0 引言

高温好氧堆肥是处理农业废弃物的有效途径之一，随着有机肥商品化程度的提高，畜禽粪便高温堆肥技术在我国发展比较迅速，对于实现规模化养殖场及其周边农田废弃物的减量化、无害化和资源化处理，促进区域内的种养业物质与能量循环，减少环境污染物排放等方面具有积极意义。堆肥化是由微生物驱动的生物化学过程，通过微生物的作用实现有机物的降解[1]。与堆肥发酵过程相关的微生物种类繁多，并在好氧发酵过程中随着环境条件的改变而不断演替，主要影响因素包括物料孔隙率、含水率、碳氮比、pH和堆体保温程度等。近年来，外源接种微生物菌剂的农业废弃物高温堆肥实践中逐步实现应用。一些研究认为，接种外源微生物菌剂进行堆肥能够起到加快堆肥腐熟、提高堆肥质量的效果[2-4]。目前较为常见的外源微生物添加剂按照目标功能分类，可大致分为促进发酵物料分解和促进养分保存两大方面[5-6]，其中加快物料分解的功能菌在畜禽粪便处理较受关注。为验证生产实践中添加市售微生物菌剂对家禽场粪便高温堆肥腐熟进程的影响，本文采用2种市售微生物菌剂作为添加材料，进行夏季室外堆肥试验，模拟中小型规模化养殖场高温堆肥环境条件，初步探讨微生物菌剂在畜禽粪便堆肥实践中的应用潜力。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验设在北京郊区某养殖场，辅料玉米秸秆来自附近农村，机械粉碎成小于5cm的小段。2种微生物菌剂均购于市场，有效活菌数≥109 CFU·mL(g)-1，其中菌剂A标注主要有效成分为侧孢芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、黑曲霉、细黄链霉菌、光合细菌等复合；菌剂B标注主要有效成分为细菌、放线菌、丝状菌、酵母菌及相关酶复配。堆肥原料的基本性状见表1。

表1 堆肥材料基本性质

项目总氮/%a总有机碳/%aC/N水分/%鸡粪2.7436.913.579.2玉米秸秆1.0541.239.210.7

a注：基于干质量

1.2 试验设计

试验设普通未接种堆肥为空白对照处理T0，普通堆肥中添加微生物菌剂A作为试验处理T1，添加微生物菌剂B作为试验处理T2。堆肥材料为鲜重比7:1的新鲜鸡粪与玉米秸秆，微生物菌剂分别按照各自使用说明确定添加量，并与初始堆肥物料分别混合均匀。各处理在堆肥场内堆制成锥形跺，每个堆垛体积约为1.5 m3。堆肥采用自然通风，堆制周期35 d，堆肥开始后每7 d进行一次人工翻堆。

1.3 分析测试方法

堆肥期间每天8:00和14:00测定堆体中心温度，取平均温度作为当天的堆温，同时测定当天气温。堆肥固体样本分别于每次翻堆期间物料充分混匀后进行采集，以确保采样均匀。每份固体样品质量约1kg，分为两部分保存，一部分新鲜样品用于测定含水率、发芽率指数(GI)等指标，备用时4℃冷藏储存；另一部分自然风干、粉碎后用于测定总有机质、总氮等养分指标。新鲜样品用10:1(V/m)的水浸提，经MP521型pH计和电导仪测定pH值和电导率(EC)；发芽率指数测定选用小白菜种子，用上述水浸提液5 mL于垫有滤纸的培养皿中，置于(25±1)℃培养箱中培养48h后测定发芽率和根长计算GI值[7]。其他相关理化指标测定方法依照《NY525-2012 有机肥料》标准方法测定[8]。

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2 结果与分析

2.1 堆肥温度

电导率(EC)的变化反映堆肥中溶质盐的浓度，过高的盐度可能会对植物造成不利影响。一些学者的研究认为，堆肥浸提液EC值不宜过高，超过4000 μS/cm可能会对作物产生不利影响[9]。本研究不同处理堆肥过程中EC值变化见图3。从图中可以看出，添加微生物菌剂使堆肥物料第7～21天的EC值显著降低，原因可能是菌剂中部分功能微生物对溶质盐的离子交换和络合产生了一定影响。至本试验堆肥结束时，不同处理EC值差异不显著，均低于3000 μS/cm。

图1 不同处理堆肥温度变化

图2 不同处理堆肥pH值变化

2.2 pH值

如图4所示，随着堆肥的进行，物料中的有机质不断被微生物降解，对照处理和2个添加微生物菌剂的处理堆肥有机质降解率变化趋势基本相同。堆肥前三周有机物的降解速率相对较快，随后趋于缓慢，与堆体升温和降温趋势相吻合。从图4可以看出，添加微生物菌剂的两个处理堆肥第0～14天有机质降解速率显著高于对照处理，说明菌剂的添加对鸡粪与玉米秸秆堆肥有机物料降解起到了一定的促进作用。对照处理有机物降解呈现滞后，但到第21天后逐渐接近添加菌剂的处理。至堆肥结束时，对照和添加菌剂A及菌剂B的处理有机质累积降解率分别达到49.8%、53.2%和52.3%。从图5中C/N比值变化来看，至堆肥结束时，不同处理堆肥物料C/N比值均降低到10～11，添加微生物菌剂未对堆肥产品氮素养分含量造成显著影响。

