羊糞發酵生產生物有機肥工藝優化

李進 袁春新 孫正國 黃步高

摘 要：選擇新鮮羊糞、水稻秸稈為原料發酵，研究生物有機肥生產的最佳工藝條件，以生物有機肥發酵過程中的有效活菌數為評價指標，在初始含水率、C/N、堆體大小、復合菌接種量、翻堆頻率等單因素試驗的基礎上，進行了正交優化試驗。結果表明，羊糞發酵生產生物有機肥的最佳工藝參數為初始含水率為50%，C/N為30∶1，堆體大小為2000kg，復合菌接種量為3‰，翻堆頻率為3d/次。在此優化工藝下，羊糞發酵生產的生物有機肥有效活菌數高達1.84×108CFU/g-1。

關鍵詞：羊糞;生物有機肥;發酵;有效活菌數

中圖分類號 S141 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）11-0085-03

Optimization of Bio Organic Fertilizer Production by Sheep Manure Fermentation

LI Jin1? ?YUAN Chunxin2? ?SUN Zhengguo1? ?HUANG Bugao3

（1Nantong Vocational College of Science and Technology， Nantong 226007， China; 2Nantong Rural Professional Technology Association， Nantong 226000， China; 3Nantong Bailong Organic Fertilizer Technology Co.， Ltd.， Nantong 226013， China）

Abstract： Fresh sheep manure and rice straw were selected as raw materials for fermentation， and the optimal process conditions for the production of bio organic fertilizer were studied. Taking the effective number of viable bacteria in the fermentation process of bio organic fertilizer as the evaluation index， the orthogonal optimization experiment was carried out on the basis of single factor experiments such as initial moisture content， C/N， pile size， inoculation amount of compound bacteria and turning frequency. The results showed that the optimum technological parameters for the production of bio organic fertilizer by sheep manure fermentation were as follows： the initial moisture content was 50%， C/N was 30∶1， the pile size was 2000kg， the inoculation amount of compound bacteria was 3‰， and the turning frequency was once/3d. Under this optimized process， the number of effective viable bacteria in sheep manure fermentation was as high as 1.84×108CFU/g-1.

Key words： Sheep manure; Biological organic fertilizer; Fermentation; Effective viable bacteria

畜禽養殖業的發展對于提升人們的物質生活水平具有極大的意義，同時會產生數量巨大的禽畜糞便固體廢棄物，若不經處理隨意堆放，將對生態環境及景觀、居民的日常生活及人們的健康造成嚴重威脅。另外，禽畜糞便也是面源污染和水體富營養化的主要來源，影響畜禽產業的可持續發展。畜禽糞便富含有機質及各種營養成分，利用畜禽糞便加入分解菌使其發酵并分解，生產出生物有機肥，增加農作物的產量和質量，培肥土壤、調控土壤微生態平衡、減少無機肥料用量。畜禽糞便發酵生產生物有機肥化害為利、變廢為寶，對農業的可持續發展具有重要意義[1-2]。

傳統的自然發酵存在發酵周期長，發酵產品的肥效低，對環境造成二次污染等問題。外加微生物菌劑能夠很好地增加堆肥過程的微生物降解能力、分解毒性物質、提升最終有機肥的品質，是整個生產的關鍵環節，同時水分、C/N比、溫度、pH、通氣情況等直接影響生物機肥的均一性、質量穩定性及發酵周期[3]。目前，畜禽糞便發酵生產生物有機肥的研究主要集中在外源微生物菌劑的選擇應用上，但關于羊糞好氧發酵的工藝系統的研究仍然少見報道[4]。為此，本試驗以枯草芽孢桿菌、施氏假單胞菌、綠色木霉為復合菌種，以新鮮羊糞、水稻秸稈為原料發酵生產生物有機肥，研究堆肥發酵過程中原材料C/N、含水率、翻堆次數、復合微生物菌劑接種量對有效活菌數的影響[5-7]，以期使優化發酵過程中的主要工藝參數，探討最優發酵工藝條件，生產生物有機肥更加高效，生產出的生物有機肥也更有品質[8]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 發酵原料 以南通地區常見的新鮮羊糞和水稻粉碎秸稈為發酵原料，并輔以少量的尿素或木屑調節發酵原料的含水率和C/N。

