添加不同比例玉米秸秆对鸡粪有机肥品质的影响

毛同辉 罗杰 杨仕钰 熊勇 李平 张兰兰 燕志宏 邱雪松

摘  要：为高效利用玉米秸秆，提高有机肥品质及效益，本研究通过添加0、5％、10％、15％、20％、25％、30％（质量分数）的干燥玉米秸秆对鸡粪进行好氧发酵，测定鸡粪有机肥的有机质、总养分、pH、电导率、种子发芽率等肥力指标以及重金属含量情况。研究发现：15％玉米秸秆组的发酵周期显著短于5％、10％、20％、25％、30％玉米秸秆组，极显著短于对照组；添加15％（质量分数）以上玉米秸秆显著提高了鸡粪有机肥的总养分含量，添加15％、20％（质量分数）玉米秸秆显著提高了鸡粪有机肥的含量，添加10％、15％（质量分数）玉米秸秆显著提高了鸡粪有机肥种子发芽率；添加20％（质量分数）以上玉米秸秆显著增加了鸡粪有机肥砷含量，添加30％（质量分数）玉米秸秆显著增加了鸡粪有机肥铬含量，添加玉米秸秆显著增加了鸡粪有机肥铅含量，但均未超限。以上结果表明，玉米秸秆可作为发酵鸡粪有机肥的优质生物质原料，并且适宜的添加比例为15％（质量分数）。

關键词：玉米秸秆；鸡粪有机肥；重金属；堆肥发酵

中图分类号：S816 文献标志码：A 文章编号：1001-0769（2024）01-0056-06

我国是玉米种植大国，玉米秸秆年均产量约2.674 6亿t^[1]。玉米秸秆中含有大量碳源和氮源，是一种非常优质的生物质原料^[2]，而在农村常常被直接焚烧处理，这样不仅对环境造成破坏，同时也是资源的浪费。国家禁止秸秆焚烧意见的出台加快了玉米秸秆“四化”处理进程。目前，玉米秸秆主要通过直接还田、青贮饲料、堆肥等方式进行资源化利用^[3-5]。

我国是家禽饲养大国，每年鸡粪排泄量约2.88亿t。鸡粪含有大量的有机质、氮源、碳源、微量元素等，是非常优质的肥料源^[6]。鸡粪主要通过鸡粪脱水干燥技术、鸡粪堆肥技术、黑水虻养殖技术、鸡粪热化学转化技术等进行资源化利用^[7]。鸡粪堆肥技术主要有厌氧堆肥和好氧堆肥。柳冬梅等^[8]通过添加不同菌剂对鸡粪进行发酵发现，添加微生物菌剂能明显提高发酵温度和缩短发酵时间。曾泉等^[9]通过添加金针菇菌糠发酵鸡粪发现，添加菌糠能缩短发酵腐熟时间。Wan等^[10]通过在玉米秸秆鸡粪堆肥中接种不同比例微生物后发现，接种微生物能有效促进堆肥腐熟，提高氮源转化效率。王立闯等^[11]通过添加玉米秸秆对鸡粪进行厌氧发酵发现，添加少量玉米秸秆能够提高发酵过程中酶活性，缩短反应周期。韦小庆^[12]通过添加玉米秸秆与畜禽粪污进行发酵发现，玉米秸秆能显著提高有机肥总养分含量，缩短发酵周期等。关于利用玉米秸秆发酵鸡粪的适宜添加比例以及对有机肥肥力的影响研究较少，为此本研究通过添加不同比例玉米秸秆来发酵鸡粪，探究玉米秸秆发酵鸡粪的适宜添加比例以及对鸡粪有机肥肥力的影响，从而推动玉米秸秆的产业化应用，提高鸡粪有机肥品质，为秸秆肥料化利用以及家禽粪污资源化做好基础应用研究，提高农户经济效益，促进绿色农业和绿色生态的高效发展。

