自发热好氧堆肥养分变化特征研究

摘要［目的］ 研究羊粪自发热好氧堆肥中不同腐熟阶段的养分变化特征。［方法］通过堆肥的升温期（初始羊粪）、高温期、降温期和腐熟期为研究对象，探讨羊粪自发热好养堆肥4个不同腐熟阶段的温度、含水率、碳氮比（C/N）、有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾、pH、电导率的变化特征。［结果］羊粪自发热好氧堆肥时长43 d，升温期6 d，55 ℃以上高温期18 d，降温期13 d，腐熟期6 d。随着堆肥的进程有机质分解，堆体的碳氮比（C/N）逐渐减少；碳氮比总降幅40.69%，升温期和降温期占比70.15%，腐熟期碳氮比19.49可以认为基本腐熟；有机质含量从80.45%减少到60.14%，降温时有机质含量下降速率最快为18.57%，腐熟期最慢为3.76%。全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾、pH随着堆肥的进程呈显著递增，其中降温期速效养分占全磷、全钾百分比最高。电导率随着堆肥的进程先降低后升高，电导率从大到小为腐熟期有机肥＞降温期有机肥＞未腐熟羊粪＞高温期有机肥。［结论］自发热好氧堆肥能够使有机物进行生物降解和生物合成，趋于稳定；通过自发热好氧堆肥了解不同腐熟阶段的有机肥养分特征，旨在为不同腐熟阶段有机肥资源高效利用和土壤培肥提供基础参数。

关键词羊粪；自发热好氧堆肥；养分

中图分类号S141.4文献标识码A

文章编号0517-6611（2023）08-0162-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.08.038开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on the Nutrient Variation Characteristics of Self-heating Aerobic Composting

BAI  Hong-mei JIANG  Wei CHEN  Shu-hui et al（1.Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences， Hohhot，Inner Mongolia   010031;2. College of Grassland，Resources and Environment， Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot， Inner Mongolia   010011）

Abstract［Objective］To study the nutrient changes of sheep manure self-heating aerobic composting at different maturity stages. ［Method］ Taking the heating period （initial sheep manure）， high temperature period， cooling period and maturity period of compost as the research object， to investigate the characteristics of temperature， water content， C/N ratio， organic matter， total nitrogen， total phosphorus， total potassium， available phosphorus， available potassium， pH and electrical conductivity of sheep manure self-heating aerobic compost at four different maturity stages. ［Result］Sheep manure self-heating aerobic composting lasted 43 days， 6 days of heating period， 18 days of high temperature period above 55 ℃， 13 days of cooling period and 6 days of decomposing period. With the composting process， the organic matter decomposed and the C/N ratio decreased gradually;the total decrease of C/N ratio was 40.69%， and the proportion of heating period and cooling period was 70.15%;the C/N ratio of 19.49 in the cooling stage could be considered as basically mature. The organic matter content decreased from 80.45% to 60.14%， the decrease rate of organic matter content was the fastest 18.57% at cooling stage， and the slowest 3.76% at maturity stage. Total nitrogen， total phosphorus， total potassium， available phosphorus， available potassium and pH increased significantly with the progress of composting， and the percentage of available nutrients in total phosphorus and total potassium was the highest in cooling stage. The electrical conductivity decreased first and then increased with the composting process， and the order of electrical conductivity from large to small was： decomposing period>cooling period>undecomposed period>high temperature period. ［Conclusion］Self-heating aerobic composting can stabilize organic matter through biodegradation and biosynthesis;through self-heating aerobic composting to understand the nutrient characteristics of organic fertilizers at different stages of maturity， it aims to provide basic parameters for the efficient utilization of organic fertilizer resources at different stages of maturity and soil fertility.

Key wordsSheep manure;Self-heating aerobic composting;Nutrient

有机肥是畜禽粪便资源化利用、提高土壤肥力和供给作物养分的重要途径之一［1］，对实现有机肥替代化肥、发展绿色可持续农业具有重要意义［2］。目前我国已经发展成为一个畜禽养殖大国［3］，截至2020年，我国养殖业畜禽粪便和废弃物达42.44亿t；相比2000年的27亿t增加了57.19%［4］，但其利用率尚未达60%；每年约有15.2亿t畜禽粪便和废弃物已成为我国农业面源污染的主要来源［5］。而好氧堆肥是畜禽粪便处理和资源再生于一体的生物处理方法，也是国内外一种经济且环保的固体有机废物资源化技术，能将有机固体废弃物减量化、无害化和资源化［6］。不同腐熟水平的有机肥所含的碳源和养分有很大差别，完全腐熟有机肥中养分及碳素损失严重，“快速分解阶段”基本在堆肥过程中完成，从而施入土壤后，降低肥效，影响作物生长，而未完全腐熟有机肥，在土壤中是“快速分解阶段”，能够缓慢分解可持续几年的时间，能够大量繁殖微生物和增加土壤酶活性，促进土壤的生物化学作用，形成较大数量的新生腐殖质［3］。但为了减少未腐熟有机肥的病原菌带入土壤，农田基本加大使用完全腐熟有机肥来替代化肥。目前腐熟有机肥“快速分解阶段”的产物及未腐熟有机肥腐解过程对土壤的培肥和改良的影响尚未见深入系统的研究，笔者通过自发热好氧堆肥了解不同腐熟阶段有机肥养分特征，旨在为不同腐熟阶段有机肥资源高效利用和土壤培肥提供基础参数。

