畜禽粪便堆肥高效固氮添加剂研究

钱靖华

摘 要：通过在畜禽粪便堆肥过程中加入不同的添加剂，以减少氮素在堆肥过程中的流失。结果表明：添加过磷酸钙、磷石膏、钙镁磷肥可达到固氮的效果。固氮效果最佳的是磷石膏，比对照提高了11.2%;其次为钙镁磷肥、过磷酸钙;过磷酸钙、钙镁磷肥、磷石膏与草炭的组合均有固氮效果，与对照比较，磷石膏+草炭的效果最佳。

关键词：畜禽粪便;堆肥;固氮;好氧堆肥;添加剂

中图分类号 X713文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）01-0134-03

Study on High Efficiency Nitrogen Fixation Composting Additive for Livestock Manure

QIAN Jinghua

（Beijing Municipal Research Institute of Environmental Protection， Beijing 100037，China）

Abstract： In this study， different additives were added during the aerobic composting process of livestock manure to reduce the loss of nitrogen in the composting process. The addition of superphosphate， phosphogypsum and calcium magnesium phosphate can reduce the nitrogen loss. The best nitrogen fixation effect is phosphogypsum， which is 11.2% higher than the control; Among the composite additives， phosphogypsum and peat have the best effect.

Key words： Livestock manure; Compost; Nitrogen fixation; Aerobic composting;Additive

密云水库流域是北京市的地表水水源地和生态涵养区，但密云水库二、三级保护区内目前仍然存在规模化畜禽养殖产业，短期内不能全部关停，尤其是南水北调的来水进入密云水库后，如何控制密云水库保护区的污染保障水质显得尤为重要。堆肥化被认为是一种固体废弃物资源化、无害化、减量化的有效手段。堆肥可以使有机废物稳定化，在高温发酵时杀死病原菌，其最终产物还能作为肥料或土壤调节剂，使有机物得到循环再利用[1]。但在畜禽粪便堆制腐熟过程中，由于氨挥发造成了严重的氮素损失[2]。目前，控制氮损失的方法主要有以下2种：一是改变工艺条件;二是在堆肥过程中加入添加剂[3]。

好氧堆肥的环境影响因素有pH值、含水率、温度、C/N、通风方式等几个方面。在实际堆肥中发现，pH在3～12可以进行堆肥，而堆肥适宜的pH值为8.0左右[4]。当含水量在35%～40%时，堆肥微生物的降解速率会显著下降，但水分下降到30%以下时，降解过程会完全停止。对于绝大多数堆肥混合物，推荐的含水量上限为50%～60%[5]。研究表明，大多数微生物活动的适宜温度为50～60℃，所以堆肥的最高温度保持在50～60℃较为适宜。强制通风就是利用风机对物料进行正压鼓风、负压抽气以及两者结合的方式，进行气体交换，促进物质传输和对微生物的氧传递[6]。若堆肥物料中C/N值过高，则微生物生长过程氮素不足，会导致“氮饥饿”[7]，微生物不能正常繁殖;若C/N值过低，则碳素不足，而过量的氮素不能用于微生物细胞合成，特别是pH值和温度高时容易转变成氨气挥发引起氮素损失。

在堆肥过程中，氮的各种形态包括总氮、铵态氮、硝态氮和有机氮[8]。堆肥初期，在高温微生物的作用下，大量的有机物质被分解，转化成无机态氮，无机铵态氮在氨化细菌的作用下进一步转化成NH3。因此，堆肥初期NH3呈现直线上升趋势，NH3释放量的高峰期出现在堆肥后第2～12天，12d后堆肥NH3的释放量均很低，说明随着微生物矿化作用减弱，NH3的产生量也随之减少。铵态氮在硝化细菌的作用下转化成硝态氮，抑制了NH3的产生。因此，堆肥过程中NH3 释放的调控重点在于堆肥的前期[9]。堆肥降温腐熟阶段，由于温度、pH和NH3浓度降低，促进了硝化细菌的快速生长和大量繁殖，有利于硝化细菌顺利进行。因此，水溶性NO3-N不断升高[10]。在堆肥前14d，有机氮含量下降，而在随后堆肥过程中（15～50d），堆体的有机氮不断上升，至堆肥结束时较堆肥初期上升30.3%，这是由于在堆肥开始阶段，有机氮在微生物的作用下被分解成无机养分而减少;而在堆肥中、后期部分有机氮上升可能是由于无机氮转变成有机氮，而被同化固定下来的缘故[11]。摸清氮素的转化规律，就可以选取适当地添加剂来控制堆肥过程中的氮素损失。本研究根据好氧堆肥技术原理，选择比较适宜的堆肥技术参数，通过选取不同添加剂进行试验，探讨堆体在堆置过程中各种理化性质的变化规律以及不同添加剂的固氮效果，以期为减少畜禽粪便堆肥化处理过程中的氮素损失提供理论依据。

