禽畜粪便与板栗废弃物不同配比混合堆肥的理化特征研究

周爱松 王凤春 刘向东 冯芳侠 付庆伟

摘要 [目的]研究禽畜粪便与板栗废弃物不同配比混合堆肥的理化指标差异。[方法]以鸡粪、牛粪、猪粪和板栗废弃物为原料，通过不同比例混合堆肥，研究4种配比的混合配方在堆肥过程中，堆体温度、全碳含量、全氮含量、碳氮比（C/N）及种子发芽指数（GI）等理化指标的差异。[结果]4 种比例的混合堆体，经过45 d的堆肥发酵，总碳含量和总氮含量均呈下降趋势，C/N 呈缓慢下降趋势，GI达80%以上；板栗废弃物∶鸡粪∶牛粪∶猪粪为3∶2∶3∶2（即C处理，C/N=32∶1）时，能在35 d完成堆肥，堆肥成品C/N达16.81∶1，且GI高达92%，处理效果最好。[结论] 该研究为制备板栗废弃物有机肥提供理论依据，同时为实现板栗产业链的环境友好型转变提供技术参考。

关键词 禽畜粪便；板栗废弃物；堆肥

中图分类号 S141.4文献标识码 A文章编号 0517-6611（2018）15-0117-04

Abstract [Objective]To study physical and chemical character of different proportions of livestock manure and Castanea mollissima waste composting.[Method]With chicken，cattle and pig manure and chestnut wastes as raw materials for compost with different mixing ratio，the difference of pile temperature，carbon content，total nitrogen content，carbon nitrogen ratio （C/N） and the seed germination index （GI） and other physical and chemical indicators among 4 different ratios of the formula in the process of composting were studied.[Result]The mixing ratio of 4 kinds of pile body，after 45 days of composting，total carbon content and total nitrogen content were decreased，C/N appeared a slow downward trend，GI reached more than 80%；Chestnut waste：chicken manure：cow dung：pig manure of 3∶2∶3∶2 （treatment of C，C/N=32∶1） could be completed compost in 35 days，C/N composting products reached 16.81∶1，and GI was as high as 92%，and had the best treatment effect.[Conclusion]The study provides a theoretical basis for preparing the organic fertilizer of chestnut waste，and provides technical reference for the transformation of environmental friendly type of chestnut industrial chain.

Key words Livestock manure；Castanea mollissima waste；Composting

板栗是山區主要的经济作物，仅唐山市迁西板栗栽培总面积超过5万hm2、4 300多万株，平均年产量达5.5万t，每年产生的板栗叶、花、蓬及修剪的废旧枝条超过15万t，是当地农村环境污染的主要来源，也是冬季山火的主要隐患。刘更另[1]1991年在河北省燕山科学试验站进行“燕山片麻岩山区农业综合开发”研究时确定，不同生长时期板栗叶元素的含量与需求，落叶期1 kg板栗叶中含有机质、氮、磷、钾、镁、铜、锌、铁、锰、硼分别为603 g、13.6 g、1.6 g、4.1 g、5.1 g、6.1 mg、27.6 mg、289 mg、541 mg、23.2 mg；同时，确定秋天板栗叶中各种元素的含量最高，是“还田”板栗树的最好物质，为废弃物开发有机肥提供理论支持。

鸡粪、牛粪、猪粪等禽畜粪便是有机肥常用的堆肥材料，传统的堆肥法存在原料配比不协调，处理工艺相对落后，因缺乏外源性微生物菌剂造成发酵时间长、产生臭味且肥效低等问题[2]。以板栗废弃物（板栗叶约为85%，板栗枝条约为10%，板栗蓬约为5%）为堆肥主要原料，混合适当的鸡粪、牛粪、玉米秸秆等进行合理搭配，调节碳氮比（C/N），添加微生物发酵菌剂，进行高温好氧堆肥生产有机肥，以实现农业固体废弃物与粪便无害化与资源化处理的目的[3]。

