毕业设计（论文）-微生物菌剂在粪便与秸秆混合堆肥中的应用研究.doc

南京林业大学本科生毕业论文提供全套毕业论文图纸，欢迎咨询 本科毕业设计（论文）题 目：微生物菌剂在粪便与秸秆混合堆肥中 的应用研究 学 院：化学工程学院 专 业：环境工程 班 级：1002051 学 号：100205111 学生姓名： 指导教师： 职称：副教授 二一四年六月微生物菌剂在粪便与秸秆混合堆肥中的应用研究摘 要目前我国农业固体废弃物的污染已成为我国农村环境保护的主要问题，尤其是秸秆的焚烧造成了严重的大气污染。然而秸秆和畜禽粪便其实是一种可利用的再生资源。堆肥处理技术是能够使畜禽粪便实现资源化利用的重要技术。本课题通过自制的微生物菌剂，应用于秸秆与粪便的混合堆肥，可促进其堆肥化进程，有利于有机肥的制备，从而有效地解决农业固体废弃物的污染。本实验通过模拟堆肥环境，进行实验室固态发酵模拟实验并自制小型堆肥装置。微生物菌剂分别应用于秸秆的固态发酵和自制堆肥装置中，测定堆肥化过程中原料的各项指标，检测微生物菌剂的效果。得到的主要实验结论如下：（1）根据微生物的性质将其分组，每种微生物以1：1比例混合，然后在实验室固态发酵试验中应用，测定指标，比较效果。结果表明，微生物种类最多的一组（第4组）作用效果最好，含水率降低了35%，总有机碳含量降低了130g×kg-1，总氮含量提高了0.4 g×kg-1，总磷含量提高了0.103 g×kg-1等，效果最好。（2）将微生物菌剂应用到实验室堆肥装置中，设置空白对照组、市场菌剂对照组和实验组，通过测定堆肥过程中各指标，得出添加自制微生物菌剂的实验组效果最好，温度最高升至49，含水率降低了30%，总有机碳降低了55g×kg-1，总氮提高了1.804 g×kg-1，总磷含量提高了0.2 g×kg-1等。通过红外光谱观察秸秆在堆肥前后各官能团的变化情况，结果表明实验组中秸秆中-OH、C-OH、木质素环状结构等发生了较大变化。关键词：微生物菌剂；秸秆；粪便；堆肥；固态发酵；堆肥装置Application Research on Microbial Agent in Co-composting of Manure and StrawAbstractAt present in our country agricultural solid waste pollution has become the main problem of China's rural environmental protection, and especially the straw burning caused serious air pollution. However, straw and livestock manure are renewable resources. Composting technology is an important technology which can be used for the utilization of live stock and poultry manure resources. In this paper, the microbial agent for the co-composting of straw and manure was researched, which can promote the composting process for organic fertilizer preparation, so as to effectively dispose agricultural solid waste pollution.This experiment simulated compost environment, making laboratory plot of solid state experiment and miniature composting device. Microbial agents are used in solid state fermentation of straw and the