复合微生物菌剂在猪粪有机肥堆肥中的应用

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调查表明，我国每年产生的畜禽废弃物，90%没有经过处理就直接排放了[2]。目前，畜禽粪便最常见的处理方法有堆肥、加工成饲料、生产沼气发酵等。其中，堆肥是畜禽粪便处理最普遍、最有效的途径。
堆肥是指以各种植物残体、畜禽粪尿和生活垃圾等为原料，经堆制腐熟而成的有机肥料。堆肥发酵可以有效地处理人类在社会生产中产生的废弃物，缓解因养殖业的发展带来的环境污染问题，同时又能够为种植业提供有机物质与养分。许多研究表明，在堆肥发酵过程中，通过添加外源微生物，可以有效解决传统堆肥发酵发酵周期长、病原菌与寄生虫卵灭杀不充分、腐熟程度不彻底等缺陷[3]。农业部植物营养与生物肥料重点实验室致力于节能、环保的农用生物制品开发利用，通过反复配比验证，现已研制出适用于堆肥发酵的复合微生物菌剂。为了验证该复合微生物菌剂在猪粪堆肥中的应用效果，以猪粪、油菜秸秆、菜籽粕等为主要材料，进行了有机肥堆肥试验。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试猪粪来自浏阳市北盛镇的大型养殖场，水分在60%左右；油菜秸秆、菜籽粕均购于市场，3种原料的主要营养成分见表1。供试复合微生物菌剂为粉剂产品，由农业部植物营养与生物肥料重点实验室研制，主要包含芽孢杆菌类、木霉类、放线菌类等微生物。
1.2 试验方法
猪粪有机肥堆肥试验以新鲜的猪粪、油菜秸秆和菜籽粕为原料，在浏阳工业园发酵车间进行。取新鲜的猪粪66.2%、油菜秸秆30%、菜籽粕2%、过磷酸钙1.8%混合均匀。试验设添加复合微生物菌剂的试验组和不添加菌剂的对照组共2个处理，每个处理3次重复，复合微生物菌剂添加量为0.5%，初始含水率为55%左右。每个处理发酵物料为200 kg，堆好的物料以薄膜覆盖保温2 d，然后撤出薄膜，每天15︰00左右测定堆肥温度，在堆肥发酵前与发酵第3、6、9、12、15天进行取样，同样采取5点取样法将样品混合均匀，以四分法保留样品200 g左右，带回实验室风干、粉碎，过80目筛，进行检测。
1.3 测定项目及方法
温度测定：使用水银温度计测定堆肥温度，每次选取5个点进行测量，然后取其平均值，同时记录环境温度。含水率测定：称取新鲜样品，于105℃烘箱内烘烤2 h，移至干燥器中冷却至室温，称重，含水率（%）=（烘烤前重量-烘烤后重量）/烘烤前重量×100。pH值测定：称取10 g新鲜样品于100 mL无菌水中，200 r/min摇床内混合30 min，通过pH计测定。粪大肠菌群数测定：参照GB/T 19524.1-2004中方法进行。蛔虫卵死亡率测定：参照GB/T 19524.2-2004中方法进行。有机质、总养分、总氮、总磷、总钾测定：参照NY525-2012中方法进行。
2 结果与分析
2.1 堆肥过程中的温度变化
堆肥温度是最直观可判断堆肥腐熟程度的指标[4-5]。堆肥初期的温度和环境温度基本一致，从堆制的第2天开始，不同处理的堆肥都开始升温，试验组第5天温度达到63℃时，对所有的堆肥进行了第一次翻堆，翻堆后的堆肥温度有所回落，之后又快速回升；当试验组第8天温度达到65℃时，对所有的堆肥进行了第二次翻堆，试验组的温度在第二次翻堆后稍微有一定回升，之后开始降温，而对照组在第2 次翻堆后温度持续下降。从图1中可以看出，两组堆肥试验基本可
以分为快速升温、持续高温和腐熟降温3个阶段。具体而言，试验组在堆肥的第3天温度就到达50℃以上，最高温达到65℃，而对照组在整个堆肥实验过程中都没有达到60℃（最高温度54℃）。
2.2 堆肥过程中的含水率变化
水份是判断堆肥腐熟的又一重要指标，堆肥过程中原料水份过高或过低，都对堆肥有较大影响，肥料含水率越低，保存的时间越长。物料含水率过高，整个堆体通透性不足，不利于温度的提升，且容易产生臭味；含水率过低，不利于营养物质传递，导致微生物活性降低[6]。由图2可知，随着堆肥发酵的进行，两个处理的水份均逐步降低，当两个处理处在较高温阶段时，水份下降尤为迅速。相对于未加菌剂的对照组，试验组水份下降幅度明显，到堆肥发酵结束，试验组含水率为32%，对照组含水率为40%，表明在堆肥中添加复合微生物菌剂有利于堆体水份的扩散。
2.3 堆肥过程中的pH值变化