1  材料与方法

1.1 试验材料

鸡粪有机肥发酵原料由鸡粪、辅料、发酵菌剂、秸秆组成。鸡粪由贵州省思南县一家鸡场提供，为同一批次鸡所产；辅料为购买的锯末与稻壳，其所含水分的质量分数分别为30％和13％；发酵菌剂选用贵州煜宏生物科技有限公司提供的有机肥发酵菌，由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、哈茨木霉菌、米曲霉、海洋红酵母菌等组成；秸秆为同一批次干燥玉米秸秆，无霉变，打碎成5 cm长。

1.2 试验设计

鸡粪与辅料的混合比例为6∶4，在此基础上添加质量分数分别为0、5％、10％、15％、20％、25％、30％的干燥玉米秸秆，其碳、氮组成见表1。试验在贵州省思南县一家小规模鸡场开展，设7个组，每组3个重复，排成条列式，采用传统发酵工艺。每天翻堆一次，并在中午使用艾沃斯测试仪检测发酵温度。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 样本处理

各组各取5份样本，每份500 g，于105 ℃烘干后过40目筛。

1.3.2 有机质及总养分含量测定

参照NY/T 525-2021测定方法，测定结果为干物质基础的养分含量。

1.3.3 pH和电导率测定

采集鸡粪有机肥新鲜样本500 g，将样本与水按照1∶10（质量分数）混合，于浸提瓶中震荡30 min，离心机（Thermo Fisher Sorvall ST8，美国赛默飞公司）5 000 r/min离心20 min，取上清液，用pH计（赛多利斯铅-10，日本赛多利斯公司）测定pH，用电导仪（雷磁N18，上海仪电科技股权有限公司）测定电导率。

1.3.4 种子发芽率测定

将样本与水按照1∶10（质量分数）混合后浸提，吸取10 mL浸提液来培养黄瓜种子，测定种子发芽率及芽长，水作为对照组。

1.3.5 重金属测定

参照NY/T 1978—2010测定方法测定样本中砷、汞、镉、铬、铅的含量。

1.4 数据分析

试验数据用SPSS Vol.20.0软件进行差异显著分析，使用Origin 2022制图，Microsoft Excel制作数据表格。P＜0.05表示差异显著，     P＜0.01表示差异极显著。

2  结果与分析

2.1 添加玉米秸秆对鸡粪有机肥发酵温度的影响

鸡粪有机肥发酵需要经过升温、高温、降温、腐熟4个时期。发酵温度如图1所示，各玉米秸秆组之间在升温期（20 ℃～60 ℃）的发酵温度差异不显著（P＞0.05），但均显著高于对照组的（P＜0.05）。各玉米秸秆组在高温期（60 ℃～ 70 ℃）的发酵温度上差异不显著（P＞0.05）。各玉米秸秆组在降温期（60 ℃～30 ℃）的发酵温度均显著低于于对照组的（P＜0.05）。15％玉米秸秆组在腐熟期（30 ℃～25 ℃）的发酵温度显著低于5％、10％、20％、25％、30％玉米秸秆组的（P＜0.05），极显著低于对照组的（P＜0.01）。

15％玉米秸秆组的发酵周期显著短于5％、10％、20％、25％、30％玉米秸秆组的（P＜0.05），极显著短于对照组的（P＜0.01）。

2.2 添加玉米秸秆对鸡粪有机肥肥力的影响

添加玉米秸秆对鸡粪有机肥肥力的影响见表2。结果表明，添加15％、20％（质量分数）玉米秸秆能显著提高鸡粪有机肥的有机质含量（P＜0.05）。添加玉米秸秆对鸡粪有机肥pH、电导率无显著影响（P＞0.05）。10％、15％玉米秸秆组鸡粪有机肥的种子发芽率显著高于0、5％、20％、25％、30％玉米秸秆组的（P＜0.05）。15％玉米秸秆组鸡粪有机肥的总养分含量显著高于其他组的（P＜0.05）。

