有机物料腐熟剂的研究与应用

有机物料腐熟剂的研究与应用_2011年论文集

有机物料腐熟剂的研究与应用

江志阳1 何随成1 左  伟2

（1 中国科学院沈阳应用生态研究所 沈阳 110016

2 辽宁铁岭市蔬菜管理站 铁岭 112000）

摘  要：有机物料腐熟剂是由细菌、真菌和放线菌等多种微生物复合而成的微生物活体制剂，能加速各种有机物料(包括农作物秸秆、畜禽粪便、生活垃圾和城市污泥等)的分解腐熟。

关键词：有机物料 腐熟剂 发酵 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

有机物料腐熟剂的主要功能是分解、腐熟有机物料,使有机物料转化成有机肥，同时具有协助作物吸收营养、增进土壤肥力、增强植物抗病和抗干旱能力、减少化肥使用、促进农作物废弃物腐熟和开发利用、保护环境，以及提高农作物产品品质和食品安全等多方面的功效，在可持续农业战略发展以及农牧业的发展中的地位日趋重要。随着好氧高温发酵法生产有机肥料的发展,以及秸秆生物反应堆推广面积的不断扩大,有机物料腐熟剂的应用面愈来愈广,使用量愈来愈大，有机物料腐熟剂的研制与应用已成为一项重要的研究课题。本文主要讨论在畜禽粪便的发酵堆肥处理、秸秆生物发酵处理、生物发酵床养殖技术上有机物料腐熟剂复合菌剂的研发与应用。

1  有机物料在畜禽粪便上的应用

1.1 有机物料腐熟剂在畜禽粪便发酵的应用意义

根据国家对畜禽粪便无害化、资源化、产业化处理的原则，利用有益微生物菌群降解畜禽粪便，并在降解过程中利用高温杀死有害病原菌及虫卵，把不稳定的物质转化成较稳定的腐殖质，再配合适当的无机营养开发成无公害的绿色食品专用肥料，达到既对畜禽粪便无害化处理，又生产了优质生物有机复混肥料的双重目的。该项技术的推广应用将对畜禽粪便无害化处理及资源化利用起到重要作用，对保护生态环境，提高人们生活水平有着重要意义。

1.2 有机物料腐熟剂的应用方法

在本项目中，关键是分离和筛选快速发酵畜禽粪便的复合微生物菌群，其目的是一方面将畜禽粪便中的纤维、蛋白质等物质充分降解，另一方面使多种有益菌在有机质中大量增殖，并随有机质施入土壤中，改善土壤中微生物生态，增加有益微生物种群和数量。

从畜禽粪便分离出6株细菌(地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌)、2株放线菌(为链霉菌菌属的不同类别,为02和05)、2株真菌(米曲霉155、哈茨木霉707)，通过比较它们酪蛋白和纤维素水解圈直径D和菌落直径d的比值、蛋白酶活、纤维素酶活，选出分解效果强的菌种组合。

1.3 物料发酵过程

用草炭、稻糠等调节含水率和碳氮比：向鸡粪中添加草炭、腐植酸、稻糠及1%有机物料腐熟剂，物料含水率调到50%左右，拌混均匀，堆高0.8 m，宽2 m。当温度超过50 ℃ 时开始进行第1次翻堆，待温度升到60 ℃以上(2～3 d后)，进行下一次翻倒，当温度再次超过55 ℃时，进行第3次翻倒，即一次发酵过程完成。气温20 ℃以上时，7～10d后，物料松散无臭味即达到腐熟标准。

1.4 发酵过程腐熟指标测定

1.4.1 降低物料含水率

在堆肥过程中，水分为微生物生长所必需，按重量计50%～65%的含水率最有利于微生物分解，见图1。2个处理的初始含水率分别在50%～60%之间，达到适合堆肥的初始含水率；在一次发酵后期含水率分别达到20%～30%、30%～40%，掺加腐熟剂的脱水率和腐熟含水率都明显较自然发酵的好，呈现出脱水率快且稳定的特点。

