胡 斌 ，蘇善柱 ，傅曉巖 ，劉丹丹 ，江麗華 ，趙保忠 ，楊巖

(1.山東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東 濟(jì)南 250100；2.陽(yáng)谷縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 聊城 252300；3.山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100；4.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100；5.濱州市京陽(yáng)生物肥業(yè)有限公司，山東 濱州 251800)

我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源豐富，以農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便和菌渣為主，但這些農(nóng)業(yè)廢棄物再利用程度還不高。我國(guó)糞肥資源量為38億t,畜禽糞便含有豐富的有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀等養(yǎng)分,糞肥資源化利用后培肥土壤效果良好[1],但是目前仍有大部分的糞肥資源沒(méi)有得到合理化處理與應(yīng)用。2017年國(guó)務(wù)院辦公廳 《關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見(jiàn)》文件中明確指出，目前我國(guó)的畜禽糞便資源化利用率還不足60%。同時(shí)，我國(guó)每年的食用菌總產(chǎn)量約為410萬(wàn)t，根據(jù)報(bào)道每生產(chǎn)1kg食用菌，就會(huì)產(chǎn)生約5 kg的菌糠[2]，而這些菌糠除30%左右被用作畜禽飼料和有機(jī)肥料以外，仍有70%的菌糠沒(méi)有得到合理的資源化利用[3]。因此，農(nóng)業(yè)廢棄物不合理的利用，不僅浪費(fèi)了資源，也給環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力。

秸稈、糞肥和菌糠的含碳量分別按照40%、26%和38%來(lái)估算,那么每年僅因秸稈、畜禽糞便和廢棄的菌糠損失的碳量就高達(dá)7.2億t[4-5]。若能將這些農(nóng)業(yè)廢棄的有機(jī)物料充分合理地資源化利用,使之還田，不僅可以有效培肥土壤,提高土壤有機(jī)碳含量,積極促進(jìn)實(shí)現(xiàn)作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn),還能夠減少農(nóng)田中化肥的使用量,平衡我國(guó)土壤普遍存在的氮、磷、鉀比例失調(diào)的矛盾,同時(shí)也能為秸稈焚燒而導(dǎo)致大氣污染和動(dòng)物糞便隨意堆積造成的環(huán)境污染等問(wèn)題的解決產(chǎn)生積極促進(jìn)作用,將助力我國(guó)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的完成。

近年來(lái)，隨著人們生活水平的提高，好氧堆肥是處理畜禽糞便、菌渣等農(nóng)業(yè)固體廢棄物最經(jīng)濟(jì)有效的辦法[6-8]。本研究以豬糞和菌糠為原料，以是否添加腐熟菌劑為試驗(yàn)處理，采用工廠化好氧堆肥工藝開(kāi)展實(shí)踐研究。通過(guò)對(duì)堆肥過(guò)程中相關(guān)指標(biāo)的分析研究，明確菌劑對(duì)堆肥過(guò)程及產(chǎn)品質(zhì)量的影響，為堆肥化處理豬糞和菌糠，以及生產(chǎn)有機(jī)肥的過(guò)程控制提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)而提升工廠化生產(chǎn)的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

堆肥材料豬糞來(lái)源于山東營(yíng)豐生物科技有限公司規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)，菌劑為山東元溢農(nóng)業(yè)生物科技有限公司生產(chǎn)商品有機(jī)肥所用成熟菌劑產(chǎn)品，供試材料的基本性狀見(jiàn)表1。

表1 供試材料的基本性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)堆肥以是否添加菌劑 （添加比例為千分之一）為試驗(yàn)處理，設(shè)3個(gè)重復(fù)。以初始C/N值為25調(diào)節(jié)物料添加比例，初始含水率調(diào)節(jié)為60%。堆肥時(shí)間從2020年9月24日至2020年11月3日，共40天。堆肥制作方法參照當(dāng)?shù)厣a(chǎn)工藝，將原材料用攪拌機(jī)充分拌勻后堆成條垛進(jìn)行發(fā)酵 （條垛長(zhǎng)×寬×高=5 m×2 m×1.2 m），每個(gè)處理間隔5米。堆置期間每天測(cè)定堆體溫度和環(huán)境溫度。堆體溫度上升至50℃，并維持5天后，用翻拋機(jī)每5天翻堆1次。堆肥開(kāi)始后的第 0，3，6，10，15，20，25，30，35，40 天 采 集 堆 肥樣品。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

