微生物复合菌剂处理猪粪生产有机肥技术

陈再冉 孙 卉 邓小楠 完玲中 添长久 程邦进刘小玲 王 贝 叶泗洪*

（1安徽省农业科学院棉花研究所，安徽合肥 230001；2安徽农业大学生命科学学院，安徽合肥 230001；3安徽良木农业发展有限公司，安徽淮南 232000）

近年来，随着我国畜牧业规模化、集约化发展，所产生的巨量畜禽废弃物的无害化处理成为当前亟须解决的产业难点。我国60%以上的畜禽废弃物未得到及时处理和利用，造成资源巨大的浪费[1]。同时，大量的畜禽粪便中含有各种寄生虫卵、病原微生物和一些有毒有害物质，未经处理随意排放，对养殖地附近环境造成了严重的污染。因此，加快畜牧业的发展需要加速推进畜禽粪便减量化、无害化和资源化的利用。

猪粪在我国畜禽类粪便中占主体的地位。猪粪主要的处理方式有直接还田、堆肥（传统自然发酵）及微生物复合菌处理。在过去的几十年中，直接还田是猪粪最原始和最简单的资源化利用方式，其优点主要体现在：猪粪中富含氮、磷、钾等农作物所需的营养元素，同时还含有胡敏酸等胶性成分，可改善土层的团粒结构，增加土壤蓄水性和透气性，有利于农作物生长。通过土壤的过滤，植物根系的过滤、吸附、离子交换、氧化，以及土壤微生物之间的拮抗作用等，猪粪中的有机物和病原体等在直接还田后可被降解和杀灭，在避免二次污染的同时提高了土壤肥力和农作物的产量。但与此同时，直接还田也有比较明显的缺点，猪粪含水率较高且具有恶臭气味，直接还田过程中氨的挥发会导致肥效下降；猪粪中的药物残留、病菌和虫卵等有害物质不利于作物生长，甚至会造成植株腐烂；猪粪排放量远超过农田粪便承载量时，会导致农田硝酸盐污染。因此，猪粪直接还田的方式受到了一定的限制[2]。

堆肥是处理有机废弃物的一种常用的好氧发酵方法，堆肥的目的是将畜禽粪便变成无毒无害的有机肥料，是养殖业和种植业的接口技术之一[3]。猪粪通过堆肥实现资源化利用，符合我国乡村振兴战略和可持续发展战略。堆肥的优点主要表现在：堆肥经分解后含有大量腐殖质，腐殖质可以改善土壤结构、提高土壤肥力、改善作物品质、提高作物抗逆性等。有机废弃物可以通过堆肥处理来生产有机肥和其他优质肥料，大大减少了化肥的使用。与其他处理方式相比，堆肥处理成本低、技术安全可靠，且环境条件要求低。但是传统堆肥方式也有明显的缺点，即不经处理让猪粪自然发酵的传统堆肥工艺落后，堆肥过程散发臭气，堆体发酵不完全，发酵得到的肥料肥效低，早已跟不上现代农业发展的步伐[4]。

现代新型堆肥方法在堆肥处理过程中，接种繁殖快、活性强的微生物菌剂，有利于堆肥养分的保留和缩短发酵时间。研究表明，单个细菌、真菌菌群的活性再高，对堆肥过程的加速作用也不如多个微生物菌群的协同作用[5]。可用于堆肥的微生物种类包括乳杆菌属、固氮菌属、木霉属、裂殖酵母菌属、链霉菌属等。在堆肥中接种复合菌剂可以达到加速温度上升，延长高温持续时间，提高堆肥腐熟度和产品肥效，缩短腐熟周期的效果。

1 微生物复合菌剂处理猪粪生产有机肥技术环节

本研究以中小型猪场为研究对象，中小型生猪养殖场3 800头猪一年产粪量约为3 500 t。使用的VT-1000菌剂是由北京沃土天地生物科技有限公司研究开发的一种复合微生物菌剂，主要由乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌、霉菌、放线菌等近10种菌株构成。

