牛粪好氧堆肥发酵及其肥料化利用实践探讨

刘晓芳，丁晓，严梦羽

（兴化市畜牧兽医站，江苏 泰州 225700）

我国养殖业在发展期间会产生大量的畜禽粪便，由于养殖场自身技术能力有限，无法提高畜禽粪便利用率，会提高养殖工作的成本，对环境造成不小的伤害。当下需要关注畜禽粪便无害化处理，合理应用农业废弃物，提高农业废弃物利用率。在落实生态环境保护任务同时，还可以为养殖业、农业发展提供助力。养殖业在农业废弃物利用方面，使用耗氧堆肥发酵技术，对农业废弃物进行无害化处理，实现资源再利用的目的。

1 畜禽粪便资源化处理技术

1.1 饲料化上世纪80年代，我国推进畜禽粪便资源化利用的研究工作，鸡的肠道较短，排泄物内含有较多的营养物质，比如粗蛋白质、脂肪、矿物质、钙等成分。在饲料中加入鸡粪便，可以提高饲料的营养价值，但是该方式会降低饲料的口感，还会使饲料抗生素残留、病原菌复杂，相关问题一直没有得到解决。如果使用粪便提高饲料营养物质，必须使用高温的方式，对饲料进行无害化处理，才能作为饲料。当下有一部分发达国家不再使用畜禽粪便，而是使用蚯蚓消耗粪便中的有机物质，最终转变为营养价值高的饲料，可以供养殖场直接使用。剩余的粪便，大部分营养物质流失，但仍然可以作为农作物生长的供能来源，提高资源利用率。

1.2 能源化牧民在草原上会收集牛粪，将其作为供暖物质，以燃烧的方式放热，满足自身对温度的需求。牛粪中含有一定量的半纤维素与纤维素，使牛粪直接燃烧使用。在规模养殖场内，牛粪的含水率较高，此类牛粪不能作为燃烧物。牛粪类的纤维素含量较高，可以应用到工业酒精生产中，减少工业酒精制造对粮食的需求量。另外，沼渣还田在农业领域可以提高土壤的肥力，让土壤品质得到极大的提升。

1.3 肥料化畜禽粪便内含有大量的有机质与多种微量元素，肥效长，营养成分多，容易被作物吸收，是目前综合评分较高的肥料，可以满足种植业对土壤养分的需求，使土壤结构得到优化，将土壤理化甚至趋于平衡状态。但是畜禽粪便中存在一定的有害物质以及病原菌，如果直接使用畜禽粪便，将会对土壤造成伤害。因此，在畜禽粪便应用到还田后，需要进行无害化处理。畜禽粪便发酵在集约化发展的过程中应用较多，畜禽粪便发酵的方式较多，堆肥为常见的方法。堆肥法又可以分为无氧堆肥与好氧堆肥两种，好氧堆肥的使用范围较广。当下考虑到传统堆肥存在发酵不彻底、时间长、臭味大、氮素流失严重等问题，需要对堆体理化参数进行适当的调整，改变堆肥微生物群落结构，接种高效发酵微生物，从而使堆肥快速腐熟，为作物提供良好的养分，利于作物快速生长。

2 牛粪好氧堆肥发酵与肥料化的具体利用

2.1 原料与场地准备玉米秸秆与牛粪是发酵的主要原料，最好选择干料，其中不含水分与其余杂质。好氧发酵堆体在发酵时段，需要关注好氧发酵堆提物料颗粒粒度与发酵堆体初始含水率，对相关因素进行合理控制。经过研究发现，好氧发酵初始含水率的最佳区间为55%～65%，堆体内微生物活性应该在好氧发酵初始含水率处于合理区间时，才能保证堆肥效果处于最佳值。如果好氧发酵初始含水率超过60%，氧气活动将会遭到抑制，此时微生物活力也会随之下降，容易转变为无氧活动。如果原料为鲜秸秆与鲜牛粪，应该在使用前进行晾晒，晒干后，粉碎整块的牛粪，秸秆进行碎片化处理，秸秆颗粒直径控制在1cm范围内。