self-made composting device, detecting the efficiency of microbial agents by determining the indicators of raw materials in the process of composting. The main conclusions are as follows：(1) The microbes are grouped according to the properties, and mixed by 1：1. Then them were applied in the solid-state fermentation, measured the index and compared the effect. The result shows that the Group Fourth with the largest group of microbial species had the best effect; the moisture content decreased by 35%, the total organic carbon content declined by 130 g/kg, total nitrogen content increased by 0.4 g/ kg, total phosphorus content rose by 0.103 g / kg. (2) The microbial agents were applied to the laboratory composting device, and three groups were set up; the blank control group, the market agent control group and the experimental group. It declared that the experimental with microbial agent group was the best by determining the indexes of composting process. The highest temperature rose to 49 , moisture content declined by 30%, total organic carbon decreased by 55 g/kg, the total nitrogen increased by 1.804 g g/kg, total phosphorus content increased by 0.2 g/kg. It observed that some functional groups such as OH, C-OH and the rings of lignin had great changes by the FT-IR. Key words： microbial agents; straw; manure; compost; solid-state fermentation; device35目 录1 绪 论11.1禽畜粪便综合利用现状11.1.1禽畜粪便排放现状11.1.2猪粪的性质特点11.1.3 禽畜粪便污染的危害11.1.4禽畜粪便的利用现状21.2 秸秆的综合利用现状21.2.1 秸秆的性质特点21.2.2 焚烧秸秆的危害31.2.3 秸秆的资源化利用31.3堆肥机理及影响因素41.3.1堆肥原理41.3.2堆肥过程51.3.3堆肥发酵的影响因素51.3.4腐熟指标81.6本课题研究内容91.6.1研究内容91.6.2课题的研究目的和意义92 实验材料与方法102.1微生物菌剂的固态发酵试验102.1.1 主要仪器102.1.2 实验材料102.1.3 培养基102.1.4 测定项目102.2微生物菌剂在禽畜粪便堆肥中的应用112.2.1 堆肥装置与材料112.2.2 实验菌剂122.2.3 实验室堆肥方案设计122.2.4 