不同腐熟剂对堆肥效果的影响

于 建 董 磊 肖承泽 宋以玲 洪丕征 李玉环 陈士更 丁方军 ，3★

1 山东农大肥业科技有限公司 泰安 271000

2 山东省腐植酸高效利用工程技术研究中心 泰安 271000

3 山东农业大学资源与环境学院 泰安 271018

堆肥是一种常用的通过好氧发酵处理有机废弃物的方法。通过堆肥处理，可以解决畜禽粪便、秸秆等农业有机废弃物因含有多种病原微生物、寄生虫卵以及其他有害物质对土壤环境造成的危害，从而使农业有机废弃物得到资源化利用[1，2]，实现养殖业与种植业的良好有效对接。堆肥的实质是好氧微生物通过自身的代谢作用，将废弃物中一部分有机物分解转化成简单的小分子物质，使这些有机物向稳定程度较高的腐殖质方向转化[3，4]。常规堆肥所需周期长，不利于有机废弃物的快速资源化利用，通过添加有机物料腐熟剂可以缩短畜禽粪便的腐熟时间，加大其腐熟度，提高腐植酸类物质的转化，进而在施入土壤后可以提高土壤中活性物质的含量[5，6]。

本试验拟在以猪粪和秸秆为主要原料的堆肥中接种“农大肥业”腐熟剂，与市售腐熟剂进行对比，通过检测堆肥发酵过程中各项理化指标的变化，研究“农大肥业”腐熟剂对堆肥发酵效果的影响，为猪粪的无害化处理和秸秆的资源化利用提供技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验材料

（1）堆肥物料。鲜猪粪由山东绿福地科技有限公司提供。小麦秸秆在当地采购，二者的主要成分及C/N见表1。

（2）腐熟剂。腐熟剂1：“农大肥业”腐熟剂，由山东农大肥业科技有限公司生产（以枯草芽孢杆菌、白浅灰链霉菌、唐德链霉菌、米曲霉、黑曲霉等为主要菌种，使用蘑菇渣和鸡粪作为载体制作而成，有效活菌数为5亿/克）。腐熟剂2：市售腐熟剂（含枯草芽孢杆菌、黑曲霉、米曲霉等菌种，有效活菌数为5亿/克）。

表1 堆肥物料主要成分及C/NTab.1 The major components and C/N ratio of compost materials

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

将鲜猪粪与小麦秸秆粉按照3∶2的比例复配成C/N为34左右的混合物料[7]，加适量的水调节含水量至60%。

共设3个处理，CK：不添加腐熟剂；T1：添加“农大肥业”腐熟剂，用量0.1%；T2：添加市售腐熟剂，用量0.1%。混匀后建堆成长3 m，宽2 m，高1.2～1.5 m的腐熟堆，分别在堆肥进行3、6、9、13、20、26和31天后进行翻堆，并在堆肥第5、10、15、20、25、30、35天时取样。

1.2.2 测定指标及其方法

温度测定：将双金属干温度计插入腐熟堆中间位置，于每天上午9点和下午3点记录温度，取两次的平均温度作为测定温度。

发芽指数：按1∶10的固液比称取10 g新鲜堆肥加入100 mL蒸馏水，150 r/min震荡1 h，制备堆肥浸提液，过滤，取滤液置于培养皿中，以蒸馏水为空白，每个培养皿中放入20粒小油菜种子，置于光照培养箱内（温度保持在25～30 ℃，湿度70%～80%），黑暗下培养，在48 h后查看种子发芽数并用游标卡尺测定根长。计算发芽指数，GI（%）=（堆肥浸提液的种子发芽率×种子根长）/（蒸馏水浸提的种子发芽率×种子根长）×100。

C/N：C/N=总有机碳含量/全氮量。

E4/E6：称10 g新鲜堆肥样品，加入100 mL蒸馏水，于200 r/min转速振荡机中振荡1 h，过滤，取滤液在紫外分光光度计下测量465 nm和665 nm的吸光度，得到E4和E6，计算E4/E6。

总腐植酸和游离腐植酸含量：采用GB/T 11957-2001方法测定。

1.3 数据分析

使用Excel 2013和SAS软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 堆肥过程中温度的变化

