粪便高温堆肥及其施用效果研究综述复习进程

粪便高温堆肥及其施用效果研究综述

本文综述了国内外高温堆肥系统的堆肥条件、调控方法、堆肥腐熟度指标以及农田施用效果的研究进展。尽管畜禽粪便是有机肥料的主要来源，但是其携带的大量病原菌、寄生虫卵和有毒物质是影响畜禽粪便农田利用的主要原因。好氧堆肥的主要目的是杀灭粪便中携带的有害病菌和寄生虫卵，将原料中的高分子经过微生物分解为稳定的物质。如何选择堆肥腐熟度指标和利用这些指标是判定堆肥稳定与否的重要条件。最终达到合理施用有机肥、提高作物品质、改善土壤环境质量条件的目的。

关键词：堆肥；粪便；腐熟；施用效果

1前言

随着禽畜饲养量增加和生产集约化程度提高，禽畜粪便的产生量与日俱增。由于畜禽粪便携带大量病原菌，易腐烂和恶臭，引发了一系列的环境问题，已经严重阻碍了我国养殖业的发展[1]。自古以来，畜禽粪尿就是我国农村的主要有机肥源。19世纪70年代以来，随着堆肥技术深入研究和应用，已经成为有机固体废物资源化、减量化和无害化处理中最为有效方法之一。经过堆肥处理后的有机固体废弃物，尤其是畜禽粪便，不仅能有效地杀灭其携带的病原菌和寄生虫卵，而且还能提高有机废弃物中的养分有效性、增加作物产量、改善农产品品质和土壤理化性质，是一种优良的土壤改良剂[2]。

2堆肥系统

堆肥技术的主要区别在于维持堆体物料均匀及通气条件所使用的技术手段。根据技术的复杂程度，一般分为三类：条垛式、静态垛式和发酵仓式系统[1]。

2.1条垛式堆肥系统

条垛式是一种传统式的堆肥方法，它将堆肥物料以条垛式条堆状堆置，在好氧条件下进行发酵。垛的断面可以是梯形、不规则四边形或三角形。条垛式堆肥的特点是通过定期翻堆的方法通风。堆体最佳尺寸根据气候条件、翻堆使用的设备、堆肥原料的性质而定。

2.2通气静态垛堆肥系统

Epstein等[3]在条垛式系统加上通风系统，成为应用强制通风静态垛系统的开端，其能更有效确保高温和病原菌的灭活。它不同于条垛式系统之处在于堆肥过程中不是通过物料的翻堆而是通过鼓风机强制通风向堆体供氧，故其关键技术是通气系统。

2.3发酵仓系统

发酵仓系统是将物料置于部分或者全部封闭的容器内，控制通气和水分条件，使之进行生物降解和转化的体系。发酵仓系统具有高度机械化和自动化的优点，并可收集堆肥过程产生的废气[4]，减轻对环境的二次污染。作为动态发酵工艺，堆肥设备必须具有改善并促进微生物新陈代谢的功能。例如翻堆、曝气、搅拌和混合，通风系统控制水分和温度，同时在发酵的过程中自动解决物料移动及出料的问题，最终达到缩短发酵周期、提高发酵速率、提高生产效率及实现机械化大生产的目的。

3影响堆肥的条件及其控制方法

堆肥是一个生物化学过程，成败关键在于微生物是否可以正常繁衍。影响堆肥过程的主要因子有水分、通气、温度及堆肥原料特性。在实际堆肥生产过程中主要是对其物理、生物化学性质和微生物活动三者相互作用的控制[5]。

3.1水分含量

堆肥原料水分多少及堆肥过程中水分调控，直接影响了堆料性质和堆肥过程中物理及生物学特性[5]，进而决定了好氧堆肥反应速度快慢、堆肥腐熟程度和堆肥产品质量，甚至关系到好氧堆肥工艺过程的成败，被认为是堆肥中最重要的控制条件[6]。一般认为堆肥初始含水量在40%～70%就能保证堆肥的顺利进行[6，7]，最适宜含水量为50%～60%[6，8]。故处

