本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)堆肥技術領域，更具體涉及一種將木本泥炭用作豬糞堆肥調(diào)理劑，實現(xiàn)減少污染物排放和提高產(chǎn)量的豬糞堆肥方法。

背景技術：

隨著我國經(jīng)濟、社會的高速發(fā)展，居民生活水平迅速提高，對肉、蛋類食品的需求也迅速增加。當前，中國畜牧業(yè)已進入一個新的發(fā)展階段，正由傳統(tǒng)畜牧業(yè)向現(xiàn)代畜牧業(yè)轉(zhuǎn)變，畜牧業(yè)生產(chǎn)水平不斷提高，2010年年出欄50頭及以上生豬規(guī)模化養(yǎng)殖比重達到64.5％。畜禽養(yǎng)殖業(yè)集約化和規(guī)?；难杆侔l(fā)展，使畜禽廢棄物排放量急劇增加，而同時受經(jīng)濟效益和技術普及的限制，許多養(yǎng)殖場并未對畜禽廢物進行合理處理而直接外排，造成的環(huán)境污染問題日益突出。堆肥技術集廢棄物處理與肥料生產(chǎn)于一體，符合環(huán)境保護中無害化、減量化、資源化與再利用的原則。采用堆肥化技術處理畜禽糞便，可以將其中有機物轉(zhuǎn)化為大量腐殖質(zhì)，同時通過高溫環(huán)境殺死其中的病原菌和有害微生物，生產(chǎn)養(yǎng)分含量高的有機肥料，因此堆肥成為減少畜禽糞便污染、有效利用農(nóng)業(yè)廢棄物的重要途徑。但是，豬糞本身自由空域較小，結構性差，濕度高且C/N比低，本身并不具備理想的好氧堆肥條件。在外加添加劑的條件下，豬糞堆肥雖然可以成功啟動，但仍然存在腐熟周期長、腐熟程度低、氮素損失嚴重、臭氣排放量大等問題。研究表明，占初始總氮的16％-74％的氮素會在堆肥過程中損失，其中9.6％-46％初始總氮以NH₃的形式損失。一方面會造成環(huán)境污染，降低了堆肥的環(huán)境效益，更一方面會造成堆肥產(chǎn)品養(yǎng)分的損失，降低堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)。而H₂S是堆肥過程中產(chǎn)生的最主要揮發(fā)性含硫化合物之一，嗅域值僅為0.007mg/m3，對臭氣濃度的貢獻率較高。

泥炭是沼澤植物死亡后，在空氣不足且過度濕潤的條件下，通過厭氧微生物的緩慢分解而逐漸累積形成的，其本質(zhì)就是成炭植物殘體在空氣不足條件下由厭氧微生物緩慢分解后累積而成的物質(zhì)。根據(jù)成炭植物的類別，可將泥炭分為草本泥炭、木本泥炭、水蘚泥炭等。泥炭疏松多孔，通氣透水性好，吸附螯合能力強，C/N高，是微生物良好的生長載體，在堆肥領域已有一定應用。目前，國內(nèi)外相關研究均集中在對水蘚泥炭的利用。相比于水蘚泥炭，木本泥炭有機質(zhì)、腐殖酸含量更高，陽離子交換能力和鹽分平衡控制能力更強。但是，關于木本泥炭用作堆肥調(diào)理劑的研究極少。木本泥炭作為一種在東南亞等國家儲量豐富且亟待合理利用的礦產(chǎn)資源，逐漸得到廣泛關注。因此，將木本泥炭用作豬糞堆肥調(diào)理劑，研究不同木本泥炭添加量下堆肥腐熟度情況以及污染氣體排放情況，評價木本泥炭在豬糞堆肥中保氮、減排、增產(chǎn)的應用效果十分必要。

技術實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術問題

本發(fā)明要解決的技術問題是減少豬糞堆肥過程中染物排放以及提高豬糞堆肥產(chǎn)量。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種減少污染物排放和提高產(chǎn)量的豬糞堆肥方法，包括向豬糞中添加一定量的木本泥炭，混勻得混合物料，再進行好氧堆肥處理，制得豬糞堆肥產(chǎn)品。

上述方法中，所述木本泥炭的用量占所述混合物料重量的5％-20％，優(yōu)選15％-20％，具體可選5％、10％、15％、20％。

所述混合物料主要包括所述木本泥炭和豬糞。

上述方法中，所述混合物料的C/N比(即碳/氮比)在10-15之間，含水率在55％-60％之間。

上述方法中，所述堆肥采用連續(xù)強制通風方式，通風速率為0.24-0.42L·kg^-1DM·min^-1，優(yōu)選為0.36L·kg^-1DM·min^-1。

