（土壤学专业论文）畜禽粪便高温堆肥促腐菌剂的应用及肥效研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑皇垦盔些盘堂或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：而概硐 签字日期：矽，j 年j - 月弘日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑兰垦盔些盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权塑皇堡盎些盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 抑黜目导师签每：套密 签字日期：伽年j 月口同签字日期：多螂- 月少日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 摘要 i il li l i 1 j il li 1 i i l 18 9 7 0 7 8 随着畜禽养殖业规模化、集约化、现代化的快速发展，致使畜禽粪便对环境污 染的问题r 益严重，并己成为畜禽养殖业可持续发展的限制性因素。因此，开展畜 禽粪便资源化利用技术研究意义重大。本研究针对畜禽粪便堆肥过程中的堆置时间 长、养分流失严重等问题，通过高温好氧堆肥试验，研究了五种微生物促腐菌剂 ( m 1 、m 2 、m 3 、m 4 和m 5 ) 对牛粪、鸡粪、羊粪高温好氧堆肥过程中物理、化 学、生物学指标变化的影响，及其堆肥产品的品质和肥效。主要研究结果归纳如下： 1 接种外源微生物促腐菌剂可以使畜禽粪便堆体提前2 3d 到达高温期，有 效延长高温期3 - 5d ，堆体最高温度显著升高，堆温高于5 0 天数大于8d ，符合 畜禽粪便高温堆肥无害化标准。添加微生物促腐菌剂作用明显，在添加玉米秸秆调 节物料碳氮比的情况下效果更佳，其中以菌剂m 2 对堆体加快升温、延长高温期的 保持时间、快速降低堆体温度的效果最好；堆肥过程中p h 值变化范围是7 o 9 0 ， 符合高温好氧堆肥的要求，添加微生物菌剂对堆体p h 值影响较小。 2 添加微生物促腐剂对堆肥物料有机碳降解作用效果明显，降解率以菌剂m 2 最高，在添加秸秆的情况下效果更佳。堆体全氮、全磷、全钾含量的变化趋势为： 随着堆肥过程的推进，所有处理含量逐渐升高，以添加微生物促腐菌剂m 2 的处理 上升趋势最为显著。 3 添加微生物促腐菌剂对堆肥过程中堆体水溶性铵态氮、水溶性有机氮、水溶 性有机碳含量的影响为：所有处理随着堆肥进程的推进呈现降低的趋势，含量均在 减少，以水溶性有机碳的降低趋势最为显著，对水溶性硝态氮含量的影响是所有处 理随着堆肥进程的推进呈现上升的趋势。 4 添加微生物促腐菌剂处理的种子发芽指数快速达到8 0 以上，符合高温堆肥 无害化要求，同时添加秸秆和菌剂处理的种子发芽指数上升速度最快，以添加菌剂 m 2 处理的效果为最佳。 5 生物有机肥田问肥效试验表明，生物有机肥和化肥以适当比例配合施用，可 以明显降低油菜体内硝酸盐含量，符合国家相关标准要求，明显降低土壤硝态氮含 量，提高土壤速效磷、速效钾含量及油菜生物量，对油菜及土壤全氮、全磷、全钾 含量有显著影响。 本研究有效的缩短了堆肥时间，提高了堆肥效率，保存了堆肥养分，提高了油菜 的品质和产量，降低了油菜硝酸盐含量，改善了土壤质量，提高了土壤肥力，对实 现畜禽粪便资源化利用以及保护农村环境存在指导意义。 关键词：微生物促腐剂；畜禽粪便；堆肥；肥效 s t u d i e so ne f f e c to fd i f f e r e n tm i c r o o r g a n i s m so nm a n u r ec o m p o s ta n d f e r t i l i z a t i o ne f f i c i e n c y a u t h o r ：w a n gx i a o - j u a n m a j o r ：s o i ls c i e n c e t u t o r ：p r o f l ib o w e n a b s t r a c t a sl i v e s t o c kb r e e d i n gs c a l e ，i n t e n s i v e ，m o d e r n i z a t i o no f r a p i dd e v e l o p m e n t ，c a u s e s o fp o u l t r ya n da n i m a lf e c e sp o l l u t i o no ft h ee n v