堆肥样品的采集132.2.5 测定项目132.2.6测定方法133 结果分析与讨论173.1 固态发酵实验研究173.1.1固态试验含水率变化173.1.2固态试验总有机碳的变化173.1.3 固态试验总氮的变化183.1.4固态试验总磷的变化193.1.5固态试验pH值的变化203.1.6小结213.2微生物菌剂在禽畜粪便堆肥的应用研究213.2.1 堆肥过程中温度的变化213.2.2 堆肥过程中含水率的变化223.2.3 堆肥过程中pH值的变化233.2.4堆肥过程中总有机碳的变化243.2.5 堆肥过程中总氮的变化253.2.6堆肥过程中总磷的变化263.2.7堆肥过程中种子发芽率GI的变化263.2.8堆肥过程中纤维素酶活的变化273.2.9秸秆处理前后红外光谱分析结果283.2.10堆料物理性状分析293.2.11小结304 结论31致谢32参考文献33 1 绪 论1.1禽畜粪便综合利用现状1.1.1禽畜粪便排放现状目前，我国总有机废弃物排放量为41.3-43.4亿吨，这些有机固体废弃物含有丰富的氮、磷、钾等养分资源。禽畜粪便中氮、磷、钾的总贮量约为6.33×108 t，相当于4.93×108 t尿素，1.194×108 t的过磷酸钙和3.38×108 t的氯化钾。 国家环境保护总局自然生态保护司.全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策M.北京:中国环境科出版社,2002:25-26.据预测，2020 年中国禽畜粪便排放总量将达到 4.24×1010 t/a。11.1.2猪粪的性质特点猪粪的质地较为细腻，成分较复杂，总养分不高，主要成分为纤维素、半纤维素以及少量的木质素、蛋白质和其分解物质、脂肪类物质、有机酸还有各种无机盐物质，含有较多的有机物质以及氮、磷、钾等大量元素，容易被微生物分解形成大量的腐殖质，对提高土壤的肥力具有良好的作用。 刘秀梅,聂俊华,王庆仁.多种微生物复合的微生态制剂研究进展J.中国生态农业学报,2002,10（4）:80-83.1.1.3 禽畜粪便污染的危害近年来，我国的集约规模化畜禽养殖产业发展速度较快，短时期内已形成一定规模，其过程中大量集中排放的禽畜粪便等废弃物，已成为污染源。表1 禽畜粪便对环境的影响污染类型污染物质影响恶臭污染氨气、硫化氢、甲烷、甲胺等恶臭、温室气体、影响人体健康和气候水体富营养化氮、磷危害水体生物、污染地下水矿物元素污染铜、锌、锰、钙等污染水体、土壤，影响人体健康重金属污染砷、铅、汞等污染水体、土壤，影响人体健康病原微生物污染甲型H1N1、结核病、炭疽等传播疾病，影响人体健康（1）水污染。禽畜粪便堆放不当或未经处理施入农田，其中的有机质及矿物质就会随粪水及雨水通过地表径流污染湖泊、河流、水库等地表水或渗入土壤并进入地下水。排入水体的污染物总量超过水体自净能力时，水体的物理性质、化学性质，尤其是生物群落的组成就会改变，水质恶化，影响植物的生长以及人和动物的健康。粪便污染水体的方式分别是粪便中有机物的腐败分解产物造成污染，富营养化及生物病原污染。 曹勤忠.规模化养猪环境污染问题及其治理对策J.养猪,1999,2:32-33.（2）大气污染。禽畜粪便中富含蛋白质和碳水化合物等大量有机物质。有氧条件下蛋白质分解为硝酸盐类物质；在无氧条件下分解氨气、硫化氢、甲胺等恶臭气体，如被人畜急性过量吸入后，轻者刺激呼吸道、视网膜等，引发咳嗽、气管炎、支气管炎；重者造成呼吸困难，麻痹中枢神经系统。而长期与恶臭气体接触的人畜，会慢性中毒，体质变弱。碳水化合物则分解为甲烷、二氧化碳等温室气体，造成全球温室效应。空气中的氨浓度过高形成酸沉降，对水体和土壤造成污染。过量的氨气酸化雨水，使SO2溶解量增大，化合成硫酸铵沉降到土壤中，氧化后释放出硝酸和硫酸，反过来增加酸沉降，恶性循环，饱和状态使酸沉降增加5倍。（3）土壤污染。由于饲料中常常添加过量的铜、锌等微量元素。含过量重金属元素的禽畜粪便长期在农田中大量施用会造成土壤的严重污染。盐分含量较高的禽畜粪便长期大量施用，会使土壤盐渍化。而粪便中含磷较高，N/P比例不协调，易造成磷的大量流失，污染水体。 