牛粪与霉变玉米青贮混合堆肥试验研究

包细明，刘文凯，熊海谦，2，卢华平，夏建友，周 念，2

（1.黄冈市农业科学院，湖北 黄冈438000；2.黄冈梅家墩牧业有限责任公司，湖北 黄冈438000）

中国每年养殖业和种植业都会产生大量的农业废弃物。据统计，养殖业每年大约产生3.8亿t的禽畜粪便，综合利用率不足60%［1］。根据《第二次全国污染源普查公报》，2017年种植业年产生的秸秆8.05亿t，秸秆可收集资源量6.74亿t，秸秆利用量5.85亿t，约有2亿t未被资源化利用。农业秸秆被随意堆放或肆意焚烧，一方面会造成养分的大量损失，另一方面焚烧产生的有害气体，不仅危害人类健康，同时会对生态环境造成极大危害［2］。秸秆中除含有氮、磷、钾和有机碳等养分外，还可提供相当数量的中、微量元素和氨基酸等有机营养成分，是一类数量极其丰富，能直接利用的有机肥资源。发酵的畜禽粪便和秸秆施入农田中可增加土壤有机质含量，实现废弃物的资源化利用，减少环境污染［3，4］。

近年来，随着草食性家畜饲养规模的不断扩大，青绿饲料的需求也相应增加。青贮饲料可以最大限度地保持青绿饲料的营养物质，同时具有适口性好、可调剂青饲料供应的不平衡、净化饲料、保护环境等优势，广泛应用于牛羊等家畜的养殖。2018年中国玉米种植面积为4 213万hm2，占农作物播种面积的25.4%，产量为25 717万t［5］。青贮玉米饲料由于营养充分、易于规模化利用等特点，受到畜牧养殖户的青睐［6］。然而在实际生产中，由于青贮制作过程中因含水量过高或过低、制作过程压实不严以及贮存与运输不当等因素会导致青贮饲料腐烂、发霉变质。调查发现，黄冈市某规模化奶牛场去年制作玉米青贮2 000 t左右，其中在饲喂过程中因霉变等原因，丢弃约100 t，年损失率约5%。有研究报道，在农村，农户青贮的玉米因腐败变质造成的年损失率高达20%~30%［7］。饲料发生霉变后，其理化性质均发生改变。饲喂动物后，动物往往会发生急性中毒，多为急性肝坏死，即使摄入量含量很低，也会导致畜禽生长受阻、繁殖性能降低、免疫机能下降，长期少量摄入则会发生慢性中毒和致癌［8］。饲料霉变不仅会造成饲料的浪费，变得毫无饲喂价值。又因其本身营养成分高，随意堆放丢弃，不仅会滋生蚊蝇，还会散发出刺激、酸臭等难闻气味，增加养殖场的环境负担。因此，对霉变玉米青贮进行综合利用，不仅可以避免造成养分损失，同时还可以缓解养殖场的环境压力，具有非常重要的现实意义。已有研究［1，2］表明牛粪与秸秆混合发酵具有良好的发酵效果，因而为了探究养殖过程中霉变玉米青贮的资源化利用途径，解决霉变青贮对养殖环境的压力，本研究进行玉米秸秆制作的青贮饲料霉变后，与牛粪混合发酵试验，探究其发酵效果，为霉变玉米青贮的综合利用提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

供试鲜牛粪、霉变玉米青贮均来自黄冈市某奶牛场；堆肥所添加菌种购自湖北问心农业科技有限公司。

1.2 方法

根据实际生产中养殖场牛粪的产量大于霉变玉米青贮，本研究堆肥原料以牛粪为主，因此设计3个试验组和1个空白对照组，各处理组成分配比如下：试验组1（S1），牛粪与霉变的玉米青贮重量比1∶1；试验组2（S2），牛粪与霉变的玉米青贮重量比2∶1；试验组3（S3），牛粪与霉变的玉米青贮重量比3∶1；对照组（CK），100%牛粪。

试验于2021年4月4—25日在黄冈市某奶牛场进行。将鲜牛粪与霉变的玉米青贮混合，按产品说明书加入菌种，充分混合。然后将混合物料堆成下底宽1.5 m，高1.0~1.2 m，长度为2.0~3.0 m的小堆。定期测温、翻抛，堆肥结束后取样。最后一次翻抛后，每组随机取5个点进行取样，混匀后送检。

1.3 检测指标

温度测定：每次选取3个点，使用金属探针电子温度计测量堆体内部温度，然后取其最高温度，有机肥发酵的适宜温度应保持在50~60℃［9］，所以当所有组发酵温度均低于50℃时，停止试验。参照NY 525—2021中方法对剩余样本的pH、有机质、总养分、总氮、P2O5、K2O、铵态氮、发芽指数等指标进行测定。

