本發(fā)明涉及一種畜禽糞便快速堆肥處理方法，屬于畜禽糞便資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，可專用于畜禽糞便快速無害化處理與肥料化利用。
背景技術(shù)：
隨著我國規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展,畜禽糞便集中排放導(dǎo)致的環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計，2010年全國畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放的化學(xué)需氧量(cod)和氮、磷排放量占全國排放總量的45％、25％，占農(nóng)業(yè)源的比例為95％、79％，是農(nóng)村面源污染的主要污染源。大量未經(jīng)處理的畜禽糞便直接排放，對大氣、土壤、水體造成嚴(yán)重污染，甚至危及人類健康。對畜禽糞便進(jìn)行合理有效處理及資源化利用,是保證畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展重要途徑。
高溫好氧堆肥是畜禽糞便無害化處理的主要方法之一。畜禽糞便經(jīng)過高溫堆肥后，不僅病原微生物、寄生蟲卵及雜草種子得到滅活，其易降解有機(jī)物被降解，物料得以穩(wěn)定化。畜禽糞便堆肥產(chǎn)物，是一種含有豐富有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀及中微量元素，是一種優(yōu)良有機(jī)肥料。因此，通過堆肥化處理，畜禽糞便可以轉(zhuǎn)變成優(yōu)質(zhì)安全的有機(jī)肥加以利用，化廢為寶。
迄今，國內(nèi)外對畜禽糞便堆肥化工藝進(jìn)行了大量研究，開發(fā)出了多種處理工藝與方法。目前，國內(nèi)普遍采用的條垛式、槽式、滾筒式或倉式發(fā)酵工藝，堆肥過程一般經(jīng)歷升溫、高溫、降溫、腐熟等幾個階段。在常規(guī)堆肥過程，堆肥發(fā)酵溫度一般控制在70℃以下，超過70℃一般采用翻堆或通風(fēng)措施進(jìn)行降溫。常規(guī)堆肥之所以在70℃以下進(jìn)行，原因在常規(guī)堆肥中高溫階段發(fā)酵的嗜熱微生物難以耐受70℃以上高溫，過高溫度會導(dǎo)致大量嗜熱微生物死亡，從而不利于后續(xù)發(fā)酵。因此，常規(guī)或傳統(tǒng)堆肥發(fā)酵周期長，一般在30～60天，有的甚至長達(dá)半年。過長的堆肥周期，不僅會導(dǎo)致物料碳氮損失量大(一般在30～60％)，而且導(dǎo)致堆肥占地面積大及基礎(chǔ)設(shè)施投資大，堆肥處理成本增高。
為加快堆肥化速率，提高堆肥效率，國內(nèi)外開展了大量研究。專利cn101696391b公開了一種農(nóng)業(yè)廢棄物的快速堆肥菌劑及其生產(chǎn)有機(jī)肥的方法，該專利技術(shù)采用一種纖維素降解菌的菌劑，促進(jìn)廢棄物堆肥發(fā)酵，因菌株單一且工藝方法為傳統(tǒng)好氧高溫堆肥，堆肥周期仍長達(dá)30天。專利cn101555169b公開了一種有機(jī)廢棄物的規(guī)?；焖俣逊史椒ǎ摲椒ㄊ紫葘l(fā)酵物料先進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)發(fā)酵，并維持高溫發(fā)酵期1～15天，再轉(zhuǎn)入強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛發(fā)酵系統(tǒng)進(jìn)行二次發(fā)酵直至腐熟。