有机肥条垛式和槽式发酵在生产上的应用比较

　　[摘 要] 上海农场有机肥料厂的商品有机肥好氧发酵生产工艺主要有2种，一是条垛式堆积发酵，二是槽式堆积发酵。在保证原料、环境及试验操作一致的条件下，将鸡粪、猪粪、菌渣作为有机肥生产原料分别进行条垛式和槽式好氧发酵，结果表明，条垛式发酵方式需要29 d完成一次发酵形成合格堆肥产品，槽式发酵需要45 d完成一次发酵形成合格堆肥产品。从发酵周期角度比较，条垛式堆积发酵优于槽式堆积发酵。

　　[关键词] 有机肥;条垛式;槽式;好氧发酵

　　随着我国畜禽养殖业的大力发展，集约化和规模化养殖程度越来越高，我国每年产生约38亿t畜禽粪污，这些粪污成为农业面源污染的主要来源。推广畜禽粪污处理技术对于实现畜禽粪污资源化和无害化利用，提高畜禽养殖者经济收入，促进农业和农村经济可持续发展，推進生态文明建设、贯彻绿色发展理念具有十分重要的意义。畜禽粪便是我国传统的有机肥料，养分齐全，有机质含量高，适量施用可以改良土壤、培养地力，防止土质下降，还可提高农产品产量与品质。由于当前农业生产长期过量使用化学肥料，土壤内有机质含量日益减少，腐殖质得不到及时补充，微生物活性降低，造成土壤板结、养分流失、保水保肥性能下降，对土壤的污染也日趋严重。

　　上海农场有机肥料厂商品有机肥生产方式有槽式发酵和条垛式发酵2种。槽式发酵将物料置于发酵槽内，利用生物学特性结合先进的机械化技术作用，通过槽式翻抛机械进行翻抛、搅拌及破碎，使物料发酵、腐熟、降解的一种堆肥工艺。条垛式发酵是将原料混合物堆成长条形的条垛，是一种常见的好氧发酵方法。

　　1 材料与方法

　　1.1 堆肥材料

　　试验在上海农场有机肥料厂进行，有机肥生产原料为上海农场境内生猪集团的猪粪、禽业公司的鸡粪以及当地菌菇厂的菌菇渣，其理化参数如表1所示。

　　表1 主要原料养分参数

　　[项目 水分/% 氮(N)/% 磷(P2O5)/% 钾(K)/% C/N 猪粪 60 0.50 0.55 0.40 21∶1 鸡粪 65 1.63 1.54 0.85 14∶1 菌渣 48 1.72 0.86 1.95 33∶1 ]

　　1.2 堆肥工艺

　　将猪粪、鸡粪、菌渣按照1∶1∶1混合成发酵原料，条垛式堆积发酵为把原料堆为长30.0 m、宽2.8 m、高1.2 m的三角形堆提;槽式堆积发酵为把所需的固体粪便与辅料混合好放置在长35.0 m、宽3.0 m、高1.2 m的水泥发酵槽内，两种堆肥均为隔1 d翻堆一次。

　　1.3 堆肥不同处理中取样方法及测定

　　自有机肥建堆之日起，每隔1 d对堆体进行取样，选取条垛式堆体和槽式堆体的两侧和顶部分别混合粉碎作为样品，定时检测堆体的温度、含水率。

　　对于温度测量，每天在2种堆体不同位置50 cm深度处测量温度值，并将平均值作为当天堆体温度。采用卤素水分测定仪测定样品含水量。

　　2 有机肥发酵原理

　　2.1 堆肥过程中有机质转化

　　通过堆肥中的微生物把有机质进行复杂的转化，该转化可以概括为2个过程：一是有机质的矿化过程，即把复杂的有机物分解成为单质，最后生成二氧化碳、水和矿物质营养素等;二是有机质的腐殖化过程，也就是有机质被分解并重新合成以产生更复杂的特殊有机质——腐殖质。