上述方法中，所述木本泥炭含水率為37.17-38.67％，C/N比為90.71-97.23，pH為4.9-5.4，總腐殖酸含量為40.28-59.51％；優(yōu)選地，所述木本泥炭含水率為38.09％，C/N比為94.94，pH為5.2，總腐殖酸含量為48.41％。

上述方法中，所述豬糞為鮮豬糞，含水率為62.05-66.12％，優(yōu)選為64％。

本發(fā)明所述木本泥炭含義與為本領域常規(guī)含義相同，可通過市售購得，例如購自香港中向國際有限公司。

上述方法中，所述堆肥處理時間為28-35天，優(yōu)選28天。

上述方法中，所述堆肥處理溫度≥50℃，優(yōu)選55-65℃。

上述方法中，可定期翻堆，例如每周翻堆一次。

上述方法中，可在發(fā)酵罐中進行好氧堆肥處理，例如容積20L的不銹鋼圓柱形罐，內(nèi)徑0.24m，高0.42m，發(fā)酵罐底部設有通氣口。

具體地，上述減少污染物排放和提高產(chǎn)量的豬糞堆肥方法，包括向豬糞中添加一定量的木本泥炭，混勻得混合物料，再將所述混合物料置于密閉式發(fā)酵罐內(nèi)進行好氧堆肥處理28天，堆肥溫度為55-65℃，所述堆肥處理期間進行連續(xù)強制通風，通風速率為0.36L·kg^-1DM·min^-1，每周翻堆一次，制得豬糞堆肥產(chǎn)品；所述木本泥炭的用量占所述混合物料重量的15％-20％。

本發(fā)明還包括上述方法制得的豬糞堆肥產(chǎn)品。

本發(fā)明還包括上述木本泥炭在豬糞堆肥上的應用。

(三)有益效果

本發(fā)明采用木本泥炭作為豬糞堆肥調(diào)理劑，縮短了豬糞堆肥發(fā)酵周期，提高了產(chǎn)品腐熟程度，同時可提高堆肥產(chǎn)品中養(yǎng)分含量，提高堆肥品質(zhì)，解決了豬糞堆肥過程中常見的腐熟周期長、堆肥效率低和氮素損失嚴重、臭氣排放量大等問題。密閉式好氧堆肥實驗表明，向豬糞中添加木本泥炭，所有堆體均能成功啟動堆肥，在28d內(nèi)達到衛(wèi)生標準和腐熟標準。且在一定范圍內(nèi)木本泥炭添加量越大，高溫期越長，腐熟效果更好。添加木本泥炭具有顯著地保氮效果，與5％的添加量相比，添加15％-20％的木本泥炭可顯著減少44％-63％的TN(總氮)損失。此外，添加木本泥炭還能夠明顯降低堆體污染氣體排放量。添加15％-20％的木本泥炭能夠顯著降低53.47％-63.31％的NH₃排放、50.98％-62.76％的H₂S排放以及82.12％-89.48％的CH₄排放。更重要的是，添加15％-20％的木本泥炭能夠顯著提高堆肥產(chǎn)量，可增加23％的堆肥產(chǎn)量。因此，從腐熟度、氮素損失率、減排效果等方面綜合考慮，木本泥炭用作豬糞堆肥調(diào)理劑的最佳添加量為15％-20％之間。因此，本發(fā)明采用-木本泥炭作為豬糞堆肥調(diào)理劑，達到了高效、高產(chǎn)、低污染的三重效果。本發(fā)明方法對堆肥原料和堆肥工藝條件要求低，具有成本低、適用面廣、操作簡單等優(yōu)點，具有良好的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，具有推廣價值。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是實施例1堆肥過程中溫度變化曲線圖；