在堆肥初期使用外源微生物，可以快速分解肥料内部成分，使堆体温度在短时间内快速上升，降解木质纤维素的速度变快，堆肥周期也会因外源微生物的使用得到明显的缩短。在试验发酵菌剂应用期间，通过该菌剂合理应用，完成堆体周期的控制。发酵菌剂成分可以为侧芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌等有益菌，在多种有益菌混合下形成的发酵菌剂，需要均匀混合物料与菌剂，将发酵菌剂与一定量的谷粉、米糠混合配制，为堆肥活动快速开展提供材料。

发酵物料在选择时，应该根据发酵物料数量确定场地，尽可能选择通风好、有避雨结构的位置，还应保证场地地势平坦。一般选择通风好的简易房、仓库，简陋的遮雨棚也可以作为好氧发酵的工作场地。好氧堆肥发酵一般会受到堆肥湿度与温度的影响，如果氧气供应不足，也会影响到好氧堆肥发酵的效果。因此，需要确保相关因素得到合理的控制，经常进行喷水、翻堆等动作。如果发酵量较大，需要使用铲车与其他供水设备。所选的场地需要足够开阔，安装遮雨装置，或本身便存在遮雨结构。设计堆体时，科学给出堆体间隔距离，调整堆体大小，方便物料运输与铲车运行，不会对工作形成较大干扰。

2.2 堆肥过程好氧堆肥发酵阶段，需要根据工作区域确定工作时间，一般以每年的五月到十月为最佳选择。此阶段为好氧堆肥发酵的最佳时间，相关月份环境温度偏高，利于堆体温度的提升，可以使堆体微生物具备较高的活性。在相关条件下可以缩短发酵周期，利于翻堆、喷水、通风等操作的开展。如果在其他时间进行好氧堆肥发酵的工作，由于外部温度偏低，不利于堆体内微生物活动。此时，物料堆内外温差过大，不能保证发酵持续、均匀地开展，堆肥发酵效果难以达到预期目标。

物料堆形状设计需要从多方面考量，如果设计不当将会影响到发酵活动的进行，一般物料堆截面设置为T形。在发酵量不大的情况下，可以将物料堆下底宽1.5m、长度2m、高度1m；如果发酵量较大，可以设计物料堆下底宽2m、长度5m、高度1.2m。物料堆的间隔距离控制在5m～8m，物料堆间隔距离控制较为重要。在好氧发酵期间，会使用到一定数量的机械设备，科学的设定物料堆间隔距离，从而方便物料运输，也利于铲车翻堆工作的开展。

物料混合初始C/N是堆肥发酵较为关键的因素，应该加强对相关因素的管控，物料C/N是否设置得当，将会影响到堆肥内微生物活性。从好氧堆肥方面的文献中得知，C/N处于25:1～30:1区间，堆肥容易获得最佳状态。N元素为微生物生产繁殖的主要元素，如果C/N配比值过高，使微生物活性受到影响，难以保证堆体温度可以快速上升，使高温期时间较短，不能保证对肥的品质。如果C/N值较低，此时堆肥内部有机物质因水溶性盐分超于正常值，使堆肥有机物质无机化。在玉米秸秆与牛粪两种物质的检测中，计算N元与C元，最终发现玉米秸秆与牛粪按照2:5的质量混合配置，可以使C/N的值处于25:1到30:1的区间中。混合C与N元素时，选择分层混合的方式，按照混合物料添加一定含量的发酵菌剂。一般发酵菌剂的投放值在0.5～1kg/t范围内选择。提前准备秸秆与牛粪，并将菌剂与相关物质混合。在混合期间还需要时常进行喷水工作，随后使用铲车反复翻堆，直至相关材料混合均匀为止。在翻堆过程中，需要将物料堆截面设置为梯形，尽可能将物料堆下底宽、长度与高度设置为1.5m、1m、2m。将物料堆设置为小堆，不会占用过多的空间，也利于机械设备在现场应用，不会带来过多的麻烦。

