有機(jī)物料腐熟劑的研究與應(yīng)用

江志陽(yáng)1 何隨成1 左  偉2

（1 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所 沈陽(yáng) 110016

2 遼寧鐵嶺市蔬菜管理站 鐵嶺 112000）

摘  要：有機(jī)物料腐熟劑是由細(xì)菌、真菌和放線菌等多種微生物復(fù)合而成的微生物活體制劑，能加速各種有機(jī)物料(包括農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、生活垃圾和城市污泥等)的分解腐熟。

關(guān)鍵詞：有機(jī)物料 腐熟劑 發(fā)酵 改良土壤

Research and Application of Organic Matter-decomposing Inoculant

Jiang Zhiyang1, He Suicheng1, Zuo Wei2

( College Of Biological Science And Technology ,Fuzhou University, Fuzhou, 350108)

Abstract: Organic matter-decomposing inoculant is by bacteria, fungi and actinomyces and so on many kinds of microbe compound and into the microbial liing preparations, can accelerate various organic materials(including crops straw, poultry and animal feces, living garbage and sewage sludge, etc.) the decomposition of the compost.

Key words:organic material; decomposing inoculant; fermentation; soil improvement

有機(jī)物料腐熟劑的主要功能是分解、腐熟有機(jī)物料,使有機(jī)物料轉(zhuǎn)化成有機(jī)肥，同時(shí)具有協(xié)助作物吸收營(yíng)養(yǎng)、增進(jìn)土壤肥力、增強(qiáng)植物抗病和抗干旱能力、減少化肥使用、促進(jìn)農(nóng)作物廢棄物腐熟和開(kāi)發(fā)利用、保護(hù)環(huán)境，以及提高農(nóng)作物產(chǎn)品品質(zhì)和食品安全等多方面的功效，在可持續(xù)農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展以及農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展中的地位日趨重要。隨著好氧高溫發(fā)酵法生產(chǎn)有機(jī)肥料的發(fā)展,以及秸稈生物反應(yīng)堆推廣面積的不斷擴(kuò)大,有機(jī)物料腐熟劑的應(yīng)用面愈來(lái)愈廣,使用量愈來(lái)愈大，有機(jī)物料腐熟劑的研制與應(yīng)用已成為一項(xiàng)重要的研究課題。本文主要討論在畜禽糞便的發(fā)酵堆肥處理、秸稈生物發(fā)酵處理、生物發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)上有機(jī)物料腐熟劑復(fù)合菌劑的研發(fā)與應(yīng)用。

1  有機(jī)物料在畜禽糞便上的應(yīng)用

1.1 有機(jī)物料腐熟劑在畜禽糞便發(fā)酵的應(yīng)用意義

根據(jù)國(guó)家對(duì)畜禽糞便無(wú)害化、資源化、產(chǎn)業(yè)化處理的原則，利用有益微生物菌群降解畜禽糞便，并在降解過(guò)程中利用高溫殺死有害病原菌及蟲(chóng)卵，把不穩(wěn)定的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成較穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，再配合適當(dāng)?shù)臒o(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)開(kāi)發(fā)成無(wú)公害的綠色食品專用肥料，達(dá)到既對(duì)畜禽糞便無(wú)害化處理，又生產(chǎn)了優(yōu)質(zhì)生物有機(jī)復(fù)混肥料的雙重目的。該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用將對(duì)畜禽糞便無(wú)害化處理及資源化利用起到重要作用，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提高人們生活水平有著重要意義。

1.2 有機(jī)物料腐熟劑的應(yīng)用方法

在本項(xiàng)目中，關(guān)鍵是分離和篩選快速發(fā)酵畜禽糞便的復(fù)合微生物菌群，其目的是一方面將畜禽糞便中的纖維、蛋白質(zhì)等物質(zhì)充分降解，另一方面使多種有益菌在有機(jī)質(zhì)中大量增殖，并隨有機(jī)質(zhì)施入土壤中，改善土壤中微生物生態(tài)，增加有益微生物種群和數(shù)量。

從畜禽糞便分離出6株細(xì)菌(地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌)、2株放線菌(為鏈霉菌菌屬的不同類別,為02和05)、2株真菌(米曲霉155、哈茨木霉707)，通過(guò)比較它們酪蛋白和纖維素水解圈直徑D和菌落直徑d的比值、蛋白酶活、纖維素酶活，選出分解效果強(qiáng)的菌種組合。