张增强,孟昭福.农业废弃物和城市污泥的无害化与资源化J.农业环境与发展,2001,1:28-29.堆积禽畜粪便不仅占据土地，而且会腐蚀农田从而大大降低其生产能力。1.1.4禽畜粪便的利用现状如果对禽畜粪便进行无害化处理并加以合理利用，不但能解决它所造成的污染问题，而且能将其转化为有价值的社会资源，禽畜粪便的资源化利用可以分为以下几种类型。（1）肥料资源化利用。堆肥施用到土地上，比化肥营养结构合理，可以提高土壤肥力，改善土壤团粒结构，增强土壤生产能力，有效提升粮食产量。2010年，全国禽畜养殖业产生的粪便总量中的氮和磷量分别为2538×104 t和512×104 t，折算为化肥存量则分别为3286×104 t和 890×104 t。所以，畜禽养殖业的粪便是我国农业生产的宝贵资源。（2）饲养料资源化利用。这是一种间接作饲料的办法，利用禽畜粪便可以进行蝇蛆的繁殖，生产出优质蛋白质、氨基酸、维生素等，可作饲料，大大降低养殖成本。（3）燃料资源化利用。禽畜粪便进行厌氧发酵产生以甲烷为主的沼气，是可再生的清洁能源。每头猪日常排放的粪便沼气产生量可达150-200 L。由此可见，粪便燃料资源化的经济及社会效益十分可观。1.2 秸秆的综合利用现状1.2.1 秸秆的性质特点秸秆是指在生产过程中，收获了农作物后，剩余的不能食用的茎、叶、根等副产品，是主要的农业副产物之一。由于农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成，还有少量的粗蛋白，自然状态下难以被微生物分解，所以秸秆直接还田后在土壤中被微生物分解转化的周期长，难以作为当季作物的肥源。但其含有大量有机质、氮、磷、钾和微量元素，分析得出，每100 kg鲜秸秆中含氮0.48 kg，磷0.38 kg，钾1.67 kg，相当于2.4 kg氮肥，3.8 kg磷肥，3.4 kg钾肥。表2 小麦秸秆的营养成分（%）成分粗蛋白纤维素半纤维素木质素钙磷小麦秸秆4.140.324.51530.630.091.2.2 焚烧秸秆的危害据农业部2010年农作物秸秆资源专项调查报告显示，理论资源量已达8.20亿吨，其中可收集资源量达到6.87亿吨，为世界第一秸秆大国。近年来，由于我国农民生产生活方式的转变，农村能源结构的改善，以及秸秆收集、整理及运输成本升高等因素，使得农村秸秆大量剩余，秸秆综合利用率低，50%左右的秸秆被废弃或露天焚烧。废弃及焚烧秸秆给社会和环境造成了诸多负面影响，如：污染空气，危害人体健康；产生雾霾天气，影响交通运输；引发火灾，存在安全隐患；破坏土壤结构，损害土地质量；有碍环境卫生，影响环境质量；堆弃液渗透，污染地下水等。1.2.3 秸秆的资源化利用随着循环农业的大力发展以及人们意识的增强，农业废弃物资源化和规模化利用技术开始被研究，成为发展可持续农业的一条重要途径。（1）牲畜饲料。虽然秸秆中有很高的纤维素含量和大量的营养成分，但是其中粗纤维含量过高，导致牲畜不能被直接消化吸收，使用氨化法对其进行加工后，既可以降低纤维素的分子量，还可以给瘤胃微生物提供比较适宜的生长环境，这样可使牲畜对其的吸收和消化作用提高20%，而且能提高饲料中粗蛋白含量1-1.5倍。 （2）能源化利用。最为直接的利用方式是晒干后焚烧用于取暖或者烹饪。虽然直接焚烧在一定时期内可以解决广大农村居民的生活能源问题，缓解植被的被伐速度，但是焚烧会污染环境。所以大部分地区开始用秸秆气化及厌氧发酵产生沼气，使其被充分利用，且更环保、经济、高效。 （3）秸秆还田。秸秆还田分为直接还田和间接还田，直接还田包括翻压还田、覆盖还田以及留茬三种方式，间接还田主要包括过腹还田、堆沤还田、沼肥还田等技术。 孙星,刘勤,张斌,等.长期秸秆还田对剖面土壤肥力质量的影响J.中国生态农业学报,2008, 16（3）: 587-592.秸秆还田是一种科学的秸秆资源化利用方式。农作物秸秆中含有丰富的营养元素和较高的有机质，长期还田可以有效提高土壤中有机质和氮素营养含量，改善土壤结构，提高土壤肥力，增加作物产量。 