全氮含量分别比堆肥开始时增加66.75%、50.89%、77.05%、43.08%和74.12%；堆肥结束时，各处理堆肥产物全氮含量依次为T3＞T1＞T5＞T2＞T4 （图 2b）。

图2 不同处理堆肥物料的总有机碳、全氮和C/N的变化

试验中T1、T3和T5处理的C/N随堆肥进程呈逐渐减小的趋势，并最终趋于稳定；T2和T4处理的C/N前期逐渐减少，而在第42天后逐渐增加 （图2c）。试验结束时各处理C/N分别由24.29、54.04、24.82、60.78和36.63降为12.55、33.82、11.45、40.59和18.79。有研究者提出采用堆肥终点C/N与初始C/N的比值 （T值）来评价腐熟度，并认为当T值小于0.6时堆肥才达到腐熟[2]。也有研究者认为T值应介于0.53~0.72或0.49~0.59之间[3]。该试验结束时，各处理T值分别为0.52、0.63、0.46、0.67和0.51，与上述研究结果一致。

2.3 不同处理堆肥物料的DOC含量变化

该试验各处理在60天的堆制过程中，T1和T3处理的DOC变化趋势相同，前24天先增加后减少，分别在第18天和第6天达到最大值2.59 g/kg和2.96g/kg，在随后的第30天和第42天又出现两个高峰，分别为2.49 g/kg、2.59 g/kg和2.25 g/kg、3.02 g/kg，42天后趋于减少；T2、T4和T5处理的DOC呈先增加后减少的趋势，均在第6天达到峰值，分别为2.11 g/kg、1.94 g/kg和2.39g/kg（图3）。

2.4 不同处理堆肥物料的全磷和全钾含量变化

各堆肥处理过程中全磷含量均呈上升趋势，在堆肥结束时，T1、T2、T3、T4和T5处理的全磷含量分别由开始时的 9.81g/kg、3.47g/kg、10.71g/kg、2.23g/kg和 2.11g/kg 增 加 到 12.02g/kg、4.80g/kg、20.06g/kg、3.49g/kg 和4.40g/kg，堆肥结束时的全磷含量比堆肥开始时分别增加22.43%、38.41%、87.37%、56.70%和100.09%；在堆肥结束时，不同堆肥处理全磷含量依次为T3﹥T1﹥T2﹥T5﹥T4 （图 4a）。

图3 不同处理堆肥过程中DOC含量变化

各堆肥处理过程中全钾含量均呈上升趋势，与兰时乐等人的研究一致[4]，分别由开始时的24.59g/kg、25.02g/kg、24.67g/kg、 26.54g/kg和 24.53g/kg增加到 30.04g/kg、32.44g/kg、39.49g/kg、33.02g/kg和 38.54g/kg， 堆肥结束时的全钾含量分别比堆肥开始时高22.19%、29.66%、60.11%、24.42%和57.12%；在堆肥结束时，不同处理全钾含量依次为 T3﹥T5﹥T4﹥T2﹥T1 （图 4b）。

堆肥结束时，各堆肥产物总养分 （N+P2O5+K2O）含量分别由开始时的 50.94g/kg、36.34g/kg、51.76g/kg、35.78g/kg和 34.35g/kg增加为 69.61g/kg、 49.10g/kg、89.45g/kg、46.54g/kg和63.33g/kg，其中T3处理总养分含量最高，T1次之，各堆肥终产物均符合国家有机肥的总养分含量标准[1]，是一种肥效较高的有机肥。

3 结论

图4 不同堆肥处理过程中全磷和全钾变化

（1）秸秆分别与沼渣、沼液、牛粪、牛粪水和尿素混合堆肥后，50℃以上堆体温度持续天数分别为30、17、41、12和24天，持续时间均超过7天，所有处理均符合粪便无害化卫生标准 （GB7975-87）对堆肥过程高温时间的要求。

（2）经60天堆肥后，T1、T2、T3、T4和T5处理的有机碳含量分别降低了14%、5.5%、15.8%、4.45%和10.7%，其中T3处理的有机碳含量下降幅度最大，T1处理次之，T2处理下降幅度最小。

（3）堆肥过程中各处理氮、磷、钾含量逐渐增加，堆肥结束后T3处理总养分含量最高 （89.45g/kg），T1次之 （69.61g/kg）。

（4）T2和T4处理尽管在高温持续时间和堆肥终产物总养分含量上低于T1和T3处理，但由于T2和T4处理是麦秸和沼液或牛粪水混合堆肥，每处理1t麦秸大约可同时处理1.8t沼液 （或牛粪水），在实际运行中有利于奶牛场降低养殖废水处理成本，并增加收益。

[1]潘顾昌，严秀宜，潘长庆，等.粪便无害化卫生标准GB7959-1987.中国标准出版社，1988

[2]Morl T L,Colin F,Germon J C,et al.Methods for the evaluation of the maturity of municipal refuse compost.London and New York:Elsevier Applied Science Publish,1985

[3]卢秉林，王文丽，李娟，等.添加小麦秸秆对猪粪高温堆肥腐熟进程的影响.环境工程学报，2010，4(4):926~930

[4]兰时乐，曹杏芝，戴小阳，等.鸡粪与油菜秸秆高温堆肥中营养元素变化的研究.农业环境科学学报，2009，28(3):564~569