图1 不同堆肥处理含水量的变化
Fig.1 Water content change of different treatment of compost

1.4.2 除臭效果

自然发酵鸡粪等物料一直伴有较浓烈的臭味，周围蚊蝇多；加入快速分解菌的鸡粪、猪粪在第4天时臭味基本消失，第7天时散发出泥土的清香。

1.4.3 物料松散度

自然发酵的鸡粪有大小不等的结块，使用快速分解菌的鸡粪在第5天即松散，成碎沫状。

1.4.4 温度变化

自然发酵的鸡粪第4天才达到高温阶段，第6天便开始回落，高温期一般只维持2 d；加入腐熟剂的鸡粪从第2天温度开始上升，进入高温阶段，第7天回落，高温期达5 d。见图2。由此可知，自然发酵高温阶段时间短且迟缓，不利于鸡粪彻底发酵；而加腐熟剂后高温阶段时间长且迅速，鸡粪能彻底发酵。

图2 不同堆肥处理温度的变化
Fig.2 Temperature change of different treatment of compost

1.4.5 pH值变化

自然发酵完毕后，pH值一般达到9.0，pH值偏高不利于鸡粪养分保持；加腐熟剂发酵后，pH值一般为8.0，pH值降低有利于减少鸡粪的氨挥发，保持较多有效氮，提高鸡粪肥效。pH变化情况见图3。

图3 不同堆肥处理pH值的变化
Fig.3 pH change of different treatment of compost

1.4.6 氨态氮变化

不同堆肥处理氨态氮的变化见图4。当堆肥中氨态氮浓度在200～300 mg/kg时，被认为已经腐熟。堆肥开始时氨态氮含量较高，经过高温堆肥阶段后，加入腐熟剂的堆肥氨态氮含量急剧下降，堆肥结束时，含量为215 mg/kg。但自然发酵的堆肥氨态氮含量下降缓慢，堆肥结束时仍维持在898 mg/kg的高浓度。根据腐熟堆肥中氨态氮浓度在200～300 mg/kg的标准，加入腐熟剂的鸡粪堆肥在发酵第13天时已彻底腐熟。

图4 不同堆肥处理氨态氮的变化
Fig.4 Ammoniacal of nitrogen change of different treatment of compost

1.4.7 碳氮比

不同堆肥处理的C/N比变化见图5。一般来说，堆肥C/N比达到20以下，就认为堆肥腐熟，可以直接施用。自然发酵鸡粪在第42天时，C/N比降到20以下。而加入腐熟剂的鸡粪在第10天时降到20以下。可见用腐熟剂能明显促进堆肥腐熟进程，缩短堆制时间，使鸡粪快速腐熟。

图5 不同堆肥处理C/N比的变化
Fig.5 C/N change of different treatment of compost

1.4.8 提高酶活性

不同堆肥处理蛋白酶活性的变化见图6。蛋白酶活性的高低直接影响堆肥组分的发展方向。用腐熟剂发酵的鸡粪酶活比自然发酵的高37 μ/ mL，有利于蛋白质分解，经腐熟剂发酵的鸡粪中的蛋白质可以充分水解，利于作物吸收。

图6 不同堆肥处理蛋白酶活性的变化
Fig.6 Protease activation change of different treatment of compost

1.4.9 种子发芽率

不同堆肥处理对白菜种子发芽率的影响见图7。加腐熟剂的鸡粪，在发酵第10天时就可使种子发芽率达到80%以上，即可施入农田使用；而自然发酵的鸡粪堆肥在发酵第13天时，发芽率还未达到60%，并且从曲线趋势来看，很难使种子发芽达到80%以上。所以，施入自然发酵的鸡粪或未发酵鸡粪极易造成烧苗现象，给农民造成较大的经济损失。

