羊粪腐熟堆肥过程的影响因素研究

摘要

为了保证羊粪腐熟堆肥过程中的科学性，提高羊粪的综合利用效率。本文通过查阅相关文献和总结实际腐熟堆肥经验对腐熟堆肥过程中相关因素的作用机制、调控要点和注意事项进行了总结分析。结果发现，通过调控“含水率、温度、微生物菌剂、碳氮比、酸碱平衡、调理剂、堆肥工艺”等相关因素有助于保证羊粪腐熟堆肥的顺利进行。羊粪的腐熟堆肥是多个相关因素综合调控的过程，应根据实际情况调控相关因素从而保证羊粪的综合利用。

关键词

羊粪 / 腐熟堆肥 / 影响因素 / 综合利用

随着我国养殖业的迅速发展，畜禽粪便的利用问题受到广泛关注。处理的方式有多种，综合利用率最高的方式为腐熟堆肥。目的在于将含有大量难以分解的纤维素、木质素等有机质、寄生虫以及有害病菌的不符合无害化标准的粪便转化为安全的有机肥。

在各类畜禽粪便的利用中，羊粪的腐熟堆肥利用最引人关注。原因在于羊粪中的C、P、K等营养元素充足，还含有植物生长所需的多种微量元素，其腐熟堆肥过程相对便捷、安全可靠、肥效持久，借助腐熟堆肥还可以减少硫化氢等有害气体产生以减少对生态环境的污染。

张燕等^[1]的研究表明在同等施肥量的情况下，使用羊粪有机肥可以让蔬菜产量提高近10%、含糖量可增加2～3百分点。此外朱磊等^[2]的研究表明还可以借助腐熟后的羊粪与秸秆、稻壳等物料一同复合配比作为土壤调理剂防止土壤板结、提高土壤活性。可以说羊粪的腐熟堆肥具有经济、环保双重效益。

在羊粪腐熟堆肥过程中影响因素较多，加之过程中各影响因素的调控方式难以把握，导致羊粪肥效难以充分利用、产生大量有害气体以及污染地下水源，严重的还会危害周围人群生命健康。本文旨在对羊粪的腐熟堆肥过程中的影响因素进行梳理总结，为今后顺利达到羊粪腐熟目的和要求提供有效参考。

1 含水率

羊粪腐熟堆肥过程中的含水率高低决定着腐熟堆肥过程的快慢。原因在于水分作为堆肥过程的溶剂，是微生物繁殖和进行分解活动的必要条件。水分起到了调节堆体温度的作用，使得堆体中的大量微生物得以避免因高温而失活。

李舒清等^[3]、殷显鹤等^[4]的研究表明新鲜羊粪中的初始含水率往往在75%以上。此时含水量过高，羊粪内部形成厌氧环境，微生物通过发酵产生CH₄、NO₂等污染气体。随着堆肥过程中的消耗，含水率最终会下降到40%～60%，这个范围内的羊粪中大量难以分解的有机物得以分解，从而提高了堆肥效率^[5]。

实际腐熟堆肥过程中含水率的测定多采用手握住物料的直观方式。如果指缝间有手印但不会滴水，落地后就松散，即为最佳含水状态。当前的新技术可借助红外光谱分析测定畜禽粪便中的水分含量^[6]；还可以利用探针+水分传感器的方式进行更加科学的测定，能大幅度提高准确率。但新测定方法的仪器价格昂贵，测定成本较高，目前还多采用传统方式进行测定。

2 通风供氧

羊粪内部结构普遍紧实、透气性较差，而堆体中微生物的发酵是有氧呼吸，充足的氧气供应是影响羊粪腐熟堆肥产物、堆肥效果的重要影响因素之一。同时微生物的发酵是放热过程，适当通风还可以降低羊粪发酵时的温度，与堆体中的水分一同保证发酵所需要的微生物菌不会因为高温而失活。

当前羊粪腐熟堆肥的主流通风供氧方式为“定期翻堆、自然通风和强制通风”。定期翻堆是目前最经济、便捷的供氧方式，翻堆次数和质量将直接决定腐熟堆肥最终产物的质量，堆肥初期应保持2～3 d翻1次，随着温度和水分下降可逐步降低频率，后期可以改为7～10 d翻1次。夏季高温季节的翻堆频率可适当增加，最高不宜超过1 d翻1次。