溫度測(cè)定方法：堆肥開(kāi)始后，將溫度計(jì)分別插入距底部20 cm、60 cm和100 cm處，每層設(shè)5個(gè)點(diǎn)，于每天8:00，13:00和17:00讀取各點(diǎn)溫度，取平均值作為當(dāng)日堆體溫度，同時(shí)測(cè)定環(huán)境溫度。

樣品分析：全碳、全氮、全磷、全鉀含量的測(cè)定按照NY/T 525進(jìn)行測(cè)定；稱取新鮮堆肥樣品加去離子水（按水土比1:10(w(g):V(ml)),在室溫條件下，于200 r·min-1下水平振蕩提取1小時(shí)后，用pH計(jì)和電導(dǎo)率儀直接測(cè)定pH和EC值。含水率測(cè)定采用重量法。

GI（%）的測(cè)定方法為：稱取10 g鮮樣，加入100 ml蒸餾水，震蕩1 h，室溫下靜置1晝夜，過(guò)濾，吸取5 ml濾液于鋪有濾紙的9 cm培養(yǎng)皿內(nèi)，播50粒飽滿的油菜種子（束腰油菜），28℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h，以蒸餾水作對(duì)照[9]。計(jì)算公式如下：

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2010和SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度和固相C/N的變化

堆肥過(guò)程中的溫度變化是堆體內(nèi)不同類型微生物活性變化的重要反應(yīng)，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)堆肥無(wú)害化和穩(wěn)定化的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。圖1a為豬糞堆肥過(guò)程的堆體溫度變化，整個(gè)堆肥過(guò)程中的氣溫在7.33～24.67℃之間。MA處理的溫度在第10天達(dá)到50℃以上，而CK處理的堆溫則較其推遲4天，CK、MA處理堆溫維持在50℃以上的天數(shù)分別為8天和12天，均達(dá)到了高溫堆肥的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[10]。本試驗(yàn)中添加菌劑對(duì)堆體溫度無(wú)顯著影響。

圖1 堆肥過(guò)程溫度、C/N的變化

C/N比是最常用的腐熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，一般認(rèn)為當(dāng)堆肥原料的C/N值由起始25～30降到16左右時(shí)，可認(rèn)為已基本腐熟，否則施入土壤中易造成氮饑餓，影響土壤肥力[11]。從圖1b中可知，豬糞堆肥物料固相碳氮比總體呈下降趨勢(shì)，且堆肥結(jié)束時(shí)，CK和MA處理的固相碳氮比無(wú)顯著差異，即添加菌劑對(duì)豬糞堆肥固相碳氮比無(wú)顯著影響。此外，與堆肥開(kāi)始時(shí)相比，堆肥結(jié)束時(shí)各處理的固相碳氮比均顯著降低，其中MA處理的降幅最大， 達(dá) 20.57%（MA：P=0.002；CK：P=0.002）。

2.2 pH、EC值的變化

pH是堆肥過(guò)程控制的重要參數(shù)，適宜的pH值可有效提高微生物活性，減少養(yǎng)分損失，pH值過(guò)高或過(guò)低均會(huì)影響堆肥進(jìn)程和堆肥質(zhì)量。從圖2a中可以看出，豬糞CK和MA處理的pH值在前15天內(nèi)基本保持穩(wěn)定，自第15天開(kāi)始，CK和MA處理均表現(xiàn)出上升趨勢(shì)，并且分別于堆肥第35天和第20天時(shí)達(dá)到最高值，分別為7.21和6.92，而后兩處理pH值趨于穩(wěn)定狀態(tài)。本試驗(yàn)中各處理的pH值在5.66～7.21間變化，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，CK和MA處理的pH值分別為6.70和6.91，均滿足有機(jī)肥的pH值標(biāo)準(zhǔn)，二者間差異不顯著。

