翻堆及添加腐熟菌剂对传统堆肥过程的影响

王芬

（山西运城农业职业技术学院，山西 运城 044000）

运城市是山西省生猪生产第一大市，截至2019年10月，运城市生猪存栏量占山西省的22.1%。运城市也是生猪调出大市，多年平均出栏生猪170 万头以上，本地市场消费量在40 万～50 万头，调出量占运城总产量的70%以上。

大规模养猪业产生了大量粪便。畜禽粪便等废弃物含有各种病原微生物、寄生虫卵及有毒有害物质，如未及时处理，将成为周围环境的沉重负担[1]。实践证明，堆肥处理是畜禽粪便资源化的一个较好途径。在畜禽粪便堆肥过程中需要添加秸秆以调节堆肥基质的碳氮比、增加堆肥中的通气性等，有利于堆肥腐熟。运城市作为山西省主要的粮食生产基地，每年产生的秸秆数量巨大，并且亟待进行资源化利用[2]。堆肥化处理可同时对畜禽粪便和秸秆进行资源化利用[3]。

好氧堆肥与传统堆沤肥料是畜禽粪便主要的无害化处理方式，是指在一定的条件下，利用各种土著微生物的发酵作用，降解基质中有机质并产生高温，杀死畜禽粪便的病原菌、虫卵及杂草种子，并经发酵腐熟，将畜禽粪便和秸秆转变为有机肥料的过程[4]。大量研究表明，在堆肥中增加氧气和加入微生物菌剂，能相对延长堆肥高温持续时间，提高堆肥效率，缩短发酵时间[5]。本研究以玉米秸秆、猪粪为试验材料，通过在好氧堆肥和传统堆沤肥料中接种微生物菌剂，跟踪监测堆肥过程中主要指标参数的变化，探讨氧气及接种菌剂对堆肥化处理的效果，为农业废弃物的资源化利用提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用干玉米秸秆和猪粪为堆腐发酵材料。试验所用玉米秸秆、专用腐熟菌剂购自当地市场。使用前用粉碎机将玉米秸秆粉碎为长约2 cm 的碎屑。猪粪来自运城市临猗县某生猪养殖场。所用猪粪以及玉米秸秆主要理化性质如表1 所示。

表1 堆肥材料的主要理化性质

1.2 试验设计

试验共设4 个处理。处理1（T1），玉米秸秆和猪粪的传统堆沤肥料；处理2（T2），玉米秸秆和猪粪的传统堆沤肥料+腐熟菌剂；处理3（T3），玉米秸秆和猪粪的好氧堆肥；处理4（T4），玉米秸秆和猪粪的好氧堆肥+腐熟菌剂。所有处理均将基质C/N 调节至25 左右，初始含水量控制在60%左右，腐熟菌剂接种量均按照市售腐熟菌剂最佳推荐进行发酵接种。

1.3 堆制方法

将混合好的基质进行堆制，堆肥高度约0.8 m、长宽约1.5 m，用塑料布盖严、压实。堆成后T1 和T2 在整个试验过程中不翻堆；T3 和T4 在整个试验过程中每7 d 人工翻堆1次，翻堆要均匀彻底。试验于2022 年5月10 日至6 月7 日进行，共50 d。

1.4 样品采集及指标测定

堆温测定方法：每天早上9：00 在堆体随机取5 个点，用刺入式温度计测温，测温深度约40 cm，求5 点平均值。自堆肥发酵开始计时，分别在1 d、8 d、15 d、22 d、29 d、36 d、43 d、50 d 采样，两个好氧堆肥处理组在每次翻堆前采集样品，共采集样品8 次。每次采样采用5 点取样法，用取样铲在取样点10 cm、30 cm、50 cm 处采样共2 kg，将样品混匀后带回实验室。按照《有机肥料》（NY/T 525—2021）的测定方法测定有机质、pH 值和种子发芽指数[6]。

2 结果与分析

2.1 堆肥过程中温度变化情况

堆体温度变化可以反映堆腐发酵的进程和质量。在堆肥过程中，堆温主要经历升温、高温和降温3 个阶段。升温阶段温度为15～45 ℃，高温期堆温能达到50 ℃以上，一般高温阶段持续5～7 d 后可以杀死病原菌、虫卵和草籽，达到无害化的卫生标准[7]。由图1可知，在整个堆肥期，T1、T2、T3、T4 最高堆温分别为46.6℃、55.4 ℃、56.7 ℃、61.8 ℃。在整个发酵周期内，T1、T2、T3、T4 堆温超过50 ℃的天数分别为0 d、7 d、10 d、16 d。T1和T2 为传统堆沤肥料组，T3 和T4 为好氧堆肥组。T3和T4 在堆肥进程中的最高温度及高温维持时间显著高于未翻堆通气的T1 和T2，接腐熟菌剂的T2 和T4在堆肥进程中最高温度及高温维持时间显著高于未接种腐熟菌剂的T1 和T3。这说明加腐熟菌剂及翻堆通氧均能够提高堆体的最高温度与延长高温期的持续时间。

