不同促腐剂对菇渣-鸡粪混合物发酵的影响

吕乐福，刘佃平，赵旭东，高 翔

（1.国家化肥产品质量监督检验中心，山东 临沂 276000；2.山东史贝美肥料股份有限公司，山东 临沂 276000；3.兰陵县农业局土肥站，山东 临沂 276000）

不同促腐剂对菇渣-鸡粪混合物发酵的影响

吕乐福1，刘佃平2，赵旭东1，高 翔3

（1.国家化肥产品质量监督检验中心，山东 临沂 276000；2.山东史贝美肥料股份有限公司，山东 临沂 276000；3.兰陵县农业局土肥站，山东 临沂 276000）

选用菇渣与鸡粪为原料进行高温好氧堆肥，研究了不同促腐剂对菇渣-鸡粪混合物的腐熟过程及腐熟效果的影响。结果表明：接种促腐剂后，经发酵腐熟的菇渣-鸡粪混合物理化性质均得到一定改善，具体表现为堆肥升温加快，超过55℃高温腐熟天数增加，有机碳含量显著下降，氮、磷和钾累积养分明显增加；其中，接种B2菌剂的处理腐熟效果最好。经过发酵腐熟后，菇渣-鸡粪混合物中的重金属含量增加显著，但均符合NY 525—2012有机肥料标准限量要求，可以直接施用。

菇渣；鸡粪；促腐剂；发酵

近年来，随着环境污染的日益严重以及能源危机的不断加剧，再生资源循环利用越来越被关注。在种植业与畜牧养殖业生产过程中，会产生大量的有机废弃物，例如菇渣、秸秆、畜禽粪便等[1-2]，如果不及时处理，一方面会占用大量空间造成资源浪费，另一方面会造成环境污染，处理不当还会引起二次污染[3-4]。目前，常用的有机废弃物处理方法是高温好氧堆肥[5-6]，其原理是通过微生物作用使大分子有机物降解，同时释放大量的热，通过高温作用杀死病原微生物、蛔虫卵、害虫虫卵、杂草种子等，从而实现废弃物的无害化、资源化处理。然而，由于自然状态下堆肥中所含微生物的种类和数量有限[7]，加上发酵工艺条件的限制，传统的自然堆肥腐熟过程存在发酵周期长、养分损失大、堆肥质量不稳定等缺点，不利于有机肥的规模化生产和产业化经营，堆肥效果也无法保证。因此，试验以临沂市兰陵县当地种植业的菇渣下脚料和养殖业的鸡粪为原料，人为地接种不同配比的促腐剂进行条垛式高温好氧腐熟堆肥，研究了促腐剂对菇渣-鸡粪混合物腐熟过程及腐熟效果的影响，旨在筛选出适合当地生产的高效发酵腐熟菌剂，为当地有机固体废弃物资源的合理利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试菇渣取自临沂市兰陵县某平菇栽培基地，鸡粪取自临沂市兰陵县某养鸡厂，其养分含量见表1。

供试促腐剂由山东史贝美肥料股份有限公司自行筛选研发，为混合菌，包括细菌、真菌和放线菌，按照不同比例混合而成，分为3种剂型：剂型1，有效菌含量≥1×109CFU/g；剂型2，有效菌含量≥1×108CFU/g；剂型3，有效菌含量≥0.5×109CFU/g。

表1 菇渣和鸡粪的养分含量

1.2 试验设计

堆肥试验于2015年7～8月在山东史贝美肥料股份有限公司发酵场地进行，将菇渣与鸡粪按照4︰6（重量比）混合均匀，并控制含水量在60%左右。发酵方式采用条垛式，堆肥体积1.5 m×1.0 m×0.6 m，削平顶部并轻拍堆体，每隔5 d定时翻堆一次。试验设4个处理：（1）不接种促腐剂（CK）；（2）按0.03%堆体质量接种菌剂1（B1）；（3）按0.03%堆体质量接种菌剂2（B2）；（4）按0.03%堆体质量接种菌剂3（B3）。每个处理3次重复，共计12个处理。

