生物炭和微生物菌剂联用对鸡粪堆肥有害生物的影响

李春艳，刘立英，丁国志，路卫星，鄂禄祥，刘衍芬

（辽宁农业职业技术学院，辽宁 营口 115009）

近年来，我国畜禽养殖业年粪便产出量约为3.8×109t,占整个农业排污量的96%[1-2]，给生态环境带来巨大压力[3]。粪便无害化处理成为当前关乎养殖业发展的重要因素[4]。实现农业废弃物减量化、无害化、资源化的方式之一是进行堆肥处理[5-11]，而且农业废弃物堆肥处理已成为实现畜禽粪便无害化和资源化的首选方式[12-13]。

许多学者研究了堆肥过程中辅料及其添加比例，以及温度、水分和接种剂对虫卵和病原菌等有害生物的影响[14-17]，但有关联合生物炭和微生物菌剂对有害生物的影响的研究仍不多见。本研究以鸡粪和玉米秸秆粉为堆肥原料，探究了自然发酵、添加生物炭、添加微生物菌剂、联合微生物菌剂和玉米秸秆生物炭在堆肥发酵结束后对有害生物数量的影响及其关系，为鸡粪堆肥无害化处理和资源化利用提供理论依据与基础数据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

鸡粪由辽宁营口市某蛋鸡养殖场提供，试验亦在该养殖场进行。辅料玉米秸秆粉和玉米秸秆生物炭均购自河南某环保材料有限公司。菌剂SY-1主要包含芽孢杆菌、乳酸菌、放线菌和酵母菌等微生物，由山东菏泽某生物技术发展有限公司提供 。

1.2 试验设计

先将鸡粪、玉米秸秆粉按3∶1的比例进行混合，然后于1 000 kg鸡粪中分别加入玉米秸秆生物炭1.5 kg（标记为C），SY-1固体菌剂 1.5 kg（标记为SY），SY-1固体菌剂和玉米秸秆生物炭各1.5 kg（标记为SY+C），在室内发酵池进行发酵，发酵时间均为30 d，其间用翻抛机翻抛2～3次。对上述未添加生物炭和微生物菌剂者采用自然好氧发酵 （标记为NF），堆肥前的混合物料标记为CK。

1.3 测定项目与方法

堆肥结束后取鲜样测定含水量、粪大肠菌群数、沙门氏菌数、蛔虫卵死亡率和金黄色葡萄球菌数，部分鲜样自然风干后用于pH值、有机质和总养分含量的测定，每个处理3次重复。

含水量测定方法为将培养皿洗净烘干至恒重后称取空培养皿重量，设置为W0。称取10 g左右的鲜样平铺于空培养皿中，称取重量设置为W1，放入80℃烘箱烘干12 h直至恒重后移入干燥器冷却至常温，称重，设置为W2,堆肥中的含水量%=(W1-W2)/(W1-W0)×100%。pH值测定方法为称取经过Φ1 mm筛的风干样5 g置于100 mL烧杯中，加50 mL新沸且冷却后的去离子水，用磁力搅拌器搅动3 min，静置30 min后用pH值酸度计测定。有机质含量的测定采用重铬酸钾容量法，总养分含量中的总氮含量测定采用全自动定氮仪，总磷含量采用分光光度法测定，总钾含量用火焰光度法测定[18]。

堆肥中的粪大肠菌群、蛔虫卵的采样和测定按照农业农村部行业标准 《有机肥料》（NY/T 525—2021）[19]规定的测定方法进行。沙门氏菌的测定按照国家标准《粪便无害化卫生要求》（GB 7959—2012）[20]规定的检测方法进行，金黄色葡萄球菌的计数参照姜慧敏[11]的方法进行。

1.4 数据分析

采用Excel制作图表，采用SPSS 18.0统计学软件进行方差分析和回归分析。

2 结果与分析

2.1 堆肥理化性质变化

各处理发酵结束后鸡粪的理化性质变化见表1。从表1可以看出，各处理堆肥后鸡粪有机肥含水量较堆肥前(CK)均显著减少(P＜0.05)，其堆肥含水量大小为NF＞C＞SY＞SY+C。堆肥后各处理鸡粪的有机质含量变化趋势与含水量变化趋势相同，即C处理与SY处理均显著低于NF处理（P＜0.05），而SY+C处理显著低于C处理和SY处理（P＜0.05），C处理与SY处理无显著差异。堆肥处理后的pH值均较堆肥前显著增加(P＜0.05)，而 NF，C，SY，SY+C 各处理的 pH 值差异不显著。与堆肥前相比，只有NF处理的总养分含量显著增加（P＜0.05），NF，C，SY，SY+C 各处理的总养分含量差异不显著。

表1 堆肥后理化性质变化比较

2.2 堆肥有害生物数量变化

各处理发酵结束后鸡粪有害生物数量变化见表2。结果显示，与CK相比，NF处理的粪大肠菌群数极显著地减少了4个数量级 （P＜0.01），C处理和SY处理的粪大肠菌群数极显著地减少了6个数量级 （P＜0.01）。C处理和SY处理的粪大肠菌群数比NF极显著地减少了 2个数量级（P＜0.01）；与 CK相比，NF处理的沙门氏菌数量显著地减少了1个数量级 （P＜0.05），C处理和SY处理的沙门氏菌数量均显著地减少了2个数量级（P＜0.05）。C处理和SY处理的沙门氏菌数量均比NF显著地减少了1个数量级 （P＜0.05）。C处理和SY处理的粪大肠菌群数和沙门氏菌数量无显著差异。SY+C处理未检测到粪大肠菌群和沙门氏菌。各处理蛔虫卵死亡率无显著差异，在各处理鸡粪中均未检测到金黄色葡萄球菌。

