一种禽畜粪便连续发酵堆肥的方法与流程

本发明涉及堆肥发酵领域，具体为一种禽畜粪便连续发酵堆肥的方法。

背景技术：

我国每年产生的禽畜粪便多达30亿吨，禽畜粪便中纤维素含量高，是可再生资源的重要组成部分。通过自然堆肥禽畜粪便的熟化速度慢，并且不易起温，达不到我国堆肥无害化处理标准。在堆肥中加入发酵菌剂可以促进堆肥的熟化进程，并能提高堆肥的质量，其作用原理是利用微生物的分解作用，促使禽畜粪便发酵腐熟后成为优良的绿色有机肥。禽畜粪便属于高纤维素含量废弃物，由于纤维素的结构复杂、降解困难，因此如何加速纤维素的分解是实现禽畜粪便堆肥物料快速分解、达到腐熟的关键问题。已有研究表明，在堆肥中接种高温或耐高温降解菌可促进有机物降解，有效提高堆肥高温期温度、延长高温期时长、加快堆肥腐熟，可以将丰富的纤维素废资源转化为再生资源，实现禽畜粪便无害化，而且可解决农村环境污染并发展绿色农业，还能极大地推动生物肥料产业迅速发展，对人类社会意义重大。

然而，禽畜粪便在堆肥开始阶段，接种的降解菌需适应堆肥环境，称为延滞期，降解菌种一般不立即开始繁殖，而是重新调整其小分子和大分子的组成，包括酶和细胞结构成分，准备细胞分裂，处于延滞期的降解菌对外界理化因子（如盐碱度、热、紫外线、x射线等）的抵抗能力较弱，降解菌的增殖率与死亡率相等，菌数几乎不增加，导致产酶效率低下，禽畜粪便堆肥开始阶段的熟化速度较慢，延长了禽畜粪便的堆肥时间，不利于大规模、多批次连续处理禽畜粪便。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种禽畜粪便连续发酵堆肥的方法，该方法通过在待堆肥发酵禽畜粪便中混合发酵引物，有效缩短发酵菌、降解酶适应堆肥发酵环境的时间，快速发挥发酵菌、降解酶的发酵降解作用，实现对多批次禽畜粪便快速连续发酵的目的，有效提高了禽畜粪便的堆肥发酵效率。

本发明的技术方案是：禽畜粪便连续发酵堆肥的方法，具有以下步骤，

1）取禽畜粪便，通过添加辅料调节其含水量至50-55%，按1kg禽畜粪便添加50ml发酵菌菌液，该发酵菌浓度为1x10⁹cfu/ml，发酵16-20d熟化，得到发酵引物；

2）取步骤1）得到的发酵引物，与待发酵的禽畜粪便混合，发酵引物与待发酵的禽畜粪便重量比为1：5-6，按1kg待发酵的禽畜粪便添加50ml发酵菌菌液，该发酵菌浓度为1x10⁹cfu/ml，发酵14-18d熟化；

3）取部分步骤2）熟化的禽畜粪便作为发酵引物，重复步骤2），得到连续发酵堆肥。

步骤1）、步骤2）所述发酵菌菌液为产纤维素酶菌培养液。

所述产纤维素酶菌培养液为复合菌剂培养液，由最适低温产酶菌培养液、最适常温产酶菌培养液、最适高温产酶菌培养液组成。

所述最适低温产酶菌培养液：最适常温产酶菌培养液：最适高温产酶菌培养液的体积比为1-1.5：1：1，最适低温产酶菌、最适常温产酶菌、最适高温产酶菌的浓度均为1x10⁹cfu/ml。

所述最适低温产酶菌为假单孢菌，所述最适常温产酶菌为枯草芽孢杆菌枯草亚种，所述最适高温产酶菌为嗜热液化芽孢杆菌。

所述产纤维素酶菌为枯草芽孢杆菌枯草亚种。

步骤1）所述辅料为稻秆或木屑或麦秆或稻壳粉。

本发明禽畜粪便连续堆肥发酵的方法，通过预先制备发酵引物，发酵引物中含有大量的成熟的发酵菌且富含发酵菌生长、增殖的营养物质、生长因子等，与待发酵的禽畜粪便混合后，使待发酵的禽畜粪便具备了一定的适合发酵菌大量繁殖的生长环境，添加的培养好的发酵菌在待发酵的禽畜粪便中，经过较短时间的延滞期，即开始大量繁殖、产酶，发酵熟化待发酵的禽畜粪便，有效缩短禽畜粪便发酵堆肥的时间。熟化后的禽畜粪便可作为发酵引物，与后续批次的待发酵禽畜粪便混合，使后续批次的待发酵禽畜粪便形成适合发酵菌大量繁殖的生长环境，利于添加的发酵菌快速大量繁殖、产酶，实现禽畜粪便的连续发酵堆肥，有效提高了禽畜粪便的堆肥发酵效率。