i r o n m e n tp r o b l e mi n c r e a s i n g l ys e r i o u s ， a n dl i v e s t o c kf a n n i n gs y s t e m st ob e c o m et h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fr e s t r i c t i v e f a c t o r s t h e r e f o r e ，d e v e l o p i n gd o m e s t i ca n i m a l s & f o w l su t i l i z a t i o nt e c h n o l o g yr e s e a r c h i so fg r e a ts i g n i f i c a n c e t h i ss t u d yi nt h ep r o c e s so f p o u l t r ya n da n i m a lf e c e sc o m p o s tf o r l o n gt i m e ，p i l e du pp r o b l e m ss u c ha sn u t r i t i o nl o s ss e r i o u sc o n d u c t e dr e s e a r c h ，i n t e n d st o s o l v et h ea b o v ep r o b l e m t h i sa r t i c l et h r o u g hh i g ht e m p e r a t u r ea e r o b i cc o m p o s tt e s t s ， a n dt h ef i v ek i n d so fm i c r o b e sp r o m o t ec o r r u p t i o nb a c t e r i u ma g e n t ( m 1a n dm 2 ，m 3 ， m 4a n dm 5 ) t oc o wm u c ka n dc h i c k e nm a n u r e ，s h e e pd r o p p i n g sa e r o b i cc o m p o s t i n g p r o c e s sh i g hp h y s i c a l ，c h e m i c a l ，b i o l o g i c a li n d e xc h a n g ee f f e c t sa n dc o m p o s tt e s tb e n c h ， s i m u l t a n e o u s l yt h ec o m p o s tp r o d u c t sf i e l da p p l i c a t i o nt e s ta n dc o m p o s tp r o d u c t si n v e g e t a b l ep r o d u c t i o n , r e s e a r c ho nt h ea p p l i c a t i o ne f f e c to ft h eq u a l i t yo fp r o d u c t sa n d e x p l o i t i n gt h ec o m p o s t i n g t h em a i nr e s e a r c hr e s u l t ss u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 v a c c i n a t i o ne x o g e n o u sm i c r o o r g a n i s mb a c t e r i u ma g e n tc a na c c e l e r a t ec o r r o s i o n e n h a n c e r sa e r o b i cp o u l t r ya n da n i m a lf e c e sh i g ht e m p e r a t u r ed u r i n gc o m p o s t i n gi n a d v a n c eo fb o d yh e a t su p ，2 3da r r i v e da th i g ht e m p e r a t u r ep e r i o d ，p r o l o n gt h eh i g h t e m p e r a t u r ep e r i o di s 3 5 d ，t h