在每个物料堆两侧分别安装传感器与分析仪，可以监测堆肥含水率与氧气情况。传感器配置数量与氧气含量分析仪一致，借助相关装置，在堆肥阶段检测堆体内部的氧气与湿度，检测堆体内30～50cm区间主要成分变化情况。结合监测到的信息进行实时管控，确保好氧堆肥发酵按照设定的流程进行。

堆体能否成功与水分含量关联较大，从现有文献得到的数据了解到，堆体水分适宜控制在55%～65%，在水分处于该区段时，堆体内微生物处于活跃状态，堆肥效果最佳。堆体内水分过低或过高，均会对堆体微生物活性造成不良影响。在好氧堆肥发酵阶段，随着堆肥时间的延长，使物料堆体中的水分随之蒸发，需要通过氧气含量分析仪与含水率传感器进行动态监测，从而可以掌握堆体内氧气水分含量。掌握物料堆水分所处的区间，在水分低于合理范围后，快速进行补水动作，将补充的水分控制在合理区间中，保证堆体内微生物拥有较大的活性。

在堆肥期间堆体内的温度处于时刻变化的情况，堆肥最佳的温度集中于45～55℃，如果堆肥温度超过该区间，会对物料堆肥产生影响，难以让微生物处于活性状态，可能会使堆肥时间变长。如果堆肥温度在70℃以上，将会对堆体内部微生物造成较大的伤害。如果堆体温度在60～70℃，可以选择翻堆的方式降低堆体温度。因此，在堆肥过程中需要了解堆体温度的变化情况，选择合理的方式控制堆体温度，从而可以良好的推进好氧堆肥工作，使堆肥发酵获得理想的效果。

在堆肥过程中需要选择合理的方式进行控制，考虑到不同时段堆体温度存在差异，因此需要分时段进行控制。在堆肥初期温度升高较快，2～3h堆体温度能接近70℃。如果此时堆体湿度在要求范围内，可以选择单独翻堆的方式控制堆体温度。随着堆肥时间的延长，堆体水分快速丧失，并且堆体温度随之升高，需要进行频繁的监测。使用氧气分析仪与湿度传感器，监测堆体氧气以及堆体湿度。如果堆体温度在60℃以上，同时堆体水分不足40%，需要快速进行翻堆操作，在降低堆体温度同时，还应该进行喷水操作。物料堆含水率应尽可能控制在55%～65%，将堆体温度控制在60℃以内，由此可以提高堆体内各类微生物的活性，也利于堆肥发酵的开展。如果堆肥期间堆体温度过高，或者堆体水分并没有在合理范围内，会影响到微生物活性，不能保证堆肥获得良好的效果。

2.3 腐熟程度判断堆肥需要经过20～30d，在经历高温期与适温期后，完成堆肥发酵任务。根据我国粪便无害化卫生标准给出的要求，堆肥温度需要维持在50℃以上。堆肥时间控制在7～10h，达到无害化标准。根据粪便无害化卫生标准提出的规定，结合堆体时间以及温度进行判断。此外，通过感官在物料堆肥60d左右，查看堆肥发酵情况，此时堆肥粪臭味会随之减弱，牛粪与玉米秸秆的颜色也趋近于黑褐色。此时如果玉米秸秆仍以块状方式呈现，还可以继续腐熟2～3个月。将温度控制在45～55℃。在此过程中，应尽可能将堆体湿度维持在50%～65%。在堆肥期间使用专用氧气分析仪与其他监测设备，收集堆体湿度、氧气、温度等方面的参数，及时进行翻堆操作，增加堆体氧气含量，使腐化程度随之提高。此外，需要杀死物料堆体内的有害虫卵，降解有害物质，最终使堆体秸秆腐化为小碎块，牛粪变为均匀的小颗粒，通过后期过筛操作，成为基质原料。

3 结语

在国家大力推进节能环保的背景下，好氧堆肥发酵技术可以对牛粪等物质进行无害化处理，不会对环境造成污染，提高资源利用水平，为养殖业、农业发展提供条件，成为国家较为关注的技术，具有较大的发展潜力。