1.3 物料發(fā)酵過(guò)程

用草炭、稻糠等調(diào)節(jié)含水率和碳氮比：向雞糞中添加草炭、腐植酸、稻糠及1%有機(jī)物料腐熟劑，物料含水率調(diào)到50%左右，拌混均勻，堆高0.8 m，寬2 m。當(dāng)溫度超過(guò)50 ℃ 時(shí)開(kāi)始進(jìn)行第1次翻堆，待溫度升到60 ℃以上(2～3 d后)，進(jìn)行下一次翻倒，當(dāng)溫度再次超過(guò)55 ℃時(shí)，進(jìn)行第3次翻倒，即一次發(fā)酵過(guò)程完成。氣溫20 ℃以上時(shí)，7～10d后，物料松散無(wú)臭味即達(dá)到腐熟標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 發(fā)酵過(guò)程腐熟指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 降低物料含水率

在堆肥過(guò)程中，水分為微生物生長(zhǎng)所必需，按重量計(jì)50%～65%的含水率最有利于微生物分解，見(jiàn)圖1。2個(gè)處理的初始含水率分別在50%～60%之間，達(dá)到適合堆肥的初始含水率；在一次發(fā)酵后期含水率分別達(dá)到20%～30%、30%～40%，摻加腐熟劑的脫水率和腐熟含水率都明顯較自然發(fā)酵的好，呈現(xiàn)出脫水率快且穩(wěn)定的特點(diǎn)。

圖1 不同堆肥處理含水量的變化
Fig.1 Water content change of different treatment of compost

1.4.2 除臭效果

自然發(fā)酵雞糞等物料一直伴有較濃烈的臭味，周?chē)孟壎?；加入快速分解菌的雞糞、豬糞在第4天時(shí)臭味基本消失，第7天時(shí)散發(fā)出泥土的清香。

1.4.3 物料松散度

自然發(fā)酵的雞糞有大小不等的結(jié)塊，使用快速分解菌的雞糞在第5天即松散，成碎沫狀。

1.4.4 溫度變化

自然發(fā)酵的雞糞第4天才達(dá)到高溫階段，第6天便開(kāi)始回落，高溫期一般只維持2 d；加入腐熟劑的雞糞從第2天溫度開(kāi)始上升，進(jìn)入高溫階段，第7天回落，高溫期達(dá)5 d。見(jiàn)圖2。由此可知，自然發(fā)酵高溫階段時(shí)間短且遲緩，不利于雞糞徹底發(fā)酵；而加腐熟劑后高溫階段時(shí)間長(zhǎng)且迅速，雞糞能徹底發(fā)酵。

圖2 不同堆肥處理溫度的變化
Fig.2 Temperature change of different treatment of compost

1.4.5 pH值變化

自然發(fā)酵完畢后，pH值一般達(dá)到9.0，pH值偏高不利于雞糞養(yǎng)分保持；加腐熟劑發(fā)酵后，pH值一般為8.0，pH值降低有利于減少雞糞的氨揮發(fā)，保持較多有效氮，提高雞糞肥效。pH變化情況見(jiàn)圖3。

圖3 不同堆肥處理pH值的變化
Fig.3 pH change of different treatment of compost

1.4.6 氨態(tài)氮變化

不同堆肥處理氨態(tài)氮的變化見(jiàn)圖4。當(dāng)堆肥中氨態(tài)氮濃度在200～300 mg/kg時(shí)，被認(rèn)為已經(jīng)腐熟。堆肥開(kāi)始時(shí)氨態(tài)氮含量較高，經(jīng)過(guò)高溫堆肥階段后，加入腐熟劑的堆肥氨態(tài)氮含量急劇下降，堆肥結(jié)束時(shí)，含量為215 mg/kg。但自然發(fā)酵的堆肥氨態(tài)氮含量下降緩慢，堆肥結(jié)束時(shí)仍維持在898 mg/kg的高濃度。根據(jù)腐熟堆肥中氨態(tài)氮濃度在200～300 mg/kg的標(biāo)準(zhǔn)，加入腐熟劑的雞糞堆肥在發(fā)酵第13天時(shí)已徹底腐熟。

圖4 不同堆肥處理氨態(tài)氮的變化
Fig.4 Ammoniacal of nitrogen change of different treatment of compost

