不同微生物菌剂处理对鸡粪堆肥发酵的影响

周　可　谢凤行　李亚玲　张峰峰

摘要:选择3种混合菌剂进行了鸡粪堆肥发酵试验。研究表明,鸡粪堆肥通过接种微生物菌剂,可以明显提高堆肥初期的发酵温度,加快堆肥物料的水分挥发,改变鸡粪中的微生物数量,缩短堆肥发酵周期,促进堆肥快速腐熟,特别是接种菌剂1(乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌、沼泽红假单孢菌混剂)效果最好,与对照相比,堆肥发酵初期温度提高,中期达到55 ℃以上,高温期持续8 d,水分含量降低8%,细菌、放线菌数量明显降低。

关键词:鸡粪;堆肥;微生物菌剂

中图分类号:S141文献标识码:ADOI编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2009.03.004

Effects of Inoculating Different Microorganism Agents on Composting of Chicken Manure

ZHOU Ke,XIE Feng-xing,LI Ya-ling,ZHANG Feng-feng

(Tianjin Research Center of Agricultural Biotechnology,Tianjin 300192,China)

Abstract:The effects of 3 microorganism agents on composting of chicken manure were studied. The results showed that microorganism agents could obviously improve fermentation temperature during early period of composting, change the amount of the microorganism and accelerate dehydration of compost materials and the maturity of composting. The effect of No.1 microorganism agents was the best. The temperature in the compost inoculated with microorganism agents of No.1 arrived at 55 ℃, high temperature persisted 8 days; moisture content was decreased by 8%. The amount of alive bacteria and actinomycete were decreased.

Key words: chicken manure;compost;microorganism agents

农业可持续发展的核心问题是保持和提高土壤肥力,保证营养元素的合理循环。而当前以施用化肥为特征的农业生产方式对资源、环境及人类健康具有潜在的危害,如土壤板结、地下水污染、生物多样性减少等。将畜禽粪便转化为可以利用的有机肥料,既可以提高农产品的产量和质量,又可以减少环境污染。传统处理鸡粪的方法有干燥处理、化学处理、热喷处理和发酵堆肥等,其中以发酵堆肥法的效果较好。然而自然堆制发酵,鸡粪腐熟的时间常需2~6个月,发酵时间长,养分损失大,且产生氨气、硫化氢等大量致臭物质,不但严重污染环境,还降低了肥效。因而,研究利用外源微生物以加速鸡粪堆制发酵过程,减少养分损失,保护环境,是当前鸡粪发酵的主要课题[1,2]。

近年来,国内在这方面进行了一些研究[3-5],在鸡粪堆制过程中添加适当的微生物能显著加速有机碳的分解,减少氮素损失和缩短堆肥时间,明显提高堆肥质量。作者在前人工作基础上,利用本实验室筛选的几株有益微生物菌株,研制成功一种新型的复合微生物菌剂,对发酵鸡粪堆制生产有机肥的效果进行了初步研究。

1材料和方法

1.1试验材料

堆肥试验在生物中心实验地内进行。鲜鸡粪取自附近的家禽养殖场,含水率70%,pH7.5。

1.2试验设计

试验设3组菌剂处理,供试各菌剂分别由不同菌类混配而成:菌剂1(乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌)、菌剂2(乳酸菌、酵母菌)、菌剂3(枯草芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌),所有菌剂添加量均为0.2%,以不接菌发酵为对照,每个处理2个重复。

1.3鸡粪制堆方法及分析测定

分别称取新鲜鸡粪3 000 kg,加入不同的菌剂,翻混均匀,制成高80 cm、顶部削平的发酵堆。用温度计从发酵堆顶部垂直插入,深度30 cm,每天定时测定堆温1次(在翻堆前测定温度);每3 d定时均匀翻堆一次,翻堆后堆成原形状。每5 d定时采样1次,采样方法:沿堆顶垂直切成剖面,取20~30 cm堆层的物料500 g,冷藏,分析测定物料含水率和pH。细菌、真菌、放线菌数量采用涂板法测定。

2结果与分析

2.1不同微生物菌剂接种的鸡粪堆肥温度的变化

从图1可以看出,接种3种不同的菌剂后鸡粪堆制发酵前期升温效果明显,比不接种的对照发酵温度平均高5~20 ℃,特别是菌剂1在第5 天就可使堆肥温度达到55 ℃,并且可连续8 d保持55 ℃以上的高温。发酵中期处理间温度差异显著,但均高于对照。说明接种微生物菌剂能提高堆肥前期发酵升温速度,加速发酵进程,有利于快速腐熟。堆肥前期温度迅速升高有利于杀灭发酵物料中的病原菌、寄生虫卵,消除对植物生长不利的有毒物质,使其达到无害化要求,这与大多数研究者的结论是一致的[1,5],从3种发酵菌剂促进堆肥升温速度及温度值来看,菌剂1效果较好。

2.2接种不同微生物菌剂的鸡粪堆肥含水率的变化

堆肥发酵脱水率快慢及脱水强度是能否实现有机肥工厂化生产的重要指标之一。图2显示,加入菌剂的堆肥物料的最终含水率比对照低,前期脱水率比对照快10%~20%,这与接种菌剂的堆肥前期发酵温度高有关。其中,接种菌剂1处理的鸡粪脱水快,松散度明显加大,由原先结块状变为碎末状。这是由于发酵温度高,腐熟加快,鸡粪疏松多孔,水分容易蒸发,因而干燥较快,在较短时间内就达到干燥指标。因此,相比较而言,菌剂1的脱水效果更好。

