不同发酵物料对牛羊粪堆肥腐熟效率的影响

孟阿静 赵红霞 阿依努尔·艾海买提 艾斯卡尔·吐地努尔买买提·木沙 杨 莉 邵华伟 王新勇

（1.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所 乌鲁木齐 830091；2．库车市农业技术推广站 新疆库车 842000；3.阿克苏地区林业技术推广服务中心 新疆阿克苏 842008）

近年来，随着我国农业迅速发展，每年产生的有机废弃物数量不断攀升，总量超过40亿t，其中畜禽粪便占比65.3%，作物秸秆占比17.5%[1-2]。秸秆与牛粪的合理化配比，可使资源得以有效利用，减少农业污染，提高农民经济收入，堆肥是资源化处理农业废弃物的有效途径[3-4]。堆肥后施入土壤可以有效增加土壤有机质，改善土壤结构，提高土壤生态活力，促进土壤养分充分释放[5]。本研究以牛羊粪为主料，研究添加菌棒、短棉秸秆、杂草3种物料对堆肥腐熟的影响，选出最佳物料配比，为库车市牛羊粪堆肥处理提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

堆肥物料：新鲜出圈牛粪和羊粪、粉碎的棉花秸秆（直径2～5 cm）、蘑菇菌棒（直径2～5 cm）、杂草（直径5～10 cm）、水、尿素。发酵菌剂：人元公司生物发酵菌剂。3种不同生物发酵物料在同一温度下进行堆肥发酵。

1.2 试验时间和地点

堆肥试验于2020年9月26日至11月9日,试验在库车市比西巴格乡牛场村温棚内进行。

1.3 试验设计及样品采集

试验按照堆肥发酵菌剂、水分一致，物料配比不同的处理方式，共设4个处理。处理物料1：羊粪+牛粪+菌棒+人元发酵菌剂；处理物料2：羊粪+牛粪+短棉秸秆+人元发酵菌剂；处理物料3：羊粪+牛粪+杂草+人元发酵菌剂；处理物料4：羊粪+杂草+人元发酵菌剂。各处理牛羊粪质量比为1∶1，棉秸秆、菌棒和杂草添加量全部为总物料的2%，生物发酵菌剂为人元发酵菌剂，添加量为100 g/t，水分控制为55%，混合均匀后随机排列在温棚内。每处理堆肥物料堆成长×宽×高为3.40 m×1.85 m×1.41 m的梯形，每隔7 d取样1次，从堆体表层、中层、内层各取样300 g，多点取样混合均匀后置于自封袋中送实验室检测。

1.4 试验测定指标

1.4.1 堆体温度测定将水银温度计从堆体顶部垂直插入各处理组，深度为50 cm，每天于上午11:00、下午18:00读取堆体温度，同时记录室内环境温度。

1.4.2 样品养分测定样品水分、pH按照NY 525-2012标准进行检测；水解氮按照LY/T 1228-2015、有效磷按照GB 8573-2017、速效钾按照NY/T 889-2004标准进行检测。

1.4.3 种子发芽指数的测定取新鲜堆肥样品与蒸馏水按固液比1∶10混合,于离心机中200 r/min离心1 h后4 000 r/min离心10 min，将上清分装到洁净10 mL离心管中,得到堆肥水浸提液4℃保存。取一张大小合适的滤纸放入干净无菌的培养皿中,均匀放入20粒白菜种子,加入上述浸提液10 mL，同时以蒸馏水作对照,每个样品3次重复。25℃恒温培养箱培养24 h后取出,观察发芽情况及种子根长,计算发芽指数（GI）。计算公式：发芽指数（%）=样品发芽数×根长×100/对照发芽数×根长。

1.5 数据分析

本试验采用SPSS 17.0和Excel数据处理软件对数据进行差异显著性检验与分析。

2 结果与分析

2.1 不同物料对堆肥温度的影响

物料配比不同，对堆肥发酵温度影响也有所不同。由图1可知,随着堆肥时间的不断延长,各处理组堆体温度呈现先升高后下降的趋势。在堆肥5 d时，物料2处理率先进入高温期45℃，其他3个处理温度未升到45℃，物料1处理最低，只有43℃。

图1 添加不同物料对堆肥温度的动态变化规律

随着时间的增加，各处理温度也逐渐升高，在堆肥12 d时，物料2处理温度已达到50℃，物料3为46℃，物料1和物料4处理为45℃。在堆肥15 d时，所有堆肥进行了翻堆处理，翻堆后5 d（堆肥20 d时）物料3处理迅速升温，温度达到58℃，在25 d时物料3处理温度达到全程最高温60℃，物料3处理全程发酵50℃以上高温保持13 d。其他处理温度均未超过50℃，物料1和物料2处理在堆肥30 d时温度开始下降，温度下降至44℃，物料4处理全程堆肥最高温只升到48℃，按照我国堆肥温度要求50～55℃维持5 d以上均可达到无害化的要求，物料2和物料3可达到无害化要求，而物料1和物料4处理不能达到无害化要求。

综上,不同物料处理对堆肥物料温度影响不一致，从温度变化角度分析,促进堆肥温度变化物料配比推荐顺序：物料3配比（羊粪+牛粪+杂草+人元发酵菌剂）优于物料2配比（羊粪+牛粪+短棉秸秆+人元发酵菌剂）优于物料1配比（羊粪+牛粪+菌棒+人元发酵菌剂）优于物料4配比（羊粪+杂草+人元发酵菌剂）。

