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火季
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1 生态与农村环境学报 2015, 31 (3): Journal of Ecology and Rural Environment 不同碳氮比条件下鸡粪和椰糠高温堆肥腐熟过程研究董存明 1, 张曼 1, 邓小垦 1, 秦海利 1, 赵艳 1, 刘晓玉 2, 阮云泽 11 (1 海南大学农学院 / 海南省热带生物资源可持续利用重点实验室, 海南海口 ; 2 海南泰谷生物科技有限公司, 海南海口 ) 摘要 : 用鸡粪和椰糠作为基本堆肥原料进行高温堆肥试验, 通过控制鸡粪和椰糠的添加量调节堆体初始 C / N 比, 研究其对堆肥过程中堆体温度 ph 值 C / N 比及养分全量等理化指标的影响, 探究鸡粪和椰糠高温堆肥的最适 C / N 比结果表明, 当 C / N 比为 25 时, 堆体达到最高温度 (57 ), 且高温持续时间最长 (14 d) 堆肥过程中各处理有机质全碳 C / N 比均呈下降趋势,pH 值均呈先上升后下降趋势, 全氮和种子发芽指数呈上升趋势堆肥结束后, 堆体 F1( 初始 C / N 比为 20) F2( 初始 C / N 比为 25) 和 F3( 初始 C / N 比为 30) 的 C / N 比分别为和 10 24, 总养分含量 w 分别为 7 94% 8 63% 和 8 29%, 种子发芽指数分别为 77 90% % 和 93 30% 关键词 : 鸡粪 ; 椰糠 ; 碳氮比 ; 堆肥中图分类号 : X71 文献标志码 : A 文章编号 : (2015) DOI: / j.issn High Temperature Composting of Mixtures of Chicken Manure and Coconut Husk Different in C / N Ratio. DONG Cun ming 1, ZHANG Man 1, DENG Xiao ken 1, QIN Hai li 1, ZHAO Yan 1,LIU Xiao yu 2, RUAN Yun ze 1 (1 Hainan Key Laboratory for Sustainable Utilization of Tropical Bio Resources, College of Agronomy, Hainan University, Haikou , China; 2 Hainan Taigu Biotechnology Company, Haikou , China) Abstract: In high temperature composting experiments, mixture of chicken manure and coconut husk was used as basic raw materials. The experiments were designed to explore effect of C / N ratio, controlled by regulating proportions of chicken manure and coconut husk in the mixture, on some physical chemical indices of the material under composting, i.e., tem perature, ph, C / N ratio and total nutrients, in an attempt to find the most proper C / N ratio of the raw material for high temperature composting. Results show that when the mixture was 25 in initial C / N ratio and reached as high as 57 dur ing 14 days of composting, the composts in all the treatments showed declining trends in C / N ratio and contents of organic matter and TC; but in ph, they went up in the first 8 days and down toward the end of the