图7 不同堆肥处理对白菜种子发芽率的影响
Fig.7 Germination percentage of Chinese cabbage seed change of different treatment of compost

1.4.10 有益菌群数量

加入快速分解菌的鸡粪与自然发酵的鸡粪相比，各种有益菌数量明显增加。其中，细菌增加了8倍，放线菌增加14倍，酵母菌增加100倍，真菌增加3倍。说明加入腐熟剂的物料更有利于形成优势菌群。施入土壤后，有利于形成良好的根际微生物种群，对作物促生、防病有较好的效果。

2  有机物料腐熟剂在秸秆反应堆上的应用

2.1 有机物料腐熟剂在秸秆反应堆技术上应用的意义

我国作物秸秆资源丰富，由于秸秆施用技术落后，产生效果慢，利用率低，有机肥的比重和施用量逐年降低，而化肥用量逐年加大。将秸秆经有益微生物发酵，配合平衡施用化肥，最大限度地发挥各自的优势，可明显改善土壤理化及生物学性状，对维持农田良好的生态环境体系和作物营养体系，减少环境污染，增产优质等方面效果明显。确定一种可行的有益微生物发酵有机肥配方施用技术，可以为无公害农业生产的发展提供科学依据。

2.2 秸秆反应堆原理

本技术主要是利用现代生物技术筛选的复合菌群(芽孢杆菌、纤维分解菌、半纤维分解菌、蛋白分解菌、放线菌等有益微生物)，经过一系列的生物转化，对埋置于作物根部的秸秆进行发酵，定向转化成植物生长所需的二氧化碳、热量及多种酶类、有机和无机养料，能综合改变作物的生长条件，进而实现作物高产、优质和无公害，大大提高作物产量及品质。

2.3 秸秆反应堆的使用方法

作物定植前7～10 d，将底肥撒于地表后，沿种植行挖坑，埋秸秆的坑宽70～80 cm，坑深20～25 cm，坑长与行长相等，起土分放两边。坑挖好后添加秸秆，先铺1/2秸秆，厚度为10～12 cm，注意坑两端露出秸秆10～15 cm，以利浇水通气。铺匀踏实后，将扩大的复合菌剂均匀地撒在上面(用量为每垄用量的1/2)；然后再铺放剩余1/2秸秆，铺匀踏实后喷洒尿素水(每畦用尿素一两化水)再将剩余培养好的1/2复合菌剂撒在上面。最后往秸秆上浇水，要求浇匀、浇透。浇水后起土回填于秸秆做畦，覆土厚度为20～25 cm(也可覆土后从两端向秸秆反应堆内灌水)，实行高垄双行覆膜栽培。待定植缓苗7 d后在种植行上打孔，孔径为2 cm，孔深以扎穿铺放物为准，每条垄上孔的位置要均匀分布，数量以30～50个为宜，以后每浇水两次需打孔一次。

2.4 秸秆反应堆效果

经过实验证明，应用有机物料腐熟剂的保护地土壤的土壤酶活均好于未应用此技术的土壤，如表1所示。

表1 土壤酶活测定
Tab.1 Determination of soil enzymatic activity

土壤在使用秸秆反应堆后土壤理化性质明显改善，见表2。

经实验证明，应用秸秆反应堆技术的作物有以下优点：(1) 地温3～5 ℃，可增加棚内二氧化碳浓度5倍到8倍，使作物增产30%以上。(2) 提高作物抗病性，减少农药使用30～40%，减少化肥使用量20～30%。(3) 可提前上市7～10 d，增加效益40%以上。

表2 反应堆技术与未应用该技术的土壤营养物质对照
Tab.2 Comparison nutritive material in soil treated by under reactor technology or not