　　2.2 有机肥厌氧发酵

　　厌氧发酵则是在无氧条件下的有机物分解，产生甲烷、二氧化碳、有机酸等，并易产生臭味，而且发酵温度相对低、时间长。传统肥料发酵都采用厌氧发酵，发酵周期比较长，发酵不彻底，一些病原菌和寄生虫不能被有效杀死，一般不采用。而且发酵产生热量不均匀，肥料内水分不易散失，在实际生产中出现被压实板结的肥料，不利于农业施用。

　　3 有机堆肥好氧发酵过程

　　3.1 升温阶段

　　在堆肥生产的初始阶段，堆肥中的微生物主要是嗜温和好氧的菌种。微生物先利用易分解的有机物进行营养和繁殖，产生二氧化碳和水，同时产生热量使堆肥迅速升温，依靠中温型微生物堆肥的温度连续升高至30～40 ℃，被称为升温阶段。

　　3.2 高温阶段

　　当堆肥温度上升到45 ℃左右，嗜热性的微生物取代中温型微生物开始工作，温度持续上升至55～60 ℃及以上，进入高温阶段。在高温阶段，嗜热微生物把堆肥中复杂的有机物质进行强烈分解并产生大量热量，温度可以上升至60～70 ℃，在这个温度下，病原菌、虫卵、草籽等均可被杀死。高温也可以带走堆体的水分，在高温阶段，堆体的高度可以明显降低。

　　4 试验结果

　　4.1 不同堆肥处理方式温度变化

　　堆肥温度在无害化处理中起着非常重要的作用。其可以通过高温有效杀死有机肥中的病原体。根据中国高温发酵卫生标准(GB 7959—87)，最高发酵温度要求在50～55 ℃以上持续5～7 d。如图1所示，堆叠的温度逐渐升高，第2天超过55.0 ℃，第5天达到最高值67.5 ℃，然后开始下降。槽式堆肥发酵的温度逐渐升高，到第7天温度升至最高58.9 ℃，然后开始下降。两种不同堆肥处理最高温存在差距，可能好氧发酵程度不同。就条垛式发酵而言，其移动翻抛机功率较大，可以把物料粉碎抛出5～10 m，物料在空气中停留时间相对较长，氧气相对充足，其好氧微生物繁殖速度快。槽式电动翻抛机功率小于条垛式移动翻抛机，翻抛时主要是把槽内底层物料翻抛到上层，与氧气接触不充分，好氧发酵程度不及条垛式堆肥处理。

　　4.2 不同堆肥处理方式含水率变化

　　水的适宜性直接影响有机肥发酵的速度和成熟度。研究表明，以牲畜秸秆为原料的有机肥料堆肥的适宜含水量应为55%～65%。堆肥中的水可以参与微生物的代谢和调节堆肥温度。如图2所示，条垛式堆肥和槽式堆肥的初始含水量均为61%，并且条垛式堆肥和槽式堆肥的含水量均随发酵时间逐渐降低。其中，条垛式堆肥处理的有机肥料含水量降低至40%，并在第29天左右保持相对稳定。当发酵温度相对稳定时，槽式堆肥的含水量仍为45%，失水率远低于条垛式堆肥。

　　5 小结与讨论

　　5.1 小结

　　在相同有机肥生产原料情况下，条垛式堆肥处理升温速度和含水率降低速度均快于槽式堆肥处理，有机肥堆肥的温度和含水率都是有机肥发酵进展的宏观反映。条垛式发酵采用翻抛方式，发酵周期29 d左右。槽式发酵采用翻堆方式，发酵周期45 d左右。条垛式移动翻抛机可以把物料充分抛到空中，而且因为功率较大兼备了一定的粉碎功能，大大增加了物料与空气接触面积，所以条垛式翻抛物料相对全面充分没有死角。槽式翻抛只是把发酵槽底部的物料翻到上面，槽式翻抛由于发酵槽结构原因，槽壁和底部不能翻抛到而存在厌氧区域，易产生结块。

　　5.2 讨论

　　条垛式堆肥发酵技术难度小，对发酵场地要求低，处理量大，借助移动翻抛机翻抛方便灵活，可提高有机肥生产效率。槽式堆肥发酵对场地投入要求较大，发酵周期较长，处理效率低。所以，一般有机肥好氧发酵多采用条垛式移动翻抛发酵方式。

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