composting; TN and I G (seed germination index) increased during the process. At the end of composting, Treatments F1 ( 20 in initial C / N ratio), Treatment F2 (25 in initial C / N ratio) and Treatment F3 (30 in initial C / N ratio) was 11 13, and 10 24, respec tively, in C / N ratio; 7 94%, 8 63% and 8 29%, respectively, in content of total nutrient and 77 90%, % and 93 30%, respectively in I G. Key words: chicken manure; coconut husk; C / N ratio; composting 农业废弃物指来自植物和动物生产加工等过程中产生的各类生物质废弃物 [1]1 据不完全统计, 我国是世界上农业废弃物产出量最大的国家, 每年大约产出 40 多亿 t [2] 海南作为我国最大的热带农业生产基地, 终年可以进行农业生产并产生大量农业废弃物据测算,2010 年海南省椰子种植面积万 hm 2, 产量为 2 3 亿个, 在种植和加工椰子时产生的大量废弃物被丢弃或直接燃烧 [3] 此外, 海南省文昌鸡年产量约多万只, 鸡粪年产量约 100 万 t 这些富含养分的固体有机废弃物若随地弃置, 不但会浪费大量养分资源, 而且会严重污染农村生态环境通过堆肥来实现农业废弃物的还田再利用是解决这些问题的最有效途径, 堆肥过程中产生的高温可以杀死废弃物中的病菌和草种, 不仅可以解决废弃物对环境的污染问题, 其产品即有机肥的施用也有助于改善土壤环境, 提高土壤肥力, 对促进农业可持续发展具有重要意义 [1]1-2,[4-5] 近年来对于收稿日期 : 基金项目 : 应用技术研发与示范推广专项 ( ZDXM ); 国家自然科学基金 ( ); 中央财政支持中西部高校提升综合实力专项 (ZDZX ); 海南省产学研一体化专项 (CXY ) 1 通信作者 E mail: ruanyunze1974@ hainu.edu.cn

2 第 3 期董存明等 : 不同碳氮比条件下鸡粪和椰糠高温堆肥腐熟过程研究 421 鸡粪的堆肥研究已有大量报道 [4,6-7], 而对于椰糠的研究主要集中在育苗基质上, 用于堆肥的研究尚鲜有报道笔者通过研究鸡粪和椰糠不同配比条件下在堆肥腐熟过程中腐熟度指标的变化, 探究鸡粪与椰糠最佳堆肥配比, 为农业废弃物资源化利用提供科学依据和技术指导 1 材料与方法 1 1 供试材料试验地点位于海南省文昌市泰谷生物科技有限公司有机肥厂, 供试鸡粪和椰糠由海南泰谷生物科技有限公司提供, 堆肥原料基本理化性状及重金属含量如表 1 所示 1 2 试验设计通过鸡粪和椰糠添加比例的不同, 设置不同的 C / N 比处理共设置 3 个处理, 其中 F1 处理添加鸡粪 700 kg 椰糠 300 kg,c / N 比约为 20, 含水量 w 为 79 65%;F2 处理添加鸡粪 600 kg 椰糠 400 kg,c / N 比约为 25, 含水量 w 为 79 27%; F3 处理添加鸡粪 500 kg 椰糠 500 kg,c / N 比约为 30, 含水量 w 为 78 89% 每处理肥堆 kg, 混合均匀后堆置成圆锥形, 每 4 d 翻堆 1 次, 共堆置 32 d 表 1 堆肥原料基本理化性状 Table 1 Basic physical and chemical properties of the raw materials for composting 原材料含水量 w / % w( 有机质 ) / % w( 全氮 ) / (mg kg -1 ) w( 全磷 ) / (mg kg -1 ) w( 全钾 ) / (mg kg -1 ) C / N 比 ph 值鸡粪椰糠测定方法样品采集与保存分别在堆置第和 32 天采样, 每次翻堆后从堆体的上中下各部多点采样并混合均匀, 一部分鲜样保存于 4 冰箱内待测定水溶性指标, 另一部分风干粉碎后测定矿质全量 [8] 堆肥理化指标的测定每天上午 9:00 和下午 15:00 测定肥堆上中下 3 个层次的温度, 计算平均值并记录室温称取 5 g 鲜样, 按 m( 鲜样 ) V( 去离子水 )= 1 10 混匀, 振荡浸提 2 h 后静置 30 min, 用 ph 计测定 