笔者通过鸡粪、牛粪、猪粪与板栗废弃物进行配比组合，添加自制的腐熟菌剂（FBA微生物菌剂和筛选的3种木腐菌）进行高温堆肥发酵，研究堆肥温度、全碳、全氮、C/N和种子发芽指数（GI）等堆肥的指标参数，以期为制备板栗废弃物有机肥提供理论依据，同时为实现板栗产业链的环境友好型转变提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

板栗废弃物：板栗枝条、落叶，枝条进行简单粉碎，产自迁西县汉儿庄乡杨家峪；鸡粪、猪粪、牛粪：产自迁西县东荒峪跃华养殖场（表1）。

1.2 试验设计 于2017年6—12月在河北省唐山市迁西县立千生物肥业有限公司工厂进行堆肥。以板栗废弃物和鸡粪、牛粪、猪粪为主要原料进行混合配比，使用迁西县立千生物肥业有限公司自制的腐熟菌剂（FBA微生物菌剂和3种自筛木腐菌，活菌含量：大于1010 CFU/mL）。

以不同禽畜粪便和板栗废弃物为主要原料的各处理1 000 kg，各处理设计见表2，试验设4个处理，尿素微调4组的C/N为25∶1、28∶1、32∶1和35∶1；发酵腐熟菌剂添加量为1/1000。进行条垛型有机肥混合堆肥发酵，堆垛下底宽2 m，上底宽1 m，堆高1 m，长度不限；堆垛底部设置通风槽（30 cm宽，20 cm深），板栗废弃物与牛粪按比例混匀后撒上腐熟菌剂（1 g/kg）促进发酵。先将1 kg腐熟菌剂放入水桶，边加水边搅拌均匀，然后用瓢将水剂均匀加入到有机物料，水分控制在65%左右。堆肥初期每4 d翻抛机（LYFP280）翻刨，当堆体温度升高到50 ℃以上时，每6 d翻刨1次；翻刨时间为当日17：00—20：00。

1.3 检测项目与方法

试验堆肥周期共计45 d，测定不同堆肥处理不同时期的温度、全碳、全氮含量，计算C/N和种子发芽指数（GI）等指标。

温度：分别于第1、3、5、7、9、12、15、20、25、30、35、40、45天09：00和15：00，在堆体3个不同部位用60 cm长的温度计插入堆体30 cm处待温度计读数稳定后计数，取同期3点不同部位温度的平均值为该时间点的堆体温度，取平均温度为该处理当天的堆体温度。同时测定室内温度，并取平均值为当天的室内温度。

分别于第5、10、15、20、25、30、35、40、45天采样，每份取样5 kg，所取样品干燥处理后过60目筛，备用。测定全碳、全氮含量。

称取各处理不同时期的风干样品25 g，置于三角瓶中，加入250 mL去离子水，150 r/min振荡30 min后过滤；吸取滤液20 mL，加入直径9 cm的带滤纸培养皿中，取20粒颗粒饱满的萝卜种子均匀放置其中，在25 ℃培养箱培养48 h后，测定种子发芽率和根长；对照组用去离子水处理；每个处理重复3次。

发芽指数计算方法：

GI=GT×LTGCK×LCK×100

式中，GI、GT、LT、GCK和LCK分别代表种子发芽指数（%）、处理发芽率（%）、处理根长（cm）、对照发芽率（%）和对照根长（cm）[4]。

1.4 数据分析 试验数据采用Excel 2003和IBM SPSS Statistics 21.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 堆体温度变化

堆肥发酵属于好氧发酵，过程大致分为3各阶段，即升温阶段、高温阶段和降温阶段。升温阶段反映发酵菌剂对物料的适应度，升温阶段的时间决定堆肥熟化的效率；高温阶段的温度（60 ℃左右）和时间决定发酵效果，是影响堆肥效果的重要指标之一。同时，为提高好氧发酵速度与均匀程度，堆肥过程进行翻刨处理，伴随翻刨操作堆体温度表现出周期性变化，为有效监测堆体温度变化，避免翻刨后造成的阶段性温度变化，翻刨操作设置在温度测量后完成。

