添加菌剂对猪粪和菌渣好氧堆肥进程的影响

胡 斌 ，苏善柱 ，傅晓岩 ，刘丹丹 ，江丽华 ，赵保忠 ，杨岩

(1.山东省农业技术推广中心，山东 济南 250100；2.阳谷县农业农村局，山东 聊城 252300；3.山东农业工程学院，山东 济南 250100；4.山东省农业科学院，山东 济南 250100；5.滨州市京阳生物肥业有限公司，山东 滨州 251800)

我国农业废弃物资源丰富，以农作物秸秆、畜禽粪便和菌渣为主，但这些农业废弃物再利用程度还不高。我国粪肥资源量为38亿t,畜禽粪便含有丰富的有机质和氮磷钾等养分,粪肥资源化利用后培肥土壤效果良好[1],但是目前仍有大部分的粪肥资源没有得到合理化处理与应用。2017年国务院办公厅 《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》文件中明确指出，目前我国的畜禽粪便资源化利用率还不足60%。同时，我国每年的食用菌总产量约为410万t，根据报道每生产1kg食用菌，就会产生约5 kg的菌糠[2]，而这些菌糠除30%左右被用作畜禽饲料和有机肥料以外，仍有70%的菌糠没有得到合理的资源化利用[3]。因此，农业废弃物不合理的利用，不仅浪费了资源，也给环境带来了巨大的压力。

秸秆、粪肥和菌糠的含碳量分别按照40%、26%和38%来估算,那么每年仅因秸秆、畜禽粪便和废弃的菌糠损失的碳量就高达7.2亿t[4-5]。若能将这些农业废弃的有机物料充分合理地资源化利用,使之还田，不仅可以有效培肥土壤,提高土壤有机碳含量,积极促进实现作物稳产高产,还能够减少农田中化肥的使用量,平衡我国土壤普遍存在的氮、磷、钾比例失调的矛盾,同时也能为秸秆焚烧而导致大气污染和动物粪便随意堆积造成的环境污染等问题的解决产生积极促进作用,将助力我国2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和目标的完成。

近年来，随着人们生活水平的提高，好氧堆肥是处理畜禽粪便、菌渣等农业固体废弃物最经济有效的办法[6-8]。本研究以猪粪和菌糠为原料，以是否添加腐熟菌剂为试验处理，采用工厂化好氧堆肥工艺开展实践研究。通过对堆肥过程中相关指标的分析研究，明确菌剂对堆肥过程及产品质量的影响，为堆肥化处理猪粪和菌糠，以及生产有机肥的过程控制提供科学依据，进而提升工厂化生产的环境和经济效益。

1 材料与方法

1.1 试验材料

堆肥材料猪粪来源于山东营丰生物科技有限公司规模化养殖场，菌剂为山东元溢农业生物科技有限公司生产商品有机肥所用成熟菌剂产品，供试材料的基本性状见表1。

表1 供试材料的基本性质

1.2 试验设计

试验堆肥以是否添加菌剂 （添加比例为千分之一）为试验处理，设3个重复。以初始C/N值为25调节物料添加比例，初始含水率调节为60%。堆肥时间从2020年9月24日至2020年11月3日，共40天。堆肥制作方法参照当地生产工艺，将原材料用搅拌机充分拌匀后堆成条垛进行发酵 （条垛长×宽×高=5 m×2 m×1.2 m），每个处理间隔5米。堆置期间每天测定堆体温度和环境温度。堆体温度上升至50℃，并维持5天后，用翻抛机每5天翻堆1次。堆肥开始后的第 0，3，6，10，15，20，25，30，35，40 天 采 集 堆 肥样品。

1.3 测定项目和方法

温度测定方法：堆肥开始后，将温度计分别插入距底部20 cm、60 cm和100 cm处，每层设5个点，于每天8:00，13:00和17:00读取各点温度，取平均值作为当日堆体温度，同时测定环境温度。

样品分析：全碳、全氮、全磷、全钾含量的测定按照NY/T 525进行测定；称取新鲜堆肥样品加去离子水（按水土比1:10(w(g):V(ml)),在室温条件下，于200 r·min-1下水平振荡提取1小时后，用pH计和电导率仪直接测定pH和EC值。含水率测定采用重量法。

GI（%）的测定方法为：称取10 g鲜样，加入100 ml蒸馏水，震荡1 h，室温下静置1昼夜，过滤，吸取5 ml滤液于铺有滤纸的9 cm培养皿内，播50粒饱满的油菜种子（束腰油菜），28℃恒温培养箱中培养48 h，以蒸馏水作对照[9]。计算公式如下：

