奶牛粪便不同堆肥方式的比较研究

刘文清，王德冰，王丽霞，曲威，邵蕾

（1.中国农业大学烟台研究院，烟台 264670；2.烟台市牟平区畜牧兽医局，烟台 264100）

★养殖环境保护

奶牛粪便不同堆肥方式的比较研究

刘文清1，王德冰2，王丽霞1，曲威1，邵蕾1

（1.中国农业大学烟台研究院，烟台 264670；2.烟台市牟平区畜牧兽医局，烟台 264100）

本研究以奶牛粪便为原料，通过自然堆放（T1）、被动通风静态堆肥（T2）、条垛式翻堆堆肥（T3）、槽式翻堆堆肥（T4）4种堆肥方式研究堆肥过程中温度的变化，并对堆肥的产品进行评价，为奶牛粪便的低成本、简易资源化利用提供参考依据。结果表明，T1堆肥最高温度低于50℃，T2、T3、T4堆肥温度≥50℃的时间分别持续了6、10、10d。T1处理的堆肥产品粪大肠杆菌数和蛔虫卵死亡率不符合《有机肥料》（NY525-2012）规定，T2、T3、T4处理符合规定；发芽率试验表明，T1处理的堆肥产品未完全腐熟，对植物生长具有毒害，而T2、T3、T4处理的堆肥产品达到腐热，对植物生长无毒害作用。

奶牛粪便；堆肥；相对发芽指数

随着我国规模化畜禽养殖业的迅速发展，大量畜禽粪便已成为新的污染源，阻碍养殖业集约化发展[1]。高温好氧堆肥是畜禽粪便无害化处理和肥料化利用的重要途径[2,3]。将养殖粪便进行资源化处理，不仅可以解决养殖业带来的环境污染问题，还可以改良土壤结构、降低化肥用量、提高作物产量，所以具有重要的经济、社会和生态效益[4]。

奶牛粪便含水量高，并有胶质保护，水分不易挥发[5]；含有大量纤维素，通常与半纤维素和木质素连接在一起，其非均质基团为己糖、戊糖、糖醛酸聚合体，它们在物料中常与一些更难分解的物质相复合，因此比较难降解。然而，在我国的绝大多数养殖场，处理和利用废弃物以及保护生态环境意识淡薄，投资大、工艺复杂的堆肥技术不易推广，造成粪便污染问题难以解决。因此，探索工艺简单、投资节省的堆肥技术是当务之急。本研究以奶牛粪便为原料，通过简单堆放、被动通风静态堆肥、条垛式翻堆堆肥、槽式翻堆堆肥4种堆肥方式研究堆肥过程中温度的变化，并对堆肥的产品进行评价，以期为奶牛粪便的低成本、简易资源化利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

表1 堆肥原料的理化性质

牛粪为烟台市长生奶牛场的新鲜牛粪，花生壳粉为市购，其理化性质见表1。发酵菌种为山东君德生物科技有限公司的有机肥发酵剂。

1.2 试验方法

堆肥是微生物作用的过程，微生物生命活动受到堆肥原料C/N、含水率、通气性、pH、有机质等的影响，必须要经过严格的发酵物料配比和过程控制，才能满足微生物生命活动需要。文献显示发酵物料要求含水量50%～60%，C/N调整为25～30:1。本试验经过计算，新鲜牛粪和花生壳粉按照鲜重的2.1:1混合（混合物的理化性质见表2），按照1L/t的量将发酵菌种添加到发酵物料中。

表2 堆肥原料混合后的理化性质

1.2.1 自然堆放（T1）

将混合后的发酵物料添加发酵菌剂后堆成直径1.5m、高1m的圆锥堆体。发酵期间不翻堆。为了堆体保温的需要，堆肥期间在堆体表面盖一层塑料薄膜进行保温。

1.2.2 被动通风静态堆肥（T2）

将混合后的发酵物料添加发酵菌剂后堆成直径1.5m、高1m的圆锥堆体。堆料混合物料铺在孔径约为0.5mm的纱网上，纱网下铺设间距约3cm的红砖，在红砖间形成进气通道。