由图1可知，4个比例堆肥处理的温度变化较明显。处理B和C通过9 d的升温阶段均达56.8 ℃，进入高温阶段，同时在第15天分别达到最高温度62.4和63.1 ℃，持续12～15 d后堆体温度低于50.0 ℃，堆肥进行至第30天时，处理B和C温度降至38.0 ℃左右，完成降温阶段后堆体温度稳定在37.5 ℃左右，高温发酵阶段（50.0 ℃以上）持续21 d左右；相比而言，处理A和D升温阶段较缓慢，通过12 d的升温堆体温度达55.0 ℃后，第15天分别进入最高发酵温度56.2和59.6 ℃，随后处理A在第20天堆体温度降至53.2 ℃后迅速下降，并完成高温发酵过程，在第25天时处理A堆体温度降至41.7 ℃后，第30～45天稳定在36.0～37.0 ℃，而处理D的高温发酵过程相对其他3个处理，从第12～26天堆体温度均高于55.0 ℃（共15 d），随后迅速降温，堆肥进行至第30天，堆体温度为41.3 ℃，第35天后达到37.4 ℃进入稳定阶段。

4个比例的处理均能达到55.0 ℃以上进行高温发酵，同时不超过65.0 ℃；在35 d内温度降至37.0 ℃左右，说明4个比例的禽畜粪便和板栗废弃物混合能够达到堆肥要求。

2.2 全碳含量变化

高温堆肥发酵的本质是好氧微生物的代谢过程，通过微生物生长将有机质进行分解，分解为CO2、H2O和容易被作物吸收的小分子、离子等物质。因此，任何比例的禽畜粪便或有机物质堆肥都会导致有機碳含量的降低。由图2可知，4个处理堆肥的全碳含量变化与此理论完全相符。

4个比例堆肥处理的全碳含量均不断降低，且存在差异但差异不显著。第5天时，A、B、C、D 4个比例的全碳含量分别为472.69、540.17、637.76、726.07 g/kg，堆肥开始后全碳含量迅速下降，第30天有机质下降速度放缓并趋于平稳。这是因为开始堆肥时，各处理均迅速进入高温发酵阶段，微生物大量繁殖，并快速分解有机质，经过一段时间的高温发酵，多数有机质被转化为腐殖质，堆肥基本达到腐熟进入稳定阶段。第45天时，全碳含量分别为222.60、239.41、262.41、277.93 g/kg。

2.3 全氮含量变化

禽畜粪便堆肥发酵时，氮素转化包括氮素的固定与释放，变化过程包括氨化、反硝化、硝化、生物固氮和挥发等。不同堆肥原料，其氮素变化规律略有差异，但通常情况下，堆肥结束时氮素有部分损失，主要原因是有机氮持续的氨挥发以及硝态氮的反硝化作用；同时，堆肥初期温度升高，铵态氮相对稳定、挥发损失较小，具有固氮作用的微生物活跃并固定空气中的氮，碳水化合物及物料干重随着微生物的消耗而下降，总氮含量小幅升高。因此，研究全氮含量的变化对堆肥过程有重要意义。

由图3可知，4个禽畜粪便和板栗废弃物混合发酵处理的初期，全氮含量均升高，处理D最高达20.68 g/kg；然后迅速降低，再缓慢下降，最后又有小幅缓慢上升，第45天时，4个处理全氮含量分别为14.86、15.21、15.61、16.01 g/kg。

2.4 C/N 变化

目前，对于堆肥最佳的C/N不同学者研究结果不同。研究表明，堆肥起始的C/N在20∶1～35∶1为堆肥的最佳条件[5]。就堆肥成品而言，C/N过高会夺取土壤中的氮素，导致植物“氮饥饿”；若氮素过多，碳氮比过低，则会导致植物“烧苗”。因此，合适的C/N是堆肥评价的一个重要指标，研究物料间成分构成的差异，确定混合堆肥中适宜的C/N是重要的研究步骤[6]。

