菌剂添加对蔬菜用农家肥发酵效果的影响

马跃，邱鹏飞

（1.中国中化集团有限公司农业事业部，北京100000；2.中化农业<临沂>研发中心有限公司，山东临沂276000）

在畜禽粪便当中，猪粪里发营养成分是很丰富的，可以做肥料使用，不仅促进蔬菜的生长发育有很大的帮助，而且还能防止蔬菜土壤板结，促进蔬菜的根系发达，预防土壤病害，使蔬菜达到增产增收的目的[1，2]。但是猪粪必须经过适当处理才可以做有机肥使用。未经处理的猪粪直接施用在蔬菜上容易导致有害菌的繁殖，使蔬菜生长产发生多种病虫害。

将畜禽粪便进行堆肥处理，利用微生物的降解作用将有机物转化成稳定的腐殖质，堆肥后返田为土壤提供大量腐殖质和有机态的营养物质[3]，这是一条环境友好的可持续发展之路，既能利用废弃物，又可以涵养土地，促进生态修复和自然环境改善。但近年来随着规模化养殖的快速发展，畜禽粪便对环境造成的污染日益严重，我国畜禽粪便的总体土地负荷值已超过0.49，呈现出比较严重的压力水平（小于0.4 为宜）[4]。多数规模化养殖厂均未进行环境影响评价，而且设施相对比较落后，节能减排和对畜禽粪便无害化处理及资源化利用是现阶段我国畜禽养殖业实现可持续发展面临的新挑战[5]。在处理畜禽粪便的过程中避免不了会出现发酵腐熟程度低、周期长等问题，通过添加外源菌剂提高发酵温度、杀死或控制病原微生物的生长，改善微生物群落结构，提高有益菌群在有机肥中的比例，同时提高畜禽粪便的腐熟度，达到改善土壤理化性状，提高土壤肥力，促进作物生长，防治土传病害的目的[6]。本研究从腐烂秸秆和畜禽粪便中筛选4 种较好的发酵菌株，将其与酵母菌复配，制得3 种复合菌剂，对猪粪不同处理发酵过程中温度、发芽指数（GI）的变化情况，以及腐熟成品的常规指标进行了测定，以便于解决畜禽粪便对环境的污染，同时提高畜禽粪便发酵成品的质量，缩短发酵时间，节约成本。

1 材料与方法

1.1 供试材料

菌剂选用从腐烂秸秆和畜禽粪便中自主筛选的菌株淡紫拟青霉D1、哈茨木霉H1、枯草芽孢杆菌K1、圆褐固氮菌Y1，与酿酒酵母复配后制得三种复合菌剂，分别为MT1（D1、K1、Y1 和J1 复配）、MT2（H1、K1、Y1 和J1复配）、MT3（D1、H1、K1、Y1 和J1 复配），MT1、MT2 复配菌剂各物质之间的比例为1:1:1:1，MT3 复配菌剂各物质之间的比例为1:1:1:1:1。新鲜猪粪购于河南南阳牧原食品股份有限公司，统糠和粉煤灰由湖北石首稼宝肥业有限公司提供。黄瓜种子购于天津宏丰蔬菜研究有限公司。猪粪、统糠和粉煤灰养分含量指标如表1 所示。

表1 各材料原始指标含量（均以湿基计）Table 1 Contents of raw indicators for each material(all measured on a wet basis)

1.2 试验方案设计

试验选择在湖北省石首市稼宝生物肥业有限公司进行。试验采用新鲜猪粪，经检测水分含量为60.67%，每个处理添加统糠150 kg、粉煤灰2.5 t 和不同的发酵菌剂各5 kg、猪粪25 t。CK 为对照组不添加菌剂；MT1、MT2、MT3 处理分别添加MT1、MT2、MT3 复合菌剂混合均匀，使含水量达到55%左右，C/N 为28:1，将其堆成长27 m、高1.7 m、底宽6 m 的堆体，每个处理之间用塑料膜隔开，堆体下方进行曝气，上部覆膜处理，进行好氧发酵，每天用温度计监测温度，从第三周开始进行黄瓜发芽指数的测定，试验周期定为5 周。