1.4.7 碳氮比

不同堆肥處理的C/N比變化見(jiàn)圖5。一般來(lái)說(shuō)，堆肥C/N比達(dá)到20以下，就認(rèn)為堆肥腐熟，可以直接施用。自然發(fā)酵雞糞在第42天時(shí)，C/N比降到20以下。而加入腐熟劑的雞糞在第10天時(shí)降到20以下?？梢?jiàn)用腐熟劑能明顯促進(jìn)堆肥腐熟進(jìn)程，縮短堆制時(shí)間，使雞糞快速腐熟。

圖5 不同堆肥處理C/N比的變化
Fig.5 C/N change of different treatment of compost

1.4.8 提高酶活性

不同堆肥處理蛋白酶活性的變化見(jiàn)圖6。蛋白酶活性的高低直接影響堆肥組分的發(fā)展方向。用腐熟劑發(fā)酵的雞糞酶活比自然發(fā)酵的高37 μ/ mL，有利于蛋白質(zhì)分解，經(jīng)腐熟劑發(fā)酵的雞糞中的蛋白質(zhì)可以充分水解，利于作物吸收。

圖6 不同堆肥處理蛋白酶活性的變化
Fig.6 Protease activation change of different treatment of compost

1.4.9 種子發(fā)芽率

不同堆肥處理對(duì)白菜種子發(fā)芽率的影響見(jiàn)圖7。加腐熟劑的雞糞，在發(fā)酵第10天時(shí)就可使種子發(fā)芽率達(dá)到80%以上，即可施入農(nóng)田使用；而自然發(fā)酵的雞糞堆肥在發(fā)酵第13天時(shí)，發(fā)芽率還未達(dá)到60%，并且從曲線趨勢(shì)來(lái)看，很難使種子發(fā)芽達(dá)到80%以上。所以，施入自然發(fā)酵的雞糞或未發(fā)酵雞糞極易造成燒苗現(xiàn)象，給農(nóng)民造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

圖7 不同堆肥處理對(duì)白菜種子發(fā)芽率的影響
Fig.7 Germination percentage of Chinese cabbage seed change of different treatment of compost

1.4.10 有益菌群數(shù)量

加入快速分解菌的雞糞與自然發(fā)酵的雞糞相比，各種有益菌數(shù)量明顯增加。其中，細(xì)菌增加了8倍，放線菌增加14倍，酵母菌增加100倍，真菌增加3倍。說(shuō)明加入腐熟劑的物料更有利于形成優(yōu)勢(shì)菌群。施入土壤后，有利于形成良好的根際微生物種群，對(duì)作物促生、防病有較好的效果。

2  有機(jī)物料腐熟劑在秸稈反應(yīng)堆上的應(yīng)用

2.1 有機(jī)物料腐熟劑在秸稈反應(yīng)堆技術(shù)上應(yīng)用的意義

我國(guó)作物秸稈資源豐富，由于秸稈施用技術(shù)落后，產(chǎn)生效果慢，利用率低，有機(jī)肥的比重和施用量逐年降低，而化肥用量逐年加大。將秸稈經(jīng)有益微生物發(fā)酵，配合平衡施用化肥，最大限度地發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，可明顯改善土壤理化及生物學(xué)性狀，對(duì)維持農(nóng)田良好的生態(tài)環(huán)境體系和作物營(yíng)養(yǎng)體系，減少環(huán)境污染，增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)等方面效果明顯。確定一種可行的有益微生物發(fā)酵有機(jī)肥配方施用技術(shù)，可以為無(wú)公害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

2.2 秸稈反應(yīng)堆原理

本技術(shù)主要是利用現(xiàn)代生物技術(shù)篩選的復(fù)合菌群(芽孢桿菌、纖維分解菌、半纖維分解菌、蛋白分解菌、放線菌等有益微生物)，經(jīng)過(guò)一系列的生物轉(zhuǎn)化，對(duì)埋置于作物根部的秸稈進(jìn)行發(fā)酵，定向轉(zhuǎn)化成植物生長(zhǎng)所需的二氧化碳、熱量及多種酶類、有機(jī)和無(wú)機(jī)養(yǎng)料，能綜合改變作物的生長(zhǎng)條件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和無(wú)公害，大大提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)。