1材料与方法

1.1试验材料堆肥原料采用农家新鲜羊粪，供试羊粪取自内蒙古呼和浩特骏伟农业贸易有限公司。堆肥试验为收集的新鲜纯羊粪用干净自来水调节初始含水率在55%左右，然后将混匀的羊粪堆成长1.5 m、高0.6 m、宽1.5 m的堆垛进行堆肥，堆肥原料的理化性质：含水率12.42%，有机质80.45%，全氮1.42%，全磷1.20%，全钾2.57%，pH 8.49。

1.2试验设计堆肥试验在内蒙古自治区农牧业科学院蔬菜花卉研究所试验基地进行，试验时间为7月15日至8月26日，周期为43 d，采用人工翻堆方式通风供氧，根据CJJ 52—2014 生活垃圾堆肥处理技术规范，堆肥温度达55 ℃为进入高温阶段［7］。试验分4个阶段取样，分别为未腐熟羊粪（S）、高温期有机肥（≥55 ℃）（G）、降温期有机肥（J）、腐熟期有机肥（F），堆肥过程中的温度和水分含量均在09：00取样测定，同时根据堆体温度变化情况，升温和高温阶段每2 d翻堆一次，降温阶段每4 d翻堆一次。未腐熟羊粪取自原材料，高温期、降温期和腐熟期均在每个阶段第5天取样（500 g），取样则采用“多点混合法”，分别在堆体的上层、中层、下层采集相同量的样品，混合均匀［8］。4个阶段取出的样品进行风干灭菌保存，用于测定不同腐熟阶段有机肥养分变化。

1.3测定项目与方法堆制的第0、11 、30 、40天采样，共计4次。取样后放置阴凉处自然风干。堆肥温度采用插入式土壤温度计测定。含水率在105 ℃下烘干至恒重测定。测定pH、电导率时，粉碎过筛2 mm的风干样与蒸馏水按体积比1∶10混合，连续振荡30 min，再静置30 min，取上层清液过滤后用pH计和电导率仪S230-K测定。有机质用粉碎过筛0.149 mm 的风干样采用重铬酸钾氧化-外加热法测定，其他各项养分指标用粉碎过筛1 mm风干样测定，测定全氮、全磷、全钾需将风干样准确称取0.2～0.5 g（精准到0.001 g），用硫酸和过氧化氢进行消解，全氮凯式定氮法分析，全磷采用钒钼酸铵比色法测定，全钾采用分光光度计比色法分析 （按照中华人民共和国农业行业标准. NY525—2012有机肥料行业标准），速效磷按照NY/T300－1995测定，速效钾按照NH4OAC浸提-火焰光度法测定，全碳采用元素分析仪测定，随后求出C/N。

1.4数据处理与统计分析试验数据采用Microsoft Excel 2010进行处理，单因子方差分析采用SPSS 19.0进行处理。图表中的数据均为平均值±标准差。

2结果与分析

2.1堆肥过程中温度与含水率的变化初始羊粪调节含水率为57.8%，充分混匀后放入发酵池中进行发酵。羊粪自发热好氧堆肥温度和含水率变化见图1。羊粪好氧堆肥时长43 d，经历了升温期、高温期、降温期和腐熟期的温度变化。堆体温度第9天达到峰值68.2 ℃。堆肥过程中65 ℃以上温度维持4 d，55 ℃以上温度维持18 d，满足静态通风堆肥要求［7］，并达到无害化要求。其中堆肥升温期共6 d；起始堆肥4 d内温度均在50 ℃以下，第5天开始升温较快达到53.53 ℃。第7天温度进入高温期，堆肥高温期共持续18 d，65.2～68.2 ℃持续4 d，55～65 ℃持续14 d。第25天温度开始进入降温期，共持续13 d，温度均在39.21～49.55 ℃。第38天温度开始进入腐熟期，翻堆后堆肥中温度不再上升。

堆体初始含水率为57.80%，随着堆肥的进行含水率不断下降，第43天含水率为35.73%，含水率在50%以上时反应速度较快，之后逐渐下降，含水率下降到38.4%时，反应基本停止。堆肥第32天时温度已经45 ℃以下，此时易分解有机物分解完毕，微生物代谢减弱［9］，堆肥中温度下降，水分下降速率也会减缓，因为水分和微生物代谢是相辅相成的供给关系。按照温度划分：未腐熟初始有机肥含水率57.8%，高温期含水率53.0%，降温期含水率38.4%，腐熟期含水率34.1%，4个阶段堆肥含水率存在显著差异（P＜0.05）（图1）。

2.2不同腐熟阶段有机肥C/N的变化碳氮比（C/N）是影响好氧堆肥过程的重要工艺参数之一，也是用来判断堆肥腐熟程度的重要化学指标之一［10-11］。研究认为，堆肥初始的碳氮比（C/N）20～30比较适宜［12-13］。当堆肥的碳氮比（C/N）小于20时认为其基本腐熟［14-15］。羊粪自发热好氧堆肥过程中C/N变化见图2。由图2可知，随着堆肥的进程C/N逐渐降低，未腐熟羊粪C/N 32.86，高温期28.00，降温期24.01，腐熟期19.49，4种不同腐熟阶段有机肥C/N存在显著差异（P＜0.05）。C/N总降幅为40.69%，高温期、降温期和腐熟期C/N降幅分别占总C/N降幅的36.35%、29.84%、33.81%；说明从堆肥到高温期和降温期到腐熟期C/N下降幅度最大。从C/N评价腐熟程度看，温度稳定期的C/N小于20，因此稳定期有机肥属于腐熟有机肥。从温度对堆肥腐熟度的评价来看，堆肥温度接近环境温度，温度不会再发生明显变化，此时堆肥基本腐熟，该堆肥试验腐熟期温度接近常温，可视为腐熟有机肥。