堆肥过程中的温度变化如图1所示，堆肥过程中的气温在35 ℃以下，因堆肥棚为半封闭状态，因而棚内温度与气温相差2～5 ℃，建堆完成以后的第3天，T1已经升高到50 ℃，比T2高出2 ℃，比CK高出10 ℃。并且每次翻堆前的最高温度，均比T2高2～3 ℃，比CK高9～10 ℃。其中，高于55 ℃的时间点，T1为37次，分别比T2多11次，比CK多30次。可见，在整个堆肥过程中，“农大肥业”腐熟剂能够快速起温，促进有机物料的快速腐熟。

图1 堆肥过程中的温度变化Fig.1 The change of temperature in composting process

2.2 堆肥过程中发芽指数的变化

种子发芽指数既能评价堆肥的腐熟度，又能评价堆肥的生物毒性[8，9]。图2为堆肥过程中小油菜发芽指数变化。从图中可以看出，在堆肥过程中，加入腐熟剂的堆肥浸提液中小油菜种子的发芽指数在1～7天中低于初始值，由16%降低到4%～5%，这可能是在堆肥初期，有机物料所产生的马尿酸、尿囊酸和金霉素等毒性物质较多，而分解量较少导致。随着腐熟度的加深，堆肥中毒性物质被分解，发芽指数开始逐渐升高，T1在20天时，发芽指数达到44%，堆肥达到基本腐熟，而T2在23天时，发芽指数才达到44%；到35天后，添加腐熟剂的两个处理种子发芽指数均接近80%。而CK则一直维持在16%～20%之间，可能是因为未添加腐熟剂，堆肥腐熟慢，且在腐熟过程中产生的马尿酸、尿囊酸和金霉素等毒性物质所致。可见，添加腐熟剂对分解降低堆肥腐熟过程的有害物质，加快堆肥腐熟具有显著效果，且“农大肥业”腐熟剂可以20天完成基本腐熟，35天时达到完全腐熟，效果优于市售腐熟剂。

图2 堆肥过程中小油菜发芽指数变化Fig.2 The change of small rapegermination index in composting process

2.3 堆肥过程中C/N的变化

C/N是有机物料总有机碳与总氮的比值，是堆肥的基本特征之一，也是最常用于评价腐熟度的参数之一。在实践中，堆肥起始C/N一般调到25～35，GARCIA等[10]研究表明，当堆肥的C/N从初始的35降低到20以下时，就可认为已基本腐熟，否则，进入土壤有可能与植物争夺氮源，降低土壤肥力。图3为堆肥过程中C/N变化。从图中可以看出，当堆肥时间进行到20天时，T1和T2的C/N从初始的34分别降为20和22，T1已基本腐熟，而CK的C/N为29；在35天时，T1和T2的C/N分别降为16和19，二者均已达到完全腐熟，而CK为27，还需进一步腐熟。可见，T1和T2整个堆肥过程随着微生物的生长和对有机物的分解及营养物质的释放，促使堆肥C/N降低速度较快，缩短腐熟时间，而CK的降低速度慢，所需腐熟时间长。

图3 堆肥过程中C/N变化Fig.3 The change of C/N ratio in composting process

2.4 堆肥过程中E4/E6的变化

腐植酸在465 nm和665 nm处有特殊吸收峰，其吸光度的比值为E4/E6，E4/E6与腐植酸分子大小或分子间的缩合程度大小有直接关系，在正常状态下，其随腐植酸分子量的增加或缩合程度的增大而减小，因此E4/E6的变化反映了在堆肥过程中腐植酸缩合度和芳构化程度的变化，反映着堆肥的腐熟度。图4为堆肥过程中E4/E6变化。从图可以看出，各处理的E4/E6都存在先上升后降低的趋势，但其变化程度依次为T1＞T2＞CK，在20天时T1的E4/E6下降至1.90，堆肥达到基本腐熟；在23天时，T2的E4/E6下降至1.90，堆肥达到基本腐熟。

