猪粪好氧堆肥发酵条件的研究

常攀峰，刘瑞生*，徐建峰，郭海龙，张 骞，曹映辉，胡仲军，张亚军

(1.甘肃省畜牧兽医研究所，甘肃 平凉 744000；2.平凉市崆峒区动物卫生监督所，甘肃 平凉 744000；3.庄浪县畜牧兽医中心，甘肃 庄浪 744600；4.泾川县畜牧兽医局汭丰工作站，甘肃 泾川 744399；5.平凉市崆峒区索罗乡畜牧兽医站，甘肃 平凉 744000)

堆肥发酵生产有机肥是畜禽粪便资源化处理的有效方法，能够减轻环境污染，变废为宝。近年来随着规模养殖业大力发展，畜禽粪便堆肥发酵引起人们关注。畜禽粪便好氧堆肥是微生物介导的复杂生化反应过程，堆肥效果好坏受温度、堆肥物料碳氮比(C/N)、工艺条件等多种因素的影响。本研究以不同温度和C/N进行猪粪好氧堆肥发酵试验，通过评价堆体腐熟程度和有机肥品质，筛选出适宜的猪粪好氧堆肥发酵条件，为生产中推广应用提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试猪粪由崆峒区某养猪场提供，秸秆(玉米秸秆、苜蓿秸秆、小麦秸杆各占1/3)和菜籽粕购自周边农户，芹菜种子购自蔬菜种子市场。胶质芽孢杆菌、细黄链霉菌和黑曲霉菌购自开封牧博生物科技有限公司，有效活菌数3×10～8×10CFU/g，按2∶2∶1比例混匀制成复合微生物菌剂备用。堆肥物料养分性质见表1。

表1 堆肥原料理化性质Table 1 Physicochemical properties of raw materials of composting %

1.2 试验设计

试验按2×2因子设计，根据不同环境温度和物料C/N，分为4个处理组，每个处理3个重复。将猪粪、秸秆、菜籽粕根据质量比分别按8∶1∶1和6∶4∶0混合，用尿素调节C/N分别为25和30，调节湿度为50%左右，添加0.2%复合微生物菌剂混匀，堆成长1 m×宽1.2 m×高0.8 m的条垛式堆体，容积约1 m发酵，每3 d翻堆1次。试验设计见表2。

表2 试验设计Table 2 Test design

1.3 测定指标与方法

堆肥前连续3 d，每天用温度计测定6：00、14：00和22：00环境温度，计算平均值作为初始环境温度。堆肥开始后，每天测定不同堆体的中心温度。堆肥后第1、6、12、18、24和30 d定点取样，参照刘超、尹晓明等和李昌宁等报道的方法测定pH、有机质和养分含量，根据堆肥后堆体C/N除以堆肥前C/N计算T值；参照李昌宁等报道的方法，利用堆肥第1、6、12、18、24和30天的浸提液测定芹菜种子发芽指数(GI)。

1.4 数据处理与分析

试验数据用“平均数±标准差”表示。采用SPSS 22.0软件按照2因素方差分析处理数据，分析2个因素间是否存在互作效应。

2 结果与分析

2.1 不同温度和C/N对猪粪堆体温度的影响

由表3可见，猪粪不同处理组温度变化趋势基本相同。AB处理组2.78 d进入高温(>50 ℃)，堆体最高温度达到65 ℃，3.33 d出现最高温度，与其他处理组差异显著(<0.05)；AB处理组高温持续期8.72 d，显著高于AB和AB处理组(<0.05)；与AB处理组差异不显著(>0.05)。由此可见猪粪AB处理组升温最快，高温持续期最长，最高温度最高。

表3 不同温度和C/N对猪粪堆体温度的影响Table 3 Changes of temperature in pig manure piles

2.2 不同温度和C/N对猪粪堆体pH、T值和种子发芽指数的影响

由表4可见，堆肥期间猪粪不同处理组pH都呈现出先上升后下降，随后趋于稳定的趋势。从不同堆肥时间看，猪粪堆肥后第6天，AB与AB处理组间差异不显著(>0.05)，但都显著高于AB和AB处理组(<0.05)。第12天，AB处理组显著高于其他3组(<0.05)。第18天，AB处理组显著高于其他3组(<0.05)。猪粪不同处理组T值都随堆肥时间延长逐渐降低，并趋于稳定的趋势。猪粪堆肥后第1和6 d，AB和AB处理组差异不显著(>0.05)，但都显著高于AB和AB处理组(<0.05)。其他堆肥时间，各组间差异不显著(>0.05)，但T值都小于0.6，符合堆肥腐熟标准。