1.2.3 条垛式翻堆堆肥（T3）

将混合后的发酵物料添加发酵菌剂后堆成直径1.5m、高1m的圆锥堆体。第3天和第7天翻堆，以后每隔一周翻堆一次。

1.2.4 槽式翻堆堆肥（T4）

将混合后的发酵物料添加发酵菌剂后放入长25m、宽5m、高0.8m的发酵槽中，采用翻堆机翻堆，每天翻堆一次。

1.3 测定指标与方法

发酵过程中定期测定堆体中部的温度，连续2次测量的堆体温度与室温相同则发酵结束，采集堆肥样品测定理化性质。

发酵结束后采样，按照《有机肥》（NY525-2012）测定发酵产物中的有机质、氮、磷、钾和含水量、大肠菌群数量、蛔虫卵死亡率。

测定发酵产物的水提取液对植物种子发芽的生理毒性[6]：取样品10g，按1:2加入蒸馏水摇动5min。纱布过滤，滤液以3 000r/min离心10min，上清液稀释5倍。再取直径9cm培养皿，内放两层滤纸，在滤纸上滴加10mL堆肥浸提稀释液，均匀摆放20粒种子，放置在25℃恒温箱中培养6d，统计发芽率和发芽幼苗的根长，以清水处理为对照(CK) ，每个处理3次重复。相对发芽指数（GI）计算公式为：GI = ( 堆肥浸提液处理种子发芽率×堆肥浸提液处理平均根长) /( 清水对照种子发芽率×清水对照平均根长) 。

2 结果与分析

2.1 发酵过程中温度的变化

堆肥过程的完成即堆肥达到稳定化的指标，一般以腐熟度表示。目前衡量腐熟度的方法可分为物理指标、化学指标、生物学指标以及毒理学指标[7]。本次试验的着重点是研究污泥的好氧堆肥过程，而腐熟阶段的外在体现可以通过温度的变化来反映。一般而言，腐熟阶段的完成过程中，温度的变化需要经历升温、恒温以及降温的过程，伴随着降温过程的结束，腐熟阶段也基本已完成。由图1可以看出，4个处理的发酵周期内温度的变化经历了升温、恒温和降温的过程。T1、T2、T3、T4的发酵周期分别为56、46、28、24d。T2处理发酵周期相比T1缩短10d，T3较T2缩短18d，T4较T3缩短4d。

图1 发酵温度变化

《粪便无害化卫生标准》（GB 7959-2012）规定的好氧发酵的卫生要求是：人工翻堆堆温≥50℃的时间至少持续10d或者堆温≥60℃的时间至少持续5d，机械翻堆堆温≥50℃的时间至少持续2d。T1处理的最高温度为38℃，没有达到《粪便无害化卫生标准》要求。王国兴以牛粪和草坪草为原料的堆肥试验中，未通风处理的堆体温度47℃维持了2d，也未达到50℃的要求[8]。由于未翻堆造成堆体中氧气不足，影响了好氧微生物的生长，从而降低了堆体的温度、延长了发酵周期[9]。T2处理的最高温度为58℃，堆温≥50℃的时间持续了6d。经过翻堆的T3和T4处理最高温度分别为63℃和68℃，温度高于50℃的时间持续了10d，达到了《粪便无害化卫生标准》要求。T2处理在第6天温度超过50℃， T3、T4处理在第4天温度超过50℃。

2.2 发酵产物的理化性质分析

堆肥过程中，一方面由于有机氮的矿化、持续性氨的挥发及硝态氮的反硝化作用引起堆肥过程中氮素的损失；另一方面，由于微生物的分解，堆肥原料总质量下降，堆肥产物中氮的浓度相对提高。本试验中相对于堆肥原料的含氮量，T1处理的氮含量下降（表3），原因可能为：T1处理由于不翻堆造成了堆体中氧气供应不足，并且发酵周期也长于其他处理，因此反硝化作用加剧了氮的损失；并且由于发酵不充分，堆体的总质量下降量低于其他处理。相对于堆肥原料的含氮量，T2、T3和T4处理的氮含量提高，这与高建程[9]、胡雨彤[7]的试验结果相同。

表3 堆肥产物理化性质

《有机肥料》（NY525-2012）规定，有机肥中总养分含量≥5%。本试验中4个处理的堆肥产物中总养分含量都低于5%。施宠以牛粪和玉米秸秆为原料发酵后产物的总养分含量也低于5%[10]。发酵过程中，由于物料发酵产生的高温和机械翻料搅拌作用，促使物料水分蒸发。添加发酵菌剂的T2处理堆肥产物中含水量高于T1；翻堆次数多的T4含水量低于T3。发酵过程中微生物的生长需要分解有机质，造成堆肥产物中有机质含量的下降。T1处理发酵的有机质含量显著高于T3和T4，原因可能是：T1发酵不充分，微生物分解的有机质少于T3和T4。