1.1.2 發酵用復合微生物菌劑的制備 發酵用枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、施氏假單胞菌（Pseudomonas sp.）、綠色木霉綠色木霉（Trichoderma viride）在相應的培養基上擴大培養：（1）用無菌生理鹽水洗滌保存斜面，至無菌三角瓶中搖勻即成菌懸液;（2）接種斜面培養物于種子瓶，細菌在30℃，180r培養12h得到種子液，霉菌在28℃，220r培養48h得到種子液;（3）10%的種子液接種到發酵瓶中擴大培養48h得到發酵液。將發酵液與滅菌麩皮以1∶1的比例混合發酵24h，72h后晾干，制成固體菌劑。將固體菌劑按發酵用枯草芽孢桿菌∶施氏假單胞菌∶綠色木霉綠色木霉=1∶1∶2的質量比例均勻混合制成復合微生物菌劑。

1.2 試驗方法

1.2.1 發酵工藝優化單因素試驗 5月15日，試驗在南通市白龍有機肥科技有限公司發酵車間進行，將羊糞與水稻秸稈均勻混合堆成圓錐形進行靜態發酵。設置基礎發酵工藝參數含水率50%，為C/N為25∶1，堆體1000kg，復合菌劑接種量為發酵料的3‰，2d翻堆一次，堆肥20d。改變其中一個參數，其他參數不變，分別研究C/N（20∶1、25∶1、30∶1、35∶1），初始含水率（40、50、60、70%），堆體大?。?00、1000、1500、2000kg）翻堆頻率（1、2、3、4d/次），復合菌接種量（1、3、5、7‰）對羊糞發酵生產生物有機肥的影響。生物有機肥質量的優劣主要取決于其中所含益生菌的作用強度和活菌數量，本研究以有效活菌數作為評價指標，初步確定初始含水率、C/N、堆體大小、復合菌接種量、翻堆頻率等5個單因素的最適范圍。單因素試驗均3次重復，數據取3次試驗的平均值[2]。

1.2.2 發酵工藝優化正交試驗 根據單因素試驗結果，采用5因素4水平的正交試驗對初始含水率、C/N、翻堆大燭、復合菌接種量、翻堆頻率等5個因素進行正交組合，同樣用有效活菌數對發酵工藝進行評價。

1.2.3 測定方法 有機肥產品技術指標：按照NY 525—2021《有機肥料》中的方法測定[9]。有效活菌數：按照NY/T 2321—2013《微生物肥料產品檢驗規程》中的方法測定[10]。

1.2.4 數據處理 用Eexcel統計數據，用SPSS統計軟件對數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 羊糞發酵生產生物有機肥工藝優化單因素試驗

2.1.1 初始含水率對羊糞發酵生產生物有機肥的影響 隨著初始含水率的升高，生物有機肥的有效活菌數總體呈先上升后下降的趨勢。初始含水率40%時生物有機肥有效活菌數0.52×108CFU·g-1，初始含水率50%時有效活菌數最高為1.16×108CFU·g-1，含水率60、70%時有效活菌數分別為0.95×108、0.47×108CFU·g-1。水分過多占據物料孔隙取代了空氣，使好氧微生物活性降低，限制機物分解速度。水分過低時，物料中的營養成分無法充分溶解，阻礙微生物的生長繁殖。因此，初始含水率設置為50%。

2.1.2 C/N對羊糞發酵生產生物有機肥的影響 當C/N比為20、25、30∶1時，生物有機肥的有效活菌數分別為0.32×108、0.4×1081、0.55×108CFU·g-1。C/N比為35∶1時，有效活菌數迅速下降到0.28×108CFU·g-1。C/N比過低，微生物對有機物的生物氧化過程產生氨造成了嚴重的氮素損失，影響環境并毒害微生物。C/N比過高，微生物因為氮不足，生長也受到限制。因此，初始C/N調整為30∶1。