eh i g h e s tt e m p e r a t u r eo fb o d yt e m p e r a t u r e ，p i l e s i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e dm o r et h a n8 a b o v e5 0d a y s a c c o r dw i t hh i g ht e m p e r a t u r e c o m p o s th a r m l e s sds t a n d a r d s ；c o m p o s t i n gp r o c e s sp hr a n g ec h a n g ei sh i g h ，c o n f o r mt o 7 0 9 0a e r o b i cc o m p o s tr e q u i r e m e n t s ，a d dm i c r o b e sp r o m o t er o to b v i o u s l y 2 a d dm i c r o b i a lc o r r o s i o no fm a t e r i a lp r o m o t i n gc o m p o s t i n go fo r g a n i cc a r b o n a g e n tl a r g e r , b i o d e g r a d a b l ed e g r a d a t i o nh a so b v i o u se f f e c t ，t h ed e g r a d a t i o nr a t eo f o r g a n i cc a r b o nw o r k sb e s tw i t hb a c t e r i aa g e n ti na d dm 2a n ds t r a ws i t u a t i o ni sb e t t e r p i l eb o d yt o t a ln i t r o g e n ，t o t a lp h o s p h o r u s ，t o t a lp o t a s s i u mc o n t e n tc h a n g et r e n di s ：w i t h a nt h ea d v a n c e ，c o m p o s t i n gp r o c e s st od e a lw i t hc o n t e n tg r a d u a l l yr a i s e d f u n g ic a na d d m i c r o b e sp r o m o t ec o r r u p t i o nr i s i n gt r e n do fp r o c e s s i n gc o n t e n tm 2 ，t h em o s ts i g n i f i c a n t 3 a d dm i c r o b i a lc o r r o s i o no ff u n g ic a np r o m o t ec o m p o s t i n gp r o c e s sh e a po fb o d y w a t e r - s o l u b l ea m m o n i u m n i t r o g e n ，w a t e rs o l u b l eo r g a n i cn i t r o g e n ，w a t e rs o l u b l eo r g a n i c c a r b o nc o n t e n t si n f l u e n c ei s ：t h ec o n t e n to fa l lt r e a t m e n tw i t ht h ea d v a n c e m e n to f p r e s e n tc o m p o s t i n g a r er e d u c e dt r e n d ，c o n t e n ti n r e d u c i n g , t h eo r g a n i cc a r b o ni n w a t e r - s o l u b l et r e n dt od e c r e a s ei nt h em o s ts i g n i f i c a n t 4 a d dm i c r o b i a lc o r r o s i o no fp r o m o t i n gf u n g ic a nh a n d l es e e ds p r o u t si n d e xm