不同发酵物料对牛羊粪堆肥腐熟效率的影响

2021-12-17孟阿静赵红霞阿依努尔艾海买提艾斯卡尔吐地努尔买买提木沙邵华伟王新勇

农业科技通讯 2021年12期

孟阿静赵红霞阿依努尔·艾海买提艾斯卡尔·吐地努尔买买提·木沙杨莉邵华伟王新勇

（1.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所乌鲁木齐 830091；2．库车市农业技术推广站新疆库车 842000；3.阿克苏地区林业技术推广服务中心新疆阿克苏 842008）

近年来，随着我国农业迅速发展，每年产生的有机废弃物数量不断攀升，总量超过40亿t，其中畜禽粪便占比65.3%，作物秸秆占比17.5%[1-2]。秸秆与牛粪的合理化配比，可使资源得以有效利用，减少农业污染，提高农民经济收入，堆肥是资源化处理农业废弃物的有效途径[3-4]。堆肥后施入土壤可以有效增加土壤有机质，改善土壤结构，提高土壤生态活力，促进土壤养分充分释放[5]。本研究以牛羊粪为主料，研究添加菌棒、短棉秸秆、杂草3种物料对堆肥腐熟的影响，选出最佳物料配比，为库车市牛羊粪堆肥处理提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

堆肥物料：新鲜出圈牛粪和羊粪、粉碎的棉花秸秆（直径2～5 cm）、蘑菇菌棒（直径2～5 cm）、杂草（直径5～10 cm）、水、尿素。发酵菌剂：人元公司生物发酵菌剂。3种不同生物发酵物料在同一温度下进行堆肥发酵。

1.2 试验时间和地点

堆肥试验于2020年9月26日至11月9日,试验在库车市比西巴格乡牛场村温棚内进行。

1.3 试验设计及样品采集

试验按照堆肥发酵菌剂、水分一致，物料配比不同的处理方式，共设4个处理。处理物料1：羊粪+牛粪+菌棒+人元发酵菌剂；处理物料2：羊粪+牛粪+短棉秸秆+人元发酵菌剂；处理物料3：羊粪+牛粪+杂草+人元发酵菌剂；处理物料4：羊粪+杂草+人元发酵菌剂。各处理牛羊粪质量比为1∶1，棉秸秆、菌棒和杂草添加量全部为总物料的2%，生物发酵菌剂为人元发酵菌剂，添加量为100 g/t，水分控制为55%，混合均匀后随机排列在温棚内。每处理堆肥物料堆成长×宽×高为3.40 m×1.85 m×1.41 m的梯形，每隔7 d取样1次，从堆体表层、中层、内层各取样300 g，多点取样混合均匀后置于自封袋中送实验室检测。

1.4 试验测定指标

1.4.1 堆体温度测定将水银温度计从堆体顶部垂直插入各处理组，深度为50 cm，每天于上午11:00、下午18:00读取堆体温度，同时记录室内环境温度。

1.4.2 样品养分测定样品水分、pH按照NY 525-2012标准进行检测；水解氮按照LY/T 1228-2015、有效磷按照GB 8573-2017、速效钾按照NY/T 889-2004标准进行检测。

1.4.3 种子发芽指数的测定取新鲜堆肥样品与蒸馏水按固液比1∶10混合,于离心机中200 r/min离心1 h后4 000 r/min离心10 min，将上清分装到洁净10 mL离心管中,得到堆肥水浸提液4℃保存。取一张大小合适的滤纸放入干净无菌的培养皿中,均匀放入20粒白菜种子,加入上述浸提液10 mL，同时以蒸馏水作对照,每个样品3次重复。25℃恒温培养箱培养24 h后取出,观察发芽情况及种子根长,计算发芽指数（GI）。计算公式：发芽指数（%）=样品发芽数×根长×100/对照发芽数×根长。

1.5 数据分析

本试验采用SPSS 17.0和Excel数据处理软件对数据进行差异显著性检验与分析。

2 结果与分析

2.1 不同物料对堆肥温度的影响

物料配比不同，对堆肥发酵温度影响也有所不同。由图1可知,随着堆肥时间的不断延长,各处理组堆体温度呈现先升高后下降的趋势。在堆肥5 d时，物料2处理率先进入高温期45℃，其他3个处理温度未升到45℃，物料1处理最低，只有43℃。

图1 添加不同物料对堆肥温度的动态变化规律

随着时间的增加，各处理温度也逐渐升高，在堆肥12 d时，物料2处理温度已达到50℃，物料3为46℃，物料1和物料4处理为45℃。在堆肥15 d时，所有堆肥进行了翻堆处理，翻堆后5 d（堆肥20 d时）物料3处理迅速升温，温度达到58℃，在25 d时物料3处理温度达到全程最高温60℃，物料3处理全程发酵50℃以上高温保持13 d。其他处理温度均未超过50℃，物料1和物料2处理在堆肥30 d时温度开始下降，温度下降至44℃，物料4处理全程堆肥最高温只升到48℃，按照我国堆肥温度要求50～55℃维持5 d以上均可达到无害化的要求，物料2和物料3可达到无害化要求，而物料1和物料4处理不能达到无害化要求。