图1 堆肥过程中温度变化情况

2.2 堆肥过程中pH 值变化情况

有机物料发酵过程适宜的pH 值为6.5～7.5，当pH 值＞9 或＜4时，都会降低微生物活性，减缓微生物降解速度。堆肥初期常会产生一些有机酸类物质，使物料的pH 值逐渐下降[8]。堆腐发酵后期，由于氨的释放累积，会导致堆料pH 值升高。如图2 所示，在整个堆肥过程中，4 个处理的pH 值都呈先增大后减小的趋势。当腐熟堆肥至第50 天时，T1、T2、T3、T4 堆料的pH值分别为7.81、7.92、8.05、8.16，满足堆肥腐熟度评价的指标。

图2 堆肥过程中pH 值变化情况

2.3 堆肥过程中有机质含量变化情况

堆肥过程中有机质的最适含量为20%～80%。有机质含量过低，不能提供足够的热能，影响高温菌的生长活性，导致堆肥的高温阶段难以维持；有机质含量过高，则会因供氧不足而发生部分厌氧发酵[9]。堆肥过程中有机物不断被消耗，最终成品有机肥的有机质含量要求在30%以上[10]。如图3 所示，各处理有机质含量初始值约为72%，随时间延长，有机质含量呈下降趋势。最终4 个处理的有机质含量均在55%以上，满足有机肥料标准。

图3 堆肥过程中有机质含量变化情况

2.4 堆肥过程中腐熟度变化情况

腐熟度是评价堆肥产物是否完成腐熟的重要指标。堆腐原料和未腐熟堆料的萃取液会抑制植物种子的发芽生长，随着堆料腐熟度的提高，这种抑制将不断减轻[11]。因此可用堆腐产品的种子发芽系数（GI）来评价有机物料的腐熟速度，进而反映有机物料腐熟菌剂的好坏[12]。一般种子发芽系数达到70%时表示有机物料已基本腐熟，对植物生长没有毒性。从图4 可以看出，在堆腐发酵8 d时，各处理GI 开始增大，前20 d 增加较快，T1、T2、T3、T4 增幅分别为29.7%、40.53%、40.99%、46.14%，增幅从高到低依次是T4、T2、T3、T1。T1 在50 d 时GI 测定为63.75%，未达到腐熟标准；T2、T3、T4 在GI＞70%的腐熟时间分别为50 d、43 d、36 d。T1、T2、T3、T4 在50 d 时的GI 值分别为63.75%、72.45%、75.62%、79.33%。

图4 堆肥过程中GI 变化情况

由此可得出，接腐熟菌剂的T2 和T4 最终GI 值及GI 值达到70%的时间显著高于未接种腐熟菌剂的T1和T3，翻堆通气的T3 和T4 最终GI 值及GI 值达到70%的时间显著高于未翻堆通气的T1 和T2。这说明加腐熟菌剂及翻堆通氧均能够加快堆料的腐熟度。

3 结论和讨论

本研究表明，在堆肥过程中采用添加腐熟菌剂与翻堆措施，对堆体的升温速度、高温持续时间、有机质及发芽指数均产生了影响，与相关研究结果一致。经过试验对比，翻堆或添加腐熟菌剂后，堆肥温度有明显提升，堆肥高温维持时间变长，种子发芽率增高，发芽率达到70%基本腐熟标准的时间变短。试验中，同时增加腐熟菌剂与翻堆措施的T4 处理试验效果最好，其次是增加翻堆措施的T3 处理和增加了腐熟菌剂处理的T2 处理，传统沤肥的T1 处理在50 d 后种子发芽率依然没有达到腐熟标准。

为解决偏施化肥带来的环境污染及耕地肥力不断下降的问题，我国采取了很多措施与政策。堆肥技术生产有机肥被广泛应用于农业废弃物高效处理与资源化利用领域，有机肥施用量也在不断增加[13-14]，但有相当比例的农业废弃物仅采用了简单的晾晒、堆沤等方法进行处理。这些处理方法普遍发酵不彻底、发酵周期长，处理后的产品存在质量不稳定、无害化程度低等问题。改进传统堆沤技术与提高传统堆沤产品质量已成为亟须解决的农业废弃物处理问题[15]。

本研究在传统堆沤肥料过程中增加了翻堆和添加腐熟菌剂措施，试验结果证明两项措施均能有效提高堆肥质量。