表2 堆肥后有害生物数量比较

2.3 有害生物数量与鸡粪堆肥后理化性质的相关性分析

将鸡粪堆肥后的理化性质分别与鸡粪中粪大肠菌群数量、沙门氏菌数量进行线性相关分析，结果见表3。由表3可以看出，pH 值与堆肥粪大肠菌群数量、沙门氏菌数量表现出极显著的负相关（P＜0.01），相关系数分别为-0.95和-0.96。堆肥的有机质含量和含水量与粪大肠菌群数量、沙门氏菌数量也存在较强的相关性，尽管相关关系不显著。堆肥的总养分含量与粪大肠菌群数量、沙门氏菌数量相关性不强。

表3 粪大肠菌群数量和沙门氏菌数量与鸡粪堆肥理化性质的相关性

3 讨论

pH值是影响堆肥质量的重要因素之一，不仅是因为pH值改变了堆肥原料的理化性质，更主要的是pH值的高低直接影响堆肥发酵过程中各种微生物的活动。本试验结果显示，pH值与堆肥粪大肠菌群数量、沙门氏菌数量表现出极显著的负相关，说明pH值的升高抑制了粪大肠菌群、沙门氏菌等有害菌的生长，这一现象与已发表的多项有关粪便肥料化的研究结果类似。例如高军[22]等认为，造成大肠杆菌和粪大肠杆菌数量减少的主要因素是消化过程中的厌氧环境和pH值变化等其他条件。张桃香[23]等也认为，土壤pH值是影响粪肥添加过程中沙门氏菌存活的主控因子之一。众所周知，大多数细菌最适宜的pH值范围是7.2～7.8，而以鸡粪为原料的堆肥过程会在蛋白质降解过程中产生大量的NH3释放到堆体中，使堆体的pH值升高[22，24-26]，超过了包括粪大肠菌群和沙门氏菌在内的大多数细菌的最适pH值。

关于添加微生物菌剂和生物炭对堆肥pH值的影响，研究结果各不相同。王有月等[27]认为，添加微生物菌剂对堆肥期间物料pH值的影响相对较小。Dias[28]在畜禽粪便堆肥中添加50%的生物炭，显著提高了堆体的pH值。朱成武等[29]认为，添加生物炭可能会影响堆肥的初始pH值，但对堆肥产品最终的pH值无显著影响。也有研究发现，生物炭不会引起猪粪堆肥pH值的升高[30]。用生物炭和微生物菌剂复合体发酵猪粪后，pH值与未添加的对照没有显著差异[31-32]。上述关于微生物菌剂和生物炭对堆肥pH值影响的研究结果不尽相同，主要是因为生物炭对堆肥pH值的影响与其性质、堆肥物料和堆肥条件有关[33]。本试验结果表明，单独添加生物炭、微生物菌剂与联合生物炭添加微生物菌剂发酵结束后的鸡粪堆肥，其pH值与自然发酵结束后无显著差异，说明单独添加生物炭、微生物菌剂与联合生物炭添加微生物菌剂没有额外助推鸡粪堆肥发酵的pH值，鸡粪堆肥后的pH值的提高仅仅是由单纯的发酵引起。

水分和有机质是堆肥过程中微生物生长繁殖必需的条件。胡菊等[34]认为，VT菌剂加速了堆料中有机物的分解,从而加速了堆肥的反应进程,提高了堆肥的处理效率,有效杀灭了病原微生物。Sanchez-Garcia M[35]等认为，生物炭的添加促进了氧气在堆体中的扩散，从而加速了堆肥中有机物的分解。涂志能等发现，生物炭和微生物菌剂复合体发酵猪粪的总有机碳含量最低，说明堆肥过程中有机质的降解速度较快。Chen等[36]和 Gigliotti等[37]在关于猪粪和橄榄皮堆肥过程中添加竹炭和混合添加剂的研究中也发现相似的总有机碳变化规律。本试验中，单独添加生物炭、微生物菌剂与联合生物炭添加微生物菌剂于堆肥发酵结束后，其水分和有机质均较堆肥前和自然发酵后显著降低，粪大肠菌群和沙门氏菌数量也比不添加者显著降低。究其原因可能是添加微生物菌剂和生物炭加速了鸡粪堆肥水分的散失，导致堆肥含水量显著降低，并加快堆肥的腐熟速度和有机质的降解速度[38-40]，限制了粪大肠菌群和沙门氏菌的繁殖。本试验中联合生物炭和微生物菌剂发酵堆肥的含水量和有机质含量降至最低，分别达10.78%和30%，且均未检出粪大肠菌群、沙门氏菌、蛔虫卵、金黄色葡萄球菌等有害生物，表明净化效果最好。有研究表明，含水率小于20%时会使养料溶解性降低，从而使微生物摄取养分的能力降低并影响其繁殖[41]。本试验中鸡粪堆肥的含水量、有机质含量与粪大肠菌群和沙门氏菌数量存在一定的相关关系，暗示联合生物炭和微生物菌剂发酵鸡粪可以通过显著降低堆肥发酵过程中的含水量和有机质含量，抑制病原微生物的繁殖。

4 结论

30 d的短期鸡粪堆肥试验表明，生物炭和微生物菌剂联用可以有效抑制粪大肠菌群、沙门氏菌、蛔虫卵、金黄色葡萄球菌4种有害生物的繁殖，净化效果最佳，此与其在堆肥发酵过程中能大幅度降低堆料的水分和有机质含量有一定关系。