3  有机物料腐熟剂在发酵床养殖上的应用

3.1 有机物料腐熟剂在发酵床养殖上应用的意义

随着我国畜牧业集约化生产程度的不断提高，畜牧业养殖规模日益递增。生猪的饲养量占世界生猪饲养量的50%左右，其产值占我国畜牧业总产值的60%以上，养猪业已成为国民增收改善生活结构的重要途径之一。我国大部分地区的生猪养殖仍处在养殖观念落后，养殖基础设施简陋，养殖管理不规范，环境污染严重，经济效益不理想的状态，而环境污染又给病原菌带来大量繁殖的机会，致使病情多发，难以控制。我国养猪业年排粪量为10.62亿吨，据测算，一个年饲养量为1000头的猪场排至环境中的氨为100 t，磷为30 t。全国每年猪粪中氨的排放量为1000万吨左右，磷为200万吨左右，这些污染如果不进行无害化处理，将会严重污染周围环境及水源。本研究利用微生物在发酵降解猪粪尿的过程中所产生的高温会将有害病原菌杀死，从源头上实现生猪养殖粪便的无害化处理，达到零排放，不仅改善了养殖环境，而且增进了生猪健康及畜产品安全，开辟了绿色环保生态养殖的新道路。

3.2 发酵床作用原理

发酵床健康养猪关键技术是利用特异微生物菌群将锯末、稻壳、腐植酸等有机物经发酵处理制成养猪垫料层，在发酵床上饲养生猪，有益微生物组成的复合菌群以猪粪尿为基础营养迅速繁殖，菌群繁殖过程中发酵产生的高温将各种病原微生物杀灭，为生猪的生长发育提供了良好的环境，提高猪舍温度，同时粪尿也被消化分解，发酵床中的腐植酸还可以吸收空气中的游离氨，使猪舍无臭味。

3.3 发酵床试验数据对比

不同猪舍及舍外环境温度比较，微生态发酵床与水泥地面对肥育猪生长性能的影响分别见表3、表4。

表3 不同猪舍及舍外环境温度比较
Tab.3 Comparison of environmental temperature inside or outside different pigsties                 ℃

3.4 应用效果及优点

(1) 解决了粪便处理难题，实现“零排放”。猪舍里没有臭气和苍蝇等病原生物滋生，不仅改善了猪场本身的环境，也有利于新农村建设。

(2) 改善了猪的生长环境。发酵床结合生物技术，使猪舍通风透气、光照、温湿度均适合于猪的生长。

(3) 提高猪的健康状况。添加的有益微生物改善了生猪消化道微生态条件，增强了机体抗病、抗逆及抗应激能力。

(4) 发酵过程中产生的热量(60～70 ℃)，杀死了大部分病原菌，减少疫病发生。

(5) 少用或不再使用抗生素、抗菌性药物，提高了猪肉品质。

(6) 节省劳力。因发酵床养猪技术不需要用水冲猪舍和清除猪粪，可节约劳动力50%以上。一个人可饲养500～800头育肥猪或100～200头母猪。

(7) 提高经济效益。可节水80%～90%，仅节约的兽药、水电和饲料，使每头猪增效50～80元。

(8) 发酵床在降解猪粪尿的同时，也降解有机垫料，经2～4年后，使其转化成优质生物有机肥，可直接用于农田。

3.5 经济效益分析

由试验投入及产出情况见表5。可以看出，采用生物发酵床养猪方法要比传统养猪法获得利润高，平均每头生猪多获利润40元，经济效益非常可观。

表4 微生态发酵床与水泥地面对肥育猪生长性能的影响
Tab.4 Influence on fat pig’s growth performance of microbial fermentation bed and cement court

表5 试验投入及产出情况
Tab.5 Input and result of experiment

4  结论

有机物料腐熟剂在多个领域都有重要的作用，可以解决多种农业上的弊端，增加经济效益，保护环境。因此我们要对其加以细致的研究，使其功能最大化，共同促进有机物料腐熟剂行业的发展，推进有机物料腐熟剂的研发与应用，共同建设无公害无污染的新型绿色农业，利国利民。

参考文献(略)