2.3不同微生物菌剂接种鸡粪堆肥物料的pH值变化

鸡粪堆肥各处理在整个发酵过程中物料pH值一直维持在较高的水平,各处理间差异不大(图3)。一般来说,堆肥中的氮素主要以NH3形态挥发损失,这对堆肥中氮素的保存是极为不利的,应控制堆肥发酵中的pH变化。

2.4微生物菌剂接种鸡粪堆肥的细菌数量变化

堆体温度变化是堆肥进程的宏观反映,也是影响微生物活动和堆肥工艺过程的重要因素[2]。温度上升是微生物代谢产热积累的结果,反映了微生物代谢强度和堆肥物质转化速度[3]。接种发酵菌剂堆肥、好氧堆肥系统中存在着大量细菌,其凭借大的比表面积可以快速吸收可溶性底物,所以在堆肥过程中,细菌数量远远大于放线菌和真菌数量。鸡粪发酵能否升温,细菌起至关重要的作用,细菌在发酵初期分解糖类、淀粉、蛋白质等有机物产生热量提高堆体温度,同时也促进了其他微生物生长繁殖,分解有机物。细菌数量变化结果见表1。接种菌剂1在发酵初期,充足的营养和适宜的温度使细菌繁殖速度加快,第5天时达到峰值1.2×1010个/g;此后随着堆温迅速上升至高温阶段,细菌死亡或者转变为休眠体,细菌总量迅速下降。第15天时降至最低9.7×107个/g,堆温下降,当温度降至50 ℃以下时,细菌数量再次增加,但因营养物质消耗及堆体水分减少,细菌数量增加缓慢。对照的发酵堆体温度始终在15 ℃以下,菌剂2和菌剂3发酵堆体温度保持在15～25 ℃,没有高温影响,所以细菌数量随着发酵时间延长而稳步增加。

2.5微生物菌剂接种鸡粪堆肥的真菌数量变化

在堆肥过程中,真菌对堆肥物料的分解和稳定起着重要的作用,特别是在纤维素和木质素的分解过程中,真菌起着至关重要的作用[6]。真菌不仅能分泌胞外酶,水解有机物质,而且由于其菌丝的机械穿插作用,对物料进行一定的物理破环,促进生物化学反应。如表2所示,无论是接种菌剂还是对照的真菌数量均缓慢增加,并没有因高温而减少,这可能是因为真菌能够忍受较高的温度。

2.6微生物菌剂接种鸡粪堆肥的放线菌数量变化

尽管放线菌降解纤维素和木质素的能力没有真菌强,但它们却是堆肥高温期分解木质纤维素的优势菌群[7]。堆肥放线菌数量变化动态可反映腐熟程度和效果。不同处理放线菌数量变化均不相同(表3)。对照和菌剂3的放线菌数量呈逐渐增加趋势,但增加幅度较小,仅为初始值的2倍左右;接种菌剂1的处理在发酵初期,放线菌数量迅速增加,但由于第6天后堆体温度高,数量迅速下降至最少;但接种菌剂2的处理在发酵过程中,放线菌数量迅速增加,且可增至初始值的10倍以上。说明发酵过程中温度是影响放线菌繁殖的决定性因素。

3结论

本试验通过对不同类型的微生物菌株进行科学配比,形成不同类型的复合微生物菌剂,选择3种不同组合的微生物菌剂进行鸡粪的发酵堆肥试验,发现在试验的3种微生物菌剂中,菌剂1效果最好,其堆肥温度最高可达55 ℃以上,并可持续8 d以上,堆肥含水量明显降低,与对照相比可降低8%。接种菌剂1改变了堆肥中微生物的数量,细菌和放线菌含量显著低于对照,真菌含量与对照差异不大。鸡粪堆肥通过接种微生物菌剂,缩短了堆肥发酵周期,促进了堆肥快速腐熟;鸡粪堆肥发酵全程的物料pH一直处于较高的碱性状态,对鸡粪堆肥氮素的保存极为不利。降低发酵过程中或发酵产物pH值可能是减少氨挥发的方法之一,故可通过调整发酵过程中酸碱度来降低堆肥氮素损失。鸡粪堆肥微生物菌剂的适宜接种量也是规模化有机肥生产中控制成本的考虑因素之一,其最佳接种量还有待进一步研究。

参考文献:

[1] 王卫平,薛智勇,朱凤香,等. 不同微生物菌剂处理对鸡粪堆肥发酵的影响[J].浙江农业学报,2005,17(5): 292-295.

[2] 李国学,张福锁. 固体废弃物与有机复混肥生产[M].北京:化学工业出版社,2000:25-49.

[3] 张克强,高怀友. 畜禽养殖业污染物处理与处置[M].北京:化学工业出版社,2004.

[4] 刘克锋,刘悦秋,雷增谱,等. 不同微生物处理对猪粪堆肥质量的影响[J].农业环境科学学报,2003,22(3):311-314.

[5] 何惠霞,徐凤花,赵晓锋,等. 低温下牛粪接种发酵剂对堆肥温度与微生物的影响[J].东北农业大学学报,2007,38(1): 54-58.

[6] 李国学,黄懿梅,姜华.不同堆肥材料及引入外源微生物对高温堆肥腐熟度影响的研究[J]. 应用与环境生物学报,1999,5(增刊):139-142.

[7]吴银宝,汪植三,廖新,等. 猪粪堆肥腐熟指标的研究[J]. 农业环境科学学报,2003,22(2):189-193.