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堆肥溫度的變化

溫度是堆肥腐熟效果分析的主要指標(biāo)之一[9]。清真屠宰場廢棄物堆肥化發(fā)酵過程溫度變化與羊糞發(fā)酵過程相似,但堆肥的升溫階段和整個堆肥腐熟需要的時間相對較長(見圖1a):未添加微生物菌劑的處理溫度上升相對較為緩慢,在堆肥14d左右溫度達到最高,在堆肥中后期溫度相對其它處理略高,但未達到顯著水平;添加微生物菌劑的處理其堆肥在0~10d溫度大幅上升并達到最高溫度,然后開始下降;到30d有小幅上揚,說明這一階段內(nèi)呈現(xiàn)了二次發(fā)酵特征,將尚未分解的有機物(主要為難分解的)進一步分解,使堆肥完全熟化,這一發(fā)酵熟化規(guī)律與添加菌劑的有機肥高溫堆肥發(fā)酵處理基本一致[10],只是需要的時間長短不同。屠宰場廢棄物堆肥經(jīng)歷的溫度變化較羊糞堆肥緩慢,原因可能是由于清真屠宰場廢棄物主要是羊瘤胃內(nèi)容物,其成分以未消化或未完全消化的草料或飼料為主,而羊糞的質(zhì)地比較細(xì),相對較容易分解。添加微生物菌劑的處理大概需要7d溫度達到50℃,10d達到最高溫度,對照則推遲3d左右;堆肥14d后堆溫開始下降,但仍維持在50℃以上,21d后普遍下降至50℃以下,30d左右有一次小幅回升,但均低于50℃,然后整體溫度穩(wěn)定下降至氣溫。各處理完成溫變過程溫度降到40℃所用的時間均大于30d。添加菌劑4的處理在堆肥中前期溫度普遍略高于其它處理,但添加微生物菌劑的4個堆體在整個過程中溫度變化趨勢沒有顯著差異。李季和彭生平就指出添加外源微生物不僅可以調(diào)控堆肥過程中氮、碳代謝,保留更多的養(yǎng)分,還可以加快堆肥進程[11]。陸艷等研究也表明接種外源微生物可以使堆肥發(fā)酵提前達到高溫期,延長高溫持續(xù)時間[12]。

堆肥pH值的變化

清真屠宰場廢棄物主要組分為瘤胃內(nèi)容物,其初始pH值呈弱酸至中性(pH=6.23),這與羊糞pH值不同[13]。從圖1b中可以看出,堆體在0~7d和14~21d其pH值呈上升趨勢,但增幅不大,7~14d大幅度上升的趨勢;到第21天開始小幅下降趨于穩(wěn)定;到堆肥后期,堆體pH值在8.00~8.50之間變化,這是因為隨著堆肥進行有機酸逐漸被中和,并且揮發(fā)的部分氨充滿在堆體中造成偏堿性環(huán)境。堆肥后期,隨著氨的揮發(fā)、蛋白質(zhì)有機物的徹底降解以及硝化作用的進行等因素,pH值逐漸回落,這一結(jié)論與陸艷等[12]、María等[14]對有機肥的堆肥研究結(jié)論一致。CK在堆肥的中前期pH值均低于其它處理,到30d左右達最高值(其它處理在21d左右達到最高值),說明接種微生物菌劑能有效促進有機物料的腐熟進程,可提高初期的反應(yīng)速度。T3處理pH值相對其它處理變幅最大,其次為T4處理,但各堆體間的pH值差異并未達到顯著水平。

堆肥種子發(fā)芽指數(shù)的變化

整個堆肥過程中,各處理的種子發(fā)芽指數(shù)均呈不斷上升趨勢(如圖2所示),尤其是7~14d這一階段增幅最大,這可能與該時期溫度變幅最大有關(guān)。各處理GI在堆肥43d左右達到80%以上,其中添加了微生物菌劑的4個處理GI增長較快,CK堆肥GI在整個發(fā)酵過程中最低。一般研究表明,當(dāng)GI達到80%即可認(rèn)為堆肥已腐熟,說明在屠宰場廢棄物堆肥中添加微生物菌劑對于種子發(fā)芽有一定促進作用。T4處理GI在整個堆肥過程中普遍較高。

