新疆地区纳米膜覆盖好氧堆肥技术试验及应用

于秀针，张 杰，赵 超，孔令卓，李 浩，冯 斌

（新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆乌鲁木齐 830091）

0 引言

新疆作为我国五大牧区之一，非常适合发展养殖业[1]。目前，随着我区畜牧业的发展及政府对畜牧业的支持力度不断增大，我区养殖业逐渐向集约化、规模化发展的同时也造成养殖粪污排放区域的增加，如不及时处理养殖废弃物对给周围环境和人民健康构成极大威胁。无害化、资源化处理是当前畜禽粪便的主要处理方式。覆盖纳米膜能够加快堆体腐熟，减少恶臭气体的排放，是一种无害化、低排放的技术手段，能够有效解决畜禽粪便堆肥发酵带来的污染物排放难题，促进养殖业的绿色可持续发展[2]。2021 年畜禽粪便好氧发酵堆肥技术已遴选成为农业农村部的主推技术，但是纳米膜好氧堆肥在新疆的应用较少，且缺少关于关于纳米膜好氧堆肥的温度和养分变化情况的报道。

1 试验设备及材料

1.1 试验设备

图1 纳米膜好氧堆肥系统

2020 年我单位引进秦皇岛领先康地农业技术有限公司的纳米膜好氧发酵设备在沙湾县大泉乡东泉村春和农民养殖专业合作社开展试验示范。

纳米膜好氧堆肥系统由纳米膜、控制器、输氧机和发酵场地四部分组成。纳米膜以特制的e-PTFE（expanded poly tetra fluoro ethylene，膨胀聚四氟乙烯）膜为核心，夹在两层聚酯膜中间，聚酯膜具有防紫外和耐腐蚀的特点（李永双）。纳米膜是一种孔径50～200 nm的选择透过性膜，这种膜只允许水蒸气、二氧化碳等小于膜孔径的物质透过，并将大分子的臭气、病原菌、灰尘等超过膜孔径的物质截留在膜内。

本试验纳米膜的尺寸为25×9.8 m。发酵场地为U 型槽，U 型槽为水泥地坪，长度为30 m，宽度为10 m，三侧为30 cm 高的墙体，沿长边方向设置3～5°的坡度，中间挖风管槽，铺设通风管。

在纳米膜密封完全覆盖发酵物料的条件下，通过温度、氧气浓度等传感器反馈至控制器调控加热器加热、通风管强制通风，可实现好氧微生物高温堆肥处理有机废弃物。

1.2 试验材料

本试验堆肥原料为肉牛粪便、棉秸秆粉、有机物料腐熟剂（牛粪型），各原料的指标如下表。

表1 堆肥原料的养分及理化性状

2 试验方法

试验在沙湾市大泉乡东泉村春和养殖农民专业合作社进行，时间为2021 年5 月8 日至30 日，试验前15 天将棉花秸秆粉碎至3 cm 以下，为了节省辅料用量、提高发酵效果、降低成本，将新产生的畜禽粪便先与棉秆提前混合、静置，以保证原棉秆能够充分吸水，混合后的原料水分为50%，至建堆时添加微生物菌剂并充分混匀，原料和辅料共计200 m3。混合后将物料放置到提前建好的发酵槽内，将堆体高度修整为为1.8 m左右，扣好膜后将温度探杆插入堆体，温度探头分别位于距离顶部30 cm、60 cm、90 cm 处，每天记录堆体温度。发酵前后测定堆肥原料的养分、C/N、有机质水分等指标。

3 试验结果与分析

3.1 牛粪纳米膜好氧堆肥堆体温度的变化

温度是衡量堆肥是否成功的最直接也是最关键的指标。堆肥的主要目的是对畜禽粪污进行无害化处理，多数病原菌和虫卵在55 ℃以上的高温并且持续7 天以上即可致死，高温还可以促进有机物的分解，使堆料中的大分子有机物转化成小分子的易被作物吸收的腐殖质。试验结果显示，距顶部30 cm 深度温度上升最快，堆肥第2 天即达到61.4 ℃，堆肥第4～6天，三个深度的温度达到最高，其中30 cm 深处在第6 天温度达到最高，为74.7 ℃，60 cm 深处在堆肥第4 天温度达到最高，为73.2 ℃，90 cm 深处在堆肥第5 天温度达到最高，为63.1 ℃，30 cm 深和60 cm深位置在堆肥的第17天急剧下降，分别降至36.2℃和37.6 ℃，90 cm 深处的温度变化比较平缓。从三条曲线的变化趋势看，深度越深，55 ℃以上高温持续时间越短，其中30 cm 处55 ℃以上高温持续时间为14 天，60 cm 处55 ℃以上高温持续时间为11 天，90 cm 处55 ℃以上高温持续时间为9 天；深度越深，堆体的温度变化越平缓，30 cm 和6 0cm 处的温度均在第17 天骤降至40℃以下，而90 cm 处温度一直平缓下降，且保持在40 ℃以上。

图2 牛粪纳米膜好氧堆肥堆体温度的变化

3.2 牛粪纳米膜好氧堆肥堆体养分及理化性状的变化

好氧堆肥要求物料的碳氮比（C/N）为25：1-35：1，本试验点牛粪原料的C/N 为24.27，在合适的好氧堆肥范围内。在试验中添加棉秆主要作用是调节物料水分，增加孔隙度，由表2 可以看出，混合后的牛粪和棉秆含水率达到51%左右，物料的C/N 为27.96，因棉秆和牛粪原料的总养分分别为4.84%、4.85%，养分含量接近，因此，混合后物料的总养分没有变化。堆制后物料的有机质、C/N 及含水率都下降，主要是有机质在堆肥过程中微生物将有机物分解成CO2、生物量、热量和腐殖质[3]。总氮、总磷、总钾的含量均有不同程度的提高，这是由于在整个堆肥过程中而有机质的分解和水分的减少，导致养分的相对含量提高。因此，堆肥过程中C/N 是降低的。

表2 堆肥前后堆料的的养分及理化性状

4 讨论与结论

使用纳米膜进行好氧堆肥在堆肥第二天温度上升至60 ℃以上，堆肥的最高温达到74.7 ℃，三个深度55 ℃以上的高温持续在9～14 天，并且都是在堆肥的第17 天温度急剧下降，堆肥完成。由此可见使用纳米膜覆盖进行好氧堆肥升温快，高温持续时间较长，堆肥周期较短，这与前人的研究结果一致[4,5]。堆肥后物料的总养分增加、有机质降低、C/N 降低，堆肥完成后总养分为5.49%，有机质48.29%，说明本试验的堆料养分和有机质含量较高，可作为优质的有机肥产品。