理含水量较大的鸡粪、猪粪和牛粪等，往往需要加入吸湿性强的调节料以降低混合堆料的水分含量。

3.2通风供氧

通风是好氧堆肥的关键性因素之一，其主要作用是提供好氧微生物生长繁殖所必需的氧气[8，9]；通过供气量的控制，可以去除堆料中多余的水分[9]；调节堆体温度，减少恶臭的产生[10]。畜禽粪便堆肥通风方式主要有翻堆、被动通风和强制通风。堆体内氧含量保持在5%～15%比较适宜，氧含量低于5%会导致厌氧发酵[11]；但也有研究发现，在堆体氧浓度小于1.5%的微好氧条件下，与传统好氧堆肥过程相比，堆肥材料中的木质纤维类物质的分解量和分解速度明显高于好氧处理，腐熟时间提前，可以免去典型的二次发酵，实现堆肥化过程的一段发酵[12]。

3.3碳氮比(C/N)

堆肥是多种微生物共同参与的过程，在这个过程中微生物需要一定的碳、氮等养分，一般认为初始C/N在25～30或30～35较为适宜堆肥中微生物生长繁殖[14，15]。黄国锋等在研究猪粪与木屑混合堆肥时得出C/N为29时比C/N为16时的堆肥早14d腐熟[13]。李玉红等[17]利用牛粪与玉米秸秆配比堆肥，结果C/N比为44.8时，堆肥效果最好。因此对于畜禽粪便这类C/N较低的物料可添加一定量的米糠、木屑、秸秆等进行调节，使其C/N利于微生物的正常活动，为堆肥的顺利进行提供有利条件。

3.4温度

温度是堆肥能否顺利完成的重要因素，它制约着微生物的活性及有机质的分解速度，直接影响了堆肥的腐殖化程度。堆体温度保持在55℃条件下保持3天，或50℃以上保持5～7天，是杀灭堆肥中所含致病菌，保证堆肥的卫生指标合格和堆肥腐熟的重要条件[19]。堆肥过程中，温度过高或过低都将对堆肥产生不良影响。过低的温度将大大延长堆肥达到腐熟的时间，而过高的堆温(>70℃)将杀死部分有益微生物而延缓堆肥的进行[20]。Bach[21]认为60℃是有机固体废弃物的最佳堆肥温度。

3.5外源菌剂

适当的加入外源菌剂可以对堆肥进程起推动作用。赵京音等[22]发现用EM菌剂处理鸡粪能显著加快堆肥的腐熟，并可减少堆肥臭气的排放，改善堆肥环境。刘克锋等[23]在研究不同微生物处理对猪粪堆肥质量的影响时发现接入菌剂能加快堆肥的升温速度，提高最高温度，加速堆肥中的碳氮比下降，促使堆肥中生物毒性物质的分解。外源菌剂的添加，可加快牛粪堆肥腐熟，并于一周内杀灭牛粪中的杂草种籽和虫卵病菌，达到堆肥无害化标准[16，17]，还可增加奶牛粪堆肥中低分子量有机物质含量[18]。

4评价堆肥腐熟度的指标

4.1物理学指标

物理学指标通常指的是通过堆肥的表观特征及一些物理学方法来确定堆肥的腐熟度。其主要特征为主要有堆体温度变化主要经历升温期、持续高温期、降温期和稳定期四个阶段[2]；腐熟堆肥颜色呈黑褐色，并不再散发令人不快的气味[24]。物理指标只能初步断定堆肥的腐熟度，并不能进行定量的分析，因此只能作为堆肥腐熟度的一项辅助指标。

4.2化学指标

4.2.1碳氮比

一般认为，稳定或已经腐熟的堆肥碳氮比应该在小于20左右[25]。但由于不同物料的初始和终点碳氮比值的差异很大，而且许多堆肥原料的碳氮比值较低，从而影响了这一参数的广泛应用。使用堆肥的终点碳氮比与起始碳氮比的比值T来评价堆肥腐熟度，当T值小于0.60时堆肥达到腐熟[13]。

4.2.2水溶性氮