沙漠干旱地区羊粪好氧堆肥处理技术研究

2016-02-08李永涛

甘肃畜牧兽医 2016年22期

关键词：堆料羊粪温度

杨皓，李永涛

（甘肃省敦煌市畜牧兽医局，甘肃敦煌 736200）

沙漠干旱地区羊粪好氧堆肥处理技术研究

杨皓，李永涛*

（甘肃省敦煌市畜牧兽医局，甘肃敦煌 736200）

随着现代农业生产设施肉羊产业园的建设，肉羊养殖向规模化、集中化、集约化方向发展，羊粪高效、安全的利用成为当前发展现代农业生产和环境保护急需解决的重要问题。敦煌地处甘肃河西走廊最西端，属沙漠干旱气候，夏季气温酷暑干燥，7月～8月份，最高气温达40℃以上。为发展现代农业设施肉羊产业园，重点解决羊粪染污问题，在夏季开展羊粪堆肥发酵控制和调节试验，对堆肥产物的质量进行评判，取得发酵参数的标准，为该领域的研究提供理论参考。

羊粪尿；好氧堆肥；处理利用

羊粪中羊粪质地细密而干燥，肥分浓厚，含水分为65.5%，有机质31.4%，氮素为0.65%，磷为0.47%，钾是0.23%，含有机质比其它畜粪多，属“热性肥”，经发酵、防霉、除臭杀菌等处理，可加工成优质、高效的有机复合肥科，施于农田后能够改良土壤结构，提高土壤有机质含量，增强土壤肥力，促进农作物增产。同样数量的羊粪施到土壤中，肥效远高于其他畜粪。其肥料见效快，易做追肥，但要发酵后施用，否则容易烧苗。因此，对堆肥各项指标要严格把握，制做成有利于农作物生长的有机肥。

1 堆肥方式选择

畜禽粪便堆肥技术主要有三大类，条垛式堆肥、槽式堆肥和仓式堆肥，其中条垛堆肥系统中有条垛堆肥和强制通风静态垛堆肥，槽式堆肥有静态和搅拌堆肥，仓式堆肥系统中有搅动固定床式、包裹仓式和旋转仓式等[1]。敦煌四周被沙漠戈壁包围，干燥少雨，日温差大，气温较高，年平均降雨量39.9 mm，年蒸发量2 486 mm；属温热干旱气候，在发展现代农业设施肉羊产业园过程中，考虑解决粪便染污问题，结合对羊粪好氧堆肥原理、羊粪颗粒表面致密形态、过程影响、腐熟指标、现行工艺等因素，采用以露天条垛式、生物接种强化好氧堆肥技术，对羊粪无害化、资源化处理过程是一项有效的新工艺。露天条垛升温至50～55℃时间比槽式堆肥提前3 d左右[2]。露天条垛堆肥效果好，便于机械化翻堆，比其他堆肥方式投资相对较小。

2 好氧发酵参数

表1 堆肥发酵应具备的基本条件

3 发酵条件的控制与调节

3.1 水分控制

水分含量是堆肥过程中的重要影响因素，也是堆肥过程监测的重要指标之一。水分的作用主要为溶解有机物并参与微生物的新陈代谢和调节堆肥温度。最适宜含水量应为50%～60%，水含量过高或过低均不利于好氧堆肥的进行，含水量过低不利于微生物的生长；过高则会堵塞空隙、影响通风，导致厌氧发酵。当含水量低于40%时，微生物的代谢活动会受到抑制，堆肥将由好氧向厌氧转化，尤其当含水量低于15%时，菌体代谢活动会普遍停止；当含水量太高时，超过70%，物料空隙率低空气不足，不利于好氧微生物生长，减慢降解速度，延长堆腐时间，并产生H2S等恶臭气体。为了保证堆肥的顺利进行，堆料初始含水量（质量分数）应为40%～70%，过低和过高都会影响发酵过程[3]，而羊粪的含水率一般在50%～60%，需要加入吸湿性强的调节料以降低混合堆料的水分含量。

3.2 温度控制

温度是决定堆肥能否顺利完成的重要因素，直接影响微生物的活性与有机质的分解速度，从而影响堆肥的腐殖化程度。不同种类微生物的生长对温度的要求不同，嗜温菌的最适温度是30～40℃，嗜热菌的最适温度是45～60℃，高温堆肥的温度最好控制在50～55℃，不宜超过65℃，超过65℃就会对微生物的生长产生抑制。堆肥发酵是一个放热过程，若不加以控制，温度可达70～80℃，温度过高会过度消耗有机质，并降低堆肥产品质量，根据卫生学要求，堆肥至少要达到50℃并保持5～7 d以上才能保证杀灭堆肥中大肠杆菌及病原菌。在生产实践中常采用翻堆或强制通风办法控制温度。