1.3 试验方法

堆肥开始后，分别于第0、5、10、15、20、25、30天的上午10︰00点进行翻堆，翻堆前用水银温度计测定料堆20 cm处温度及室温，翻堆后按照前后左右与中心5点采样，每个点采样不少于1 kg，经四分法缩分至500 g备用。堆肥样品含水率采用105℃烘干恒重法测定；pH值测定前用去CO2蒸馏水按水土比5∶1浸提，采用Sartorius PB～10C型pH计测定；电导率（EC值）测定前用去离子水按水土比5∶1浸提，采用梅特勒-托利多SevenEasy电导率仪测定；总有机碳含量采用外加热重铬酸钾氧化法测定；全氮、全磷和全钾含量先用H2SO4-H2O2消煮后，分别用凯氏定氮法、钒钼黄比色法和火焰光度法测定；有害重金属含量（Pb、Cr、Cd、Hg和As）测定及限量要求均参考NY 525—2012有机肥料标准中方法[8]。

试验数据采用Excel 2007软件、SPSS18.0软件和OrigiPro8.0进行计算分析。

2 结果与分析

2.1 不同促腐剂对堆肥温度的影响

堆肥温度能够直观地反应堆肥过程中微生物降解有机物的程度，其升温的主要动力依赖于堆腐原料中微生物代谢释放的能量[9]。从图1可知，4个堆肥处理腐熟过程中温度变化趋势相同，均表现为前期温度快速上升，后期温度缓慢下降的趋势。与空白对照相比，接种促腐剂后，堆体温度升温较快，超过55℃的持续天数增加。高温过程有利于降解大分子有机物，杀死堆体中的有害病原菌、寄生虫及杂草种子，从而实现粪便无害化处理。不同促腐剂处理之间，B2处理升温最快，最高温度达72℃，其次为B3处理，B1处理效果最差；从超过55℃的高温持续天数来看，B2和B3处理均超过12 d，B1处理仅持续了7 d左右。总的来看，接种促腐剂有利于提高堆体微生物活性，改善堆体功能微生物群落结构，促使堆肥温度快速上升，增加高温持续天数，这与多数研究结论一致[10-11]。

图1 不同促腐剂处理堆肥温度的变化

2.2 不同促腐剂对堆肥含水率的影响

堆肥过程保持适宜的水分含量是堆肥成功的首要条件[12]。堆肥过程主要是微生物降解大分子有机物的过程，由于微生物缺乏有效的保水机制，因而微生物对外界水分变化极为敏感[13]。从图2可知，随着堆肥时间的延长，4个处理的含水率均呈现不同程度的降低，且表现为前期快速降低，后期缓慢减少的趋势。与空白对照相比，接种促腐剂的处理水分降低速度更快，堆体含水率均低于CK处理；不同促腐剂处理间，在堆肥前期（0～10 d），堆体水分含量从低到高排列依次为B2＜B3＜B1；堆肥超过10 d后，各处理间含水率有所区别，但差异变小；堆肥结束时，B1、B2和B3处理含水率分别为36.27%、34.01%和36.33%。堆体水分的散失主要与堆体结构、原料孔隙度、通风条件及发酵温度等因素有关，在该试验中主要是由于发酵温度上升、水分蒸发散失而导致的，堆肥温度变化趋势恰能印证这一论断。在整个堆肥过程中，高温发酵阶段（0～10 d），接种促腐剂处理平均含水量均保持在50%左右，可以满足微生物生长与繁殖要求，后期快速脱水对实现有机肥工厂化生产有着重要的意义。