ph 值, 用电导率仪测定 EC 值有机质采用重铬酸钾容量法测定 ; 全氮全磷和全钾含量分别采用凯氏定氮法钒钼黄比色法和火焰光度计测定 [8] 发芽指数 (I G ) 的测定取堆肥样品与去离子水按 m V = 1 10 浸提后获得浸提液, 在放有 2 张滤纸的培养皿中加入 5 ml 浸提液后, 放入 20 颗饱满的白菜种子, 每个处理 3 次重复, 在培养箱 28 条件下培养 48 h 后测定种子发芽率和发芽种子根长, 同时以去离子水处理作为对照 I G 计算公式 [9] :I G = ( 堆肥各处理种子发芽率种子根长 ) / ( 对照种子发芽率种子根长 ) 100% 1 4 数据处理采用 Microsoft Excel 2010 和 PASW Statistics 18 软件进行相关数据分析 2 结果与分析 2 1 堆肥过程中温度的变化由图 1 可知, 各处理温度均呈现先升高后缓慢下降的趋势, 其中 F1 堆体温度在第 6 ~ 7 天达到最高, 为 52 ;F2 在第 7 ~ 8 天达到最高, 为 57 ; F3 在第 7 ~ 8 天达到最高, 为 56 ;F1 F2 和 F3 堆体温度在 50 以上时间分别为 3 13 和 10 d 据 EPA 制定的相关标准, 堆肥温度在 55 条件下保持 3 d 以上或 50 以上保持 5 ~ 7 d 是杀灭堆料中所含致病微生物保证堆肥卫生指标合格和腐熟的重要条件 [10], 堆体 F2 和 F3 均达到此标准 F1: 鸡粪 700 kg, 椰糠 300 kg,c / N 比 20; F2: 鸡粪 600 kg, 椰糠 400 kg,c / N 比 25; F3: 鸡粪 500 kg, 椰糠 500 kg,c / N 比 30 下图同图 1 堆肥过程中温度的变化 Fig 1 Variation of temperature of the

3 422 生态与农村环境学报第 31 卷各堆体达到最高温的时间顺序为 F1 F2 和 F3, 最高温由高到低依次为 F2 F3 和 F1,50 以上持续时间由长到短依次为 F2 F3 和 F1, 可见 C / N 比为 25 的堆体最高温高于其他处理, 且最先达到最高温, 高温持续时间最长 2 2 堆肥过程中含水量的变化适宜的含水量是堆肥成功的首要条件, 水中溶解的各种物质为微生物的活动提供营养, 菌体也会随着水分的移动在堆体中移动, 使堆肥腐熟均匀, 但大多数微生物缺乏保水机制, 对水分敏感, 所以堆体水分过少会导致微生物的活动受限, 堆体腐熟较慢 ; 水分过多, 则影响堆体的通透性, 引起厌氧发酵, 产生大量臭气, 造成养分损失 [11] 由图 2 可知, 各处理含水量随着堆肥的进行呈下降趋势, 至堆肥结束 F1 F2 和 F3 处理含水量 w 分别减少和 6 13 百分点, 堆体初始含水量 w 在 80% 左右, 在整个堆肥过程中堆体含水量降幅不大, 至堆肥结束时各处理含水量 w 最低的是 F2 (69 10%), 最高的是 F3(74 89%) 图 2 堆肥过程中含水量的变化 Fig 2 Variation of moisture content of the 2 3 堆肥过程中 ph 值的变化由图 3 可知,pH 值随着堆肥的进行呈先升高后下降的趋势有研究表明,pH 值在 8 0 左右可以缩短堆肥达到高温所需要的时间, 避免由于高温反应较慢引发的堆体臭味 [9] 堆肥结束后,F1 ~ F3 处理 ph 值分别为和 8 78, 按照 NY 农业部有机肥料标准对酸碱度的要求 ph 值范围为 5 5 ~ 8 5, 只有 F2 处理达到国家标准 Fig 图 3 堆肥过程中 ph 值的变化 Variation of ph of the 堆肥过程中全碳和全氮含量的变化由图 4 可知, 随着堆肥的进行, 各堆体全碳含量呈下降趋势, 堆肥开始前期由于微生物的活动, 肥料产品含氮量显著增加, 至堆肥结束时 F1 ~ F3 处理 w( 全碳 ) 分别降低和 9 83 百分点 ; w( 全氮 ) 分别增加和 0 90 百分点 2 5 堆肥过程中 C / N 比的变化 C / N 比是用于检验肥料腐熟度最常用的指标, 有研究表明 C / N 比降至 20 以下时堆肥腐熟,CH [12] ANYASAK 等发现一些达到腐熟的堆肥其 C / N 比范围为 8 ~ 29, 差别很大, 因此 C / N 比不是检验堆 [13]72 肥是否腐熟的最佳指标,MOREL 等建议采用终点 C / N 比和初始 C / N 比之比值 ( T) 来评价堆肥是否腐熟, 当 T 值小于 0 6 时堆肥腐熟, 且原始物料的不同对 T 值的影响不大 [4],[13]56,[14] Fig 4 图 4 堆肥过程中全碳和全氮含量的变化 Variations of TC and TN of the