图4 堆肥过程中E4/E6变化Fig.4 The change of E4/E6 in composting process

2.5 堆肥过程中总腐植酸含量的变化

堆肥中腐植酸的含量直接对有机肥或生物有机肥有机质含量产生影响。图5为堆肥过程中总腐植酸含量变化。从图可以看出，随着堆肥的腐熟，T1、T2的总腐植酸含量呈现先快速增加后略微下降的趋势，从开始的12.70%升高到37.50%又降至32.06%；一方面是因为有机物料分解的小分子物质缩合成腐植酸，另一方面是因为前期有机物料在微生物作用下不断腐解产生腐植酸，使腐植酸含量一直上升，而在腐熟基本完成后有机物料所产生的腐植酸含量基本恒定，但小部分腐植酸不稳定再分解，使总腐植酸含量有略微下降的趋势。而CK中无腐熟剂，有机物料腐解产生的腐植酸少，表现出平缓上升的趋势。堆肥完全腐熟时，各处理腐植酸含量依次为：T1＞T2＞CK。因此，添加腐熟剂对促进有机物料腐熟，提高肥料内腐植酸含量有显著效果，且“农大肥业”腐熟剂效果优于市售腐熟剂效果。

图5 堆肥过程中总腐植酸含量变化Fig.5 The change of total humic acid content in composting process

2.6 堆肥过程中游离腐植酸含量的变化

图6 为堆肥过程中游离腐植酸含量变化。从图可以看出，游离腐植酸含量与总腐植酸含量变化趋势相反，前23天含量降低，原因可能是游离腐植酸被微生物分解所致，之后呈上升趋势，原因可能是部分结合态腐植酸转化为游离腐植酸所致。从图中也可以看出，T1对游离腐植酸的消耗量要高于T2，同时远远高于CK，这是由于在堆肥的腐熟过程中，微生物生长繁殖需要一定的养分，而T1内微生物的繁殖代谢较T2旺盛，对可利用养分的需求相对较多，因此CK的游离腐植酸含量一直高于T1和T2。

图6 堆肥过程中游离腐植酸含量变化Fig.6 The change of free humic acid content in composting process

3 讨论与结论

该试验通过接种“农大肥业”腐熟剂处理猪粪、秸秆堆肥，与市售腐熟剂对比，结果表明3个处理试验中，T1升温迅速，并且每次翻堆前的最高温度、高于55 ℃的次数均高于T2和CK；随着堆肥的腐熟，小油菜种子发芽指数开始逐渐升高，T1在20天时，发芽指数达到44%，堆肥达到基本腐熟，而T2在23天时达到基本腐熟，CK发芽指数一直维持在16%～20%，变化不大。在堆肥过程中，随着微生物的生长代谢，T1和T2的C/N降低较快，由34分别降低到16和19，而CK降低到27，变化较慢。2个试验组的E4/E6呈先升高后降低的趋势，变化程度为：T1＞T2＞CK；随着堆肥的腐熟，堆肥中总腐植酸含量呈现先快速增加后略微下降的趋势，而游离腐植酸含量与总腐植酸含量的变化趋势相反。可见，在堆肥过程中，“农大肥业”腐熟剂能够快速升温，促进堆肥的快速腐熟，并快速分解堆肥中有毒物质，提高堆肥产品中总腐植酸含量。这表明，“农大肥业”腐熟剂在堆肥过程中微生物的代谢活性更强，对以猪粪为主要原料的有机物料腐熟能力更强，效果更好。

综上所述，添加腐熟剂既可加速堆肥的腐熟速度，还能提高堆肥内总腐植酸含量和所含氮磷钾等有效养分含量[11]，添加“农大肥业”腐熟剂对有机物料的腐熟度较市售腐熟剂效果明显，且腐熟时间短。本研究结果中总腐植酸含量变化趋势同程红胜等研究结果[12]相似，而游离腐植酸含量变化趋势与陈迪等研究结果一致[13]。但已有研究结果显示不同堆肥材料、不同发酵条件下腐植酸含量变化不尽相同[12～16]，深层机理有待研究；本次试验只测定了堆肥过程中的温度、发芽指数、C/N、总腐植酸和游离腐植酸含量等的变化规律，而未对氮、磷、钾等营养元素、腐殖化系数（CHA/CFA）以及实际肥效等可行性指标做相关测定、分析。在今后的研究中需要对以上两点做深入研究，一是深入研究堆肥过程中腐植酸含量变化机理，二是寻找快速有效且能全面评价腐熟剂效果的可代表性指标，为腐熟剂效果的评定、筛选以及日后在有机肥生产上的应用提供参考，并推进农业有机废弃物的合理化应用。