1 研究方法

本研究采用牛糞、羊粪、鸡粪进行好氧堆肥，混合比例为2∶2∶1;利用草末调节C/N比为25;各发酵箱均调节初始含水率至55%;每箱装堆重量为35kg（不含添加剂的量）。试验中选择人工翻堆法，装箱后前10d每天进行翻堆，温度高于70oC，增加翻堆次数;10d后每7d翻堆1次，堆肥周期28d。分别在0、3、7、14、21、28d取样，采样点位于堆料箱中部，使用5点采样法，每次采样100g。采用风干后，过筛供检测。固氮添加剂选择过磷酸钙、钙镁磷肥、磷石膏、沸石粉、草炭等。处理1为空白;处理2：添加4%过磷酸钙;处理3：添加8%过磷酸钙;处理4：添加5%过磷酸钙;处理5：添加10%钙镁磷肥;处理6：添加5%磷石膏;处理7：添加10%磷石膏（百分比均按干重计）。另外，本研究还进行了复合添加剂的固氮效果试验。处理1为空白;处理2：添加4%过磷酸钙+5%沸石粉;处理3：4%添加过磷酸钙+5%草炭;处理4：添加10%钙镁磷肥+5%沸石粉;处理5：添加10%钙镁磷肥+5%草炭;处理6：添加10%磷石膏+5%沸石粉;处理7：添加10%磷石膏+5%草炭。（百分比均按干重计）。

2 结果与分析

2.1 不同添加剂对固氮效果的影响

2.1.1 NH4+-N的变化 从图1可以看出，在整个堆肥过程中铵态氮的含量都呈现出增加然后减少的趋势。7个处理都是在高温期氨氮上升最快，在降温和腐熟期氨氮含量减少。这是因为在堆肥过程中，随着堆体温度的升高，含氮有机物不断被降解，产生了大量的NH4+-N;进入稳定期后，由于可降解的氮素物质减少，加上NH4+-N转化为NO3-N，或转化为有机氮，所以含量会下降。添加过磷酸钙的2个处理堆肥结束时，铵态氮分别比对照增加了89.9%、393%，这主要是由于过磷酸钙呈酸性，有效地以磷酸铵盐的形式固定了氮。添加钙镁磷肥、磷石膏的堆体中铵态氮含量与比对照比变化不大。

2.1.2 NO3--N的变化 从图2可以看出，7个处理中硝态氮含量的变化趋势相同，升高过程不明显，整个堆肥过程中硝态氮的含量增加不多。

2.1.3 总氮的变化 从图3可以看出，7个处理总氮含量均逐步升高，这主要是因为总氮为一个相对量，当堆体中其他易挥发物质的损失总量大于氮素损失量时，单位干物质中的TN相对含量就会呈现增加的趋势[12];在堆肥过程中添加过磷酸钙、磷石膏、钙镁磷肥的处理总氮含量都比对照要高，这也又一次说明了添加剂的固氮效果。通过总氮含量的对比得出：固氮效果最好的是磷石膏，达到了11.2%，其次为钙镁磷肥、过磷酸钙;在3种添加剂中，适当地增加添加量，可以提高固氮效果。

2.2 不同复合添加剂的固氮效果研究 从图4可以看出，7个处理总氮含量的变化趋势相同，均逐步升高。在堆肥过程中过3种添加剂与沸石粉的组合固氮效果比参照要低;3种添加剂与草炭的组合固氮效果均比对照要高。堆肥结束时，处理3、处理5、处理7的总氮含量分别比对照增加6.96%、8.41%、8.99%。说明不同添加剂与草炭的组合具有一定的固氮效果，与沸石粉的组合均未起到固氮的作用，即沸石粉的吸附作用不明显。

3 结论与建议

（1）在堆肥过程中添加过磷酸钙后，堆体中铵态氮的含量比对照要高，主要因为添加的过磷酸钙呈酸性，有效地以磷酸铵盐的形式固定了氮。

（2）添加过磷酸钙、磷石膏、钙镁磷肥可以达到固氮堆肥的效果，其中固氮效果最好的是磷石膏，比对照提高11.2%，其次为钙镁磷肥、过磷酸钙。3种添加剂中，适当地增加投加量可以提高固氮效果。

（3）不同添加劑与沸石粉的组合均未起到固氮的作用;过磷酸钙、钙镁磷肥、磷石膏与草炭的组合均有固氮效果，与对照比较，磷石膏+草炭效果最好。

堆肥化可以实现畜禽粪便的综合利用，是养殖企业得以存在的必要途径。在堆肥过程中，通过添加不同的添加剂可以达到高效固氮的目的，同时减少了堆肥过程中的氨排放，控制环境污染。

参考文献

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（责编：张宏民）