3 酸碱平衡

在堆肥过程中，羊粪内部的酸碱（pH）平衡环境会决定微生物的繁殖状态和对于有机质的分解效率。过低的pH会抑制微生物的生长发酵环境，随着发酵过程进一步深入，受大量铵态氮等碱性离子的影响，堆体的整体环境将逐渐偏碱性，以氨气的形式逸出，造成堆体中大量氮元素流失，造成环境污染。

在整个堆肥过程中，pH值应稳定在7.5～8.5。羊粪腐熟堆肥过程中的pH测定方法较为传统，可以插入pH试纸或者电子pH计进行直接测定，与标准的酸碱度标准进行对比；还可以利用pH电极法和酸度计法进行，结果相对准确可靠。

pH主要受添加的物料、调节剂以及发酵环境影响。如果有大量喜好偏碱性环境的微生物，可以通过向堆体中投入少量生石灰进行调节，添加之后注意混合。如果想降低pH可添加腐殖酸^[7]，其结构中含有羧基、羟基、甲氧基、胺基、羰基等多种活性官能团，使其具有降低氮素损失、钝化重金属、促进堆肥腐殖化等多重作用。

4 碳氮比

羊粪腐熟堆肥的目的不仅仅是制成优质的有机肥，更重要的是借助有机肥改善土壤结构。在腐熟堆肥过程中，物料中的碳元素作为微生物增殖的主要能量来源从而被主动吸收；氮元素可组成蛋白质、核酸等大分子物质，以硝态氮和铵态氮等形式被微生物利用^[8]。

腐熟堆肥过程中适宜的碳氮比（C/N比）为25:1到35∶1，当两者之比小于25∶1时，堆体中氮元素含量过高，会以氨气的形式释放到空气中；大于35∶1时，微生物会因缺乏氮元素而降低代谢频率，导致木质素、纤维素等有机物的降解速度下降，影响堆肥的效率和最终质量。碳氮比的测定方式有多种，既可以选择简易测定，利用测得的pH值、温度和质量代入公式：碳氮比=（质量×pH值）÷温度，即可计算出堆肥的碳氮比；也可以选择测量仪进行速测。

碳氮比的调节方式为添加外源性物质。增加碳元素可通过秸秆、花生壳、落叶等物质进行增碳、固碳；若想增加氮元素含量，发酵时则可以加尿素、动物骨头以供微生物生长。可根据实际情况进行选择，从而主动改变两者比例。

5 微生物菌剂与温度

在羊粪的腐熟堆肥过程中，温度决定的是堆体中微生物的活性；反过来，微生物的繁殖和分解是一个放热过程，菌剂中微生物的活性大小也会反过来影响堆体温度。因此，两者联系密切，相互作用，共同决定着堆肥的速率。

5.1 微生物菌剂

羊粪中的有机质含量在25%～27%，大多难以分解，微生物菌剂的选取至关重要。目前来说，单一的微生物菌剂难以满足羊粪实际腐熟堆肥过程中的时间和质量等综合需求。利用复合微生物菌剂不仅可以协同发挥微生物之间的相互作用，还可以根据需求针对性地提升腐殖质的碳元素和氮元素含量，从而取得更佳的堆肥效果。当前羊粪腐熟堆肥过程中常用的复合微生物菌类包括“解硫胺素芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌”在内的一系列菌株。

微生物菌剂的操作要点在于添加的时机。通常来说，添加微生物菌剂7 d后基本完成腐熟，过早添加菌剂导致的腐熟会令羊粪难以充分发挥肥力，过晚则会导致羊粪发酵延迟。

5.2 温 度

羊粪腐熟堆肥的最佳温度为50 ℃，最高不宜超过70 ℃，一旦超过就会导致菌体因高温失活。

在腐熟堆肥的早期阶段，堆体温度为15～45 ℃，大量嗜温类微生物开始繁衍，通过分解堆料中的有机物，进行大量能量代谢，导致堆体不断升温。实际堆肥过程中的经验表明，堆体的温度每升高10 ℃，堆体的反应速率就提升一倍。

堆肥中期，处于45～65 ℃温度范围内的微生物活动最为频繁，且不会因为温度过高而死亡，此时有机物最易分解，尤其是难分解的纤维素、木质素等物质也会大量分解和转化。

堆肥后期，高温维持一段时间后便开始下降，反应速率开始降低，直至下降到室温，此时可以认为堆体基本腐熟。腐熟堆肥过程中堆体内的大量病原体和寄生虫也会因为高温被杀死。

一般认为经过60 ℃以上高温连续8 d处理，羊粪就可以达到无害化标准。对羊粪的腐熟堆肥进行高温处理还有另外一层重要意义。由于养殖的羊群在生长过程中常有消化道线性虫和各类病菌寄生，导致羊群营养不良、消化紊乱，影响羊群妊娠。如果不对羊粪进行杀菌和灭虫，这些寄生虫和病菌会随羊粪制成有机肥寄生到植物体内，在羊采食过程中返回羊的消化道内形成恶性循环。