圖2是實施例1堆肥過程中氨氣體日排放量變化曲線圖；

圖3是實施例1堆肥過程中硫化氫氣體日排放量變化曲線圖；

圖4是實施例1堆肥過程中甲烷氣體日排放量變化曲線圖。

圖5是實施例2堆肥過程中溫度變化曲線圖；

圖6是實施例2堆肥過程中氨氣體日排放量變化曲線圖；

圖7是實施例2堆肥過程中硫化氫氣體日排放量變化曲線圖；

圖8是實施例2堆肥過程中甲烷氣體日排放量變化曲線圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。

以下所用豬糞為干清糞，取自北京市海淀區(qū)蘇家坨養(yǎng)豬場，木本泥炭(粉末狀)由香港中向國際有限公司提供。其基本理化性狀見表1。

表1堆肥初始物料的基本性狀

注：含水率以濕基計算，其他指標均為干基含量。

以下各參數(shù)指標的檢測方法如下：

(1)溫度的測定

堆體溫度由溫度探頭通過傳感器每隔2h自動采集一次。

(2)氣體的測定

NH₃通過發(fā)酵罐頂部裝有質(zhì)量分數(shù)為2％的硼酸的吸收瓶吸收后，用標準濃度的稀硫酸滴定測得。

O₂、CO₂和H₂S采用便攜式沼氣分析儀(BM13345，Biogas Check，英國Geotech)測定。

(3)TC(總碳)、TOC(總有機碳)、TN(總氮)的測定

將粉碎后的干樣置于105℃烘箱內(nèi)烘制2h-3h后利用元素分析儀(vario MACRO cube元素分析儀，德國)測定樣品中的TC、TN的含量。TOC依照農(nóng)業(yè)行業(yè)標準《NY525-2002有機肥料》中的標準方法測定。

(4)水浸提指標的測定

稱取新鮮濕樣10.0g，按照濕樣重量：蒸餾水體積＝1:10比例的混合，在搖床上以150r/min振蕩30min，靜置10min后用定量分析濾紙過濾，取濾液測定pH、EC(即電導率)。其中EC采用MP521型pH/電導測定儀進行測量。

取5mL水浸提液于墊有定性分析濾紙的、直徑為9cm的培養(yǎng)皿中，每個處理設置三個平行，每個培養(yǎng)皿中放入10粒飽滿的蘿卜種子，然后將其放置在20℃±2℃的恒溫箱中培養(yǎng)48h，然后測定其發(fā)芽率和根長。根據(jù)下述計算種子發(fā)芽率指數(shù)(GI,germination index)：

GI(％)＝(浸提液種子發(fā)芽率*浸提液種子根長)/(對照種子發(fā)芽率*對照種子根長)*100％

實施例1

本實施例共設置4個試驗處理，木本泥炭的添加比例依次為物料(指木本泥炭和豬糞的總重量)濕重的5％(處理1)、10％(處理2)、15％(處理3)和20％(處理4)，物料需保證充分混合。所有處理置于容積為20L的密閉式發(fā)酵罐內(nèi)進行高溫好氧堆肥。本實施例采用連續(xù)通風，通風量為0.36L/(min·kg^-1DM)。堆肥周期為28d，每7d翻堆一次。堆肥溫度為55-65℃。分別在實驗開始時、翻堆時和結束時取樣測定各參數(shù)指標。實驗結果見圖1-圖4及表2-表3。

參見圖1，添加木本泥炭的所有處理均能夠快速升溫進入高溫期，且溫度超過50℃的時間都達到了7d以上，符合我國堆肥衛(wèi)生化和堆肥腐熟的要求(GB7989-87)。其中，處理3和處理4在第2d堆體溫度就達到50℃，且高溫期持續(xù)時間達到13d。處理1和處理2前期升溫速率較慢，高溫期持續(xù)8d。顯然，木本泥炭添加量為15％、20％的處理組，堆體升溫更快，高溫期更長。

所有處理堆肥期間物理化學性質(zhì)及腐熟度指標見表2。從表中可以看出，隨著實驗進行，堆體的TOC含量、C/N比都隨著有機質(zhì)的逐漸分解而下降。所有處理在實驗期間的pH值都大于7.0，并沒有出現(xiàn)由于添加酸性木本泥炭而導致的過度酸化現(xiàn)象。實驗結束時，所有處理的pH值均保持在8.0左右，達到堆肥腐熟要求。由于豬糞和木本泥炭本身EC值就較低，所以四個處理在整個實驗過程中的EC值均小于4mS﹒cm^-1，達到安全施用的標準。此外，四個處理在實驗結束時的GI值均超過80％。與5％的添加量相比，15％-20％的木本泥炭添加組，堆肥產(chǎn)品GI值可提高25％，EC值可降低18％，腐熟效果更好。而從氮素損失來看，增加木本泥炭添加量至15％左右，可以顯著提高堆體保氮效果，TN損失可減少44％-63％。

參見表3，將四個處理實驗前后總重按相應含水率換算后可發(fā)現(xiàn)，增加木本泥炭添加量，可明顯提高堆肥產(chǎn)率。相比于處理1，添加10％、15％、20％木本泥炭的處理組，經(jīng)28d堆制后，堆肥產(chǎn)品產(chǎn)量分別提高0.32％、15.60％、23.55％。

參見圖2，木本泥炭添加量越多，NH₃排放率峰值和總排放量就越低。堆肥結束時，5％的處理組NH₃累積排放量為4.671g·kg^-1DM，以此為對照，添加10％、15％、20％木本泥炭處理對NH₃減排率依次分別達到19.32％，53.47％，63.31％。主要原因是，木本泥炭本身對于堆體內(nèi)部的NH₃和NH₄⁺-N都有一定的吸附作用。