1.4 数据处理

试验数据用Excel 2010和SPSS 22.0统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 温度和固相C/N的变化

堆肥过程中的温度变化是堆体内不同类型微生物活性变化的重要反应，同时也是实现堆肥无害化和稳定化的重要评价指标。图1a为猪粪堆肥过程的堆体温度变化，整个堆肥过程中的气温在7.33～24.67℃之间。MA处理的温度在第10天达到50℃以上，而CK处理的堆温则较其推迟4天，CK、MA处理堆温维持在50℃以上的天数分别为8天和12天，均达到了高温堆肥的卫生标准[10]。本试验中添加菌剂对堆体温度无显著影响。

图1 堆肥过程温度、C/N的变化

C/N比是最常用的腐熟度评价指标之一，一般认为当堆肥原料的C/N值由起始25～30降到16左右时，可认为已基本腐熟，否则施入土壤中易造成氮饥饿，影响土壤肥力[11]。从图1b中可知，猪粪堆肥物料固相碳氮比总体呈下降趋势，且堆肥结束时，CK和MA处理的固相碳氮比无显著差异，即添加菌剂对猪粪堆肥固相碳氮比无显著影响。此外，与堆肥开始时相比，堆肥结束时各处理的固相碳氮比均显著降低，其中MA处理的降幅最大， 达 20.57%（MA：P=0.002；CK：P=0.002）。

2.2 pH、EC值的变化

pH是堆肥过程控制的重要参数，适宜的pH值可有效提高微生物活性，减少养分损失，pH值过高或过低均会影响堆肥进程和堆肥质量。从图2a中可以看出，猪粪CK和MA处理的pH值在前15天内基本保持稳定，自第15天开始，CK和MA处理均表现出上升趋势，并且分别于堆肥第35天和第20天时达到最高值，分别为7.21和6.92，而后两处理pH值趋于稳定状态。本试验中各处理的pH值在5.66～7.21间变化，试验结束时，CK和MA处理的pH值分别为6.70和6.91，均满足有机肥的pH值标准，二者间差异不显著。

图2 堆肥过程pH和EC的变化

电导率(EC)反映了堆肥浸提液中的离子总浓度，即可溶性盐含量[11]。聂永丰认为[12]，当堆肥EC值小于9.0 ms·cm-1时，对种子发芽没有抑制作用，并且电导率(EC)也是堆肥腐熟的一个必要条件。从图2b中可以看出，堆肥前25天内，猪粪CK和MA处理的EC值随着堆肥的进行波动升高；自25天至试验结束，CK和MA处理的EC值均略有下降，这可能与堆肥高温期结束时间相对较晚，造成较多NH3挥发损失有关。试验结束时，CK和MA处理的EC值分别为3.80和3.52，二者间无显著差异；而与初始EC值相比，亦均无显著性差异，因此，本试验中添加的菌剂对堆肥物料EC值无显著影响。

2.3 发芽指数（GI）的变化

生物学指标主要是通过检测堆肥毒性来判断堆肥腐熟度，这种方法是检验堆肥腐熟度最精确和最有效的方法[13]。目前，评价堆肥腐熟度最具说服力的方法是植物生长试验[14]，而最简单有效的植物生长试验即种子发芽试验，用发芽指数（GI）来评价。堆肥的GI值反映了堆肥对作物的毒害作用，GI达到50%的堆肥可认为对植物已无毒害作用，GI超过80%的堆肥可认为已经腐熟[15]。本研究采用堆肥鲜样提取液进行发芽试验，结果如图3所示。CK和MA处理的发芽指数在堆肥开始后的25天内基本保持稳定，第25天开始，呈快速升高的趋势。至第40天时，CK和MA处理分别达63.71%和73.43%，但二者间无显著差异。

图3 堆肥过程中发芽指数的变化

3 结论与讨论

堆肥进程上，利用猪粪和菌糠两种农业废弃物生产有机肥料，从开始至试验结束，添加菌剂的处理MA温度及固相C/N变化与CK处理无显著差异。

堆肥质量上，本研究结果表明，MA和CK处理均符合《粪便无害化卫生标准》，达到了杀灭有害病原菌及害虫的效果；添加菌剂对堆肥产品的pH、EC无显著影响，发芽指数较CK提高了10个百分点。这与郑卫聪等[16]和田赟等[17]提出的添加菌剂有助于堆肥腐熟的结论基本一致，这与菌剂的微生物类型及外界环境条件等有较大关系[18-20]。因此在有机肥生产中，应用针对性强的腐熟菌剂对提升有机物料腐熟质量，加快腐熟速度有重要意义，有助于加快推进畜禽粪污肥料化利用，促进种养循环。