Guolin Huang,Jeffrey X.Shi, Tim A.G. Langrish. A new pulping process for wheat straw to reduce problems with the discharge of black liquorJ.Bioresource Technology,2007,98（15）:2829-2835. （4）工业加工。作物秸秆经过预处理成为造纸的原料草浆，代替木材和塑料，制造出可纤维降解的高分子材料，如纤维板、包装箱等，可缓解植被压力。降解之后的秸秆还可制造化工业原料，如乙醇、淀粉。1.3堆肥机理及影响因素禽畜粪便好氧堆肥是使禽畜粪便在有氧条件下利用好氧微生物的作用使有机物分解，形成腐殖质同时灭活病原微生物，将禽畜粪便转变为有利于土壤性状改良并对作物生长有益且容易吸收利用的有机肥的方法。1.3.1堆肥原理 堆肥的原理主要是利用微生物对有机物的降解，以使有机物转化为无机物，此过程中微生物自身也得到增殖。堆料中的可溶性有机物通过微生物细胞壁和细胞膜，然后被微生物分解；固体和胶体的有机物质，先在微生物细胞体外依附，由胞外酶水解，形成可溶性有机物再进入细胞。同时，微生物在自身的新陈代谢活动过程中，同化一部分有机物用于合成新的细胞物质，把另一部分有机物氧化为无机物，释放出能量供生长、活动。微生物在此过程中进行了物理、化学和生物等转化，逐渐趋于稳定化、腐殖化形成良好的有机肥料。图1 堆肥化过程1.3.2堆肥过程堆肥过程按照堆肥温度的变化可分为升温、高温、降温和腐熟四个阶段。因为每个阶段分别有细菌、真菌、放线菌等不同的优势微生物起作用，所以产生复杂的物理化学生物变化。 （1）升温阶段。堆肥初期，嗜温菌和丝状真菌利用堆料中的有机物快速繁殖，分解迅速有机质，同时释放出大量热量，由于堆料具有良好的保温作用，使堆体温度进一步上升。升温阶段温度一般为40-45。 赵由才.生活垃圾资源化原理与技术M.北京:化学丨:业出版社,2002.（2）高温阶段。当堆体温度升高到60以上时进入高温阶段，中温微生物活性受到抑制，好热真菌起主导作用，胶质、木质素、纤维素等一些较难水解的有机物的被快速分解。由于温度过高，大部分微生物的活性受到抑制，酶活性降低，温度上升速度变慢，最终达到最高温度，维持一段时间之后，进行腐殖化，形成腐殖质，堆肥物质基本稳定 （3）降温阶段。高温阶段过后，微生物的生命活动减弱，产生热量不断减少，温度也逐渐下降。当温度下降到40以下时，嗜温菌代替嗜热菌成为优势菌种，但由于堆料中的纤维素、半纤维素、果胶物质大部分已经分解，剩下较难分解的复杂成分和形成的腐殖质，致使微生物的代谢活动减弱，堆体温度不能升高。（4）腐熟阶段。堆体中大部分有机物完成矿质化和腐殖化，堆温下降至略高于气温，微生物代谢活动大为减弱，堆肥物质逐步稳定化，各项理化指标基本达到稳定状态。表3 堆肥成熟特性项目C/N水分/%pH颜色气味GI/%温度有机质/%指标<20<308-9黑褐色泥土味>50环境温度301.3.3堆肥发酵的影响因素堆肥中微生物生长的活动会对堆肥过程和最终产品的质量产生影响，影响堆肥过程的主要因素有温度、碳氮比（C/N）、pH、水分、氧含量和有机质含量等。（1）温度。堆肥是温度逐渐升高，维持高温期后逐渐降低的过程，堆温是反应整个堆肥过程进程是否顺利完成的重要指标，并影响微生物代谢活动的重要因素。 徐风花,孙冬梅,宋金柱.微生物制品技术及应用M.北京:化学工业出版社;2007.据研究发现，对有机物的分解效率，耐高温微生物要高于中温微生物。正常温度变化是确保堆体无害化、腐熟化的重要保证。堆肥初期，堆体的堆温与外界环境温度相差不大，随着堆肥过程的进行，中温微生物的代谢活动使堆温上升，当堆体温度达到55-65时，高温微生物占据主导优势，持续的高温期可以使堆体中大部分的有害菌和寄生虫卵死亡，实现无害化。如果温度过低，会使堆肥达到腐熟的时间增长，生产效率下降。当温度过高时，堆体中的促进堆肥过程的高温微生物也会受到抑制，同样不利于堆肥的进行，要及时进行翻堆通风减少热量积累。（2）碳氮比。C/N是指混合料的总有机碳和总氮的比值。碳素是堆肥微生物的基本能量来源，氮素用来构建自身细胞体，而且是细胞中蛋白质、核酸和酶等的重要成分。一般情况下，微生物每消耗25 g有机碳需要吸收1 g氮素。 