4 第 3 期董存明等 : 不同碳氮比条件下鸡粪和椰糠高温堆肥腐熟过程研究 423 从图 5 可知, 堆肥至第 4 ~ 8 天, 各处理 C / N 比已降至 15 ~ 20, 至第 32 天,F1 ~ F3 处理 C / N 比分别为和 10 24,T 值分别为和 0 33 因此, 该研究无论是采用 C / N 比还是 T 值为标准, 均可认为堆肥达到腐熟 2 6 堆肥过程中全磷和全钾含量的变化由图 6 可知, 各处理磷和钾的含量呈增加趋势至堆肥结束后, F1 ~ F3 处理 w ( P 2 ) 分别增加 157% 286% 和 321%, 其中 F2 处理最高, 达 g kg -1 w( K 2 O) 分别增加 109% 110% 和 131%, 其中 F1 处理最高, 达 g kg -1 图 5 堆肥过程中 C / N 比的变化 Fig 5 Variation of C / N ratio of the 图 6 堆肥过程中 P 2 和 K 2 O 含量的变化 Fig 6 Variations of the contents of P 2 and K 2 O of the 2 7 堆肥过程中总养分含量的变化由图 7 可知, 各处理初始总养分含量均低于 4%, 堆肥第 8 天, 各处理总养分含量均达到 5% 以上至堆肥结束后,F1,F2 和 F3 处理总养分含量 w 分别为 7 94% 8 63% 和 8 29% 按照 NY 对总养分含量 ( 以烘干基计 ) 的要求 :w ( N + P 2 +K 2 O) 5%, 各堆肥处理均达要求 2 8 堆肥过程中种子发芽指数的变化由图 8 可知, 随着堆肥的进行, 种子发芽指数 (I G ) 呈上升趋势,F2 和 F3 处理 I G 值在第 16 天达 80% 以上, 而 F1 处理 I G 值到堆肥结束都未达到 80% 图 8 堆肥过程中种子发芽指数 (I G ) 的变化 Fig 8 Variation of I G of the 图 7 堆肥过程中总养分含量的变化 Fig 7 Variation of total nutrient in the 至堆肥结束时 F1 F2 和 F3 处理 I G 值分别为 77 90% % 和 93 30%,F2 处理 I G >100%, 表明 F2 可促进植物根系的生长 I G 值是腐熟度的重要参数之一, 可用于判断肥料的植物毒性当 I G <

5 424 生态与农村环境学报第 31 卷 50% 时肥料产品具有明显的毒性抑制作用 ; I G 为 50% ~ 80% 时没有植物毒性或基本腐熟 ;I G >80% 时肥料产品完全腐熟 [15] 因此,F2 和 F3 堆肥配方所制肥料产品完全腐熟 3 讨论堆肥实际上是微生物作用的过程, 温度含水量 C / N 比 ph 值均会影响微生物的活动, 从而影响堆肥进程合适的 C / N 比可以增加堆体孔隙度, 有利于通风供氧, 为堆体中好氧微生物的活动提供合适的环境 C / N 比过低易造成氨的损失, 致使堆体发臭,C / N 比过高则影响微生物的活动, 使堆体腐熟缓慢因此,C / N 比对堆肥的影响很大笔者试验中当 C / N 比为 25 时, 堆体温度达最高, 达到最高温所需时间最短, 高温持续时间最长赵建荣 [4] 等同样发现当鸡粪与秸秆 C / N 比为 25 时, 堆体达到最高温, 且高温持续时间最长温度是堆肥腐熟最重要的参考指标, 随着堆肥的进行, 堆肥温度逐渐升高, 堆体中微生物利用碳作为能源物质进行新陈代谢笔者选择的原材料含水量过高, 而椰糠本身具有很强的保水性和透气性, 保水性造成堆体含水量过高, 而透气性又保证了堆肥过程中微生物菌落对有氧环境的需求, 并保温保湿, 使得堆体在高含水量条件下仍保持高温, 至堆肥结束后堆体含水量仍在 70% 左右由于选用干鸡粪堆肥会增加生产成本, 建议堆肥时先将椰糠晾晒处理 5 ~ 7 d, 待含水量降低至 60% 左右再进行堆肥随着堆肥的进行,pH 值逐渐增加, 最后又略微下降, 这可能是由于有机质含量随着堆肥的进行降低, 小分子有机酸挥发, 含氮化合物被分解, 产生大量铵态氮, 促使 ph 值增加 [2] 堆肥腐熟后期, 氨的挥发和硝化作用生成硝态氮及微生物活动代谢产生酸造成 ph 值下降笔者试验中各处理全氮含量呈上升趋势, 这是由于微生物将高分子含氮化合物分解成铵态氮 [16], 虽然铵态氮会转化成气态氮或硝态氮流失, 但由于堆体含水量降低, 全碳含量减少, 总干物质质量减少幅度大于氨的挥发, 