附图说明

图1为试验组、对照组的温度变化曲线图；

图2为试验组、对照组的微生物数量变化曲线图；

图3为试验组、对照组的纤维素酶活性变化曲线图。

具体实施方式

本发明中，各菌种来源为：

假单胞菌（pseudomonadaceae）购自中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌株保藏编号：cicc10441。

枯草芽孢杆菌枯草亚种（bacillussubtilissubspecies）购自中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌株保藏编号：cicc10832。

嗜热液化芽胞杆菌（bacillusthermoliquefaciens）购自中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌株保藏编号：cicc20647。

一、试验组

材料准备

禽畜粪便取自养殖场，其有机质含量为79%，c/n（碳氮比）为16，含水量为65%，ph值为7.21。

取购买的假单孢菌、枯草芽孢杆菌枯草亚种、嗜热液化芽孢杆菌，分别在牛肉膏蛋白胨培养基（自制，参见《微生物学实验》第四版附录ⅱ“培养基的配制”，高等教育出版社沈萍等2007.11）中培养60－72h，培养温度为28℃，至浓度均达到1x10⁹cfu/ml，得到活化的发酵菌培养液；按1.5：1：1的体积比取假单孢菌、枯草芽孢杆菌枯草亚种、嗜热液化芽孢杆菌的培养液，共计30升，混合得到活化的复合菌剂培养液。

1、制备发酵引物

取60kg禽畜粪便，添加3kg稻壳粉调节禽畜粪便的含水量至50-55%，添加活化的复合菌剂培养液3000ml，发酵16-20d熟化，得到发酵引物；

2、发酵堆肥

取300kg禽畜粪便，堆在2m*1m*0.5m的发酵箱体中，混合60kg的发酵引物，搅拌均匀，添加活化的复合菌剂培养液15l，覆盖薄膜保温，发酵熟化。

熟化完毕的禽畜粪便可作为发酵引物，留取部分与后续批次的待发酵禽畜粪便进行混合，即可实现禽畜粪便的连续堆肥发酵。

堆肥过程中，采用乙醇温度计测定堆温，记录堆肥温度变化。

堆肥过程中，每天取样检测分析堆肥物质变化情况，样品为多点混合样。采用k2cr2ｏ7容量法（参见“重铬酸钾容量法中不同加热方式测定土壤有机质的比较研究”，《浙江农业学报》,2005,17(5):311-313季天委）测定各混合样的有机质含量，采用国家农业标准ny525－2011测定各混合样中c/n，采用平板菌落计数法（参见《微生物学实验》第四版第一部分“微生物的分离与纯化”实验5，高等教育出版社沈萍等2007.11）测定各混合样微生物数量，采用3.5-二硝基水杨酸显色法（参见百度文库“生物化学实验报告题目：纤维素酶活力的测定（3,5-二硝基水杨酸法）”）测定各混合样中纤维素酶活性。

二、对照组

取待发酵的禽畜粪便300kg，堆在2m*1m*0.5m的发酵箱体中，添加活化的复合菌剂15l，覆盖薄膜保温，发酵熟化。

堆肥过程中，采用乙醇温度计测定堆温，记录堆肥温度变化。

堆肥过程中，每天取样检测分析堆肥物质变化情况，样品为多点混合样，采用k2cr2ｏ7容量法测定各混合样的有机质含量，采用国家农业标准ny525－2011测定各混合样中c/n，采用平板菌落计数法测定各混合样微生物数量，采用3.5-二硝基水杨酸显色法测定各混合样中纤维素酶活性。