表4 不同温度和C/N对猪粪堆体pH、T值和种子发芽指数的影响Table 4 Changes of pH values in pig manure compost

由表4可见，随着猪粪堆肥时间延长，芹菜种子发芽指数逐渐提高。其中堆肥后第1、6和30天，AB和AB处理组间差异不显著(>0.05)，但都显著高于AB和AB处理组(<0.05)。第12、18和24天，AB处理组显著高于其他3组(<0.05)，AB处理组显著高于AB和AB处理组(<0.05)。

2.3 猪粪堆体有机质和养分含量

由表5可知，猪粪堆肥后与堆肥前相比，不同处理组全氮、全磷和全钾含量不同程度增加，有机质含量下降，其中AB处理组有机质含量降低10.86个百分点。猪粪堆肥后第1天，全氮、全磷、全钾和有机质含量，各组间无显著差异(>0.05)。堆肥第30天，AB处理组全氮、磷含量显著高于其他3组(<0.05)，有机质含量显著低于其他3组(<0.05)。

表5 猪粪堆体有机质和养分含量变化Table 5 Changes of organic matter and nutrient contents in pig manure compost

3 讨 论

3.1 环境温度和C/N对堆体温度的影响

研究发现，春季堆肥较冬季堆肥升温速度快，高温期持续时间长，堆肥周期短。合适的初始物料C/N有利于堆肥的升温，猪粪堆肥的C/N比以25～30为宜。C/N比为15、20、25和30处理的猪粪玉米秸秆堆肥，以C/N比为25处理高温期持续时间最长，堆肥积温最高。C/N分别为10、25和35的猪粪、稻壳和蘑菇渣混合物高温堆肥，高温期平均温度C/N为25>C/N为35>C/N为10，认为C/N为25是堆肥适宜的C/N初始设定值。本试验32 ℃猪粪好氧堆肥发酵温度高于24 ℃，猪粪堆体混合物C/N为25处理组好氧堆肥发酵温度高于猪粪堆体混合物C/N为30处理组，表明32 ℃，猪粪堆体混合物C/N为25处理组堆肥发酵升温快，高温出现时间早，持续期长，最高温度高，证实环境温度和堆体C/N影响猪粪堆体温度变化，与上述研究结果一致。

3.2 环境温度和C/N对堆体pH的影响

pH影响微生物生长和代谢，pH为7～8时适宜微生物降解反应，能加快堆肥反应速率。猪粪好氧堆肥初期随着堆体逐渐升温，微生物分解产生大量氨气，使堆体pH上升。高温期时氨气产生减少，有机物分解酸化，pH开始下降直至稳定。因此猪粪发酵过程中，pH呈现先上升后下降的趋势。环境温度通过影响微生物生长和数量对堆体pH产生影响，发酵终期猪粪pH 25 ℃时高于5 ℃时。25 ℃脱水污泥堆肥处理堆体的pH升高、降低幅度比10 ℃更大。堆肥过程中C/N对pH有一定影响，不同C/N的猪粪油菜秸秆混合物好氧堆肥，pH变化趋势都呈现先上升后下降的趋势，但C/N为22.72处理组在堆肥第7天就先达到pH8.0以上的标准且最先稳定下来。猪粪、稻壳及蘑菇渣混合物高温堆肥结束时，C/N分别为10、25和35处理的pH分别为7.51、7.63、6.96。本试验32 ℃堆肥的两组比24 ℃堆肥的两组pH达到8.0以上，然后下降稳定在7.0左右时间早，猪粪堆体混合物C/N为25堆肥组比C/N为30堆肥组pH上升和下降速度快，表明环境温度和C/N对堆体pH变化有一定影响。