2.3 添加玉米秸秆对鸡粪有机肥重金属含量的影响

添加玉米秸秆对鸡粪有机肥重金属含量的影响见表3。结果表明，所有添加组鸡粪有机肥的重金属含量均未超限，25％、30％玉米秸秆组鸡粪有机肥的砷含量显著高于其他组的        （P＜0.05），各添加组鸡粪有机肥的铅含量显著高于对照组的（P＜0.05），各组在鸡粪有机肥汞含量和镉含量上差异不显著（P＞0.05），30％玉米秸秆组在鸡粪有机肥的铬含量上显著高于其他组的（P＜0.05）。

3  结论

15％玉米秸秆组鸡粪有机肥的发酵周期明显短于其他组的，这可能与发酵过程中碳氮比变化有关。Wan L等^[10]研究表明，添加玉米秸秆发酵鸡粪会显著影响碳氮比。碳氮比是微生物发酵的必要条件，会影响微生物的发酵能力。碳氮比的变化可能会使微生物在发酵过程中产生的过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、纤维素酶等代谢物出现差异^[13]，进而影响发酵周期。游宏建等^[14]研究表明，碳氮比为30∶1时有机肥发酵腐熟效果好。樊严^[15]研究表明，添加玉米秸秆能加快牛粪的发酵。高有清等^[16]研究显示，鸡粪与玉米秸秆厌氧干发酵，玉米秸秆的适宜添加比例为10％。本研究采用传统好氧发酵，发酵菌剂为好氧菌，对碳氮比的需求不同，因此玉米秸秆的适宜添加比例存在差异。

在堆肥过程中，有机肥的有机质含量受发酵温度、发酵时间、原料、菌剂、搅拌转速等多种因素的影响^[17]。Zhang等^[18]研究表明，发酵周期对有机质有显著影响，因为在堆肥过程中碳源被微生物分解为二氧化碳，发酵时间越长，有机质的损失就越多^[19]。本研究表明，添加15％（质量分数）玉米秸秆发酵鸡粪有机肥能显著缩短发酵周期，提高有机质含量。添加适宜比例的玉米秸秆能够妥善改变鸡粪有机肥的肥力，从而显著提高种子的发芽率（P＜0.05）。本研究表明，添加10％和15％（质量分数）的玉米秸秆显著提高了鸡粪有机肥的种子发芽率，与Chang等^[20]研究结果一致。种子发芽率与环境温度、品种、成熟度、营养成分等因素有关^[21]。多項研究表明有机质能显著提高种子发芽率^[22-26]。添加不同比例玉米秸秆对鸡粪有机肥总养分含量的研究结果表明，添加15％（质量分数）以上玉米秸秆能显著提高鸡粪有机肥总养分的含量，这与多项研究^[27-29]结果一致，这可能是因为玉米秸秆含有大量的碳源和氮源。

本研究发现，添加玉米秸秆显著增加了鸡粪有机肥中部分重金属含量，但均未超限。这可能与玉米秸秆的重金属含量以及种植等因素有关^[30-31]。此外，添加玉米秸秆会影响鸡粪发酵过程中的碳氮比，碳氮比的变化会影响微生物的功能活性，进而影响对重金属的降解^[32]。

本研究表明，玉米秸秆可作为发酵鸡粪有机肥的优质生物质原料，且适宜添加比例为15％（质量分数）。

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基金项目：农业废弃物资源化利用工程技术研究中心 （铜市科研[2022]6号）；基于生猪粪污生物降解地方微生物资源的研究（黔科合[2023]一般474）

作者简介：毛同辉（1979－ ），男，高级畜牧师，主要从事粪污资源化利用研究工作；E-mail：120276909@qq.com

*通信作者：燕志宏（1961－ ），男，教授，主要从事动物遗传育种资源开发研究；E-mail：2321462718@qq.com