圖2 堆肥過(guò)程pH和EC的變化

電導(dǎo)率(EC)反映了堆肥浸提液中的離子總濃度，即可溶性鹽含量[11]。聶永豐認(rèn)為[12]，當(dāng)堆肥EC值小于9.0 ms·cm-1時(shí)，對(duì)種子發(fā)芽沒(méi)有抑制作用，并且電導(dǎo)率(EC)也是堆肥腐熟的一個(gè)必要條件。從圖2b中可以看出，堆肥前25天內(nèi)，豬糞CK和MA處理的EC值隨著堆肥的進(jìn)行波動(dòng)升高；自25天至試驗(yàn)結(jié)束，CK和MA處理的EC值均略有下降，這可能與堆肥高溫期結(jié)束時(shí)間相對(duì)較晚，造成較多NH3揮發(fā)損失有關(guān)。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，CK和MA處理的EC值分別為3.80和3.52，二者間無(wú)顯著差異；而與初始EC值相比，亦均無(wú)顯著性差異，因此，本試驗(yàn)中添加的菌劑對(duì)堆肥物料EC值無(wú)顯著影響。

2.3 發(fā)芽指數(shù)（GI）的變化

生物學(xué)指標(biāo)主要是通過(guò)檢測(cè)堆肥毒性來(lái)判斷堆肥腐熟度，這種方法是檢驗(yàn)堆肥腐熟度最精確和最有效的方法[13]。目前，評(píng)價(jià)堆肥腐熟度最具說(shuō)服力的方法是植物生長(zhǎng)試驗(yàn)[14]，而最簡(jiǎn)單有效的植物生長(zhǎng)試驗(yàn)即種子發(fā)芽試驗(yàn)，用發(fā)芽指數(shù)（GI）來(lái)評(píng)價(jià)。堆肥的GI值反映了堆肥對(duì)作物的毒害作用，GI達(dá)到50%的堆肥可認(rèn)為對(duì)植物已無(wú)毒害作用，GI超過(guò)80%的堆肥可認(rèn)為已經(jīng)腐熟[15]。本研究采用堆肥鮮樣提取液進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。CK和MA處理的發(fā)芽指數(shù)在堆肥開(kāi)始后的25天內(nèi)基本保持穩(wěn)定，第25天開(kāi)始，呈快速升高的趨勢(shì)。至第40天時(shí)，CK和MA處理分別達(dá)63.71%和73.43%，但二者間無(wú)顯著差異。

圖3 堆肥過(guò)程中發(fā)芽指數(shù)的變化

3 結(jié)論與討論

堆肥進(jìn)程上，利用豬糞和菌糠兩種農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)有機(jī)肥料，從開(kāi)始至試驗(yàn)結(jié)束，添加菌劑的處理MA溫度及固相C/N變化與CK處理無(wú)顯著差異。

堆肥質(zhì)量上，本研究結(jié)果表明，MA和CK處理均符合《糞便無(wú)害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，達(dá)到了殺滅有害病原菌及害蟲(chóng)的效果；添加菌劑對(duì)堆肥產(chǎn)品的pH、EC無(wú)顯著影響，發(fā)芽指數(shù)較CK提高了10個(gè)百分點(diǎn)。這與鄭衛(wèi)聰?shù)萚16]和田赟等[17]提出的添加菌劑有助于堆肥腐熟的結(jié)論基本一致，這與菌劑的微生物類型及外界環(huán)境條件等有較大關(guān)系[18-20]。因此在有機(jī)肥生產(chǎn)中，應(yīng)用針對(duì)性強(qiáng)的腐熟菌劑對(duì)提升有機(jī)物料腐熟質(zhì)量，加快腐熟速度有重要意義，有助于加快推進(jìn)畜禽糞污肥料化利用，促進(jìn)種養(yǎng)循環(huán)。