3.3 环境温度和C/N对有机质和养分含量的影响

温度影响微生物活性、有机质分解速度和肥料腐殖化程度。25 ℃发酵终期猪粪有机质含量低于5 ℃。C/N影响堆肥过程中有机质变化，初始C/N比为22左右对有机质的降解和腐殖质的形成及稳定化有益。C/N为22.72的猪粪油菜秸秆堆肥处理比C/N为20.6和26.48处理组堆肥前期有机质下降幅度最大，趋于稳定快。C/N比为20、22.5、25、27.5和30的猪粪稻草混合发酵，有机质含量均有所下降，其中C/N比为25处理组最多下降18.8%。本研究32 ℃时猪粪堆体混合物C/N为25处理组堆肥后有机质含量降幅最大，表明环境温度和C/N与堆体有机质降解和转化效率有关。

养分含量可以反映堆肥腐熟程度和产品品质。研究发现，夏季发酵效果较好，猪粪肥中铵态氮和硝态氮含量增幅最大。猪粪和玉米秸秆堆肥结束时，全碳降解率以C/N比为25的最大，达24.55%；全氮含量除C/N比15下降9%之外，C/N比为20、25和30堆肥处理均较堆制前有明显提高。C/N比值为25.24的猪粪、香蕉茎秆和桉树皮堆肥，总氮、总磷和总钾含量显著高于C/N比值为27.01、28.50和32.88处理组。C/N分别为10、25和35的猪粪堆肥处理，总养分含量分别达50.25、51.66和48.43 mg/kg，C/N为25有利于堆体养分保持，其堆肥产品肥效优异。本研究32 ℃时猪粪堆体混合物C/N为25处理组堆肥全氮、全磷和全钾含量增幅最大，说明提高了养分含量和堆肥品质，与上述报道结果相同。

3.4 环境温度和C/N对堆体T值的影响

研究发现，T值随堆肥化的进行而下降，T值不高于0.6时，可作为堆肥腐熟度的评价指标。在猪粪堆肥中添加不同比例银杏残叶，堆熟后T值<0.6。王亚飞等对不同畜禽粪便堆肥后，T值分别为0.49、0.48、0.49和0.51。环境温度对堆体T值影响方面，常会庆等发现,25 ℃脱水污泥堆肥处理达到腐熟(T值<0.6)比10 ℃处理提前12 d。研究发现，C/N为28的猪粪米糠堆肥处理，表征堆肥腐熟的指标(GI、NH-N/NO-N比值和T值分别为49%、0.56和0.63)均好于C/N比值为18、35和40的处理。猪粪堆肥C/N为25的T值(0.54)低于C/N为35(0.67)和10(0.86)的处理。C/N为20的猪粪-玉米秸秆混合堆肥T值(0.51)小于C/N为10(0.73)和15(0.64)的堆肥处理。本研究32 ℃堆肥的两组T值下降小于0.6所需时间比24 ℃堆肥早6 d，相同温度下猪粪堆体C/N为25处理组堆肥比猪粪堆体C/N为30处理组堆肥T值多数测定时间低，表明32 ℃时C/N为25的猪粪堆肥腐熟快速。

3.5 环境温度和C/N对堆体种子发芽指数的影响

GI随着堆肥过程逐渐上升，GI大于80%表示堆肥腐熟，对植物生长没有毒性。中温25 ℃堆肥能提高种子发芽率，适宜的C/N有益于堆肥腐熟，猪粪堆肥24 d后，C/N为 25处理的GI值达到82%，而C/N分别为35、18和14处理的GI值分别为63.2%、55.3%和22%。初始C/N为24～28的猪粪锯末堆肥22 d时种子发芽率>90%，比C/N为21、23、30和32处理组高；C/N为25的猪粪秸秆堆肥22 d时种子发芽率达88%，高于C/N大于或小于25的堆肥处理组。本研究32 ℃堆肥GI比24 ℃堆肥提前6 d达到80%以上，堆体C/N为25处理组GI高于C/N为30处理组，表明在32 ℃，猪粪堆体C/N为25时堆肥，发酵腐熟速度更快。

4 结 论

本试验表明，在温度32 ℃，猪粪堆体C/N为25时好氧堆肥发酵效果好，可以提高堆体发酵温度，延长高温持续期，降低有机质含量，增加养分含量，提高种子发芽指数，从而加快粪便腐熟，改善堆肥品质，为猪粪好氧堆肥发酵的适宜条件。