黄国锋,吴启堂,孟庆强等.禽畜粪便堆肥化处理的物质变化及腐熟度评价J.华南农业大学学报, 2002,23（3）:1- 4.C/N是堆肥腐熟的重要判定指标，一般情况下C/N达到 20 则判定为基本腐熟较，较为适宜的C/N为25。 武霞.用玉米皮制取饲料酵母J.饲料与畜牧,1999,2：22-24.C/N过高，微生物所需氮素相对缺乏，微生物代谢缓慢，造成堆肥时间过长，腐殖化程度降低，且堆肥产品C/N也过高，土壤缺氮，影响植物的生长。C/N过低，在堆肥过程中有机质含量较低，微生物活动所需碳源不足，堆体温度升高所需时间延长，氮素过剩，并以氨气的形式散发，降低了肥效，用于蔬菜栽培时会导致作物生长不良。 （3）pH。pH是影响微生物生长繁殖的重要因素，堆肥过程pH随着时间和温度变化，pH值可以作为堆肥腐熟度评价的指标。一般微生物最适合的pH值是中性或弱碱性，在中性或弱碱性时，微生物增长速度和蛋白质分解速度最佳，微生物可以快速有效地发挥作用，同时可以减少氮的损失，从而获得最大堆肥效率和质量较高的堆肥。通常堆体有足够的缓冲作用，使pH值稳定在满足堆肥微生物的酸碱度水平。美国环保局有规定，堆肥混合物的pH值应当在69 之间。 Yamada M.,T. Murakami,M. Aoki.Sewage sludge composting process by static pile methodJ.Wat Sci Tech,1991,23（10）:1979-1989.堆料pH值过低，可向堆料中加入适量的消石灰或碳酸钙，调节原料的pH到中性或弱碱性；若堆料pH值过高，可加入新鲜绿肥、青草，它们分解产生有机酸，可以将pH值调节至合适水平。（4）水分。水分是影响堆肥过程的另一重要因素，堆肥过程中水分的作用主要是溶解有机物，有利于微生物的吸收利用，水分蒸发时能带走的一部分热量调节堆肥温度，堆肥原料水分含量的多少直接影响好氧堆肥反应进程，影响堆肥产品的质量，甚至关系到好氧堆肥的成败。适宜的含水率有利于微生物分解有机物质，水分在堆肥系统中迁移时可以带动菌体移动，使堆肥腐解均匀。水分不足则会限制微生物活动，影响堆肥进程，堆体温度难以上升；水分低于40%不能满足微生物生长正常需求，有机物难以被分解利用；若水分含量低于10%，细菌的代谢活动就会普遍停止。水分过多会影响通气，造成堆体厌氧，降低有机物的降解速度，减缓堆肥进程，延长堆制时间。 Design Manual Number44： Composting of municipal waste water sludges. USEPA 625/4- 85/014,1985.因此，堆肥过程中水分的控制十分重要，通常堆肥的起始含水率调节为50-60%，堆肥过程中的含水率控制在60-70%，堆肥结束时含水率应小于40%。 杨柳燕,肖琳.环境微生物技术M.北京:科学出版社,2003.（5）氧含量。堆肥是好氧微生物在有氧状态下对有机质进行快速降解的过程。堆体内的氧含量直接影响到有机质的分解速度。堆肥供氧有三种方式：翻堆供氧、表面扩散供氧和机械通气。 黄懿梅.畜禽粪便的高温堆肥化研究D.杨凌:西北农林科技大学,2000.通气有三个方面的作用：第一，保证堆肥中有充足的空气为堆体内微生物的繁殖和活动提供氧气，促使有机物的分解。第二，供氧可以调节堆温。第三，通过空气流动促进水分的散失。实践中通过原料配比、堆积的松紧程度和堆体含水量来调节堆体内的氧气含量。大量研究表明堆体中适宜的氧含量为5-15%。 陈世和,张所明.城市垃圾堆肥原理与工艺M.上海:复旦大学出版社,1990.氧含量低于5%会造成堆体厌氧而产生恶臭，氧含量高于15%则会使堆温降低不能杀死病原菌。堆料中氧含量为10%时，已能满足微生物代谢的需求。在供氧充分而且其他条件也适宜时，微生物迅速分解有机物，产生大量能量，如果不能将多余的热量及时的散失，温度升高超过微生物生长的适宜范围，就会减弱有机物的生物降解、延长堆肥时间，并且产生难闻的气味。因此控制堆体内适宜的氧含量具有重要意义。（6）有机质含量。