牛粪和秸秆好氧堆肥发酵技术

刘术均

（辽宁省农业科学院，辽宁沈阳110161）

我国是农业大国，每年养殖业和种植业都会产生大量的农业废弃物，据统计，养殖业每年大约产生3.8 亿t 的禽畜粪便，综合利用率不足60%，种植业每年产生的秸秆近9 亿t，约有2 亿t 未被有效利用[1-3]。这些未能被综合利用的农业废弃物中含有丰富的有机质和农作物生长所需的营养成分，同时存在不利于农作物生长和人类健康的病原菌、虫卵、重金属和抗生素，这些农业废弃物如不加以综合利用、变废为宝，而是随意排放、肆意焚烧，将会对生态环境造成极大危害。

2016 年中央1 号文件中关于加快转变农业发展方式做出明确部署，对于农业废弃物资源的再利用给予高度重视，国内许多专家学者一直在研究和倡导农业废弃物无害化处理和综合利用技术，目前应用较为广泛的是农业废弃物的好氧堆肥发酵技术，就是将农业废弃物进行堆制，并利用农业废弃物原有的好氧菌或人为添加微生物菌剂，对农业废弃物进行生物降解，从而达到无害化并实现资源再利用的技术。该文研究并阐述了牛粪和秸秆的好氧堆肥技术，以期为养殖场和有机肥厂农业废弃物的无害化处理提供依据。

1 原料和场地的准备

1.1 牛粪和秸秆的准备

发酵的原料主要是牛粪和玉米秸秆，最好是干料，不含其他杂质；好氧发酵堆体的初始含水率和物料的粒度是发酵成败的关键，有研究表明，好氧发酵初始含水率为55%～65%时，堆体中微生物活性最大、堆肥效果最佳[4]，水分高于60%，氧气活动被抑制，微生物活力下降，容易转化为厌氧活动。因此，如果原料是鲜牛粪和鲜秸秆，需进行晾晒，晒干后将大块的牛粪进行简单粉碎，再将晒干的秸秆粉碎成小于1 cm 的小碎块，各自堆放备用。

1.2 腐熟剂的准备

外源微生物可加速堆肥初期基质的分解，提高堆体温度，也能加快木质纤维素的降解，促进堆体后熟，缩短堆肥周期。该试验发酵菌剂由河南益加益生物工程有限公司提供，主要由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧芽孢杆菌、植物乳杆菌及多种有益菌复合而成，平均每1 t 物料可用0.5～1.0 kg 发酵菌剂，为了使菌剂和物料混合均匀，先将发酵菌剂与一定量的米糠、麦麸或谷粉等均匀混合配制成腐熟剂备用。

1.3 场地的准备

根据发酵物料的多少选择适宜的场地，尽量选择地势平坦、能够避雨且通风良好的地方，一般选择通风好的仓库、简易房或遮雨棚。好氧堆肥发酵效果不仅受物料堆温度、湿度的影响，还要保证一定量的氧气供应，需要经常进行翻堆、喷水等操作，如果发酵量比较大，除了考虑供水设备还要考虑铲车等机械设备的操作，因此，场地要足够开阔，并且能够遮雨，还要设计好堆体的大小和距离，要方便铲车的操作和物料的运输。

2 堆肥过程

2.1 堆肥时间

在辽宁地区，好氧堆肥发酵最好选择每年5—10月，外界环境温度相对较高，有利于提高堆体的温度，保证堆体内微生物良好的活性，可缩短发酵周期，并且通风、喷水、翻堆等操作也比较方便。其他时间，外界环境温度低，会影响堆体的整体温度，物料堆内外温差大，发酵不均匀，从而影响堆肥发酵的效果，还会延长堆肥发酵的时间，不利于好氧堆肥发酵。

2.2 堆肥方式

物料堆的截面一般呈梯形，如果发酵量不大，可堆成下底宽1.5 m，高1～1.2 m，长度为2～3 m 的小堆，如果发酵量比较大，场地允许，可以堆成下底宽2 m，高1.2～1.5 m，长度为3～5 m 或8～10 m 的大堆，堆与堆之间距离5～8 m，方便铲车翻堆和物料的运输。

2.3 物料混合

物料混合初始C/N 是影响堆肥发酵效果的关键性因素，微生物活动需要适宜的C/N，田智辉[4]、李国学[5]等研究表明，C/N 为25∶1～30∶1 时，堆肥效果最佳。N 元素是微生物生产繁殖的主要营养成分之一，C/N 过高会影响微生物活性，使堆体温度上升缓慢，缩短高温期时间，延长了堆肥时间，影响堆肥品质；当C/N 过低时，堆体中水溶性盐分高，不利于堆体中有机物质无机化。通过对牛粪和玉米秸秆中C源和N 源的检测和计算，最终确定牛粪和玉米秸秆按照5∶2 的质量比进行混合，满足C/N 为25∶1～30∶1 的条件。混合时可以分层混合，并按照混合物料添加0.5～1.0 kg/t 的发酵菌剂的比例，将提前准备好的腐熟剂与牛粪和秸秆进行混合，边混合边喷水，再用铲车反复翻堆直至混合均匀，将物料堆截面大致呈梯形，可堆成下底宽1.5 m，高1～1.2 m，长度为2～3 m 的小堆。

