发酵条件下发酵型发酵作物堆肥效果研究

发酵条件下发酵型发酵作物堆肥效果研究

随着家禽饲料的增加和农业生产的一体化，鸟类粪便和饲料的产生量日益增加。芋头既是蔬菜,又是粮食,在我国珠江流域、台湾省、长江及淮河流域均有大面积栽培,秸秆产生量大,对环境造成了越来越大的压力。堆肥是我国将农业固体废物处理成再生利用资源的一种有效方法。目前国内对高温堆肥的研究主要集中在堆肥工艺条件、影响因素等应用效果方面,堆肥制作中复杂的物质转化规律及生物化学特性等方面的基础理论研究相对较少。在堆肥过程中,常用玉米秸秆、小麦秸秆、稻草、锯末、糠醛渣等堆腐或与畜禽粪便混合堆腐,畜禽粪便与芋头秸秆混合堆肥的技术参数研究尚少。结合山东省昌乐市白塔镇芋头秸秆产生量大、畜禽养殖业发达、农业固废资源化程度低的实际情况,研究了芋头秸秆和牛粪联合堆肥的过程,并与玉米秸秆和牛粪堆肥进行比较,通过堆肥过程中的温度、pH值和营养元素的变化,确定芋头秸秆和牛粪堆肥的技术参数。1材料和方法1.1牛粪、玉米秸秆来源堆肥原料为牛粪、芋头秸秆、玉米秸秆,均取自山东省昌乐市白塔镇。牛粪取自三八标准化奶牛养殖示范小区———田园奶站,芋头秸秆取自有机芋头生产基地,玉米秸秆取自白塔镇农田。堆肥原材料基本性质见表1。1.2堆肥材料及堆肥温度根据王德霞筛选出的牛粪、芋头秸秆、玉米秸秆堆肥适宜比例的结果,试验设两个处理,即A.牛粪∶芋头秸秆=2∶1,B.牛粪∶玉米秸秆=3∶1,畜禽粪便与不同填充料的比例均为干重比。调节堆肥材料C/N在25∶1左右,含水率在60%左右,将其堆成直径为1.5m,高1.0m的圆锥形进行静态堆肥。覆盖塑料薄膜,采用翻堆方式通风供氧,以堆体中心温度达到55℃为翻堆标志,后期每7天翻堆一次。每天上午09∶00和下午14∶00从上到下依次测定肥堆10、30、50cm3个层次的温度,取平均温度作为当天的堆肥温度,同时测定当天气温。各处理根据堆肥温度变化分别于堆后的0、7、14、21、28、35、42、49d采样1kg,阴凉处自然风干。1.3种子发芽率测定pH值(H2O溶液浸提,液土比为10∶1)、速效N、速效P、速效K测定参照文献的方法。种子发芽指数(GI):分别在堆肥后0、7、14、21、28、35、42、49d取样5g,按肥水比1∶10浸提,180r/min振荡1h后2000r/min离心,过滤,吸取5mL滤液于铺有滤纸的培养皿中,滤纸上放置10颗四月蔓种子,25℃下黑暗中培养24h后,测定种子发芽率及根长,同时用去离子水作空白对照。GI=[(处理的种子发芽率×处理种子平均根长)/(空白种子发芽率×空白平均根长)]×100%。1.4数据分析所得数据采用SPSS统计软件进行统计分析。2结果与分析2.1高温期及高温下堆肥基本熟化处理露天堆肥50d,堆制过程中堆肥的3个不同位置的平均温度变化如图1所示,两个处理经过4d升温期后,堆温快速升高至50℃以上,进入高温期,高温时间均是11d,超过5～7d,达到了《粪便无害化卫生标准》(GB7959—1987)的要求。之后温度降低,在34d左右逐渐趋于稳定。按照畜禽粪便堆肥腐熟以堆温不再上升为判断依据,34d左右2个处理的堆肥达到基本腐熟。可见,堆肥过程中采用芋头秸秆与采用玉米秸秆达到腐熟需要的时间一样。2.2堆肥时微生物的降解由图2可知,处理A和B堆体pH值随堆制时间的延长出现快速升高、下降、趋于稳定3个过程。