羊粪发酵生产生物有机肥工艺优化

2022-07-13李进袁春新孙正国黄步高

安徽农学通报 2022年11期

李进袁春新孙正国黄步高

摘要：选择新鲜羊粪、水稻秸秆为原料发酵，研究生物有机肥生产的最佳工艺条件，以生物有机肥发酵过程中的有效活菌数为评价指标，在初始含水率、C/N、堆体大小、复合菌接种量、翻堆频率等单因素试验的基础上，进行了正交优化试验。结果表明，羊粪发酵生产生物有机肥的最佳工艺参数为初始含水率为50%，C/N为30∶1，堆体大小为2000kg，复合菌接种量为3‰，翻堆频率为3d/次。在此优化工艺下，羊粪发酵生产的生物有机肥有效活菌数高达1.84×108CFU/g-1。

关键词：羊粪;生物有机肥;发酵;有效活菌数

中图分类号 S141 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2022）11-0085-03

Optimization of Bio Organic Fertilizer Production by Sheep Manure Fermentation

LI Jin1 YUAN Chunxin2 SUN Zhengguo1 HUANG Bugao3

（1Nantong Vocational College of Science and Technology， Nantong 226007， China; 2Nantong Rural Professional Technology Association， Nantong 226000， China; 3Nantong Bailong Organic Fertilizer Technology Co.， Ltd.， Nantong 226013， China）

Abstract： Fresh sheep manure and rice straw were selected as raw materials for fermentation， and the optimal process conditions for the production of bio organic fertilizer were studied. Taking the effective number of viable bacteria in the fermentation process of bio organic fertilizer as the evaluation index， the orthogonal optimization experiment was carried out on the basis of single factor experiments such as initial moisture content， C/N， pile size， inoculation amount of compound bacteria and turning frequency. The results showed that the optimum technological parameters for the production of bio organic fertilizer by sheep manure fermentation were as follows： the initial moisture content was 50%， C/N was 30∶1， the pile size was 2000kg， the inoculation amount of compound bacteria was 3‰， and the turning frequency was once/3d. Under this optimized process， the number of effective viable bacteria in sheep manure fermentation was as high as 1.84×108CFU/g-1.

Key words： Sheep manure; Biological organic fertilizer; Fermentation; Effective viable bacteria

畜禽养殖业的发展对于提升人们的物质生活水平具有极大的意义，同时会产生数量巨大的禽畜粪便固体废弃物，若不经处理随意堆放，将对生态环境及景观、居民的日常生活及人们的健康造成严重威胁。另外，禽畜粪便也是面源污染和水体富营养化的主要来源，影响畜禽产业的可持续发展。畜禽粪便富含有机质及各种营养成分，利用畜禽糞便加入分解菌使其发酵并分解，生产出生物有机肥，增加农作物的产量和质量，培肥土壤、调控土壤微生态平衡、减少无机肥料用量。畜禽粪便发酵生产生物有机肥化害为利、变废为宝，对农业的可持续发展具有重要意义[1-2]。

传统的自然发酵存在发酵周期长，发酵产品的肥效低，对环境造成二次污染等问题。外加微生物菌剂能够很好地增加堆肥过程的微生物降解能力、分解毒性物质、提升最终有机肥的品质，是整个生产的关键环节，同时水分、C/N比、温度、pH、通气情况等直接影响生物机肥的均一性、质量稳定性及发酵周期[3]。目前，畜禽粪便发酵生产生物有机肥的研究主要集中在外源微生物菌剂的选择应用上，但关于羊粪好氧发酵的工艺系统的研究仍然少见报道[4]。为此，本试验以枯草芽孢杆菌、施氏假单胞菌、绿色木霉为复合菌种，以新鲜羊粪、水稻秸秆为原料发酵生产生物有机肥，研究堆肥发酵过程中原材料C/N、含水率、翻堆次数、复合微生物菌剂接种量对有效活菌数的影响[5-7]，以期使优化发酵过程中的主要工艺参数，探讨最优发酵工艺条件，生产生物有机肥更加高效，生产出的生物有机肥也更有品质[8]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 发酵原料以南通地区常见的新鲜羊粪和水稻粉碎秸秆为发酵原料，并辅以少量的尿素或木屑调节发酵原料的含水率和C/N。