1.1 堆肥前期准备工作

1.1.1调整堆肥pH堆肥在较宽的pH（3.0～11.0）范围内进行，较适宜的pH范围为5.5～8.5。在中性和弱碱性条件下，堆料容易滋生微生物。堆肥开始阶段，一些酸性细菌分解有机物，产生酸性中间产物，pH 下降；中间产物随着堆肥时间的推移逐渐消失，pH再次上升，pH最终为8.0～8.5。总体而言，在整个堆肥过程中，pH 波动不大，在5.5～8.5 区间内。添加微生物菌剂有利于pH的升高，堆肥过程中的pH无需调整。

1.1.2控制堆肥初始碳氮比C/N 影响堆肥中总营养元素的平衡，较适宜的起始C/N 为25～30。比值过高，生物活动减少；比值低于20，大量的氮通过氨挥发挥掉，在堆肥高温期氮损失最明显。鲜猪粪的碳含量占7.8%，氮含量占0.6%，碳氮比13∶1；干稻草碳含量占42.0%，氮含量0.63%，碳氮比为67∶1。因此，将1 000 kg鲜猪粪与275 kg干稻草混合，可以使初始C/N达到25。

1.1.3控制堆肥含水量微生物的生命活动离不开水，堆肥中的含水率是微生物进行好氧代谢和堆肥能否顺利进行的关键。吴淑杭等[6]研究表明，初始含水率应控制在40%～65%，过高、过低都会影响堆肥的顺利进行，其中含水率以55%～65%最为适宜。含水率过低意味着堆肥会过早干燥，阻碍微生物生长，提前结束堆肥。含水率过高则会降低堆肥体系的含氧量，增强微生物的无氧呼吸，减缓堆肥的腐熟速度、降低堆肥的质量，同时高温期温度下降得更快，不利于堆肥顺利进行。适宜的含水率，有利于优势微生物的生长代谢，抑制有机质向恶臭物质的转化。也有研究认为堆肥原料初始含水率在50%～60%比较适宜快速腐熟[7]。肖文敏等[8]认为，初始含水率在冬季低温环境应控制在57%～60%，以减少水分蒸发带走热量。在炎热的夏季60%～65%含水率有利于好氧堆肥启动。所以在控制好猪粪与稻草的比例后，要往堆体加入适当的水，使初始含水率控制在57%～60%（冬季低温环境）或60%～65%（夏季炎热环境）。含水率比较简单的测定方法是在充分搅拌后，抓一把混合物料，没有水分溢出来，但用力握能刚好握出水分，说明含水率刚刚好。

1.1.4降低堆肥过程氮素损失堆肥过程中有机氮矿化、NH3持续挥发和硝态氮反硝作用，不仅降低了产品肥效，同时产生严重的异味，造成酸雨等环境问题。堆肥过程中，氮的形态包括硝态氮、总氮、有机氮和铵态氮。含氮化合物相互转化的关系可以由堆体铵态氮与全氮的比值高低间接反映出来。比值越低，堆体沉积的氮越多。氮的转化途径包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固定作用。挥发性氮素大部分在氮转化细菌降解有机物过程中产生，氮转化细菌主要包括自生固氮细菌、氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌[9]。

赵秋等[10]研究发现堆肥处理氮素损失高达77.0%。刘艳婷等[11]初步探讨了好氧堆肥接种复合菌剂来解决氮流失问题。复合菌剂的添加可以促进堆肥腐熟，总氮减少17.3%，有机氮损失18.5%，表明优势微生物直接参与氮转化或通过与氮转化细菌相互作用影响氮的代谢。在猪粪堆肥中加入微生物菌剂能相对降低总氮和铵态氮的浓度、铵态氮与全氮的比值[12]。按微生物菌剂和猪粪混合物的质量比1∶1 000 接种VT-1000 微生物菌剂。