在7d左右处理A和B的pH值分别由堆肥初期的7.46、7.85快速上升到最高值8.83、8.85,之后开始下降,28d左右逐渐趋向稳定,最后堆肥产品的pH值分别为8.21和8.27。堆肥前7d升温较快可能是由于微生物在分解蛋白质等有机氮时产生脱氨酶,促使各种氨基酸分解释放出氨,氨态氮快速积累从而提高pH值。也说明在堆制初期没有出现因厌氧导致有机酸的积累,这与李玉红等的结果一致。当堆肥温度到达高温阶段时,在50～70℃条件下氨以氨气的形式大量挥发,是堆肥pH值降低的原因之一;与此同时,堆肥温度持续下降(图1),适合硝化细菌生存,硝化作用不断增强,硝态氮浓度升高,是堆体pH值降低的另外一个因素。至堆肥结束时,两处理的pH值在8.00～8.30,处理之间差异不大,符合腐熟堆肥pH值在8.00～9.00的标准。并且pH值在8.00左右可以显著提高堆肥初期反应速度,避免由于堆肥反应延缓所造成的臭味问题。但堆肥的最后结果稍高于国家有机肥行业的标准8.00,可能是由于堆肥C/N较低所致,所以在生产中应该再适当提高作物秸秆的比例。2.3对加快堆制堆制时间的响应速效氮含量随堆制时间的延长出现先升高后降低的趋势,7d达到最高值,之后逐渐降低,35d后趋于稳定,处理之间没有显著差异(图3a)。速效磷含量随堆制时间的延长而呈微弱增加趋势(图3b),至堆制结束,处理A和B分别比堆制前增加了23.2%、10.8%,处理间差异不显著。速效钾含量随堆制时间的延长而呈递增趋势(图3c),至堆制结束,处理A和B分别比堆制前增加了35.0%、42.0%,处理A的速效钾含量显著高于处理B。可见,堆肥填料选择芋头秸秆可以显著提高堆肥速效钾的含量,速效氮、磷含量不低于玉米秸秆的处理。2.4堆肥的发芽指数用生物学方法测定堆肥的植物毒性是检验堆肥腐熟度的有效方法。发芽指数是通过检验堆肥对植物发芽是否产生抑制作用来评价堆肥无害化、稳定化程度的指标,它不但能检测堆肥样品的植物毒性水平,而且能预测堆肥植物毒性的变化。从图4可以看出,种子的发芽指数随堆肥时间的延长而呈明显的上升趋势。处理A和B的GI从第7天开始快速升高,至28d后分别达到75.15%和72.73%,超过70%。在一般情况下,当发芽指数达到80%时,可认为堆肥已没有植物毒性或者堆肥已经腐熟;吴银宝等认为畜禽粪便堆肥腐熟时,种子的发芽指数应大于70%;也有人认为,水堇种子发芽指数达到或超过50%时,就可以认为堆肥已基本腐熟,对于种子的发芽基本无毒性。而试验采用的为蔬菜种子,为安全起见,我们以发芽率为70%作为堆肥的评价指标。因此在第28天左右,处理A和B已基本腐熟,并且在第42天超过了100%。说明采用芋头秸秆的处理和采用玉米秸秆的处理最终堆肥产物对植物发芽没有抑制作用,两者达到腐熟所用的时间一致。3堆肥初始阶段采用模拟4种秸秆堆肥堆肥温度均有快速升温期、高温期、降温期和稳定期4个阶段,堆体温度维持在50～60℃以上高温期均超过5～7d,达到了《粪便无害化卫生标准》(GB7959—1987)的要求。pH值的变化趋势与温度密切相关,堆肥结束后两种秸秆处理的pH值分别为8.21、8.27,符合腐熟堆肥pH值在8.00～9.00的标准。堆肥结束后速效氮含量降低,速效磷和速效钾含量增加,并且采用芋头秸秆的处理速效钾显著高于玉米秸秆的处理。种子发芽指数随着堆制时间延长而增加,堆制28d后超过70%。说明不管采用芋头秸