o r e t h a n 8 0 ，a c c o r d w i t hq u i c k l y r e a c h i n g ah i g h d e m a n d ，a n da d d i n gc o m p o s t f r e e p o l l u t i o nd i s p o s a lo fs t r a wa n db a c t e r i u ma g e n ts e e dg e r m i n a t i o ni n d e xr o s ef a s t e s t ， t of u n g u sa g e n tf o rb e s te f f e c to fm 2 p r o c e s s i n g 5 ，n l ef e r t i l i z e ra p p l i e df i e l dt e s ts h o wt h a tb i o l o g i c a lo r g a n i cf e r t i l i z e ra n d c h e m i c a lf e r t i l i z e r st oa p p r o p r i a t ep r o p o r t i o nc a l lb ec u td o w no b v i o u s l yw i t hs e c o n d a r y r a p e s e e db o d y , a c c o r dw i t hac o u n t r yo fn i t r a t ec o n t e n tr e l a t e ds t a n d a r dr e q u i r e m e n t s ， o b v i o u sr e d u c i n gs o i ln 0 3 - _ nc o n t e n t s ，t oi m p r o v es o i l r a p i d l y - a v a i l a b l ep o t a s s i u m c o n t e n ta n dr a p eb i o m a s so fr a p ea n ds o i l ，t o t a ln i t r o g e n ，t o t a lp h o s p h o r u s ，t o t a l p o t a s s i u mc o n t e n th a v es i g n i f i c a n ti n f l u e n c e t h i ss t u d ye f f e c t i v e l ys h o r t e nt h ec o m p o s tt i m ea n di m p r o v ee f f i c i e n c y , s a v et h e c o m p o s t i n gc o m p o s t i n gn u t r i e n t ，i m p r o v i n gt h eq u a l i t ya n dy i e l do fr a p ea n dr e d u c et h e r a p eo fn i t r a t ec o n t e n ti ns o i l ，i m p r o v eq u a l i t y , i m p r o v et h ef e r t i l i t yi ns o i l ，p o u l t r ya n d a n i m a lf e c e su t i l i z a t i o nf o rr e a l i z i n gr u r a le n v i r o n m e n ta n dp r o t e c te x i s t i n gs i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：m i c r o o r g a n i s m s ；m a n u r e ；c o m p o s t ；f e r t i l i z e re f f e c t i v e n e s s 目录 第一章绪论1 1 1 本研究的目的及意义1 1 2 国内外堆肥化研究进展及影响因素2 1 2 1 堆肥及堆肥化的定义2 1 2 2 堆肥的影响因素2 1 2 3 国内外堆肥技术研究进展3 1 3 畜禽粪便的危害及其资源化利用4 1 4 微生物菌剂与堆肥5 1 4 1 微生物菌剂与堆肥进度及效果5 1 4 2 微生物菌剂与堆肥产品肥效5 第二章材料与方法6 2 1 试验材料6 2 2 试验方法6 2 2 1 牛粪( 小试) 、羊粪、鸡粪高温堆肥试验设计6 2 2 2 牛粪( 中试) 高温堆肥试验设计8 2 2 3 肥效试验设计一8 2 2 4 样品采集与测定项目及方法。