1.3 试验指标测定

1.3.1 温度监测

每天进行温度监测，每个处理选取堆体两边和上部3 个点测定，取样深度为堆体30～60 cm。

1.3.2 黄瓜种子发芽指数的测定

从第三周开始取样，每周各测一次。每个处理周围和上部取9 个点，取样深度为30～60 cm，共500 g 样品，混合均匀后送中化农业临沂研发中心实验室测定。

称取堆肥样品10.0 g，置于250 mL 锥形瓶中，按固液比（质量: 体积）1:10 加入100 mL 的去离子水或蒸馏水，封口膜封口后垂直固定于摇床上，转速为170 rpm/min，在室温下浸提1 h，取下静止0.5 h 后，取上清液过滤，收集浸提液，摇匀后备用。在9 cm 培养皿上垫上两张滤纸，放入大小均匀、颗粒饱满的黄瓜种子15 粒，加入堆肥浸提液5 mL，盖上皿盖，在25 ℃的培养箱中避光培养48 h，统计发芽率并测量根长。每个样品3 个重复，以去离子水或蒸馏水作对照。

发芽指数GI 的计算公式参考文献4 的方法[4]，具体见式（1）。发芽指数试验评价如表2 所示。

表2 黄瓜种子发芽指数的试验评价Table 2 Evaluation of germination index test

1.3.3 理化与微生物指标

农家肥国家标准各指标测定：第五周时各处理分别测定总养分（氮、磷、钾）、有机质、含水量、pH，挑选腐熟度最高的处理和对照组测定重金属（铬、镉、砷、汞、铅）、抗生素（土霉素、金霉素、四环素、强力霉素）、粪大肠菌群和蛔虫卵死亡率等指标，测定方法由中化农业临沂研发中心参照中华人民共和国有机肥行业标准NY525-2012要求进行[7]。

1.4 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 软件对试验数据进行整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同菌剂处理对发酵温度的影响

猪粪添加复合菌剂试验温度记录情况如图1 所示，各处理温度上升速度为MT3＞MT2＞MT1＞对照组；发酵最高温度为MT3＞MT2＞MT1＞对照组。前期温度上升较快，尤其是添加MT2 和MT3 复合菌剂的处理，与对照组相比有明显差异，添加MT1 菌剂的处理与对照组相比差异不明显。而且添加MT2 和MT3 复合菌剂的处理温度较高，可达70 ℃，远高于对照组，三周以后各处理发酵温度开始下降，逐渐趋于平稳接近55 ℃，但添加MT2 和MT3复合菌剂的处理温度仍高于对照组。结果表明添加MT3和MT2 复合菌剂能够促进猪粪发酵温度迅速上升且保持较高温度，高温有利于杀死有害微生物，同时可以促进粪便中纤维素、半纤维素等物质的分解，缩短发酵时间，提高腐熟程度。

图1 不同处理发酵温度变化情况Table 1 The change of fermentation temperature in different treatments

2.2 不同处理对黄瓜种子发芽指数的影响

图圆 不同处理的堆肥对黄瓜发芽指数的影响Fig.2 Effects of different treatments on cucumber index of compost

分别采集各处理发酵第三、四、五周时的样品进行黄瓜种子的发芽试验，确定腐熟程度。检测结果如图2 所示，第三、四、五周黄瓜种子的发芽指数为MT3＞MT2＞MT1＞对照组，在第三周时对照组黄瓜种子发芽指数为74.35%，未完全腐熟，有一定的风险，添加MT3 和MT2复合菌剂的处理发芽指数超过80%，分别达到87.47%和80.81%，已经完全腐熟，安全性高，与对照组相比均差异显著；添加MT1 复合菌剂的处理与对照组相比差异不显著，说明在第三周时添加MT3 和MT2 的处理已经腐熟。