图2 不同促腐剂处理堆肥含水率的变化

2.3 不同促腐剂对堆肥养分的影响

堆肥过程中，微生物在氧气的作用下将有机物转化为自身能量并释放出热量和二氧化碳[14]。堆料中碳素物质（糖、纤维素、半纤维素及木质素）主要作为微生物活动的能源和碳源。由图3可知，与未发酵物料相比，发酵处理有机碳含量明显降低；与CK处理相比，接种促腐剂处理的有机碳含量降低了8.12%～9.97%，差异达显著水平（P＜0.05），这表明促腐剂促进了堆肥物料中碳素物质的降解。不同促腐剂处理间有机碳含量差异不显著（P＞0.05）。

从图3还可以看出，堆肥发酵作用促进了大量元素养分的积累，其中全氮、全磷及全钾含量较发酵前物料分别增加了23.40%～29.79%、5.06%～15.19%、22.37%～27.63%。这是因为堆肥过程中，随着堆体有机质不断被降解，二氧化碳损失及水分蒸发，堆料中干物质减少，养分浓度因“浓缩效应”而增加。接种促腐剂后，在一定程度上促进了元素的积累，其中B1和B2处理全氮含量显著增加，但各处理全磷和全钾的增加量并不显著。不同促腐剂处理间，B2处理的全氮、全磷及全钾含量均最高，其中B2处理的全磷含量显著高于B3处理，但其他养分各促腐剂处理间差异不显著。

图3 不同促腐剂处理堆肥养分的变化

2.4 不同促腐剂对堆肥pH值与EC值的影响

堆肥结束后，腐熟产品的pH值过高或过低均不能直接施入土壤，一般应控制在5.5～8.5之间[8]。由图4可知，堆肥发酵产品pH值均较未发酵前降低了0.45～0.66个单位。这可能是由于堆肥发酵过程中微生物降解有机物而产生大量低分子有机酸，并在腐熟过程中形成稳定的腐植酸物质导致的[15]。与CK处理相比，接种促腐剂后堆肥的pH值均有所降低，但除B2处理外，其他处理间的差异并不显著。促腐剂处理的堆肥pH值从低到高排列依次为B2＜B3＜B1，各处理产品均符合NY 525—2012有机肥料产品要求。

EC值是反应堆体水溶性离子总浓度的指标，其大小与堆肥含盐量有关[16]。从图4还可以看出，经过堆肥发酵后，产品的EC值明显高于未发酵物料，这可能是由于堆肥过程大分子有机物分解为小分子，经矿化作用转化为离子状态导致的。与CK处理相比，接种促腐剂的处理中除B3处理外，B1处理和B2处理的EC值均高于CK处理；促腐剂处理的堆肥EC值从高到低排列依次为B2＞B1＞B3。有机肥料标准中对于EC值没有限量要求，在堆肥产品用作栽培基质时，一般认为EC值安全上限为2.60 mS/cm，菇渣与鸡粪接种促腐剂发酵后电导率值为2.52～2.67 mS/ cm，经过简单处理后可以作为栽培基质直接使用。

图4 不同促腐剂处理堆肥pH值与EC值的变化

2.5 不同促腐剂对堆肥重金属含量的影响

堆肥产品施用的安全性一直是有机农业生产者与农产品消费者重点关注的内容，其中就包括重金属含量是否超标[17]。堆肥中的重金属含量越高，其生物有效性就越强，施入土壤后的潜在风险就越大。由表2可知，与未发酵物料相比，堆肥发酵后重金属含量除Hg外，均不同程度显著增加，其中Pb、Cr、Cd和As含量分别增加了47.10%～75.41%、62.32%～110.51%、21.15%～36.54%和6.91%～21.45%。重金属含量增加是由于堆肥过程中水分、CO2挥发损失后，总干物质重量下降以及堆体体积减小浓缩所致，而Hg含量保持不变甚至减小可能与堆肥发酵中高温作用导致Hg挥发有关。接种促腐剂后，重金属含量浓缩效应更加明显（除Hg外），其中B2处理的Pb、Cr、Cd和As含量均最高，分别为15.12、5.81、0.71和3.34 mg/kg。根据国内现行NY 525—2012有机肥料标准中重金属限量要求判断，发酵后物料符合农业用肥指标控制要求，可以直接施用，但仍需严格控制生产流程，避免环境污染。