9 2 3 数据处理1 0 第三章不同微生物菌剂对牛粪高温堆肥的影响1 1 3 1 牛粪( 小试) 堆肥过程中物理、化学、生物学性质的变化1 1 3 1 1 牛粪堆肥过程中温度的变化1 l 3 1 2 牛粪堆肥过程中p h 值的变化1 1 3 1 3 牛粪堆肥过程中全氮的变化1 2 3 1 4 牛粪堆肥过程中全磷的变化1 3 3 1 5 牛粪堆肥过程中全钾的变化1 4 3 1 6 牛粪堆肥过程中有机碳的变化1 4 3 1 7 牛粪堆肥过程中水溶性铵态氮的变化1 5 3 1 8 牛粪堆肥过程中水溶性有机氮的变化1 6 3 1 9 牛粪堆肥过程中种子发芽指数的变化1 7 3 2 牛粪( 中试) 堆肥过程中物理、化学、生物学性质的变化1 7 3 2 1 牛粪堆肥过程中温度的变化1 7 3 2 2 牛粪堆肥过程中p h 值的变化l8 3 2 3 牛粪堆肥过程中全氮的变化1 9 3 2 4 牛粪堆肥过程中全磷的变化1 9 3 2 5 牛粪堆肥过程中全钾的变化2 0 3 2 6 牛粪堆肥过程中有机碳的变化2 1 3 2 7 牛粪堆肥过程中水溶性铵态氮的变化2 2 3 2 8 牛粪堆肥过程中水溶性硝态氮的变化2 2 3 2 9 牛粪堆肥过程中种子发芽指数的变化2 3 3 3 小结2 4 第四章不同微生物菌剂对鸡粪高温堆肥的影响2 5 4 1 鸡粪堆肥过程中温度的变化2 5 4 6 鸡粪堆肥过程中有机碳的变化2 8 4 7 鸡粪堆肥过程中水溶性铵态氮的变化2 9 4 8 鸡粪堆肥过程中水溶性有机氮的变化3 0 4 9 鸡粪堆肥过程中水溶性有机碳的变化3 l 4 1 0 鸡粪堆肥过程中种子发芽指数的影响3 l 4 1 1 小结3 2 第五章不同微生物菌剂对羊粪高温堆肥的影响3 4 5 1 羊粪堆肥过程中温度的变化3 4 5 2 羊粪堆肥过程中p h 值的变化一3 4 5 3 羊粪堆肥过程中全氮的变化一3 5 4 2 鸡粪堆肥过程中p h 值的变化2 6 4 3 鸡粪堆肥过程中全氮的变化2 6 4 4 鸡粪堆肥过程中全磷的变化2 7 4 5 鸡粪堆肥过程中全钾的变化2 8 5 4 羊粪堆肥过程中全磷的变化3 6 5 5 羊粪堆肥过程中全钾的变化3 7 5 6 羊粪堆肥过程中有机碳的变化3 7 5 7 羊粪堆肥过程中水溶性铵态氮的变化3 8 5 8 羊粪堆肥过程中水溶性有机氮的变化3 9 5 9 羊粪堆肥过程中发芽指数的变化3 9 5 10 小结4 0 第六章不同微生物菌剂对牛粪、羊粪、鸡粪混合堆肥的影响4 l 6 1 牛粪、羊粪、鸡粪混合堆肥过程中温度的变化4 1 6 2 牛粪、羊粪、鸡粪混合堆肥过程中p h 值的变化4 1 6 3 牛粪、羊粪、鸡粪混合堆肥过程中全氮的变化4 2 6 4 牛粪、羊粪、鸡粪混合堆肥过程中全磷的变化4 3 6 5 牛粪、羊粪、鸡粪混合堆肥过程中全钾的变化4 3 6 6 牛粪、羊粪、鸡粪混合堆肥过程中有机碳的变化4 4 6 7 牛粪、羊粪、鸡粪混合堆肥过程中水溶性铵念氮的变化4 5 6 8 牛粪、羊粪、鸡粪混合堆肥过程中水溶性有机氮的变化4 5 6 9 牛粪、羊粪、鸡粪混合堆肥过程中种子发芽指数的变化一4 6 6 1o 小结4 7 第七章堆肥产品肥效研究4 8 7 1 不同肥料配比对油菜硝酸盐含量的影响4 8 7 2 不同肥料配比对油菜全氮含量的影响4 9 7 3 不同肥料配比对油菜全磷含量的影响5 0 7 4 不同肥料配比对油菜全钾含量的影响5 l 7 5 不同肥料配比对土壤全氮含量的影响5 1 7 6 不同配比肥料对土壤全磷含量的影响5 2 7 7 不同配比肥料对土壤全钾含量的影响一5 3 7 8 不同配比肥料对土壤速效磷含量的影响5 4 7 9 不同配比肥料对土壤速效钾含量的影响5 4 7 1 0 不同肥料配比对土壤硝态氮含量的影响5 5 7 1 l 不同肥料配比对油菜产量的影响5 6 7 1 2 小结一5 7 第八章讨论与结论5 8 8 1 讨论5 8 8 2 结论6 0 8 3 存在问题及展望6 l 参考文献一6 2 在读期间发表论文情况一6 7 作者简介一6 8 墅| 【谢6 9 畜禽粪便高温堆肥促腐菌剂的应用及肥效研究 1 1 本研究的目的及意义 第一章绪论 随着我国规模化养殖业的发展，规模化畜禽养殖场产生的废弃物所占比例不断 上升，2 0 0 6 年统计资料显示，全国家禽粪便年产生量约为干基7 4 1 亿吨，2 0 0 1 2 0 0 6 年累计生产量4 1 5 亿吨( 干基) 。畜禽粪便含有大量有机质及氮、磷、钾等植物必 需营养元素，是宝贵的肥料资源，如何合理利用达到既防治污染，又能为现代有机 农业生产提供大量优质的有机肥料，成为当前需要解决的关键问题。