堆肥过程中pH值主要影响微生物的活动，微生物只有在适宜的pH值环境中才能充分发挥作用。由图3可知，两组处理的堆肥pH值变化趋势相近，前期有一定的上升，这与微生物对堆肥中物料的分解利用有关系，而堆肥中氨气的释放会导致pH值上升[7-9]。第3天后，两组处理的pH值均开始下降，试验组的pH值下降的速度快于对照组，这可能与试验组中添加的复合微生物菌剂有关系，到发酵试验完成，试验组的最终pH值为5.8，而对照组的最终pH值为5.9，两组试验的最终pH值的差距几乎可以忽略。且在整个发酵试验中，两组处理的pH值都不高，呈明显的酸性特征，这与使用物料的性质和不同成分的配比有一定的关系。
2.4 添加复合微生物菌剂对猪粪有机肥卫生指标的影响
由表2可知，两个处理在发酵前期猪粪堆肥中的大肠菌群数均严重超标，随着发酵的进行，粪大肠菌群数逐渐减少。试验组在发酵第12天的时候，粪大肠菌群数降至93 cfu/g，达到有机肥料产品无害化指标（≤100），发酵结束后，粪大肠菌群数只有43 cfu/g；而对照组发酵结束时，粪大肠菌群数才降至有机肥料产品无害化标准以下，为73 cfu/g。从蛔虫卵死亡率的数据来看，在整个发酵过程中，蛔虫卵的死亡率成规律性的升高，发酵结束时，试验组的蛔虫卵死亡率高达98%，达到了有机肥料产品无害化处理的技术要求（≥95%）；而对照组则未能达到这一指标，蛔虫卵的死亡率为91%。这可能是因为：添加复合微生物菌剂的堆肥，在整个发酵过程中，堆体温度上升迅速，最高温度到达65℃，且高温维持时间较长，对猪粪堆肥中的粪大肠菌群和蛔虫卵有良好的灭杀作用；而对照组堆肥温度不如试验组高，堆体高温杀菌效果不明显，难以有效杀灭猪粪堆肥中的蛔虫卵。
2.5 猪粪有机肥发酵过程中理化指标的变化
从表3中可以看出，猪粪有机肥经过发酵腐熟后，两组处理的理化指标都有明显的变化。有机质含量总体下降，其中试验组的有机质下降了11.85%，对照组有机质下降了12.16%；总养分指标下降明显，试验组的总养分下降了18.61%，对照组总养分下降了13.10%；总氮的含量有所下降，试验组的总氮含量下降了15.92%，对照组总氮含量下降了13.25%，这可能与微生物的新陈代谢有关联；总磷和总钾的含量有所上升，试验组的总磷含量上升了6.25%，对照组总磷含量下降了4.74%，试验组的总钾含量上升了5.42%，对照组总钾含量上升了4.22%。
3 讨论与结论
目前，微生物发酵是最常见的禽畜粪便处理方法，常规的堆肥发酵周期较长，且禽畜粪便携带有大量的病原菌与有害物质，若不经过腐熟处理，会对环境造成二次污染。许多研究表明，在堆肥过程中添加适当的微生物，可有效解决常规堆肥发酵周期长的问题，而添加功能型微生物，可使堆肥温度明显升高，对禽畜粪便中的粪大肠菌群、蛔虫卵和有害物质有显著的灭杀和降解作用。
试验中添加复合微生物菌剂的试验组，升温效果明显优于对照组，且高温持续时间较长，较高的堆体温度加快了水份蒸发，且堆体温度较高时，微生物新陈代谢旺盛，加速水份流失，进一步加快堆肥腐熟程度，缩短堆肥发酵生产周期；另外，持续高温可有效杀死堆肥中的病原菌，使堆肥中大肠菌群数迅速下降，蛔虫卵死亡率明显提高。添加复合微生物菌剂的试验组，发酵周期缩短，提前达到有机肥料产品无害化生产要求[10]。
农业部植物营养与生物肥料重点实验室研制的复合微生物菌剂符合猪粪堆肥发酵生产的要求，添加复合微生物菌剂的堆肥，发酵腐熟后各项指标均能到达生物有机肥的标准。复合微生物菌剂的使用可明显加快堆体温度的上升速度，延长堆肥高温持续时间，提升堆肥的腐熟效果，缩短堆肥生产周期。该复合微生物菌剂为粉剂产品，成本适中，环境适应强，具有良好的应用前景。
参考文献：
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[2] 徐风花，孙冬梅，宋金柱. 微生物制品技术及应用[M]. 北京：化学工业出版社，2007. 51-74.
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[5] 徐风花，孙冬梅，宋金柱. 微生物制品技术及应用[M]. 北京：化学工业出版社，2007. 51-74.
[6] 田 伟，刘明庆，席运官. 微生物菌剂对以猪粪和香菇菌渣为原料的快速堆肥过程的影响[J]. 江苏农业科学，2013，41（6）：301-304.
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[9] 刘 锐，方亚曼，罗金飞，等. 高效微生物菌剂在猪粪堆肥中的应用[J]. 安徽农业科学，2011，39（18）：10885-10888.
[10] 李国学，李玉春，李彦富. 固体废物堆肥化及堆肥添加剂研究进展[J]. 农业环境科学学报，2003，22（2）：252-256.
（责任编辑：成 平）