有机物是微生物生存和繁殖的基础营养，有机物含量的多少和形态的变化对堆肥过程都会产生一定的影响，众多学者通过对堆肥过程中有机质的降解效果进行研究，来判断堆肥的腐熟度 高伟,郑国砥,高定,陈同斌,韩晓日,张义安.堆肥处理过程中禽畜粪便有机物的动态变化特征J.环境科学,2006,5（27）:986-990.。堆肥原料有机质含量低，在堆肥过程产生的热量不能维持堆肥所需温度，限制和降低嗜热菌的活性，堆肥难以完成；有机质含量过高，微生物对氧气的需求大，使堆肥厌氧也不能使堆肥顺利进行。大量研究表明，适合高温堆肥的有机物含量范围为20-80%。堆肥过程中 可溶性的易分解有机物质被首先降解，最终成品有机肥的有机质含量要求在 30%以上。 贾小红,黄元仿,徐建堂.有机肥料加工与施用M.北京:化学工业出版社;2002.在堆肥系统中，可溶性的糖类物质降解较充分，而纤维素的降解需分步完成表4 堆肥化过程最适条件过程参数值C/N比25：1-30：1颗粒大小10-15mm水分含量50%-60%通气流量氧气浓度10%-18%温度55搅动阶段性翻动1.3.4腐熟指标表5 堆肥腐熟度的评价项目指标方法类型检测项目、指标物理方法温度、颜色、气味、密度、荧光性、含水率化学方法碳氮比、氮的化合物、阳离子交换量、有机化学物、腐殖质生物活性呼吸作用、微生物量、酶学分析植物安全性检测GI发芽率堆肥在腐熟不完全时，不仅不能完全杀灭畜禽粪便中的病原菌和寄生虫卵从而污染环境，而且还会产生一些植物毒性物质，影响农作物的生长发育；如果堆肥发酵时间过长，则会导致营养物质过多的损耗，影响肥效。腐熟度的判定方法主要分为物理指标、化学指标和生物指标。物理指标包括温度、颜色、气味、pH值等。但是物理指标只能初步的判断堆肥的腐熟度，并不能定量分析，必须借助其他指标。成熟的堆肥，温度下降后并稳定，褐色，无臭味且有腐殖质气味，pH值5-8。化学指标包括C/N、水溶性碳、铵态氮浓度等。杨毓峰（1999）等在采用静态强制通风发酵鸡粪和牛粪试验中，认为铵态氮浓度小于0.4 g/kg，固相C/N小于20时，堆肥腐熟。汤江武（2003）等将铵态氮含量作为禽畜粪便堆肥的化学指标。腐熟堆肥的铵态氮含量为1.2-1.5 mg/ g时堆肥腐熟，并且认为铵态氮含量与种子发芽率呈负相关。吴银宝（2003）等认为禽畜粪便堆肥中，当固相CIN降至20：1以下，铵态氮含量小于20 mg/kg时，可判定堆肥腐熟。黄国锋（2002）等认为不同堆肥原料C/N差异较大，限制了C/N作为判定堆肥腐熟标准的应用，所以使用堆肥的终点碳氮比与起始碳氮比的比值T来评价堆肥腐熟度，当T值小于0.60时堆肥达到腐熟。除此以外，国外还采取13C-核磁共振、红外光谱等方法，从物质结构的角度来研究堆肥的过程及堆肥的腐熟度。生物学指标主要为种子发芽率（GI）。Zucconit（198lb）认为，用生物学的方法测定堆肥的毒性，是检验正在堆肥的有机质腐熟度的一种非常直接而有效的方法。理论上讲，GI<100%，就判断堆肥还有植物毒性，但Zucconi（198la）等认为，当GI>50%时，堆肥对植物已基本没有毒性，堆肥已基本腐熟，而当GI>80%时可认为堆肥已经腐熟了。1.6本课题研究内容1.6.1研究内容根据绪论中提供的禽畜粪便排放情况，本研究通过对收集禽畜粪便，混合以小麦秸秆堆置，调节到适当的含水率、碳氮比等理化性质，进行堆肥处理。把微生物菌种进行生物学的检测，测定其生长特征，找到合适的菌种配比，将得到的菌种按比例配制得到复合微生物菌剂。利用与常见市售菌剂对照堆肥试验对所制得的菌剂进行应用效果研究，得出相关数据，对数据进行分析从而对所制菌剂进行应用评估，以验证自制复合微生物菌剂的应用价值。1.6.2课题的研究目的和意义目前，处理农作物废弃物和禽畜粪便的最佳方式为堆肥处理，通过堆肥化处理可以最大限度的实现废物的资源化利用。然而堆肥处理工艺中仍要存在一些确定，如堆肥周期较长、腐熟度低、产品质量差等。本研究从禽畜粪便堆肥技术工艺研究的薄弱环节入手，以堆肥微生物菌剂的研制为突破口，通过科研手段对堆肥技术中的外源微生物菌剂的制备及应用进行深入研究并获得实际的科研成果，研制出一种用于禽畜粪便堆肥的高效微生物复合菌剂，以优化禽畜粪便堆肥过程，加速堆肥效率，提高腐熟化程度和堆肥产品质量。