1.1.2 发酵用复合微生物菌剂的制备发酵用枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、施氏假单胞菌（Pseudomonas sp.）、绿色木霉绿色木霉（Trichoderma viride）在相应的培养基上扩大培养：（1）用无菌生理盐水洗涤保存斜面，至无菌三角瓶中摇匀即成菌悬液;（2）接种斜面培养物于种子瓶，细菌在30℃，180r培养12h得到种子液，霉菌在28℃，220r培养48h得到种子液;（3）10%的种子液接种到发酵瓶中擴大培养48h得到发酵液。将发酵液与灭菌麸皮以1∶1的比例混合发酵24h，72h后晾干，制成固体菌剂。将固体菌剂按发酵用枯草芽孢杆菌∶施氏假单胞菌∶绿色木霉绿色木霉=1∶1∶2的质量比例均匀混合制成复合微生物菌剂。

1.2 试验方法

1.2.1 发酵工艺优化单因素试验 5月15日，试验在南通市白龙有机肥科技有限公司发酵车间进行，将羊粪与水稻秸秆均匀混合堆成圆锥形进行静态发酵。设置基础发酵工艺参数含水率50%，为C/N为25∶1，堆体1000kg，复合菌剂接种量为发酵料的3‰，2d翻堆一次，堆肥20d。改变其中一个参数，其他参数不变，分别研究C/N（20∶1、25∶1、30∶1、35∶1），初始含水率（40、50、60、70%），堆体大小（500、1000、1500、2000kg）翻堆频率（1、2、3、4d/次），复合菌接种量（1、3、5、7‰）对羊粪发酵生产生物有机肥的影响。生物有机肥质量的优劣主要取决于其中所含益生菌的作用强度和活菌数量，本研究以有效活菌数作为评价指标，初步确定初始含水率、C/N、堆体大小、复合菌接种量、翻堆频率等5个单因素的最适范围。单因素试验均3次重复，数据取3次试验的平均值[2]。

1.2.2 发酵工艺优化正交试验根据单因素试验结果，采用5因素4水平的正交试验对初始含水率、C/N、翻堆大烛、复合菌接种量、翻堆频率等5个因素进行正交组合，同样用有效活菌数对发酵工艺进行评价。

1.2.3 测定方法有机肥产品技术指标：按照NY 525—2021《有机肥料》中的方法测定[9]。有效活菌数：按照NY/T 2321—2013《微生物肥料产品检验规程》中的方法测定[10]。

1.2.4 数据处理用Eexcel统计数据，用SPSS统计软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 羊粪发酵生产生物有机肥工艺优化单因素试验

2.1.1 初始含水率对羊粪发酵生产生物有机肥的影响随着初始含水率的升高，生物有机肥的有效活菌数总体呈先上升后下降的趋势。初始含水率40%时生物有机肥有效活菌数0.52×108CFU·g-1，初始含水率50%时有效活菌数最高为1.16×108CFU·g-1，含水率60、70%时有效活菌数分别为0.95×108、0.47×108CFU·g-1。水分过多占据物料孔隙取代了空气，使好氧微生物活性降低，限制机物分解速度。水分过低时，物料中的营养成分无法充分溶解，阻碍微生物的生长繁殖。因此，初始含水率设置为50%。

2.1.2 C/N对羊粪发酵生产生物有机肥的影响当C/N比为20、25、30∶1时，生物有机肥的有效活菌数分别为0.32×108、0.4×1081、0.55×108CFU·g-1。C/N比为35∶1时，有效活菌数迅速下降到0.28×108CFU·g-1。C/N比过低，微生物对有机物的生物氧化过程产生氨造成了严重的氮素损失，影响环境并毒害微生物。C/N比过高，微生物因为氮不足，生长也受到限制。因此，初始C/N调整为30∶1。