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2.3 电导率

本试验堆肥过程中各处理的堆体中心温度变化见图1，从图中可以看出，添加微生物菌剂的2个处理堆体温度分别于第2天和第3天后达到50℃以上，升温速度与对照处理相比较略快，提前2～3 d进入高温期。经过持续12～16 d的高温期，3个处理堆体温度逐渐呈降低趋势。第21天翻堆后至第28天翻堆前，添加菌剂A的处理堆体温度相比其他2个处理高3℃～10℃，这可能与菌剂添加改变了堆体中嗜热微生物组成有关。各处理堆肥35 d有效积温计算结果表明，添加微生物菌剂A和菌剂B的处理积温相比对照分别增加32.1%和21.7%。以上温度指标变化结果表明，2种微生物菌剂的使用对鸡粪与玉米秸秆堆肥升温和堆体温度保持起到了一定促进作用。

图3 不同处理堆肥电导率变化

2.4 有机质降解率与C/N变化

如图2所示，不同处理物料pH值变化趋势基本一致。堆肥开始第7天，各处理pH值相比起始时略有上升，至第14天由于物料分解和小分子有机酸积累又出现pH值降低现象，随后伴随堆肥高温期的结束和有机物料中持续的氮素氨化作用，高温带来的氨挥发损失降低，堆体铵态氮及物料吸附的氨气浓度增加，使pH值出现回升并趋于平稳，堆肥最后一周pH值呈现略微降低趋势。从图2可以看出，添加微生物菌剂对堆肥期间物料pH值影响相对较小，其中添加菌剂A的处理堆肥起始第一周pH相对较低。统计分析结果表明，第14天起各处理pH值差异不显著。

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图4 不同处理堆肥有机质降解率

2.5 发芽率指数

发芽率指数GI值是反映堆肥对植物种子毒害性和堆肥腐熟度的生物学指标。如图6所示，随着堆肥的进行，发芽率指数呈先下降后上升趋势。堆肥开始第7～21天，添加菌剂B处理GI值高于其他2个处理GI值，第28～35天，添加菌剂A的处理GI值上升至与处理T2接近，对照处理GI值略低于2个添加微生物菌剂的处理。至堆肥结束时，对照和添加微生物菌剂的处理GI值均达到50%以上的基本腐熟水平[10]。以上结果表明，本试验中微生物菌剂的添加对堆肥发芽率指数和腐熟进程未造成显著不利影响。

实验结果以均数±标准差(±s)表示，应用SPSS 19.0进行统计分析，多组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用t检验，P＜0.05为差异具有统计学意义。

图5 不同处理堆肥C/N比变化

图6 不同处理堆肥发芽率指数变化

3 结语

(1)本研究试验结果表明，向鸡粪与玉米秸秆堆肥混合物料中添加2种不同微生物菌剂在一定程度上加快了堆肥初期有机质降解速率和物料升温进程，使堆肥35 d累计有效温度相对提高32.1%和21.7%，有机质累积降解率相对提高6.8%和5.0%。

(2)从堆肥过程中物料pH、EC、C/N、GI值等理化参数变化来看，在鸡粪与玉米秸秆室外条垛式堆肥系统中，添加2种微生物菌剂对堆肥总体腐熟规律未造成显著影响。本试验条件下，2种不同来源的微生物菌剂效果较为接近，菌剂的添加对堆肥前期和中期腐熟进程影响相对较大，起到促进升温发酵的作用，但对堆肥整体周期的缩短效果不明显。

参考文献

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[3] 徐智，李季．2种微生物菌剂对堆肥过程中酶变化的影响研究[J]．中国农学通报，2013, 29(8): 175-179.

[4] 王卫平，汪开英，薛智勇，等．不同微生物菌剂处理对猪粪堆肥中氨挥发的影响[J]．应用生态学报，2005,16(4): 693-697．

[5] 凌云，徐亚同．禽畜粪便高效降解菌对堆肥主要理化指标的影响[J]．河北农业大学学报，2006, 29(1): 24-28.

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[7] Ren L M, Schuchardt F, Shen Y J, et al. Impact of struvite crystallization on nitrogen losses during composting of pig manure and cornstalk[J]. Waste Management, 2010, 30(5): 885-892.

[8] 李艳霞，薛澄泽，陈同斌. 污泥和垃圾堆肥用作林木育苗基质的研究[J]. 农村生态环境，2000, 16(1): 60-63.

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