該發(fā)酵過程復(fù)雜，需要配置兩套發(fā)酵系統(tǒng)，二次發(fā)酵時須進(jìn)行物料轉(zhuǎn)移，費(fèi)時費(fèi)力，占地面積大，且腐熟時間長。專利cn201210588066.8公開了一種生物質(zhì)倉式堆肥處理設(shè)備及方法，利用微生物菌劑，采用空氣加熱使得封閉發(fā)酵倉中的溫度達(dá)到50～60℃發(fā)酵5～7天，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)物料的腐熟?，F(xiàn)有技術(shù)中常用堆肥菌種以常溫菌為主，如cn101905985b公開了一種用于畜禽糞便發(fā)酵生產(chǎn)生物有機(jī)肥的微生物腐熟劑的制備方法，所采用的菌種適宜發(fā)酵溫度為30～40℃。專利cn201510054436.3公開了一種微生物有機(jī)物料腐熟劑及其制備方法，所含的復(fù)合菌種為酵母菌、黑曲霉、放線菌和枯草芽孢桿菌，發(fā)酵溫度為30℃。
為探索畜禽糞便快速堆肥方法，近年來申請者分離篩選了多株超高溫菌(hyperthermophilicbacteria)和極端嗜熱菌(extremethermophilicbacteria)，用于畜禽糞便80～85℃超高溫堆肥中，獲得了良好效果。堆肥時間可以縮短至24h以內(nèi)，堆肥過程碳氮損失低于5％，物料中有害生物全部得到滅活，惡臭及克生毒素完全去除，堆肥產(chǎn)品肥效較傳統(tǒng)堆肥產(chǎn)品高出30％以上。由于堆肥周期極短，堆肥綜合成本與傳統(tǒng)堆肥基本相當(dāng)。目前，未見有關(guān)利用超高溫堆肥方法處理畜禽糞便的報道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明提供一種畜禽糞便超高溫堆肥方法，由該方法獲得的有機(jī)肥料，對提升土壤肥力、提高作物產(chǎn)量效果顯著，且能明顯提高作物氮素利用率和作物品質(zhì)，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種畜禽糞便超高溫堆肥方法，其具體步驟如下：
1)將畜禽糞便與調(diào)理劑混合形成混合料后，調(diào)節(jié)含水率至45～60％，加入0.1％(w/w)有機(jī)物料腐熟菌劑，獲得發(fā)酵原料；
2)利用步驟1)獲得的發(fā)酵原料轉(zhuǎn)入輔以外加熱裝置的溫度可控的發(fā)酵倉中，通過高壓風(fēng)機(jī)對物料進(jìn)行曝氣或攪拌供氧，進(jìn)行好氧堆肥，經(jīng)1～2h后待發(fā)酵原料升溫至80～85℃，在此溫度下繼續(xù)發(fā)酵16～24h，獲得超高溫堆肥產(chǎn)品；
發(fā)酵期間，還可以通過高壓風(fēng)機(jī)或攪拌的方式對物料進(jìn)行曝氣供氧；
其中，所述發(fā)酵原料中，畜禽糞便所占質(zhì)量百分比為80～85％，余下為調(diào)理劑；
所述發(fā)酵原料中，以質(zhì)量百分比計，有機(jī)物料腐熟菌劑占0.1％，有機(jī)物料腐熟劑中有效活菌數(shù)不低于1×108cfu/g。
進(jìn)一步，本發(fā)明所述利用畜禽糞便的超高溫有機(jī)肥料制備方法中，步驟1)所述畜禽糞便為牛糞、豬糞、雞糞、鴨糞、鵝糞、羊糞中的一種或多種。
進(jìn)一步，本發(fā)明所述利用畜禽糞便的超高溫有機(jī)肥料制備方法中，步驟1)所述調(diào)理劑為植物秸稈粉、礱糠、菌菇渣、鋸末或中藥渣的一種或幾種。
進(jìn)一步，本發(fā)明所述利用畜禽糞便的超高溫有機(jī)肥料制備方法中，步驟1)所述調(diào)理劑的長度小于2cm。