3.3 碳氮比控制

堆料的C/N是指总碳与总氮的比值。C/N对微生物而言意味着营养物质的组成，在堆肥开始就需要考虑，也可以作为堆肥腐熟的指标。碳源是微生物利用的能源，氮源是微生物的营养物质，在堆肥过程中，碳源被消耗，转化成二氧化碳和腐殖物质，而氮则以氨气形式散失，或变为硝酸盐和亚硝酸盐，或由生物体同化吸收。因此，碳和氮的变化是堆肥的基本特征。堆肥最适C/N为25～35。若C/N过高（＞40），表明可供微生物消耗的碳源较多，而氮源相对缺乏，此时微生物生长受到抑制，有机物分解缓慢，发酵周期延长；而当C/N低于20时，此时可利用的氮源相对过剩而碳源较少，则氮极易转化为氨氮，后者易于挥发，从而导致氮素营养大量损失。堆肥过程中C/N不断下降，一般低于20时认为堆料已经基本稳定、腐熟。北方地区在生产实践中可采用在羊粪中添加有关原料调节碳氮比（可参考表2[4]），一般羊粪堆肥处理时可不调整C/N。

表2 几种常见有机废弃物的碳氮比

3.4 通风供氧的控制

氧气含量与堆肥过程中微生物的活动、温度、臭气释放等直接相关，通风主要作用是提供好氧微生物生长繁殖所必需的氧气，通过供气量的控制，可去除堆料中多余的水分，调节堆体温度，减少恶臭产生。羊粪堆体中适宜的氧气含量（体积分数）应为8%～18%。当氧气含量低于8%时，可能导致厌氧发酵，产生恶臭气味，堆肥失败；而当氧气浓度太高时，可能意味着通风量过大，会导致堆体冷却，堆肥周期延长，病原菌等大量存活。在生产中，可适时采用翻堆方式通风或设有其他机械通风装置换气，调节堆肥物料的氧气浓度和散热，同时应注意堆体堆积要松紧适度，保持物料间有一定的空隙以利通气。

3.5 pH值控制

pH值对堆肥过程也有影响，一般堆肥中微生物最适宜的pH值是中性或弱碱性，pH值太高或太低都会使堆肥处理遇到困难。许多研究者提出，pH值可以作为评价堆肥腐熟程度的一个指标[5]，堆肥原料或发酵初期，pH值为弱酸到中性，腐熟的堆肥一般呈弱碱性，较适宜的pH值应为7～9。SundbergC等研究了pH值（4.6～9.2）对生活垃圾堆肥过程的影响。研究发现：当pH值低于6时微生物的呼吸作用速率大大减低；而当pH太高时，会有助于堆肥过程中生成的氨氮的挥发，从而导致环境的污染以及有机肥品质的降低[6]。在实际生产中，如果原料pH值过低，为了调节原料的pH为7，可向每吨堆料中加入0.6～6.1 kg消石灰或0.8～8.5 kg的碳酸钙；相反，如果pH值过高，可加入新鲜绿肥或青草，它们分解产生有机酸，可以调节pH值至合适水平。一般情况下，堆体有足够的缓冲作用，使pH值稳定在可以保证好氧分解的酸碱度水平。

3.6 辅料的应用

堆肥中一般需要加入一些辅料，用以调节堆料的C/N比、水含量等。此外这些辅料本身也是亟待处理的生物质资源，也可以通过堆肥处理加以利用。一般作为补充性碳源的高含碳量辅料主要有麦草、锯末、秸秆等；可以作为水分调节剂的辅料则主要是蔬菜渣、生活垃圾等。辅料加入在羊粪中时混匀等操作劳动量大，不适合养羊场等只需要处理羊粪的场所。在设施肉羊产业园建设中，为解决好羊粪便污染问题，根据羊粪污外表致密、内芯多孔的结构特点，以及总体C/N比适合直接堆肥的特性，提出了羊粪污颗粒直接堆肥的思路[7]。试验结果表明：产物中N、P含量随堆肥的进行而增大，且最终产物中粪大肠菌群数＜3个/g，未检验出蛔虫卵，实现了粪污无害化处理。

4 堆肥产物的质量评判

4.1 物理评判标准

羊粪发酵腐熟后，堆肥体积，比刚堆时缩小2/3～1/2，发酵温度降低到45℃以下，从颜色气味看，腐熟堆肥的秸杆变成褐色或黑褐色，有黑色汁夜，具有氨臭味，用铵试剂速测，其铵态氮含量显著增加，无臭味，不吸引蚊蝇，放置一两天后表面有白色或灰色的霉菌出现[7]。

4.2 化学评判标准

发酵产物的pH值在7.5～8.5之间，碳氮比（C/N）不大于30∶1；腐殖化系数，为30%左右[8]；氮、磷、钾总有效养分≥5%，有机质≥32%，水分≤50%[8]，符合GB7959中关于粪便无害化卫生要求规定，蛔虫卵死亡率95%～100%，粪大肠杆菌值101～102，有效控制苍蝇孳生，堆肥周围没有活的蛆、蛹或新羽化的成蝇[9]。

4.3 生物评判标准

植物种子发芽指数（GI）是判断堆肥的植物毒性和腐熟度最具说服力的参数之一，发芽率GI≥50%表示有机肥基本腐熟，GI≥0.7以上表示已经完全腐熟[10]。