在第四周时各处理条件下黄瓜种子发芽指数均超过80%，已经完全腐熟，其中添加MT3 和MT2 复合菌剂的两个处理条件下黄瓜种子的发芽指数超过100%，分别达到115.61%和108.51%，对照组发芽指数为86.34%，在第五周时添加复合菌剂的三个处理条件下黄瓜种子的发芽指数均超过100%，对照组发芽指数为97.84%，均已完全腐熟，安全性高，第三、四、五周添加MT3 复合菌剂的处理与添加MT2 复合菌剂的处理相比差异均不显著；第四、五周添加MT3 和MT2 复合菌剂的两个处理与对照组相比差异均显著；添加MT1 复合菌剂的处理与对照组相比差异不显著；说明添加复合菌剂可以提高有效促进猪粪发酵，三周即可达到完全腐熟，使用安全性高，同时也可以缩短发酵时间，其中MT3 菌剂效果最好，MT2 菌剂次之。

2.3 发酵第五周时各处理的发酵结果

第五周发酵完成时各处理发酵结果如表4 所示，对照组猪粪通过发酵后有机质含量为57.93%，添加复合菌剂的各处理有机质含量分别为MT1 62.28%，MT2 56.22%、MT3 58.35%，而且各处理总养分含量、pH 值和含水量均处于国家标准规定的范围内。

表源 猪粪发酵第五周时各处理的发酵结果Table 源 Fermentation results of each treatment during the fifth week of pig manure fermentation

进行重金属检测，结果发现MT3 处理和对照组重金属铬、铅含量均低于国家标准，且其他重金属指标均未检出。MT3 处理和对照组粪大肠菌群数均小于3.0 MPN/g，蛔虫卵死亡率均达到100%；结果表明添加MT3复合菌剂的处理和对照组各指标均达到了国家有机肥料标准的要求，说明MT3 菌剂可以有效促进猪粪发酵，能作为有机肥料进行农业推广应用。

3 小结与讨论

近年来，国家农业部门高度重视蔬菜生产中化肥减施增效技术的研究与推广[8]。农家肥目前在我国已形成较大的生产规模，在降低化肥使用量、提高化肥利用率和减少因化肥过量使用导致的环境污染等方而取得了较好的效果[9]，而农家肥的主要原料就是畜禽粪便，畜禽粪便如果不能得到充分高效的处理利用，一方面会造成资源浪费，另一方面，也会造成污染环境。畜禽粪便清洁生产、无害化处理、资源化利用极为重要。畜禽粪便发酵成品各指标是否符合国家有机肥料标准是判断其是否发酵完全的标志，由于成本低、无害化程度高、腐熟效果好、处理能力大，堆肥腐熟发酵仍然是我国今后长时期内养殖业畜禽粪便处理常用和主要的方式[10]，但是传统简单化堆肥发酵，猪粪很难达到无害化的要求，越来越多的研究者就开始探索高效的发酵方式，其中添加外源发酵菌剂就是一种重要手段[11,12]。

本研究主要通过添加不同的外源发酵菌剂对猪粪进行好氧堆肥发酵，结果表明添加外源发酵菌剂可显著促进猪粪堆肥达到升温快、温度高的效果，结合曝气可以在短时间内腐熟完全，尤其是添加MT3 复合菌剂的处理温度最高可达70 ℃，高于对照组，可更有效地杀死蛔虫卵和其它病原微生物，而且在第三周时发芽指数已经超过80%，远高于对照组，第五周时各指标已均符合国家有机肥料标准，腐熟效果最佳，说明MT3 复合菌剂可作为发酵猪粪的菌剂使用。本研究为添加菌剂发酵猪粪提供了依据，并通过探索新的畜禽粪便发酵技术研发出更为高效的发酵菌剂，加快了畜禽粪便的转化效率，以便更好地服务于农业生产。