综上,不同物料处理对堆肥物料温度影响不一致，从温度变化角度分析,促进堆肥温度变化物料配比推荐顺序：物料3配比（羊粪+牛粪+杂草+人元发酵菌剂）优于物料2配比（羊粪+牛粪+短棉秸秆+人元发酵菌剂）优于物料1配比（羊粪+牛粪+菌棒+人元发酵菌剂）优于物料4配比（羊粪+杂草+人元发酵菌剂）。

2.2 不同物料配比对堆肥pH的影响

由于本处理发酵物料不一致，起始pH也不同，各处理起始pH在8.4以上。由图2可知,堆肥前14 d物料3和物料4的pH呈上升趋势，而物料1和物料2处理pH呈下降趋势，第14天物料3升至全部处理的最高值8.84，物料4为8.75，物料2为最低8.46。堆肥14 d后，各物料处理pH均呈下降趋势，在堆肥21 d时，各处理pH在8.4～8.7之间，腐熟堆肥的pH指标为8.0～9.0。处理1～处理4都符合标准的要求。但碱性的环境会加剧氨的挥发，使肥料的养分含量受到损失，所以堆肥过程中，物料以维持较小的pH为好。物料3的pH一直处于下降和较低的水平，在堆肥35 d时，各物料处理pH均在8.5～8.9之间，全部符合堆肥腐熟标准。物料4处理在28 d时pH升高至9.26，这是取样和翻堆等因素影响造成的。适宜的pH是满足堆肥体内微生物生长繁殖的必要条件，堆肥过程中堆体pH取决于微生物自身调节作用，底物物料的不同对堆体pH变化规律影响不大。

图2 不同生物发酵菌种对堆体pH的影响

2.3 不同物料对堆肥C/N的影响

不同物料堆肥C/N同牛粪中添加不同生物发酵菌种结果相似，也呈逐渐下降的趋势。本试验由于物料不一致，起始物料堆肥C/N除物料1外都比较接近20，因此本试验堆肥C/N不能作为判断堆肥腐熟度的主要指标。由图3可知，物料1～物料4处理，在堆肥14 d（第2次取样）时都全部低于20，物料1最高，为18.94，物料2最低，为8.36。各处理在堆肥21 d和27 d时虽然有不同的变化，但C/N都在20以下，各处理物料数据变化受物料翻堆的影响较大。

图3 不同物料对堆肥C/N的影响图

2.4 不同物料配比对堆肥种子发芽指数的影响

由图4可知，随着堆肥时间的延长种子发芽指数呈逐渐上升的趋势。堆肥35 d，各处理种子发芽指数都在80%以上，其中物料3处理最高,为88%，最低的为物料4处理（81%），物料1和物料2分别为86%和83%。综上数据分析，物料3为牛粪加羊粪和杂草，杂草中茎秆和叶片相对棉花秸秆和菌棒粒径小，堆体物料中木质素和纤维素易被微生物利用；不同物料配比对堆肥种子发芽指数影响顺序：物料3优于物料1优于物料2优于物料4。

图4 不同物料对堆肥发芽指数的影响

2.5 不同物料配比对堆肥速效氮的影响

堆肥中速效氮含量的变化反映了微生物对氮素的利用情况。由图5可知,堆体中铵态氮含量呈先下降后上升的趋势,由于物料配比不同，各处理起始含量有所不同，其中物料1配比速效氮含量最高，物料4为289 mg/kg,位于第二，物料2和物料3分别位于第三和第四。堆肥14 d后，各处理速效氮急剧下降，其中物料1～物料4速效氮分别下降58.3%、27.4%、45.7%和33.2%，物料1和物料3下降较快，这受物料在堆肥初期pH和温度较高的影响，铵态氮损失较多。随着堆肥时间的增加，堆肥中微生物（硝化细菌）的作用，硝化菌可将堆体中铵态氮转化为硝态氮，防止氮素以氨气逸出。本试验在堆肥35 d时，物料2和物料3中速效氮的含量较堆肥初期是升高的，分别升高了9.7%和23.7%，说明物料2和物料3配比更适合硝化细菌生长，减少了铵态氮的损失，符合现代高温堆肥的要求,使肥效更高。而物料1和物料4较堆肥初期是下降的，两处理分别下降了10.7%和55%，说明物料1和物料4处理铵态氮损失较严重。

图5 不同物料对堆肥速效氮的影响

2.6 不同物料配比对堆肥速效磷的影响

由图6可知,各处理组速效磷含量随堆肥进程的延长呈逐渐上升趋势。堆肥过程中速效磷的变化相对速效氮和有机质等变化较稳定，其绝对含量不会发生太大变化,只是在不同形态之间不断转化。各处理速效磷含量都是呈先上升后趋于平稳的趋势,在堆肥35 d时各处理组速效P含量分别为1.41%、1.42%、1.50%、1.48%，较堆肥起始时均有一定的升高，物料1～物料4较起始有效磷分别增加了45.4%、57.8%、42.8%、54.2%，不同物料配比对堆肥有效磷的变化影响不显著。

图6 不同物料对堆肥速效磷的变化

2.7 不同物料配比对堆肥速效钾的影响

由图7可知，堆肥过程中堆体内速效K含量呈逐渐上升趋势,速效K含量在28 d后增长缓慢。处理1～处理4在堆肥35 d时堆体速效钾含量与堆肥开始时相比分别增长了56.4%、38.2%、7.8%、40.3%，物料1速效钾增长最多，这和物料菌棒中总钾的含量有关，物料3为杂草处理，其含量总钾含量较少，故速效钾含量上升最少。