進(jìn)一步，本發(fā)明所述利用畜禽糞便的超高溫有機(jī)肥料制備方法中，步驟1)所述有機(jī)物料腐熟劑是由嗜熱脲芽孢桿菌、土芽孢桿菌、嗜熱脫氮芽孢桿菌、紅嗜熱鹽菌和嗜熱棲熱菌混合后獲得。
進(jìn)一步，本發(fā)明所述利用畜禽糞便的超高溫有機(jī)肥料制備方法中，步驟1)所述有機(jī)物料腐熟劑中，嗜熱脲芽孢桿菌、土芽孢桿菌、嗜熱脫氮芽孢桿菌、紅嗜熱鹽菌和嗜熱棲熱菌的活菌數(shù)之比為1:1:1:1:1。
進(jìn)一步，本發(fā)明所述曝氣供氧是指以本領(lǐng)域常規(guī)方式對堆肥物料進(jìn)行好氧發(fā)酵，發(fā)酵期間總曝氣量優(yōu)選每千克干物質(zhì)(即物料在105℃的恒溫下，充分干燥后的剩余物)通入0.3～1.2m3干空氣(即去除水汽、液體之后的空氣)；若采用攪拌方式供氧，攪拌速率優(yōu)選為20～40轉(zhuǎn)/分。
本申請中，技術(shù)術(shù)語“超高溫”是指酵溫度高于常規(guī)高溫堆肥(常規(guī)最高發(fā)酵溫度<75℃)，溫度范圍為80～85℃。
本發(fā)明對所涉及的嗜熱脲芽孢桿菌、土芽孢桿菌、嗜熱脫氮芽孢桿菌、紅嗜熱鹽菌和嗜熱棲熱菌具體菌種并無特殊限制，只要該菌種在畜禽糞便堆肥環(huán)境中能正常生長、繁殖，即可實(shí)現(xiàn)發(fā)明之目的。
通過本發(fā)明的方法獲得的超高溫堆肥產(chǎn)品，不僅能快速高效解決畜禽糞便對環(huán)境造成的污染，而且獲得的有機(jī)肥料貯存、運(yùn)輸方便，施用方便。本發(fā)明不僅為作物生長提供多種營養(yǎng)物質(zhì)，增加作物產(chǎn)量，提高作物品質(zhì)高和氮素利用率，而且提高土壤有機(jī)質(zhì)，活化土壤養(yǎng)分，減少化肥施用量。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例中涉及微生物來源：
嗜熱脲芽孢桿菌：中國專利201210222021.9公開的嗜熱脲芽孢桿菌jd-50；
土芽孢桿菌：為文獻(xiàn)“嗜熱土芽孢桿菌gsey01及其高溫蛋白酶的初步研究”(廖艷江等，生物技術(shù)通報，2010)所公開的嗜熱土芽孢桿菌gsey01；
嗜熱脫氮芽孢桿菌：為文獻(xiàn)“嗜熱脫氮芽孢桿菌產(chǎn)α-半乳糖苷酶影響因素的研究”(韋陽道等，中國釀造，2015)所公開的嗜熱脫氮芽孢桿菌ywx5；
紅嗜熱鹽菌：為文獻(xiàn)“establishmentofagenetransfersystemforrhodothermusmarinus”(applmicrobiolbiotechnol,2005)所公開；
嗜熱棲熱菌：為中國專利201210343220.5所公開的嗜熱棲熱菌utm802。
實(shí)施例中所涉及的培養(yǎng)基：
發(fā)酵培養(yǎng)基(1l)：蛋白胨10g、牛肉膏3g、酵母膏2g，加水定容至1l，ph值為7.0～7.2；
實(shí)施例1最佳菌種配比的確定
本實(shí)施例中，5種菌分別為：嗜熱脲芽孢桿菌a、土芽孢桿菌b、嗜熱脫氮芽孢桿菌c、紅嗜熱鹽菌d和嗜熱棲熱菌e，上述有機(jī)物料腐熟劑的制備包括如下幾個步驟：
(1)將嗜熱脲芽孢桿菌a、土芽孢桿菌b、嗜熱脫氮芽孢桿菌c、紅嗜熱鹽菌d和嗜熱棲熱菌e分別接種于發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)，a、b、c、d、e菌株的培養(yǎng)溫度依次為65℃、70℃、60℃、75℃、75℃，培養(yǎng)時間均為24h；