2.2 不同物料配比对堆肥pH的影响

由于本处理发酵物料不一致，起始pH也不同，各处理起始pH在8.4以上。由图2可知,堆肥前14 d物料3和物料4的pH呈上升趋势，而物料1和物料2处理pH呈下降趋势，第14天物料3升至全部处理的最高值8.84，物料4为8.75，物料2为最低8.46。堆肥14 d后，各物料处理pH均呈下降趋势，在堆肥21 d时，各处理pH在8.4～8.7之间，腐熟堆肥的pH指标为8.0～9.0。处理1～处理4都符合标准的要求。但碱性的环境会加剧氨的挥发，使肥料的养分含量受到损失，所以堆肥过程中，物料以维持较小的pH为好。物料3的pH一直处于下降和较低的水平，在堆肥35 d时，各物料处理pH均在8.5～8.9之间，全部符合堆肥腐熟标准。物料4处理在28 d时pH升高至9.26，这是取样和翻堆等因素影响造成的。适宜的pH是满足堆肥体内微生物生长繁殖的必要条件，堆肥过程中堆体pH取决于微生物自身调节作用，底物物料的不同对堆体pH变化规律影响不大。

图2 不同生物发酵菌种对堆体pH的影响

2.3 不同物料对堆肥C/N的影响

不同物料堆肥C/N同牛粪中添加不同生物发酵菌种结果相似，也呈逐渐下降的趋势。本试验由于物料不一致，起始物料堆肥C/N除物料1外都比较接近20，因此本试验堆肥C/N不能作为判断堆肥腐熟度的主要指标。由图3可知，物料1～物料4处理，在堆肥14 d（第2次取样）时都全部低于20，物料1最高，为18.94，物料2最低，为8.36。各处理在堆肥21 d和27 d时虽然有不同的变化，但C/N都在20以下，各处理物料数据变化受物料翻堆的影响较大。

图3 不同物料对堆肥C/N的影响图

2.4 不同物料配比对堆肥种子发芽指数的影响

由图4可知，随着堆肥时间的延长种子发芽指数呈逐渐上升的趋势。堆肥35 d，各处理种子发芽指数都在80%以上，其中物料3处理最高,为88%，最低的为物料4处理（81%），物料1和物料2分别为86%和83%。综上数据分析，物料3为牛粪加羊粪和杂草，杂草中茎秆和叶片相对棉花秸秆和菌棒粒径小，堆体物料中木质素和纤维素易被微生物利用；不同物料配比对堆肥种子发芽指数影响顺序：物料3优于物料1优于物料2优于物料4。

图4 不同物料对堆肥发芽指数的影响

2.5 不同物料配比对堆肥速效氮的影响

堆肥中速效氮含量的变化反映了微生物对氮素的利用情况。由图5可知,堆体中铵态氮含量呈先下降后上升的趋势,由于物料配比不同，各处理起始含量有所不同，其中物料1配比速效氮含量最高，物料4为289 mg/kg,位于第二，物料2和物料3分别位于第三和第四。堆肥14 d后，各处理速效氮急剧下降，其中物料1～物料4速效氮分别下降58.3%、27.4%、45.7%和33.2%，物料1和物料3下降较快，这受物料在堆肥初期pH和温度较高的影响，铵态氮损失较多。随着堆肥时间的增加，堆肥中微生物（硝化细菌）的作用，硝化菌可将堆体中铵态氮转化为硝态氮，防止氮素以氨气逸出。本试验在堆肥35 d时，物料2和物料3中速效氮的含量较堆肥初期是升高的，分别升高了9.7%和23.7%，说明物料2和物料3配比更适合硝化细菌生长，减少了铵态氮的损失，符合现代高温堆肥的要求,使肥效更高。而物料1和物料4较堆肥初期是下降的，两处理分别下降了10.7%和55%，说明物料1和物料4处理铵态氮损失较严重。

图5 不同物料对堆肥速效氮的影响

2.6 不同物料配比对堆肥速效磷的影响

由图6可知,各处理组速效磷含量随堆肥进程的延长呈逐渐上升趋势。堆肥过程中速效磷的变化相对速效氮和有机质等变化较稳定，其绝对含量不会发生太大变化,只是在不同形态之间不断转化。各处理速效磷含量都是呈先上升后趋于平稳的趋势,在堆肥35 d时各处理组速效P含量分别为1.41%、1.42%、1.50%、1.48%，较堆肥起始时均有一定的升高，物料1～物料4较起始有效磷分别增加了45.4%、57.8%、42.8%、54.2%，不同物料配比对堆肥有效磷的变化影响不显著。

图6 不同物料对堆肥速效磷的变化

2.7 不同物料配比对堆肥速效钾的影响

由图7可知，堆肥过程中堆体内速效K含量呈逐渐上升趋势,速效K含量在28 d后增长缓慢。处理1～处理4在堆肥35 d时堆体速效钾含量与堆肥开始时相比分别增长了56.4%、38.2%、7.8%、40.3%，物料1速效钾增长最多，这和物料菌棒中总钾的含量有关，物料3为杂草处理，其含量总钾含量较少，故速效钾含量上升最少。

图7 不同物料对堆肥速效钾的变化

3 结论

不同物料配比对堆肥温度、种子发芽指数、速效氮磷钾等均有不同的影响。

（1）从堆肥腐熟时间和温度分析，推荐物料配比：物料3配比（羊粪+牛粪+杂草+人元发酵菌剂）优于物料2配比（羊粪+牛粪+短棉秸秆+人元发酵菌剂）优于物料1配比（羊粪+牛粪+菌棒+人元发酵菌剂）优于物料4配比（羊粪+杂草+人元发酵菌剂）。

（2）从肥料养分分析，推荐配比顺序：物料1配比（羊粪+牛粪+菌棒+人元发酵菌剂）优于物料2配比（羊粪+牛粪+短棉秸秆+人元发酵菌剂）优于物料4配比（羊粪+杂草+人元发酵菌剂）优于物料3配比（羊粪+牛粪+杂草+人元发酵菌剂）。