粪大肠杆菌数和蛔虫卵死亡率表示堆肥产品的安全性。《有机肥料》（NY525-2012）规定有机肥中粪大肠杆菌数≤100个/g和蛔虫卵死亡率≥95%。T1处理由于发酵不充分，粪大肠杆菌数和蛔虫卵死亡率都不达标。T3和T4温度高于50℃时间都持续了10d，达到了《粪便无害化卫生标准》（GB 7959-2012）的限定值，粪大肠杆菌数和蛔虫卵死亡率符合《有机肥料》（NY525-2012）规定。虽然T2处理堆温≥50℃时间只持续6d，但是其粪大肠杆菌数和蛔虫卵死亡率也达标。

2.3 发酵产物对发芽率的影响

相对发芽指数（GI）是评价堆肥腐熟度的重要指标，通常认为GI>50%时堆肥对植物生长基本没有毒害作用，GI>80%时则堆肥对植物生长完全没有毒害作用[11]。T3、T4的发芽率与清水对照差异不显著，但根长高于清水对照，且GI大于80%，说明腐熟充分，对植物的生长无毒害作用（表4）。T2处理的发芽率虽然低于清水对照，但GI大于80%，对植物生长也无毒害作用。T1处理的发芽率和根长低于清水对照，GI为67.58%，说明未充分腐熟，对植物的生长有毒害作用。

表4 堆肥产物的种子发芽率试验结果

3 讨论与结论

T1处理发酵周期为56d，最高温度和高温持续天数未达到《粪便无害化卫生标准》（GB 7959-2012）规定的好氧发酵卫生要求，发酵产物中粪大肠杆菌数和蛔虫卵死亡率也未达到《有机肥料》（NY525-2012）规定的限量值。因此T1处理发酵不充分，对种子的发芽产生了抑制作用。

T3和T4处理采用了工厂化堆肥方式，温度高于50℃的时间都持续了10d，堆肥产品达到了好氧发酵的卫生要求，发酵产物中粪大肠杆菌数和蛔虫卵死亡率也符合国标，GI也大于80%。因此这两种堆肥方式均可以作为奶牛场粪便处理的方式。

T2处理的发酵周期为46d，堆温≥50℃时间仅持续6d，但是发酵产物中粪大肠杆菌数和蛔虫卵死亡率符合国标，其GI也大于80%。因此将牛粪与秸秆混合后添加发酵菌剂、被动通风静态堆放可以作为奶牛场粪便处理的一种手段。

相对于工厂化的条垛式、槽式翻堆堆肥，被动通风静态堆放不需要购置翻堆机、节省了翻堆的人力和电力投入，且堆肥产品病原菌达标、对植物生长无毒害作用。因此，被动通风静态堆放可以作为规模化奶牛养殖场粪便处理的简易处理方式。

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Comparison Study on Composting Technology of Cow Manure

LIU Wen-qing1, WANG De-bing2, WANG Li-xia1, QU Wei1, SHAO Lei1
(1.China Agricultural University (Yantai), Yantai 264670; 2.Animal Husbandry and Veterinary of Muping District,Yantai 264100)

In order to discuss the low-cost resource utilization of cow manure, the natural composting, passive aeration static composting, windrow composting and trough composting were studied. The change of composting temperature and composting products were tested. The results showed that, the composting temperature of T1 was less than 50℃, and the composting temperature above 50℃ of T2,T3,T4 continued respectively for 6, 10, 10d.The fecal coliform count and ascaris eggs mortality of T1 didn't meet the requirements of the national standard (＜Organic fertilizer NY-525-2012＞), but T2, T3, T4 met the requirements of the national standard. The experiment of germination rate showed that the composting product of T1 didn't fermented thoroughly and was poisonous to the plant, but the T2, T3, T4 were adverse.

Cow manure; Composting; Relative germination index

X713

A

1004-4264（2017）10-0067-04

10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.10.017

2017-03-06

烟台市科技发展计划项目（2015ZH070）。

刘文清（1996-），女，汉族，本科，主要从事土壤肥料方面的研究工作。

邵蕾，男，副教授，博士。