从而增加了肥料中的氮含量 [9,16] 微生物的活动大量消耗有机碳, 所以随着堆肥的进行, 有机质全碳和 C / N 比均呈下降趋势当 C / N 比为 25 时, 堆体为微生物活动提供了良好的生活环境, 微生物活动增强, 代谢加快, 有机质全碳和 C / N 比均呈下降趋势, 堆肥腐熟更彻底, 这 [9,13-16] 与前人研究结果一致随着发酵的进行, 堆肥逐渐腐熟, 发芽指数逐渐升高堆肥结束后, 堆体 F1 F2 和 F3 的 C / N 比分别为和 10 24, 总养分含量 w 分别为 7 94% 8 63% 和 8 29%, I G 分别为 77 90% % 和 93 30% 综上, 当 C / N 比为 25 且添加腐熟菌剂时, 鸡粪和椰糠堆肥达到最高温所需的时间最短, 高温持续时间最长, 肥料总氮磷钾含量最高, 种子发芽指数最大参考文献 : [1] 刘长莉, 威利, 黄剑, 等. 农业有机废弃物资源化利用 [ M]. 哈尔滨东北林业大学出版社,2010. [2] 艾平, 张衍林, 李善军, 等. 农业废弃物处理技术的分析 [ J]. 环境整治,2009(1): [3] 郑侃, 梁栋, 张喜瑞. 椰子废弃物综合利用现状与分析 [ J]. 广东农业科学,2013(5): [4] 赵建荣, 高德才, 汪建飞, 等. 不同 C / N 下鸡粪麦秸高温堆肥腐熟过程研究 [J]. 农业环境科学学报,2011,3(5): [5] 鲍艳宇, 周启星, 颜丽, 等. 不同畜禽粪便堆肥过程中有机氮形态的动态变化 [J]. 环境科学学报,2008,28(5): [6] 马开星, 邹长明, 赵建荣. 鸡粪堆肥腐熟过程中腐熟度参数的变化 [J]. 中国农学通报,2011,27(3): [7] 王晓娟, 李博文, 刘微, 等. 不同微生物促腐剂在鸡粪好氧堆肥中的应用研究 [J]. 水土保持学报,2011,2(1): [8] 邓小垦, 董存明, 张彦龙, 等. 生猪粪与香蕉茎秆高温堆肥的研究 [J]. 南京农业大学学报,2014,37(3): [9] 王晓娟, 李博文, 刘微, 等. 不同微生物菌剂对鸡粪高温堆腐的影响 [J]. 土壤通报,2012,43(3): [10] 牛明芬, 赵明梅, 郭睿, 等. 不同微生物菌剂对禽畜粪便堆肥效果的温度指标研究 [ J]. 环境保护与循环经济,2010,30( 5): [11] 匡石滋, 李春雨, 田世尧, 等. 香蕉茎秆与鸡粪混合堆肥效果的探讨 [J]. 农业环境科学学报,2011,30(3): [12] CHANYASA K, KUBOTS H. Carbon / Organic Nitrogen Ratio in Water Extract as Measure of Compost Degradation [ J ]. Fement Technology,1981,59: [13] MOREL T L,COLIN F,GERMON J C,et al.methods for the Eval uation of the Maturity of Municipal Refuse Compost[ M].London, UK:Elsevier Applied Science Publishers,1985. [14] 刘卫星, 顾金刚, 姜瑞波, 等. 有机固体废弃物堆肥的腐熟度评价指标 [J]. 土壤肥料,2005(3):3-7. [15] 沈其荣, 王瑞宝, 王岩, 等. 堆肥制作中的生物化学变化特征 [J]. 南京农业大学学报,1997,20(2): [16] 郑卫聪, 王俊, 王晓明, 等. 不同堆置措施对园林有机废弃物堆肥有机物降解的影响 [ J]. 华南农业大学学报,2012,33( 1): 作者简介 : 董存明 (1988 ), 男, 河南商丘人, 硕士生, 研究方向为有机肥配方研发 E mail: @ qq.com ( 责任编辑 : 陈昕 )

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<4D6963726F736F667420576F7264202D20B2CEBFBC3232C6DAD1A7CFB0D3EBCBBCBFBCC4DAD2B3> - 1 - - 2 - - 3 - - 4 - - 5 - 做四个全面的宣传者实践者 - 6 - - 7 - - 8 - - 9 - - 10 - - 11 - - 12 - - 13 - - 14 - - 15 - - 16 - - 17 - - 18 - - 19 - - 20 - 创新调处新机制构筑稳定防火墙 - 21 - - 22 - - 23