混合粪便发酵制有机肥工艺条件的优化

刘 霞,黄 艳,张华知

(四川化工职业技术学院,四川 泸州 646000)

农村有些地方大量堆砌畜禽粪便，给环境卫生带来了很大的压力的同时又滋生大量的苍蝇蚊虫，给养殖安全及从业人员健康均带来严重的威胁。畜禽粪便虽可直接用于农作物、农产品，但没有经过发酵处理的粪便有机质分解，会造成农作物烧苗等伤害[1-2]。将畜禽粪便制成有机肥不仅可解决牛粪肥效低的问题还可改善土壤板结问题，减少化学肥料的施用[3-4]。近年来，学者甚少研究畜禽粪便混合起来综合发酵制有机肥，本研究采用混合粪便作为发酵原料，以发酵肥料有机质含量变化为判定指标[5]，采用正交优化试验，研究不同处理方法和发酵条件对牛粪中氮含量的影响，目的在于找到最优的混合粪便发酵方法，为大规模的畜禽粪便发酵制有机肥提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

发酵原料：牛粪、鸭粪、鸡粪(三种粪便按5∶1∶1作为发酵原料)；辅助原料[6]：木屑、麦秸、棉籽壳、玉米干、大豆饼粉、杂草、玉米粉；发酵添加菌种：热带念珠菌、白地霉、枯草芽孢杆菌、乳酸菌、放线菌、酵母菌、硝化细菌。

1.2 菌液的制备

细菌菌液制备：斜面培养基上挑取小块枯草芽孢杆菌、乳酸菌、放线菌、硝化细菌接种于LB液体培养基，37℃中旋转振荡(60r/min)20h后显微镜下调节每ml菌液含总菌数为200亿CFU左右方可使用。

真菌菌液的制备：平板培养基上挑取小块含菌丝的热带念珠菌、白地霉、酵母菌菌种接种于沙保罗琼脂培养基，25℃中旋转振荡(60r/min)数天。当每100菌液含菌丝体1g(干重)方可停止发酵。

1.3 测定指标

化学指标：有机质的测定，精确称取1g试样，置于已恒重的瓷坩埚中，将坩埚放入马弗炉中同样温度下灼烧10min，同样冷却称重，直到恒重。

1.4 粪便发酵有机肥的方法

将牛粪、鸭粪、鸡粪按5∶1∶1混合拌匀，脱水，再加营养原料混合拌匀。而后将堆肥翻倒2～3遍，堆成高约0.5s、宽1m的长方形物料堆，并在堆顶打孔通气。最后用长方形塑料布将肥堆覆盖，起到保温、保湿、保肥作用。发酵数天后做翻堆处理，堆20天后测定发酵产物有机质含量。

1.5 正交优化试验

根据单因素试验结果，采用5因素4水平的正交表对微生物菌剂种类、接种量，原料含水率、辅助原料、翻堆次数五个因素进行正交组合，采用有机质含量对发酵结果进行评价。进行L1645正交试验(表1)。

表1 鸭粪、鸡粪、牛粪混合粪便发酵正交试验因素水平表

1.6 数据统计与分析

采用SPSS 17.0进行正交试验设计及方差分析，采用DPS进行最小显著差异(LSD)分析，图表绘制采用Excel 13.0绘制。

2 结果与分析

2.1 正交优化试验

表2 正交试验结果

表2(续)

对表2进行方差分析，结果表明，菌剂种类和翻堆次数对混合肥发酵的有机质的分解的影响最大，而接种量、含水率、辅助原料的影响较小。5个因素对有机质分解的主次影响大小为：翻堆次数>菌剂种类>辅助原料>接种量>含水率。

由表2画出直观分析图(图1)：有机质含量要求最小，可明显看出最优的发酵组合是：A4B2C1D4E2,即添加玉米杆作为辅助原料，微生物菌剂为硝化细菌、接种量为4‰，含水率为55%，发酵期间翻堆3次，平均6天翻堆1次的发酵效果最好，但此最优组合并不在试验中，试验得出的最优组合A4B4C1D3E2，两者不同，需进一步试验验证。

图1 由表2画出的直观分析图

3 讨论

正交试验发现3个处理(2、6和16)的发酵效果较好，不可分解有机质含量下降到35%左右，分析原因可能是与采用的粪便种类、菌种接种量和原料含水率有关。如实验前查询综合资料，考虑对猪粪发酵采用的接种量为1.5%，含水率70%[7]，对牛粪发酵接种菌群数量为3.5‰，含水率40%[8]。

本研究可变废为宝，建立鸡、鸭、牛粪混合发酵的优化条件，一次性对三种污染源进行无害化和资源化加工处理，为大规模的制造生物有机肥提供一定的数据基础。