2.3 秸稈反應(yīng)堆的使用方法

作物定植前7～10 d，將底肥撒于地表后，沿種植行挖坑，埋秸稈的坑寬70～80 cm，坑深20～25 cm，坑長(zhǎng)與行長(zhǎng)相等，起土分放兩邊?？油诤煤筇砑咏斩?，先鋪1/2秸稈，厚度為10～12 cm，注意坑兩端露出秸稈10～15 cm，以利澆水通氣。鋪勻踏實(shí)后，將擴(kuò)大的復(fù)合菌劑均勻地撒在上面(用量為每壟用量的1/2)；然后再鋪放剩余1/2秸稈，鋪勻踏實(shí)后噴灑尿素水(每畦用尿素一兩化水)再將剩余培養(yǎng)好的1/2復(fù)合菌劑撒在上面。最后往秸稈上澆水，要求澆勻、澆透。澆水后起土回填于秸稈做畦，覆土厚度為20～25 cm(也可覆土后從兩端向秸稈反應(yīng)堆內(nèi)灌水)，實(shí)行高壟雙行覆膜栽培。待定植緩苗7 d后在種植行上打孔，孔徑為2 cm，孔深以扎穿鋪放物為準(zhǔn)，每條壟上孔的位置要均勻分布，數(shù)量以30～50個(gè)為宜，以后每澆水兩次需打孔一次。

2.4 秸稈反應(yīng)堆效果

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，應(yīng)用有機(jī)物料腐熟劑的保護(hù)地土壤的土壤酶活均好于未應(yīng)用此技術(shù)的土壤，如表1所示。

表1 土壤酶活測(cè)定
Tab.1 Determination of soil enzymatic activity

土壤在使用秸稈反應(yīng)堆后土壤理化性質(zhì)明顯改善，見(jiàn)表2。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，應(yīng)用秸稈反應(yīng)堆技術(shù)的作物有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 地溫3～5 ℃，可增加棚內(nèi)二氧化碳濃度5倍到8倍，使作物增產(chǎn)30%以上。(2) 提高作物抗病性，減少農(nóng)藥使用30～40%，減少化肥使用量20～30%。(3) 可提前上市7～10 d，增加效益40%以上。

表2 反應(yīng)堆技術(shù)與未應(yīng)用該技術(shù)的土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)照
Tab.2 Comparison nutritive material in soil treated by under reactor technology or not

3  有機(jī)物料腐熟劑在發(fā)酵床養(yǎng)殖上的應(yīng)用

3.1 有機(jī)物料腐熟劑在發(fā)酵床養(yǎng)殖上應(yīng)用的意義

隨著我國(guó)畜牧業(yè)集約化生產(chǎn)程度的不斷提高，畜牧業(yè)養(yǎng)殖規(guī)模日益遞增。生豬的飼養(yǎng)量占世界生豬飼養(yǎng)量的50%左右，其產(chǎn)值占我國(guó)畜牧業(yè)總產(chǎn)值的60%以上，養(yǎng)豬業(yè)已成為國(guó)民增收改善生活結(jié)構(gòu)的重要途徑之一。我國(guó)大部分地區(qū)的生豬養(yǎng)殖仍處在養(yǎng)殖觀念落后，養(yǎng)殖基礎(chǔ)設(shè)施簡(jiǎn)陋，養(yǎng)殖管理不規(guī)范，環(huán)境污染嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)效益不理想的狀態(tài)，而環(huán)境污染又給病原菌帶來(lái)大量繁殖的機(jī)會(huì)，致使病情多發(fā)，難以控制。我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)年排糞量為10.62億噸，據(jù)測(cè)算，一個(gè)年飼養(yǎng)量為1000頭的豬場(chǎng)排至環(huán)境中的氨為100 t，磷為30 t。全國(guó)每年豬糞中氨的排放量為1000萬(wàn)噸左右，磷為200萬(wàn)噸左右，這些污染如果不進(jìn)行無(wú)害化處理，將會(huì)嚴(yán)重污染周?chē)h(huán)境及水源。本研究利用微生物在發(fā)酵降解豬糞尿的過(guò)程中所產(chǎn)生的高溫會(huì)將有害病原菌殺死，從源頭上實(shí)現(xiàn)生豬養(yǎng)殖糞便的無(wú)害化處理，達(dá)到零排放，不僅改善了養(yǎng)殖環(huán)境，而且增進(jìn)了生豬健康及畜產(chǎn)品安全，開(kāi)辟了綠色環(huán)保生態(tài)養(yǎng)殖的新道路。