2 结果与分析

2.1 堆肥过程中的温度变化

堆肥温度是最直观可判断堆肥腐熟程度的指标［10］。GB/T 7959—2012《粪便无害化卫生标准》中规定了人工堆肥温度维持50℃高温的时间至少持续10 d［11］。由图1可以看出，从堆肥2 d开始，各处理组的温度均达50℃以上，且呈上升趋势，在4 d时达到最高值，S1、S2、S3和CK的最高温度分别为65.8、68.1、69.9、68.3℃；5~8 d虽然各处理组堆肥温度均开始有所回落，但仍处于较高温度，温度均在55~60℃；从9 d开始，S1、S2、S3组的堆肥温度长期保持在55℃左右，均高于CK；CK的堆肥温度从14 d开始就下降到50℃左右，S2和S3组在第19天时，其堆肥温度下降到50℃以下，S1组则在第22天堆肥温度下降到50℃以下。本试验中S1、S2、S3、CK各处理组堆肥温度达50℃以上的时间分别为20、19、19、10 d。根据温度指标来看，本次试验各处理组堆温50℃持续时间均已达到粪便无害化的要求。

图1 不同处理组堆肥过程中的温度变化

2.2 堆肥前后pH变化

pH可以作为堆肥腐熟度评价的指标［12］，pH太高或太低会对堆肥效果产生不利的影响，而适宜的pH能使微生物更有效地发挥作用。从表1可以看出，在堆肥后，所有处理组的pH均呈碱性（8.2≤pH≤8.7）。有研究认为腐熟的堆肥一般呈弱碱性，pH为8.0~9.0［13］。堆肥结束后，pH大小与堆肥初期牛粪含量呈正相关，各试验组pH均低于CK，提示堆肥末期pH大小与物料的性质和不同成分的配比有一定的关系。

表1 不同处理组堆肥前后pH

2.3 堆肥前后理化指标的变化

从表2可以看出，经过堆肥后，各处理组的理化指标都有明显的变化。有机质、总氮和铵态氮的含量总体下降，S1、S2、S3和CK的有机质含量分别下降了14.2、14.6、15.2、11.7个百分点，S1、S2、S3和CK的总氮含量分别下降了0.46、0.54、0.27、0.83个百分点，S1、S2、S3和CK组的铵态氮含量分别下降了0.27、0.35、0.38、0.53个百分点。有机质和氮含量降低可能与微生物的新陈代谢有关，铵态氮含量降低推测可能是由于堆肥过程中的多次翻堆使大量NH3释放损失［14］。总养分、P2O5和K2O的含量均有所上升，S1、S2、S3和CK的总养分含量分别增加了0.62、0.65、0.99、0.04个百分点，S1、S2、S3和CK的P2O5含量分别上升了1.01、0.91、0.68、0.19个百分点，S1、S2、S3和CK的K2O含量分别上升了0.07、0.28、0.58、0.68个百分点。有研究表明在高温堆肥结束时，堆肥全磷、全钾含量比堆肥初始有所增加，可能是由于堆肥过程中磷素和钾素不会挥发损失，而堆体的总干物质下降所致［15］。

表2 不同处理组堆肥前后有机肥理化指标（单位：%）

2.4 不同处理组堆肥浸出液对白菜种子发芽指数的影响

种子发芽指数（GI）是堆肥腐熟的重要指标，有研究者认为，当GI＞0.50时，堆肥对植物已基本没有毒性［16］。由表3可以看出，S1、S2、S3和CK的发芽指数分别为0.485 9、0.286 2、0.204 7、0.338 7，表明各处理组堆肥产物还未达到对白菜种子无毒的标准，探究其可能的原因，①白菜种子适宜在中性和偏酸性的环境中萌发和生长，碱性环境会抑制白菜种子萌发和幼苗生长［17］，因此随着pH的增大，S1、S2、S3的发芽指数逐渐下降；②在堆肥过程中，试验组中添加的霉变玉米青贮会产生霉菌毒素，有研究表明霉菌毒素会降低种子的发芽率，抑制种子根系的生长［18］，进而影响其发芽指数。还可推测出在此次试验中，霉菌毒素对发芽指数的抑制作用强于pH。

表3 不同堆肥产物浸出液处理白菜种子的发芽指数

3 小结

1）与对照组相比，试验组在堆肥中期堆体高温维持时间延长了9~10 d，因此牛粪与霉变青贮玉米混合堆肥能延长堆体高温期持续时间，有利于最终堆体的快速腐熟。

2）所有处理组在堆肥末期物料均呈碱性，且pH大小与牛粪含量呈正相关，表明其与物料的性质和不同成分的配比有一定的关系。

3）与堆肥初期相比，所有处理组在堆肥末期的总氮和铵态氮含量均有不同程度的降低，而总养分、P2O5和K2O含量则相对增加。

4）在堆肥末期，所有处理组均未能达到对白菜种子无毒的标准。本研究认为可以在堆肥初期调整物料和性质配比，调整其pH，同时对霉变玉米青贮进行去霉预处理后，再混合堆肥，以消除堆肥产物对植物的毒性作用。