传统利用方式 浪费严重，利用效率不到5 0 ，而且不合理的利用方式造成大气、土壤、水体等环境 污染。目前应用生物技术与生物工程，实现畜禽粪便的资源化处理有两种基本工艺： 一是沼气发酵，二是高温堆肥。利用畜禽粪便进行高温堆肥是目前最常用的实现养 殖废弃物无害化、减量化、资源化的有效途径【1 , 2 】。通过对粪便高温烘干灭菌及高压 膨化除臭，以及利用现代微生物技术和发酵工艺，在对畜禽粪便进行快速发酵、杀 菌、脱臭后添加适量的复合微肥，制成高效复合有机肥。目前，国内有机肥料企业 8 0 以上采用简易、开放条剁式堆肥工艺，仅有不足2 的企业采用比较先进的密 闭式发酵仓堆肥工艺。 传统堆肥技术落后，是利用堆腐原料中的土著微生物来降解有机物，由于堆置 初期功能微生物数量少，存在堆体体积庞大、堆腐时间长、养分流失严重、容易产 生臭味、劳动强度大、养分含量不稳定尤其是氮素损失严重、无害化程度差等弊端， 实际生产应用受到很大的限制，已经不适合现代农业发展的需要。国外关于堆肥的 研究已经达到了较高的水平，国内起步较晚，也进行了一些研究，但多是涉及到基 础理论研究，在大规模生产上的应用还有待完善。快速实现畜禽粪便的无害化、减 量化、资源化是一条解决污染问题实现废物利用的原则。众多研究表明，在以畜禽 粪便为主要原料进行堆肥的过程中，添加微生物促腐菌剂，可以显著提高堆肥腐熟 效率，提高堆肥养分含量，降低劳动强度，抑制有害气体的产生等传统堆肥过程中 的弊端，对于堆体养分的保存，尤其是抑制氮素的流失方面起到很好的作用。 为了加快堆腐生物处理的速度，提高堆肥质量，现在对于禽畜粪便处理高效菌 种的研究也取得了一定的进展，众多研究表明，微生物促腐菌剂对于畜禽粪便好氧 堆肥速度、质量的提高确实有一定的作用，但由于原料、条件以及腐熟度指标的不 同使得各种菌种很难进行横向比较。因此，在现有的知识经验积累的基础上把利用 微生物菌剂促进畜禽粪便堆肥以利于更好的为微生物有机肥料生产服务的工作推 进下去对于废弃资源再利用、保护农村环境都是很有必要的。 通过本研究的实施解决快速堆肥腐熟、除去腐熟肥料臭味、抑制堆腐过程营养 元素的流失等关键问题，以提高农业废弃物资源化的再利用，减少养殖废弃物对环 境的污染，推动有机肥商品化生产，具有十分重要的现实意义。 ，。 河北农业人学硕士学位( 毕业) 论文 1 2 国内外堆肥化研究进展及影响因素 1 2 1 堆肥及堆肥化的定义 堆肥是在人为控制堆肥因素的条件下，利用微生物将各种堆肥材料实现减量 化、无害化、稳定化处理，使之转变为有利于改变土壤性状并对作物生长有益和容 易被吸收利用的有机肥的方法【3 4 j 。好氧堆肥过程主要受c n 、初始物料颗粒大小、 有机物含量等堆肥物料初始特性以及温度、p h 值、水分含量、通风条件、微生物 等环境参数的影响。 堆肥化是指依靠自然界广泛分布的微生物，通过高温发酵，对有机物进行有控 制的降解，使之矿质化、腐殖化、无害化转变为腐熟肥料的生物化学处理技术【5 ，6 】。 1 2 2 堆肥的影响因素 堆肥是一个微生物作用和分解的过程，温度、水分、p h 值、通风条件、碳氮 比、有机物含量、初始物料颗粒大小等均会影响到微生物的生长、繁殖和活动，从 而影响堆肥进程。微生物的活动对堆肥物料的分解起到重要的作用，是影响堆肥腐 熟的重要因素之一。由于实际堆肥情况的不同，对于条件的要求也不尽相同，许多 研究者对其各种影响因素做了大量的研究。 ( 1 ) 温度堆肥过程中堆体温度应该控制在4 5 6 5 之间，高温( 5 5 6 0 ) 有利于杀死其中的病原菌及杂草种子，但温度过高( 超过6 5 ) 会抑制并杀死部 分有益微生物，过度消耗有机物，温度过低不利于有机物降解，温度过高或过低都 不利于堆肥化处理，严重影响堆肥质且【。 ( 2 ) 水分堆料水分含量是堆肥过程的重要影响因素之一，堆制初期含水率 一般为6 0 - 6 5 【8 】，水分含量过低，不利于微生物的生长及活动，水分过高，堆 体孔隙减小，不利于通风供氧，不利于微生物的好氧活动，降低堆腐速率，延长堆 肥周期，影响堆肥效果。 ； ( 3 ) p h 值p h 值是堆肥过程的重要影响因素，堆体p h 值在6 0 9 0 之间都 可以进行堆肥化【9 1 。但有研究发现，低的p h 值有时会严重地抑制堆肥化反应的进 行，太高的p h 值会严重影响堆肥的进行以及堆肥的质量。p h 值的大小与堆肥原料 密切相关不能作为堆肥腐熟度的最终决定指标，只能作为参考指标。 ( 4 ) 通风条件通风的目的是使堆体含氧量达到5 1 5 【1 0 】，为好氧微生物 的提供足够的氧气以利于其新陈代i 身 ，并且可以适当降低堆体温度，抑制温度过高 导致的养分流失，有益微生物的死亡等问题。 ( 5 ) 碳氮比堆肥过程中物料的c n 一般在2 0 , - - , 3 0 比较合适，低c n ，特别 是当p h 值和温度较高时，易使废弃物中的氮以n h 3 的形式挥发损失，散发出臭味， 导致堆体营养元素的流失，降低堆肥的质量；当c n 太高时( c n 3 5 ) ，微生物必 须经过多次生命循环，氧化掉过量的碳，直到达到一个合适的c n 以供其进行新陈 2 畜禽粪便高温堆肥促腐菌剂的应用及肥效研究 代谢，因而c n 过高会降低物料降解速度，最终影响堆肥效率及质量。 ( 6 ) 微生物加入适当的外源功能微生物是加快腐熟的重要手段。近年来关 于畜禽粪便好氧堆肥过程中添加微生物菌剂的研究都证实了微生物菌剂用于堆肥 的可行性及有效性i l l , 1 2 。 ( 7 ) 有机物堆肥过程中添加玉米秸秆，为堆体增加有机物含量，以调节物 料c n ，增加堆体孔隙度，有利于堆体通风供氧，及时散发堆体热量，降低堆体温 度，防止高温对有益微生物的伤害，避免造成堆肥过程中的厌氧环境，为好氧微生 物的生长提供有利条件。单一畜禽粪便中的碳源难以满足微生物生长的需要，本研 究通过添加玉米秸秆将物料c n 调节为2 5 1 ，在此条件下为功能微生物提供足够的 能量和食物来源，使其活性增高，代谢加快，繁殖速度和能力加强，使堆体迅速升 温，杀菌彻底，缩短腐熟时间，提高堆肥效率和质量【1 3 】。 ( 8 ) 颗粒大小堆肥初始物料颗粒大小与堆肥速率、效果及经济效益密切相 关，颗粒大小与反应速度正相关，但是，颗粒越小工作强度越大并且影响堆肥过程 中堆体的通风供氧，抑制好氧微生物的活动【1 4 1 。因此，物料颗粒应适中，既符合现 代堆肥化的需要，又适应实际劳动强度的需求。 1 2 3 国内外堆肥技术研究进展 国内外对于堆肥接种微生物菌剂的研究已有较大的进展，能明显促进堆肥化进 程和保持较高的降解速度。随着对堆肥接种技术的研究，日本、美国等国家已经开 始利用专门的微生物菌剂对畜禽粪便进行高温堆肥发酵处理，部分菌剂产品已经打 入我国市场，得到较大范围的推广应用。上个世纪4 0 年代美国通过接种细菌使堆 肥时问缩短l 3d ；上个世纪7 0 年代，日本研制出e m 菌剂，可以加快降解，有 报道说1 0 1 5d 就可以把垃圾腐熟引。在生产上应用的微生物菌剂种类繁多，它们 对堆肥有一定的促进作用，但仍然存在以下问题：效果不稳定；缺乏安全性认定， 大部分菌剂产品未经登记便在国内生产、推广和销售，有的产品使用多种微生物， 却没有向有关机构报告全部微生物种名；缺乏专用性，声称一种菌剂能在不同领域 使用且效果都很好；非自主产权，大部分菌剂从国外引进；堆肥产品的价值低；基 础研究和应用研究不足，许多菌剂己被广泛用于生产，但生产商不能说明菌剂的组 成；菌种单一，在堆肥复合微生物方面的研究较少【l6 1 。综上，分离、筛选、优化和 合理组合安全的禽畜粪便高效腐熟菌剂的问题迫切需要解决。 目前，我国规模化畜禽养殖场的宏观环境管理水平普遍较低，全国9 0 的规 模化养殖场未经过环境影响评价，也没有相应的处理粪便的设备、设施。我国农民 通过坑沤、堆制等传统方法处理畜禽粪便积造农家肥已很难适应畜禽养殖业发展需 要。添加微生物菌剂处理畜禽粪便堆肥过程，可以把粪便中有毒、有害物质转化为 有用的有机肥成分，这样既能提高粪便利用率，又能减轻粪便对环境的污染。徐智等 【l 7 j 通过实验证明接种微生物菌剂能明显加速堆肥腐熟进程，有利于堆肥的腐熟及无 害化；高建程等【l 副研究了不同预堆期对牛粪堆肥过程的影响，表明设置预堆期有利 3 河北农业大学硕十学位( 毕业) 论文 于堆肥快速升温和加快发酵腐熟进程；高华等l l9 】人研究了鸡粪、猪粪和牛粪加入外 源菌剂后在高温静态堆腐过程中脱氢酶活性变化，用以推断堆腐过程腐殖质化进程 和强度，为农业废弃物的处置和资源化利用提供科学依据；李国学【2 0 j 研究了不同通 气方式和秸秆切碎程度对牛粪堆肥效果和养分转化的影响，结果表明切碎秸秆鼓风 通气和通气沟通气堆制有利于有机残体物料的迅速分解，转化成腐熟的有机肥；张桥 等研究了城市污泥与稻草堆肥的腐熟度指标，指出( c n ) 终点( c n ) 韧始、铵态氮、 水溶性有机碳与水溶性铵态氮比值可作为堆肥腐熟度的指标【2 i 】；李玉红【2 2 】研究了牛 粪与玉米秸秆不同配比( 体积比) 条件下对高温堆肥的影响，结果表明，二者适宜的 配比以4 0 - - - 6 0 为宜，在此条件下微生物的活性较高，升温快，高温期长，杀菌彻底， 腐熟时间缩短，2 9d 即达到腐熟，可满足快速堆肥化的要求；但有些研究者认为，堆 肥中不同土著微生物群体的大小并不是限制堆肥系统的因素，使用微生物菌剂的堆 肥效果不明显，不能实现快速堆肥的目标；刘克锋【2 3 】等分别应用不同微生物菌剂对 猪粪堆肥进行了研究，认为添加发酵菌剂，能有效加快堆肥腐熟，缩短发酵时间，有利 于堆肥的氮素保存和除臭效果；1 9 3 6 1 9 3 8 年，彭家元和陈禹平从堆肥中分离筛选 出好热性纤维素分解细菌并培养制成菌剂，称为平元菌剂，作为堆肥的接种剂应用， 可以加速堆肥的腐熟，但是由于种种原因没有推广使用。