參見圖3，低木本泥炭處理組1、2的H₂S平均排放速率是高木本泥炭處理組3、4的2倍多；堆肥結束時，5％的處理組H₂S累積排放量為247.24mg·kg^-1DM，以此為對照，添加10％、15％、20％木本泥炭處理對H₂S的減排率分別為17.31％，50.98％，62.76％。泥炭雖然能夠吸附H₂S，但是如果添加泥炭后仍然形成了厭氧環(huán)境，同樣會導致H₂S排放。因此，只有當木本泥炭添加量足夠大時，既能從本質(zhì)上減少臭氣產(chǎn)生，又能利用泥炭的吸附性降低臭氣排放量。

參見圖4，處理1和2的CH₄排放率明顯較高，尤其是在高溫期前期，其中處理1在前15d都有明顯CH₄排放，且平均排放速率達到0.145g·kg^-1DM·d^-1。這與其堆體內(nèi)部長時間處于厭氧環(huán)境以及含水率較高有關。堆肥結束后，添加5％的處理累積CH₄排放量最大，為2.312g·kg^-1DM，以其為對照，添加10％、15％、20％木本泥炭處理的CH₄排放總量分別顯著降低37.94％，82.12％，89.48％。可見，增加木本泥炭量至15％及以上時對于減少溫室氣體排放有著明顯的作用。

表2堆肥物理化學性質(zhì)及腐熟度指標變化

表3 28d堆肥產(chǎn)量

實施例2

本實施例共設置4個試驗處理：堆肥采用連續(xù)強制通風方式，通風速率為0.24-0.42L·kg^-1DM·min^-1，具體為0.24(即T1)、0.30(即T2)、0.36(即T3)、0.42(即T4)L·kg^-1DM·min^-1；木本泥炭的用量占所述混合物料的15％；其余條件同實施例1。實驗結果見圖5-圖8及表4。

參見圖5，所有處理均能成功啟動升溫，但是T1和T4處理高溫期最短，均為7d，分析原因在于，通風過低，氧氣供給不足，影響微生物代謝過程，但是當通風速率過高，堆體不易保溫，對微生物活性反而產(chǎn)生不利影響。T3處理升溫最快，高溫期最長達12d。

所有處理堆肥期間物理化學性質(zhì)及腐熟度指標見表4。從表中可以看出，T3處理的TOC降解程度最大，達到18.39％，通風量過低(T1)、過高(T4)都會減緩堆體內(nèi)的生物降解過程。實驗結束時，所有處理的pH值和EC值達到腐熟堆肥的標準。此外，四個處理在實驗結束時的GI值均超過80％。其中T3處理GI達到80％所需要的時間最短，且實驗結束時GI值最大。而從氮素損失來看，通風量為0.36L·kg^-1DM·min^-1時，TN含量增加最多為1.86％，這可能是因為合適的通風速率不會使大量的氮素以氨氣的形式揮發(fā)，而且又不會影響堆體內(nèi)的生物降解過程。綜合來看，T3處理腐熟程度更高，堆肥效果更快。

表4堆肥物理化學性質(zhì)及腐熟度指標變化

參見圖6，通風量處于0.24-0.36L·kg^-1DM·min^-1時，通風量越大，NH₃排放速率越大。原因在與高通風利于攜帶堆體內(nèi)的NH₃進入空氣中。四組處理的NH₃總排放量分別為2.94g·kg^-1DM、3.35g·kg^-1DM、3.60g·kg^-1DM和4.01g·kg^-1DM。因此，在保證堆體腐熟的基礎上，應該選擇合適的通風速率。

參見圖7，通風較低的T1和T2處理，H₂S排放速率明顯較高，可能是通風速率不足，供氧不足，而H₂S又是在缺氧狀態(tài)下產(chǎn)生的，所以會出現(xiàn)此結果。實驗結束時，四組處理的H₂S總排放量分別為256.73mg·kg^-1DM、199.34mg·kg^-1DM、126.49mg·kg^-1DM和110.80mg·kg^-1DM。T3和T4處理的H₂S排放速率差異不顯著。

參見圖8，通風較低的T1和T2處理，CH₄排放速率明顯較高，原因同樣在于堆體內(nèi)供養(yǎng)不足造成的厭氧區(qū)域的形成。實驗結束時，四組處理的CH₄總排放量分別為1.545g·kg^-1DM、1.147g·kg^-1DM、0.535g·kg^-1DM和0.264g·kg^-1DM。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。