2.1.3 堆体大小对羊粪发酵生产生物有机肥的影响当堆体为500、1000、1500kg时，有效活菌数不断增加，分别为0.41×108、0.53×108、0.64×108CFU·g-1。堆体为2000kg时，有效活菌数为0.62×108CFU·g-1，比最高值略低。堆体小不利于保温，影响热真菌、好热放线茵、好热芽孢杆菌等微生物的活动，堆体过大影响通气，抑制好氧微生物的活动，使发酵周期变长，均影响生物有机肥的质量。因此，堆体大小选择2000kg。

2.1.4 复合菌接种量对羊粪发酵生产生物有机肥的影响增加复合菌接种量，生物有机肥有效活菌数随之增加;复合菌接种量为3%时，有效活菌数为1.29×108CFU/g。复合菌接种量为5、7%时，有效活菌数为1.32×108、1.34×108CFU/g生物，有效活菌数增加不多。接种量过小则会延长培养时间，降低产率。接种量过大会引起溶氧不足，不仅影响产物的合成，有时还会移入代谢废物，造成浪费。综合考虑，选择复合菌接种量为3‰。

2.1.5 翻堆频率对羊粪发酵生产生物有机肥的影响随翻堆频率的降低，生物有机肥的有效活菌数逐渐降低。翻堆频率为1d/次时，生物有机肥的有效活菌数最高为0.93×108CFU/g。翻堆频率为2、3d/次时，有效活菌数为0.89×108、0.87×108CFU/g，比最高值班降幅不大。翻堆频率为4d/次时，有效活菌数急剧下降到0.51×108CFU/g。翻堆是为了增加通气，通气量不足将抑制好氧微生物的活动，使发酵周期变长，影响生物有机肥的质量。如果通气太旺，微生物活动旺盛，有机质分解加剧，腐殖质积累减少，同时通气过于旺盛还会带走大量的热量，影响发酵温度。因此，翻堆频率3d/次较合适。

2.2 羊粪发酵生产生物有机肥工艺优化正交试验根据正交试验的极差R，各因素对生物有机肥有效活菌数的影响次序为翻堆频率>C/N>堆体大小>复合菌接种量>初始含水率。羊粪发酵生产生物有机肥发酵条件最优组合为，初始含水率为50%，C/N为30∶1，堆体大小为2000kg，复合菌接种量为3‰，翻堆频率为3d/次。在此优化工艺下，羊粪发酵生产生物有机肥的有效活菌数高达1.84×108CFU/g。

3 结论

羊粪发酵生产生物有机肥是一个复杂的生化反应过程，生物有机肥质量受到多个因素的影响，这些因素相互关联影响并不断变化[11]。本试验选取了初始含水率、C/N、堆体大小、复合微生物菌剂接种量、翻堆次数等5个影响发酵的主要因素进行研究。以有效活菌数为考察指标，在单因素试验的基础上，采用正交试验优化生物有机肥发酵工艺，羊粪发酵生产生物有机肥最佳工艺参数为初始含水率为50%，C/N为30∶1，堆体大小为2000kg，复合菌接种量为3‰，翻堆频率为d/次。在本研究的优化工艺条件下，羊粪发酵效率和发酵产品生物有机肥质量得以提高，为羊粪大规模开发利用提供了必要的工艺参数和理论依据。

参考文献

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[3]陶志影，张林，刘凯，等.农业废弃物有机肥发酵工艺研究现状与展望[J].江苏农业科学，2020，48（10）：69-72.

[4]喻东.鸡粪的微生物快速发酵和腐熟技术的研究[D].昆明：昆明理工大学，2016.

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[9]中华人民共和国农业部.2021.NY 525—2021有機肥料[S].北京：中国农业出版社，2021.

[10]中华人民共和国农业部.NY/T 2321—2013微生物肥料产品检验规程[S].北京：中国农业出版社，2013.

[11]王琦.牛粪发酵生产生物有机肥的工艺优化及应用研究[D].西安：西北大学，2008.