3.2 發(fā)酵床作用原理

發(fā)酵床健康養(yǎng)豬關(guān)鍵技術(shù)是利用特異微生物菌群將鋸末、稻殼、腐植酸等有機(jī)物經(jīng)發(fā)酵處理制成養(yǎng)豬墊料層，在發(fā)酵床上飼養(yǎng)生豬，有益微生物組成的復(fù)合菌群以豬糞尿?yàn)榛A(chǔ)營(yíng)養(yǎng)迅速繁殖，菌群繁殖過(guò)程中發(fā)酵產(chǎn)生的高溫將各種病原微生物殺滅，為生豬的生長(zhǎng)發(fā)育提供了良好的環(huán)境，提高豬舍溫度，同時(shí)糞尿也被消化分解，發(fā)酵床中的腐植酸還可以吸收空氣中的游離氨，使豬舍無(wú)臭味。

3.3 發(fā)酵床試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

不同豬舍及舍外環(huán)境溫度比較，微生態(tài)發(fā)酵床與水泥地面對(duì)肥育豬生長(zhǎng)性能的影響分別見(jiàn)表3、表4。

表3 不同豬舍及舍外環(huán)境溫度比較
Tab.3 Comparison of environmental temperature inside or outside different pigsties                 ℃

3.4 應(yīng)用效果及優(yōu)點(diǎn)

(1) 解決了糞便處理難題，實(shí)現(xiàn)“零排放”。豬舍里沒(méi)有臭氣和蒼蠅等病原生物滋生，不僅改善了豬場(chǎng)本身的環(huán)境，也有利于新農(nóng)村建設(shè)。

(2) 改善了豬的生長(zhǎng)環(huán)境。發(fā)酵床結(jié)合生物技術(shù)，使豬舍通風(fēng)透氣、光照、溫濕度均適合于豬的生長(zhǎng)。

(3) 提高豬的健康狀況。添加的有益微生物改善了生豬消化道微生態(tài)條件，增強(qiáng)了機(jī)體抗病、抗逆及抗應(yīng)激能力。

(4) 發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的熱量(60～70 ℃)，殺死了大部分病原菌，減少疫病發(fā)生。

(5) 少用或不再使用抗生素、抗菌性藥物，提高了豬肉品質(zhì)。

(6) 節(jié)省勞力。因發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)不需要用水沖豬舍和清除豬糞，可節(jié)約勞動(dòng)力50%以上。一個(gè)人可飼養(yǎng)500～800頭育肥豬或100～200頭母豬。

(7) 提高經(jīng)濟(jì)效益。可節(jié)水80%～90%，僅節(jié)約的獸藥、水電和飼料，使每頭豬增效50～80元。

(8) 發(fā)酵床在降解豬糞尿的同時(shí)，也降解有機(jī)墊料，經(jīng)2～4年后，使其轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)生物有機(jī)肥，可直接用于農(nóng)田。

3.5 經(jīng)濟(jì)效益分析

由試驗(yàn)投入及產(chǎn)出情況見(jiàn)表5?？梢钥闯?，采用生物發(fā)酵床養(yǎng)豬方法要比傳統(tǒng)養(yǎng)豬法獲得利潤(rùn)高，平均每頭生豬多獲利潤(rùn)40元，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

表4 微生態(tài)發(fā)酵床與水泥地面對(duì)肥育豬生長(zhǎng)性能的影響
Tab.4 Influence on fat pig’s growth performance of microbial fermentation bed and cement court

表5 試驗(yàn)投入及產(chǎn)出情況
Tab.5 Input and result of experiment

4  結(jié)論

有機(jī)物料腐熟劑在多個(gè)領(lǐng)域都有重要的作用，可以解決多種農(nóng)業(yè)上的弊端，增加經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)環(huán)境。因此我們要對(duì)其加以細(xì)致的研究，使其功能最大化，共同促進(jìn)有機(jī)物料腐熟劑行業(yè)的發(fā)展，推進(jìn)有機(jī)物料腐熟劑的研發(fā)與應(yīng)用，共同建設(shè)無(wú)公害無(wú)污染的新型綠色農(nóng)業(yè)，利國(guó)利民。

參考文獻(xiàn)(略)