(2)將上述步驟(1)培養(yǎng)得到的5菌液，按照各菌種活菌數(shù)進(jìn)行三種組合(見表1)，獲得三組不同比例的混合發(fā)酵液，按照吸附比例1:3(混合發(fā)酵液：吸附劑的質(zhì)量比為1:3)在攪拌混合設(shè)備中進(jìn)行充分混勻，調(diào)節(jié)物料含水率低于20％(通過添加其他輔料或通風(fēng)干燥等措施調(diào)節(jié))，獲得三組固體有機(jī)物料腐熟劑。
本實(shí)施例中所使用的吸附劑是由菇渣、礱糠、蛭石、爐渣依次按照質(zhì)量比2:2:1:1的比例混合配制而成。
表1各菌種活菌數(shù)配比表
分別測定三種不同配比的固體有機(jī)物料腐熟劑中蛋白酶、脂肪酶和纖維素酶活，結(jié)果如表2所示：
表2不同菌種組合有機(jī)物料腐熟劑酶活
從表2可以看出，組合ⅲ所制備的有機(jī)物料腐熟劑中蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶活性最高，因此后續(xù)應(yīng)用上選擇5株菌活菌數(shù)量之比為1:1:1:1:1的配比組合(即組ⅲ)。經(jīng)檢測，組ⅲ中，總有效活菌數(shù)均大于1×108cfu/g。
實(shí)施例2畜禽糞便的超高溫堆肥
實(shí)驗(yàn)組超高溫堆肥方法：
1)制備有機(jī)物料腐熟劑：本實(shí)施例中使用實(shí)施例1組ⅲ獲得的固體有機(jī)物料腐熟劑；
2)制備發(fā)酵原料：以質(zhì)量百分比計，將新鮮雞糞85％和稻秸15％，混合獲得原始物料，調(diào)整原始物料的含水量為55％后，再加入有機(jī)物料腐熟劑，混合均勻，獲得發(fā)酵原料；在該發(fā)酵原料中，有機(jī)物料腐熟劑所占的質(zhì)量百分比為0.1％；3)將步驟2)中所得接種了有機(jī)物料腐熟劑的發(fā)酵原料轉(zhuǎn)入堆肥裝置(本領(lǐng)域常規(guī)堆肥裝置即可)中，1～2h內(nèi)將發(fā)酵原料的溫度升至80～85℃，并在該溫度范圍內(nèi)繼續(xù)發(fā)酵20h(具體實(shí)踐中，可根據(jù)情況發(fā)酵16-24h)；
發(fā)酵期間對物料進(jìn)行曝氣供氧，總曝氣量為每千克干物質(zhì)(即物料在105℃的恒溫下，充分干燥后的剩余物)通入0.3～1.2m3干空氣(即去除水汽、液體之后的空氣)。實(shí)踐中也可以通過攪拌的方式供氧，攪拌速率優(yōu)選為20～40轉(zhuǎn)/分。
發(fā)酵結(jié)束將物料從堆肥反應(yīng)器取出攤開，待物料自然降至室溫后，得到實(shí)驗(yàn)組雞糞堆肥產(chǎn)品。
同時以不接種固體有機(jī)物料腐熟劑的超高溫堆肥處理為對照，對照組物料組成、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間均相同。
發(fā)酵結(jié)束時取樣分析不同堆肥產(chǎn)品總有機(jī)碳、總氮、氨氮含量：
物料含水率、總有機(jī)碳、總氮、銨態(tài)氮、可溶性有機(jī)碳含量的測定參照曹云等(2015)；小白菜種子發(fā)芽率的測定方法為：取5g鮮樣加水50ml浸提30min于室溫下200r/min振蕩30min，用定性濾紙過濾，濾液用于種子發(fā)芽率的測定。在已滅菌的培養(yǎng)皿內(nèi)墊2-3張濾紙，加入堆肥提取液8ml，以去離子水作為對照，均勻放入20粒小白菜種子，種子要求籽粒飽滿，大小均勻一致。25-30℃培養(yǎng)24h后測定發(fā)芽率。
曹云，常志州，黃紅英，徐躍定，李彩鳳，吳華山.添加腐熟豬糞對豬糞好氧堆肥效果的影響[j].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015，31(21)：220－226.