三、结果分析

1、温度变化

试验组逐渐有腐熟的气味，14d堆肥质地变疏松，堆肥由黑色变为黑褐色，熟化完成。整个堆肥过程中，堆肥温度呈先上升后下降的变化曲线，在4d达到最高温度62℃。

对照组逐渐有腐熟气味，18d堆肥质地变疏松，堆肥由黑色变为黑褐色，完成熟化。整个堆肥过程中，堆肥温度呈先上升后下降的变化曲线，在7d达到最高温温度55℃。

堆肥温度是从表观上判定堆肥腐熟程度的重要指标，温度通过影响微生物活性和有机物降解速率控制发酵进程。试验组与对照组相比，试验组堆肥升温早、升温快，表明试验组的复合菌剂在待发酵禽畜粪便中的延滞期短，堆肥降解速率加快，堆肥发酵时间缩短，详见图1。

2、微生物数量变化

从堆肥发酵开始至温度升高达到最高温度62℃，微生物种群数量增长迅速，最高达到3.48x10⁵cfu/g，而且后续堆肥发酵过程中微生物种群数量一直维持在较高水平。

对照组在整个堆肥过程中，微生物种群数量增长相对较慢，直到高温结束，微生物种群数量最高达到2.31x10⁵cfu/g。

堆肥中微生物种群数量的变化对堆肥快速腐熟影响程度很大，是一个重要的指标参数。微生物种群数量大，产酶量大，酶活性高，有机物降解速率快，进而缩短禽畜粪便的发酵进程。试验组与对照组相比，试验组堆肥复合微生物菌群数量上升快，强烈的微生物活动也促进了堆肥升温早、升温快，堆肥升温过程也促进了堆肥中复合微生物菌群的扩增，形成良性循环，使试验组堆肥纤维素降解效率提高，加快了堆肥发酵腐熟速度，缩短了堆肥发酵时间，腐熟效果更好，详见图2。

3、纤维素酶活性

试验组堆肥前4d，堆肥温度升高，至最高温度62℃，堆肥中的纤维素酶活性随之升高，至发酵结束，纤维素酶活性保持在较高水平，第8天最高达1.58u/g，高温（62℃）之后，堆肥中的纤维素酶活性略有下降，直至熟化完成，纤维素酶活性保持在1.47u/g。

对照组堆肥中的纤维素酶活性在第11d达到最高1.2u/g。

酶活性直接影响堆肥的腐熟进程和发酵的强度，畜禽粪便中含有大量难以降解的纤维素，通过对堆肥中纤维素酶活性的测定，可以了解堆肥中纤维素降解的情况。由于试验组提前提高禽畜粪便发酵堆肥纤维素酶活性的水平及峰值，禽畜粪便发酵堆体中纤维素酶活性峰值比对照处理方法提前3d，且纤维素酶活性一直维持在较高水平，详见图3。

4、有机质含量

试验组堆肥在15d有机质含量为383.6g/kg，堆肥熟化完毕后有机质含量降至60.5%。

对照组堆肥在15d有机质含量为434.3g/kg，堆肥熟化完毕后有机质含量降至66.7%。

由堆肥中有机质的变化量可知，试验组与对照组相比，试验组对禽畜粪便中有机质的降解效果更好，试验组的有机质含量下降幅度较对照组更大，表明本试验组可有效促进禽畜粪便中有机质的降解。

5、c/n变化

试验组堆肥c/n值呈一路下降的变化趋势，与有机质变化趋势基本一致，熟化完毕后c/n为12.3。

对照组堆肥c/n值与有机质变化趋势基本一致，熟化完毕后c/n为14.2。

c/n是评价禽畜粪便发酵熟化度的常用方法之一，试验组熟化完毕后的c/n为12.3，对照组熟化完毕后的c/n为14.2，表明本试验组可提高禽畜粪便熟化度。

四、结论

采用本发明禽畜粪便连续发酵堆肥的方法处理禽畜粪便，与传统堆肥发酵方法相比，本发明连续发酵堆肥可以提前提高禽畜粪便发酵堆肥纤维素酶活性的水平及峰值，比传统堆肥方法纤维素酶活性提前2-3d出现，且纤维素酶活性一直持续在较高水平，利于降解禽畜粪便中大量的纤维素。

本发明的发酵引物具有适合发酵菌快速、大量繁殖、产酶的生长微环境，能有效缩短添加的发酵菌的延滞期，使发酵菌尽快适应新的生存环境，能快速扩大种群数量，快速产生纤维素酶，高效、快速地发挥发酵菌、降解酶的发酵降解作用，还可实现对多批次禽畜粪便快速连续发酵的目的，有效提高了禽畜粪便的堆肥发酵效率，极大地推动了生物肥料产业迅速发展。