1.2 监测调控堆肥过程温度

温度是反映堆肥过程较为直观的参数之一。堆肥温度55 ℃保持3 d 以上或50 ℃保持5～7 d 是杀灭堆肥中病原微生物，保证合格的堆肥卫生指标和腐熟的重要条件。准备一个金属探温针，每天10：00、15：00 各测量1 次温度并记录。以每个堆肥点2 次测量温度的平均温度作为该点温度，以同一深度的5 个堆肥点的平均温度作为该堆肥深度的温度。

发酵初期0～5 d，温度逐渐上升，这一阶段堆肥的中心温度会慢慢升高到60～70 ℃，有时还能看见堆体上冒白烟，说明发酵正在快速进行中。5～26 d为高温期，堆肥中心温度可达到70～90 ℃。然而，只有少数嗜热细菌可以在70 ℃以上的温度下存活，这限制了微生物的生长，降低了有机物的分解速率[8]，但同时高温也会杀灭虫卵和大部分病原菌。这个阶段温度会因为堆体缺氧而下降，因此需要数次翻堆混合，让堆体中混入氧气，使堆体再次发酵升温到65 ℃左右，翻堆的时间点是测温后检测到温度下降的时候。这一阶段温度会呈现周期性波动。26～34d为降温期，温度一般会降到40～50 ℃。这个过程只需要每天按时测量温度即可。34～46 d 为腐熟期，完全腐熟后，温度会慢慢降低至常温，可不用再翻堆。添加微生物复合菌剂后，堆体温度55 ℃以上的天数可达20 d，60 ℃以上的天数达14 d，可满足粪便无害化卫生要求（GB 7959—2012），即人工翻堆好氧发酵(高温堆肥)的极限要求50 ℃以上持续10 d，60 ℃以上持续5 d。堆肥不接种微生物菌剂，则无法满足粪便无害化卫生要求和有机肥生产国家标准要求。

1.3 堆肥结束指标检测

堆肥结束时，C/N值稳定在16左右，说明堆肥达到腐熟并且理化性质和生物性状都达到稳定。水分蒸发和微生物代谢会降低堆体含水率，含水率由开始的60%左右下降到最后的30%左右，日均含水率下降0.9%，符合农业部有机肥（NY525—2012）30%的标准。堆体温度为常温，腐熟的有机肥呈褐色或者黑色，没有臭味，可直接使用。

2 堆肥注意事项

2.1 大肠杆菌检测

粪便大肠杆菌数量常被作为评价粪便无害化处理效果的重要指标。大肠杆菌只有在温度超过55 ℃并持续约2 h才能灭活。堆体中添加微生物菌剂，如果在堆肥结束时检测到大肠杆菌，原因可能是堆体高温周期不够长，不足以使堆体中的大肠杆菌完全灭活。因此要注意在高温期勤翻堆，保证氧气供应，使堆体达到高温的时间尽量延长。

2.2 有害气体控制

硫化氢和硫醇是含硫有害气体的主要成分。粪便中的硫酸盐和硫酸根在厌氧条件下，通过硫酸盐还原细菌活动产生硫化氢。在堆肥中添加功能性微生物菌剂可以延长堆肥的高温持续时间，控制恶臭气体的转化，改善微生物菌群的组成。徐杰等[11]研究发现，具有快速升温加热除臭功能的复合菌剂可以降低鸡粪堆肥过程中的气味浓度，快速分解纤维素等有机物。张生伟等[12]研究也表明，猪粪堆肥中添加除臭功能复合菌剂可以减少恶臭气体的排放。因此，在微生物复合菌剂中应加入含有除臭功能的微生物菌。

3 结论与展望

本文介绍了中小型生猪养殖企业猪粪的主要资源化利用方式，即微生物菌剂处理猪粪生产有机肥技术，总结了猪粪堆肥需要注意的事项，以期为养猪行业的可持续发展提供参考。今后，猪粪资源化利用仍需不断加强创新，加快研发绿色、高效、环保、低成本的猪粪资源化利用技术，并探索新的资源化利用模式，如种养结合模式等，例如猪粪发酵后喂鱼，减少鱼饲料的开支，鱼塘里的淤泥可以做肥料，这是一种高效率高收入的猪粪处理方式。