2.4 监测设备放置

在每个物料堆两侧上中下部位分别放置5～10个堆肥专用温度/含水率传感器和堆肥专用氧气含量分析仪，时刻监测堆体内30～50 cm 处温湿度及氧气含量的变化。

2.5 水分管理

水分对堆肥成功与否至关重要，有研究表明[6]堆体水分控制在55%～65%，微生物活性最大，堆肥效果最好。水分过高或过低都会影响微生物的活性，因此，在好氧堆肥发酵过程中，随着堆肥时间的延长，物料堆水分会蒸发，要经常监测物料堆水分含量，及时补水，保证物料堆水分在55%～65%，才能确保微生物的最大活性。

2.6 温度管理

堆肥的过程中，温度是持续变化的，堆肥最佳温度控制在45～55℃之间，温度高于70℃将会对物料堆内微生物产生有害影响，一般温度超过60℃时，可通过翻堆来降低温度。因此，及时掌握堆体内的温度十分重要。

2.7 气体管理

好氧堆肥发酵过程中，除了温度、水分适宜之外，还需要给微生物提供足够的氧气。堆肥过程中适宜的氧气含量为8%～18%，低于8%堆体内微生物生命活动受限，易产生厌氧发酵，需要通过翻堆来进行通风换气，补充氧气。

2.8 综合控制

堆肥刚开始2～3 d，温度会升高到60～70℃，如果湿度在要求的范围内，可以通过单独翻堆来降低堆体的温度；随着堆肥时间的延长，水分会蒸发，并伴随温度的升高，因此要经常监测温湿度仪和氧气仪，发现温度超过60℃，水分低于40%，及时进行翻堆降温并补充堆体水分，让物料堆的含水率最好控制在55%～65%的范围内，温度控制在60℃以下。这样操作可以确保堆体中各类微生物的活性最大、堆肥发酵的效果最佳，温度过高或水分过低都不利用微生物的活动。

随着堆肥时间的延长，物料堆的温度也呈现先增后降的规律性。在好氧发酵的前20～30 d，微生物活动剧烈，会不断分解大量的有机质，从而使堆体的温度不断升高，因此发酵前期温度经常突破60℃，水分散失也快，因此翻堆降温、补水的操作也比较多，1 个月以后，随着有机质的分解，堆体的温度会逐渐下降，翻堆和补水的次数也随之下降，此时温度一般在45～55℃之间，很难达到60℃。为了确保充足的氧气供给，当氧气含量低于8%时，堆体内微生物生命活动受限，易产生厌氧发酵，所以要结合湿度情况，及时翻堆喷水。

3 腐熟程度的判断

堆肥一般经过20～30 d 的高温期和20～30 d 的适温期，基本可发酵完全。根据GB7959-2012《粪便无害化卫生标准》规定，堆肥温度保持在50℃以上，7～10 h，即达到无害化标准[7-8]，该方法一般50℃以上可达20 d，完全达到GB7959-2012《粪便无害化卫生标准》的规定。腐熟情况一般凭借感官也可以判断，物料堆经过50～60 d 堆肥发酵后，氨味和粪臭味减弱，玉米秸秆和牛粪的颜色也变成黑褐色。如果玉米秸秆仍呈块状，还可以继续腐熟2～3 个月，温度控制在45～55℃，湿度控制在55%～65%范围内，监测堆肥专用氧气分析仪及时翻堆，增加堆体氧气含量，牛粪和秸秆会进一步腐化，物料堆中的有害虫卵被杀死，有害物质被降解，牛粪会由原来的大块变为疏松均匀的小颗粒，秸秆也会腐化成细碎的小块，经过加工过筛，变成可以使用的基质原料。

4 应用前景展望

好氧堆肥发酵技术就是通过细菌、放线菌和霉菌等微生物利用物料反应堆中的有机物质等成分进行生长繁殖，并将各种物料转化成腐殖质的过程，经过该好氧堆肥发酵技术处理2～3 个月的发酵物，有机质含量达到45%以上，N+P2O5+K2O 含量达到5%以上，酸碱度、粪大肠菌群、总铅、总铬、总砷、总镉、总汞、蛔虫卵死亡率等指标均满足GB7959-2012《粪便无害化卫生标准》和NY525-2012《有机肥料》标准。因此，该技术适用于各类禽畜粪便的无害化处理和有机肥厂有机肥料的生产。随着脱贫攻坚的不断深入和决胜全面小康的推进，生态与发展并重的理念不断深入人心，“绿水青山就是金山银山”，禽畜粪便和作物秸秆不再是无处安放的生活垃圾，好氧堆肥发酵技术可以让它们变废为宝，实现农业与生态的可持续发展。