2.1.3 堆體大小對羊糞發酵生產生物有機肥的影響 當堆體為500、1000、1500kg時，有效活菌數不斷增加，分別為0.41×108、0.53×108、0.64×108CFU·g-1。堆體為2000kg時，有效活菌數為0.62×108CFU·g-1，比最高值略低。堆體小不利于保溫，影響熱真菌、好熱放線茵、好熱芽孢桿菌等微生物的活動，堆體過大影響通氣，抑制好氧微生物的活動，使發酵周期變長，均影響生物有機肥的質量。因此，堆體大小選擇2000kg。

2.1.4 復合菌接種量對羊糞發酵生產生物有機肥的影響 增加復合菌接種量，生物有機肥有效活菌數隨之增加;復合菌接種量為3%時，有效活菌數為1.29×108CFU/g。復合菌接種量為5、7%時，有效活菌數為1.32×108、1.34×108CFU/g生物，有效活菌數增加不多。接種量過小則會延長培養時間，降低產率。接種量過大會引起溶氧不足，不僅影響產物的合成，有時還會移入代謝廢物，造成浪費。綜合考慮，選擇復合菌接種量為3‰。

2.1.5 翻堆頻率對羊糞發酵生產生物有機肥的影響 隨翻堆頻率的降低，生物有機肥的有效活菌數逐漸降低。翻堆頻率為1d/次時，生物有機肥的有效活菌數最高為0.93×108CFU/g。翻堆頻率為2、3d/次時，有效活菌數為0.89×108、0.87×108CFU/g，比最高值班降幅不大。翻堆頻率為4d/次時，有效活菌數急劇下降到0.51×108CFU/g。翻堆是為了增加通氣，通氣量不足將抑制好氧微生物的活動，使發酵周期變長，影響生物有機肥的質量。如果通氣太旺，微生物活動旺盛，有機質分解加劇，腐殖質積累減少，同時通氣過于旺盛還會帶走大量的熱量，影響發酵溫度。因此，翻堆頻率3d/次較合適。

2.2 羊糞發酵生產生物有機肥工藝優化正交試驗 根據正交試驗的極差R，各因素對生物有機肥有效活菌數的影響次序為翻堆頻率>C/N>堆體大小>復合菌接種量>初始含水率。羊糞發酵生產生物有機肥發酵條件最優組合為，初始含水率為50%，C/N為30∶1，堆體大小為2000kg，復合菌接種量為3‰，翻堆頻率為3d/次。在此優化工藝下，羊糞發酵生產生物有機肥的有效活菌數高達1.84×108CFU/g。

3 結論

羊糞發酵生產生物有機肥是一個復雜的生化反應過程，生物有機肥質量受到多個因素的影響，這些因素相互關聯影響并不斷變化[11]。本試驗選取了初始含水率、C/N、堆體大小、復合微生物菌劑接種量、翻堆次數等5個影響發酵的主要因素進行研究。以有效活菌數為考察指標，在單因素試驗的基礎上，采用正交試驗優化生物有機肥發酵工藝，羊糞發酵生產生物有機肥最佳工藝參數為初始含水率為50%，C/N為30∶1，堆體大小為2000kg，復合菌接種量為3‰，翻堆頻率為d/次。在本研究的優化工藝條件下，羊糞發酵效率和發酵產品生物有機肥質量得以提高，為羊糞大規模開發利用提供了必要的工藝參數和理論依據。

參考文獻

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[9]中華人民共和國農業部.2021.NY 525—2021有機肥料[S].北京：中國農業出版社，2021.

[10]中華人民共和國農業部.NY/T 2321—2013微生物肥料產品檢驗規程[S].北京：中國農業出版社，2013.

[11]王琦.牛糞發酵生產生物有機肥的工藝優化及應用研究[D].西安：西北大學，2008.

基金項目：南通市通州區科技計劃：活性有機肥料生產關鍵控制技術與創新（2021GA69004）。

作者簡介：李進（1975—），男，江蘇揚州人，高級農藝師，從事循環農業教學研究工作。? 收稿日期：2022-02-20