综上所述，利用新型微生 物菌剂处理畜禽粪便已经成为新的研究方向，即通过微生物的拮抗作用，控制病原微 生物的繁殖，提高有益微生物在有机肥中的生物效应，改善粪便中生物区系，使土壤 微生物区系向有利于农作物高产、优质方向转化，提高土壤抗逆性。 1 3 畜禽粪便的危害及其资源化利用 近年来，随着畜禽养殖业规模化、集约化、现代化的迅速发展，其粪便的排放 量与同俱增，造成的大气、土壤、地表水和地下水污染严重威胁人、畜健康，如： 粪便的淋溶性强，能通过地表径流污染地表水和地下水，使水体变黑发臭，导致水 中的鱼类或其他生物死亡；粪便的大量堆积，不仅占据土地，还直接腐蚀农田，使 其降低或失去生产能力；粪便含有大量的病原微生物和寄生虫卵，如不及时处理， 会孳生蚊蝇，使环境中病原菌种类增多、数量增大，病原菌和寄生虫蔓延，尤其是 人畜共患病的产生，从而危害人畜健康【2 4 j 。因此，畜禽粪便污染已经成为制约畜禽 养殖业快速健康发展的重要因素，是当前亟需解决的重大环境问题之一，研究并开 发畜禽粪便的无害化、资源化处理技术成为当前解决环境污染问题的核心。肥料化 作为畜禽粪便的重要资源化途径之一，受到各界人士的普遍关注，好氧堆肥工艺可 快速实现畜禽粪便减量化、无害化及资源化l 2 引，具有广阔的发展前景。堆肥过程实 际是一个微生物作用和分解的过程，微生物的种类、数量、活性影响着堆体中物质 的分解和转化，已有研究表明，堆肥过程中的一切变化( 有机物、温度、p h 值、 周期、质量、臭味控制、氮素损失等) 都与微生物的活动密切相关【2 6 , 2 7 】。传统的堆 肥制作方法是利用堆制原料中的土著微生物柬降解有机物质，但由于堆置初期功能 微生物数量少、繁殖缓慢而存在发酵周期长、氮素损失严重、容易产生臭味、劳动 4 畜禽粪便高温堆肥促腐菌剂的应用及肥效研究 强度大、无害化程度低和肥力不稳定等弊端，已经不适应现代堆肥化的需要，严重 阻碍了畜禽废弃物资源化利用和后续肥料产品的开发【1 3 】。向堆体添加高效微生物菌 剂已成为增加微生物数量、调节菌群结构、增强微生物活性、提高堆肥质量、促进 堆肥快速腐熟的有效途径之一【2 8 】。 1 4 微生物菌剂与堆肥 1 4 1 微生物菌剂与堆肥进度及效果 微生物菌剂是具有能够有效分解有机物或除去臭味等作用的功能微生物，可以 是单一一种微生物，也可以是几种微生物的混合体。堆肥过程中接种促腐菌剂，可 以增加堆腐初期微生物的数量和种类，有效杀死堆体中的病虫害及杂草种子等【2 7 】， 缩短堆体进入高温期的时间，有效延长堆体高温期的保持时间，后期快速降低堆体 温度，明显提高堆肥的效率，加快腐熟进程【z 9 1 。因此，研究微生物菌剂对于加快畜 禽粪便高温堆肥的腐熟进程，提高堆肥效率具有十分重要的意义。 1 4 2 微生物菌剂与堆肥产品肥效 添加微生物菌剂的堆肥产品，全氮、全磷、全钾、有机质含量要高于传统堆肥 产品，腐熟后的碳氮比符合植物生长的需要，不会产生与作物争抢氮源的情况，有 效的提高了土壤肥力，改善了土壤质量，促进作物生长，很好的提高产量，减少和 避免了化肥使用过程中的弊端。生物有机肥还可以增加土壤中腐殖酸的含量【3 0 1 ，提 高磷素和钾素的利用效率【3 i 】，为作物生长和土壤环境质量的改善创造更好的条件。 5 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 2 1 试验材料 第二章材料与方法 堆肥试验所用牛粪、羊粪、鸡粪取自河北农业大学养殖场，玉米秸秆取自河北 农业大学附近农田，试验供试微生物促腐菌剂共5 种( m i 、m 2 、m 3 、m 4 、m 5 ) ， 其中菌剂m 1 、m 2 、m 4 、m 5 为河北农业大学生命科学学院自行筛选研制，为混合 好氧菌剂，包括乳酸菌、芽孢杆菌、放线菌，按一定比例混合而成，菌剂m 3 为市 售商品“满园春”牌促腐菌剂，购自北京中龙创科技有限公司。试验材料基本理化 性质见表2 1 。 表2 1 堆肥材料的基本理化性质 t a b l e2 1t h ep h y s i o c h e m i c a lp r o p e r t i e so f e o m p o s t i n gm a