堆肥草籽活力和衛(wèi)生指標(biāo)的變化

由表2可以看出,隨著廢棄物堆肥進程的推進,溫度不斷上升,種子活力不斷降低,所有處理雜草種子活力在7~14d急劇下降,但降幅不同,堆肥中前期對照CK堆溫最低,其雜草種子活力最強,從堆肥7d開始與添加微生物菌劑的處理均呈顯著性差異,到堆肥14d時達到極顯著差異水平:添加微生物菌劑的處理在14d可使稗草種子活力降低到40%,30d后T3和T4草籽活力為0,43d后種子活力全部滅活,但CK在堆肥90d后草籽活力為10%,進一步說明接種外源微生物可以使堆肥發(fā)酵提前達到高溫期,使在此溫度范圍內(nèi)不適應(yīng)生長的細(xì)菌及有害病原菌得到抑制或殺滅,從而有利于達到無害化、堆肥的腐熟以及各類物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化[12]。有機廢棄物中常包含各種有害病原菌,如糞大腸桿菌群、蛔蟲卵、細(xì)菌、病毒等,其中大腸桿菌值和蛔蟲卵死亡率是反映畜禽糞便無害化處理的一個特征指標(biāo)[17]。如表2所示,不同處理條件下屠宰場廢棄物大腸桿菌菌群最可能數(shù)隨堆肥溫度的升高呈明顯下降的趨勢,其中在升溫階段7~14d降幅最大,這是因為堆肥的高溫階段是殺滅糞大腸桿菌的主要時期,隨著堆肥的進行,微生物產(chǎn)生的許多抗生素類物質(zhì)也會極大地縮短病原微生物的存活時間[18]。添加微生物菌劑的處理大腸菌群最可能數(shù)顯著低于CK;到堆肥43d時各處理均降至最低值,在堆肥90d時又有所上升。T3和T4處理大腸桿菌菌群最可能數(shù)低于T1、T2及CK,到中后期均為添加菌劑4的處理最低?；紫x卵死亡率的變化規(guī)律與大腸桿菌菌群最可能數(shù)基本相同,至堆肥43d時,所有處理的蛔蟲卵死亡率均大于95%,達到了畜禽糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求,無臭味。添加微生物菌劑4的堆肥無害化速度和程度最佳。

堆肥中微生物數(shù)量的變化

與其它有機物堆肥相同,清真屠宰場廢棄物堆肥過程中微生物數(shù)量總的趨勢也遵循“細(xì)菌的數(shù)量最多,放線菌次之,真菌的數(shù)量最少”[6]的規(guī)律。但整個過程中各微生物數(shù)量的增減規(guī)律不同。在堆肥0~7d細(xì)菌急速增長,迅速成為這一階段優(yōu)勢微生物群落。這可能是細(xì)菌憑借著自己強大的比表面積快速將可溶性底物吸收到細(xì)胞中,致使細(xì)菌快速增長繁殖并釋放出大量的熱量[19]。堆肥第7天時T2的處理漲幅最大,其次為T3,CK漲幅最小,到第14天時除了T2、T3外其它處理細(xì)菌數(shù)量達到最大值;從14~30d細(xì)菌數(shù)量劇烈下降至整個過程的最低值,到43d時又有不同幅度的增加,其中對照增幅最大。除第43天外,CK細(xì)菌數(shù)量在整個堆肥過程中普遍處于最低值(如圖3)。堆肥放線菌數(shù)量在0~7d略有增加,7~14d增幅最大,其中T4數(shù)量最大;21d時有不同程度的下降,30d時普遍又有所增加,到90d時各處理放線菌數(shù)量無顯著差異。堆肥真菌數(shù)量在0~7d期間有小幅增長,14~21d各處理均有大幅度增加,之后又有較大幅度的降低,43d又有所上揚,這與普通有機肥高溫堆肥真菌變化有所差異[6](見圖4)。這一現(xiàn)象可能與真菌最適合的生長條件為酸性有關(guān),屠宰場廢棄物自身呈弱酸至中性,而且在堆肥初期細(xì)菌和真菌消化有機物時會釋放有機酸,從而有利于真菌的生長以及木質(zhì)素和纖維素的降解,隨著有機酸進一步被降解,pH值逐漸升高,真菌生長在一定程度上受到抑制,到堆肥后期溫度大幅下降,真菌數(shù)量也隨之減少。由于清真屠宰場堆肥的原料及氣候條件不同,堆肥過程微生物動態(tài)變化規(guī)律還有待進一步研究。

本文作者：張俊華1劉希鳳2畢江濤1張瑞山3作者單位：1寧夏大學(xué)新技術(shù)應(yīng)用研究開發(fā)中心2寧夏農(nóng)墾事業(yè)管理局3寧夏中衛(wèi)市動物疾病預(yù)防控制中心