檢測結(jié)果如表3所示：
表3不同有機(jī)物料理化性質(zhì)及其提取液對小白菜的種子發(fā)芽率影響
從表3可以看出，超高溫發(fā)酵20h后得到的堆肥產(chǎn)品含水率下降至30％以下。接種有機(jī)物料腐熟劑發(fā)酵后物料總有機(jī)碳含量比不接種的總有機(jī)碳含量略低，說明微生物對有機(jī)碳的降解速率快；接種處理的堆肥產(chǎn)品銨態(tài)氮含量明顯低于未接種處理，可能的原因是接種的微生物將一部分氨氮同化為有機(jī)氮。盡管接種處理堆肥中總氮含量略低于不接種，但由于可溶性有機(jī)碳、銨態(tài)氮含量明顯低于不接種，其提取液對小白菜的種子發(fā)芽率明顯高于未加有機(jī)物料腐熟劑的堆肥，說明添加有機(jī)物料腐熟劑提高了堆肥產(chǎn)品的腐熟度。
實(shí)施例3盆栽試驗(yàn)
本實(shí)施例在江蘇省農(nóng)科院循環(huán)農(nóng)業(yè)研究中試基地實(shí)施；
試驗(yàn)材料為小白菜，品種為上海青。
試驗(yàn)共設(shè)4種處理：
即t1，不施肥；
t2，純化肥(撒特利復(fù)合肥料n:p2o5：k2o＝15：15：15，購自中農(nóng)新肥科技股份有限公司)；
t3，普通有機(jī)肥(按傳統(tǒng)工藝制備，發(fā)酵原料為畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈，具體參見：馬懷良，許修宏.畜禽糞便高溫堆肥化處理技術(shù).東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005,36(4)：536～540)；
t4，為實(shí)施例3實(shí)驗(yàn)組獲得的超高溫雞糞有機(jī)肥。
每種處理實(shí)施時三次重復(fù)，每重復(fù)(盆)裝土5kg。定植后，每盆苗數(shù)為10棵。除t1外，t2、t3、t4純氮用量均為100mgn/kg干土，n:p2o5:k2o比例為1：0.5：0.8。
小白菜播種后60天調(diào)查各處理產(chǎn)量、葉片硝態(tài)氮、總氮含量以及土壤肥力等指標(biāo)，檢測結(jié)果如表4-5所示：
表4各處理小白菜收獲期產(chǎn)量及品質(zhì)
表5各處理小青菜收獲期土壤肥力
從表3可以看出t4超高溫雞糞堆肥產(chǎn)品處理小白菜生長最好，品質(zhì)最佳，其葉綠素含量高于化肥處理，而葉片硝態(tài)氮含量比化肥降低45.9％,比普通有機(jī)肥處理降低27％。小白菜的累積吸氮量、氮回收率、氮農(nóng)學(xué)利用效率也均高于化肥處理和普通有機(jī)肥處理。超高溫雞糞堆肥產(chǎn)品顯著提高了土壤肥力。
從表4可以看出，t4處理土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別比純化肥處理增加了31.1％、16.2％、7.7％、6.4％；比普通有機(jī)肥處理增加了22.13％、9.37％、15.90％、13.91％。
可見，本發(fā)明堆肥方法獲得的超高溫雞糞堆肥產(chǎn)品后，促進(jìn)蔬菜產(chǎn)量和氮素利用率，降低蔬菜硝酸鹽含量，提高土壤活性有機(jī)質(zhì)方面效果顯著。
以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，由于文字表達(dá)的有限性，而客觀上存在無限的具體結(jié)構(gòu)，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)、潤飾或變化，也可以將上述技術(shù)特征以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行組合；這些改進(jìn)潤飾、變化或組合，或未經(jīng)改進(jìn)將發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其他場合的，均應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。