表2 不同促腐剂处理堆肥重金属含量的比较及限量要求（mg/kg）

3 结论与讨论

堆肥物料中有机物的降解是在不同种类微生物共同作用下进行的，适当加入外源菌剂可以对堆肥进程起到较大促进作用[18]。堆肥发酵过程一般分为升温、高温、降温和腐熟4个阶段，各阶段微生物菌落数量与组成有所不同，每种微生物所起的作用也有差异[19]。有研究表明，在自然堆肥初期接种微生物菌剂可以降解园林废弃物中的木质素和纤维素，缩短腐熟时间并提高堆肥产率，接种EM菌剂则有利于有机肥料机质的矿化作用[20-21]。该试验结果也表明，促腐剂对菇渣-鸡粪混合物的腐熟降解有一定的促进作用，具体表现为堆体升温加快，高温持续时间加长，腐熟效率提高等。

堆肥过程中有机物不断被降解，干物质逐渐减少，同时由于高温作用，堆体中含水率不断降低，堆体中无机养分会产生浓缩效应，使养分含量相对增加[22]。该研究发现，接种促腐剂后，能促进有机质的分解，加快堆体水分的蒸发，从而加剧“浓缩效应”，提高堆肥产品的养分含量，这与李杨等[22]的研究结果一致。杨坤等[23]的研究表明，在养分浓缩的同时，重金属总含量也表现出相同的趋势，但其最终产品重金属含量均低于相应国家标准限量要求，可以作为有机肥料直接施用于农田，但这类堆肥发酵产品仍需加强管理，避免因有机肥重金属含量过高而引起土壤环境再次污染。

总的来看，3种不同配比的促腐剂中，以B2菌剂的效果最好，因此认为B2菌剂是适合兰陵地区菇渣-鸡粪混合物高温发酵的菌剂。但研究仅在堆肥发酵初期接种了菌剂，在今后的研究中还应综合考虑各种因素，调整接种菌剂的时间与用量，以探求更加科学地高温好氧堆肥技术。

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（责任编辑：成 平）

EffectsofDifferentDecomposerAcceleratorsonFermentationPerformanceofMushroomResidue-ChickenManureMixture

LV Le-fu1，LIU Dian-ping2，ZHAO Xu-dong1，GAO Xiang3
（1. National Center for Quality Supervision and Testing for Fertilizers, Linyi 276000, PRC; 2.Shandong Shibeimei Fertilizer Co., Ltd., Linyi 276000, PRC; 3.Soil and Fertilizer Station, Agricultural Bureau of Lanling County, Linyi 276000, PRC）

In this study, decomposer accelerators were added to the compost with mushroom residue and chicken manure as raw materials, and effects of the decomposer accelerators on the fermentation performance of the compost were investigated. The results showed that the physicochemical properties of the mushroom residue and chicken manure were improved by adding decomposer accelerators. In the fermentation process, temperature rise of the compost was accelerated, days of decomposition at 55℃ or higher were increased, organic carbon content was decreased, and accumulated nutrients content of nitrogen, phosphorus and potassium increased significantly. Among the three treatments by adding decomposer accelerators, the treatment of B2 had a better effect on the fermentation performance. After the fermentation and decomposition, the heavy metals content in the mixture of mushroom residue and chicken manure increased remarkably, but the total content was in accord with the limited requirement of NY 525-2012 organic fertilizer standard, and the direct application of these products should pay attention to regulation, so as to avoid agricultural pollution.

mushroom residue; chicken manure; decomposer accelerator; fermentation

S141.4

A

1006-060X（2017）05-0048-05

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.005.014

2017-03-07

临沂市重大科技创新项目（临财企〔2014〕43号）

吕乐福（1986-），男，陕西咸阳市人，工程师，主要从事新型肥料研究与利用工作。

赵旭东