此外这些寄生虫和病菌还会通过大量繁殖深入地下污染水源，影响周围人群的正常生活。因此在羊粪的腐熟堆肥过程中调控温度进行处理，不仅是保证有机肥的无害化，更重要的是保证周围人群的日常生活健康。温度的测定较为直接，方法为测温计，测定时直接插入羊粪深处，选择不同部分至少进行3次测量，减少误差。

温度的整体调控主要通过定期通风和安装保温材料的方式进行。在这个过程中还要尽量保证场地的通风性，及时观察腐熟堆肥过程中的颜色变化、定期检查温度和水分含量、避免阳光直射。

6 堆肥工艺

堆肥工艺作为羊粪腐熟堆肥的整体流程，需要根据实际环境和需求的不同，针对性地调整流程中的不同组合搭配达到相应要求^[9]。通常需要考虑所在地区的海拔、温度等相关因素。常用方法为借助调整、优化相关参数进行前后对比，从而确定参数调整方向。例如是否添加秸秆等外源性物质、翻堆频率调整、复合菌接种量和添加时机等。

7 调理剂

在羊粪的腐熟堆肥过程中，调理剂的作用是针对性地调控反应的速率和程度、降低相关成本，以便于达到想要的效果。

常见的调理剂是秸秆，也可以用稻草、稻壳等固体废弃物。羊粪的腐熟堆肥是好氧堆肥技术，需要有足够的氧气供微生物生长。强制通风和增加翻堆频率无疑会增加成本，因此常通过添加秸秆、稻草的方式进行调节，稻秸秆具有较大的比表面积和良好的截留、吸附特性，作为畜禽粪便堆肥的调理剂，可增加堆料孔隙度，利于堆体内部气体扩散，增加微生物代谢活性^[10]。

Xu等^[11]、Liu等^[12]研究均发现添加秸秆调理剂可以调节堆体C/N比和湿度以及提高堆体的孔隙度，加快堆肥进程。大量秸秆、稻草、稻壳等固体废弃物在农田的随意堆放，会导致土壤结块，降低土壤质量和土壤肥力。随着时代发展和不断尝试，欧洲的部分国家已经开始选择加入废弃的木屑和处理后的生活垃圾作为调节剂，提高羊粪肥力的同时提升了废弃物的利用效率。若想要使秸秆等调理剂得以更加高效利用，可将秸秆制成粉状添加。

另一种常用的调理剂是除臭剂，由于羊粪腐熟堆肥过程伴随着大量微生物发酵，会产生大量氨、硫化氢等恶臭成分。不仅污染空气，在将来制成有机肥撒播时会深入地下水源，导致化学需氧量（COD）超标。

添加羊粪除臭剂的作用就在于：一是分解异味成分，二是杀菌抑菌。在使用后，把异味分子分解成无毒无害的水、二氧化碳、无机盐等小分子，不伤害土壤和农作物。除臭剂一般在翻堆之前进行添加。

8 其他影响因素

羊粪从生粪到最终分解需要经过4个阶段，即升温阶段、高温阶段、降温阶段、腐熟阶段。作为一个复杂且长期的过程，除上述已经列举的影响因素外，还有堆体大小、堆放方式、辅料的选择和添加时机等其他影响因素。

整体来看这些影响因素都会直接或间接影响腐熟堆肥的效率和最终质量。具体影响机制和原理较为复杂且尚不十分明确。依据实际经验，羊粪堆肥的堆体高度不宜超过2 m，长度不宜超过3 m，在此过程中注意调控水分和温度、添加发酵剂、定期翻堆。至于羊粪的无害化和后续处理，借助紫外线照射、生物热消毒法的方式进行灭菌处理。此外，堆粪场的周围还应该配备有防雨、防粪液渗漏、防溢流等必要的设备进行辅助^[13]。

9 结 语

随着国家碳达峰、碳中和战略的提出，畜禽粪污的资源化、无害化综合利用已经成为了重点关注对象。羊粪腐熟堆肥的作用也不仅仅在于降低养殖成本，更重要的是能够减少环境污染。只有做到经济效益与生态效益兼顾才能促使我国养殖业健康、可持续发展。

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