以发展的视角将环境保护与经济发展相结合，减少禽畜养殖污染物的排放，并使废弃污染物其中的资源价值得到充分的利用，实现废弃物的经济效益。这样的研究对于社会、经济、环境是能够产生有益影响的。2 实验材料与方法2.1微生物菌剂的固态发酵试验2.1.1 主要仪器赛多利斯普及型PH计，PB-10，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；赛多利斯电子天平，BSA系列，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；紫外可见分光光度计，TU-1810，北京普析通用仪器有限责任公司；原子吸收分光光度计，TAS-990，北京普析通用仪器有限责任公司；循环水式多用真空泵，SHB-，郑州长城科工贸有限公司；数显恒温水浴锅，HH-4，国华电器有限公司；生化培养箱，GZP-250，上海精宏实验设备有限公司。2.1.2 实验材料（1）微生物菌剂：菌株来源：纤维素降解菌来源于堆肥产品，从表面挑取菌丝解钾菌、解磷菌、固氮菌来源于大豆、水稻根系土壤其他来源于市场菌剂纤维素降解菌、解磷菌、解钾菌和固氮菌纤维素降解菌、解磷菌、解钾菌、固氮菌和酵母菌纤维素降解菌、解磷菌、解钾菌、固氮菌、酵母菌和白腐菌纤维素降解菌、解磷菌、解钾菌、固氮菌、酵母菌、白腐菌、发酵猪粪和复合微生物菌剂。将四组微生物组合混合培养后，初步制成微生物菌剂，分别标记为组合1、2、3、4（2）秸秆粉：将秸秆烘干后用粉碎机粉碎，过60目筛备用。（3）无机培养液：MgSO4·7H2O：0.5g，KH2PO4：1.0g，Na2HPO4：0.2g，Mn2SO4：0.035g，CuSO4·5H2O：0.007g，FeSO4·7H2O：0.007g，蒸馏水：1000ml，灭菌。2.1.3 培养基分别称取15g秸秆粉于500ml锥形瓶中，加入等量的无机营养液5ml，高温灭菌。将制成的四组微生物菌剂分别取150ml混合液于锥形瓶中，空白样用蒸馏水代替。置于生化培养箱中37条件下培养20天，每个处理样做1个平行。2.1.4 测定项目固态发酵试验主要测定的项目有：含水率、总有机质、总氮和总磷。2.2微生物菌剂在禽畜粪便堆肥中的应用2.2.1 堆肥装置与材料（1）堆肥方式和装置：本实验采用实验室堆肥方式，堆肥装置根据实际堆肥所需要的条件自行设计，如图 1-螺母 2-法兰 3-底座 4-废气吸收装置5-搅拌器 6-堆肥主体 7-出水管 8-鼓风机图2 堆肥装置结构图该实验装置是由有机玻璃制成，尺寸为35×10cm，可分为四部分：第一部分为堆体，有效体积为30L，中间配有手动搅拌器，进行秸秆与粪便的堆肥；第二部分在底部，呈倒锥形，主要作用是盛废液；第三部分为尾气吸收装置；第四部分为通风装置，安装在堆体底部，通过鼓风机通风。（2）材料：本实验所需要的堆肥材料有禽畜粪便和秸秆，禽畜粪便来自于南京浦口区某养猪场。秸秆为小麦秆，用铡刀铡成2-3cm的秸秆段。实验材料的理化性质如所示。表6 实验材料理化特性材料含水率/%有机质/g·kg-1C/NpH全氮/g·kg-1禽畜粪便70.935914.367.527.9麦秆17.239862.9/6.3根据各组分的含水率和C/N比，确定加入各组分的相对量，使其起初含水率控制在50%-60%之间，C/N比值在20：1-30：1之间2.2.2 实验菌剂所用堆肥微生物菌剂为本实验室自制，由固态发酵试验得出，自制的液态微生物菌剂中，组合4（微生物种类最多的一组）效果最佳，其特点是来源性广、针对性较强，将该菌剂应用到实验室堆肥中。堆肥所用菌剂是通过各种途径筛选出来的，主要包括：（1）真菌：酵母菌白腐菌（菌库购买，后经筛选）纤维素降解菌（2）细菌：解磷菌解钾菌固氮菌发酵禽畜粪便菌复合微生物菌剂（和通过市场购买，后经筛选获得）大肠杆菌2.2.3 实验室堆肥方案设计本实验堆肥装置采用小型堆肥装置，堆肥主体体积约30L。由于体积较小，因此保温必须做好，方法是在堆肥装置表面加保温材料（内层为保温玻璃棉，外层为保温泡沫，外观如图3）。首先，在堆体底部铺一层麦秆，然后加禽畜粪便和微生物菌剂（各种微生物按1：1比例混合