4个比例的堆肥处理C/N变化见图4。由图4可知，各处理的C/N 变化较显著。整个堆肥发酵过程中，C/N 随全氮含量小幅增加而降低后，均表现为逐渐降低趋势，第45天时C/N分别为14.98、15.74、16.81和17.36，符合全碳和全氮的变化趋势，最终的C/N均为14～18，达到相关的要求。

2.5 发芽指数变化

种子发芽指数（GI）是检验堆肥腐熟度的重要指标，堆肥的腐熟程度决定植物毒性物质含量，直接反映堆肥后成品对植物生长产生抑制作用程度，因此可用种子发芽指数来评价堆肥腐熟度[7]。当GI>50%时，表明堆肥基本腐熟，对植物基本无毒性；当GI>80%时，表明堆肥完全腐熟，对植物完全无毒性，GI相对越高，堆肥成品品质越高，但其与堆肥原料种类、配比、发酵菌剂等因素密切相关[8]。4个堆肥处理的GI变化见图5。由图5可知，随发酵的进行GI逐渐升高，第45天时均能达80%以上，C处理达92%。可见，发酵初期GI快速升高，发酵进入高温期（第20天）后GI升高变缓，随着堆体温度进入平稳期（第35天）GI小幅迅速提高。处理B和C种子GI最终达91%和92%，D处理为88%，A处理最差，仅为81%。

3 结论与讨论

（1）4个比例的堆肥处理在整个堆肥发酵过程中，其总碳含量和总氮含量均呈下降趋势。各处理均能较快进入高温期，说明微生物活动代谢旺盛，大量有机质被微生物分解，转化为CO2 和H2O，也反映了此腐熟菌剂对板栗废弃物和禽畜粪便混合发酵较为适宜；同时，升温期缩短，能减少前期的氨气等恶臭气体外逸，降低对周边空气的污染和堆体的氮素减少，避免了肥料养分被过量消耗。

（2）4个比例的堆肥处理完成堆肥发酵过程后，最终C/N 分别达14.98、15.74、16.81和17.36，满足腐熟堆肥所要求的C/N 范围，说明该试验设置的C/N 25∶1、28∶1、32∶1和35∶1的4个处理均能完成禽畜粪便与板栗废弃物混合堆肥发酵。

（3）4个比例的堆肥处理，均能在40 d完成堆肥发酵，且养分和C/N等各项指标均符合国家关于农业有机肥料的规定，可达到腐熟阶段。同时也说明此发酵菌剂适合用于禽畜粪便与板栗废弃物混合堆肥，板栗废弃物用于堆肥具有可行性。

（4）板栗废弃物与鸡粪、牛粪、猪粪的配比混合发酵中，D处理的C/N=35∶1，升温阶段短，高温发酵阶段时间过长，导致“氮”损失严重，堆肥成品C/N可达17.36∶1，GI为88%，虽然能在35 d完成堆肥，但综合生态与营养角度不是最佳方案；B处理C/N=28∶1的效果较好，堆肥成品C/N和GI分别为15.74∶1和91%；A处理的C/N=25∶1最差，虽然各项指标能达到国家相关要求，但升温阶段时间长，高温阶段温度相对较低，降温相对较慢，堆肥成品C/N、GI分别为14.98∶1和81%。C处理的C/N=32∶1（板栗废弃物∶鸡粪∶牛粪∶猪粪=3∶2∶3∶2），升温阶段短，高温发酵阶段持续适中，能在35 d完成堆肥，堆肥成品C/N达16.81∶1，且GI高达92%，具有氮素损失率小、堆肥腐熟快、堆肥效率高等优点，更适合在有机肥堆肥生产过程中进行推广和应用[9]。

参考文献

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