本發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領域，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：
隨著我國規模化畜禽養殖業的快速發展,畜禽糞便集中排放導致的環境污染問題日趨嚴重。據統計，2010年全國畜禽養殖業排放的化學需氧量(cod)和氮、磷排放量占全國排放總量的45％、25％，占農業源的比例為95％、79％，是農村面源污染的主要污染源。大量未經處理的畜禽糞便直接排放，對大氣、土壤、水體造成嚴重污染，甚至危及人類健康。對畜禽糞便進行合理有效處理及資源化利用,是保證畜牧業可持續發展重要途徑。
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，其易降解有機物被降解，物料得以穩定化。畜禽糞便堆肥產物，是一種含有豐富有機質、氮磷鉀及中微量元素，是一種優良有機肥料。因此，通過堆肥化處理，畜禽糞便可以轉變成優質安全的有機肥加以利用，化廢為寶。
迄今，國內外對畜禽糞便堆肥化工藝進行了大量研究，開發出了多種處理工藝與方法。目前，國內普遍采用的條垛式、槽式、滾筒式或倉式發酵工藝，堆肥過程一般經歷升溫、高溫、降溫、腐熟等幾個階段。在常規堆肥過程，堆肥發酵溫度一般控制在70℃以下，超過70℃一般采用翻堆或通風措施進行降溫。常規堆肥之所以在70℃以下進行，原因在常規堆肥中高溫階段發酵的嗜熱微生物難以耐受70℃以上高溫，過高溫度會導致大量嗜熱微生物死亡，從而不利于后續發酵。因此，常規或傳統堆肥發酵周期長，一般在30～60天，有的甚至長達半年。過長的堆肥周期，不僅會導致物料碳氮損失量大(一般在30～60％)，而且導致堆肥占地面積大及基礎設施投資大，堆肥處理成本增高。
為加快堆肥化速率，提高堆肥效率，國內外開展了大量研究。專利cn101696391b公開了一種農業廢棄物的快速堆肥菌劑及其生產有機肥的方法，該專利技術采用一種纖維素降解菌的菌劑，促進廢棄物堆肥發酵，因菌株單一且工藝方法為傳統好氧高溫堆肥，堆肥周期仍長達30天。專利cn101555169b公開了一種有機廢棄物的規模化快速堆肥方法，該方法首先將發酵物料先進行強制通風發酵，并維持高溫發酵期1～15天，再轉入強制通風靜態垛發酵系統進行二次發酵直至腐熟。該發酵過程復雜，需要配置兩套發酵系統，二次發酵時須進行物料轉移，費時費力，占地面積大，且腐熟時間長。專利cn201210588066.8公開了一種生物質倉式堆肥處理設備及方法，利用微生物菌劑，采用空氣加熱使得封閉發酵倉中的溫度達到50～60℃發酵5～7天，實現生物質物料的腐熟。現有技術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酵生產生物有機肥的微生物腐熟劑的制備方法，所采用的菌種適宜發酵溫度為30～40℃。專利cn201510054436.3公開了一種微生物有機物料腐熟劑及其制備方法，所含的復合菌種為酵母菌、黑曲霉、放線菌和枯草芽孢桿菌，發酵溫度為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，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，堆肥產品肥效較傳統堆肥產品高出30％以上。由于堆肥周期極短，堆肥綜合成本與傳統堆肥基本相當。目前，未見有關利用超高溫堆肥方法處理畜禽糞便的報道。
技術實現要素：
針對上述問題，本發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肥料，對提升土壤肥力、提高作物產量效果顯著，且能明顯提高作物氮素利用率和作物品質，本發明是這樣實現的：
一種畜禽糞便超高溫堆肥方法，其具體步驟如下：
1)將畜禽糞便與調理劑混合形成混合料后，調節含水率至45～60％，加入0.1％(w/w)有機物料腐熟菌劑，獲得發酵原料；
2)利用步驟1)獲得的發酵原料轉入輔以外加熱裝置的溫度可控的發酵倉中，通過高壓風機對物料進行曝氣或攪拌供氧，進行好氧堆肥，經1～2h后待發酵原料升溫至80～85℃，在此溫度下繼續發酵16～24h，獲得超高溫堆肥產品；
發酵期間，還可以通過高壓風機或攪拌的方式對物料進行曝氣供氧；
其中，所述發酵原料中，畜禽糞便所占質量百分比為80～85％，余下為調理劑；
所述發酵原料中，以質量百分比計，有機物料腐熟菌劑占0.1％，有機物料腐熟劑中有效活菌數不低于1×108cfu/g。
進一步，本發明所述利用畜禽糞便的超高溫有機肥料制備方法中，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。
進一步，本發明所述利用畜禽糞便的超高溫有機肥料制備方法中，步驟1)所述調理劑為植物秸稈粉、礱糠、菌菇渣、鋸末或中藥渣的一種或幾種。
進一步，本發明所述利用畜禽糞便的超高溫有機肥料制備方法中，步驟1)所述調理劑的長度小于2cm。
進一步，本發明所述利用畜禽糞便的超高溫有機肥料制備方法中，步驟1)所述有機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。
進一步，本發明所述利用畜禽糞便的超高溫有機肥料制備方法中，步驟1)所述有機物料腐熟劑中，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之比為1:1:1:1:1。
進一步，本發明所述曝氣供氧是指以本領域常規方式對堆肥物料進行好氧發酵，發酵期間總曝氣量優選每千克干物質(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，攪拌速率優選為20～40轉/分。
本申請中，技術術語“超高溫”是指酵溫度高于常規高溫堆肥(常規最高發酵溫度<75℃)，溫度范圍為80～85℃。
本發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境中能正常生長、繁殖，即可實現發明之目的。
通過本發明的方法獲得的超高溫堆肥產品，不僅能快速高效解決畜禽糞便對環境造成的污染，而且獲得的有機肥料貯存、運輸方便，施用方便。本發明不僅為作物生長提供多種營養物質，增加作物產量，提高作物品質高和氮素利用率，而且提高土壤有機質，活化土壤養分，減少化肥施用量。
具體實施方式
下面通過具體實施例，對本發明的技術方案作進一步說明。
實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“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“嗜熱脫氮芽孢桿菌產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“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。
實施例中所涉及的培養基：
發酵培養基(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；
實施例1最佳菌種配比的確定
本實施例中，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分別接種于發酵培養基中培養，a、b、c、d、e菌株的培養溫度依次為65℃、70℃、60℃、75℃、75℃，培養時間均為24h；
(2)將上述步驟(1)培養得到的5菌液，按照各菌種活菌數進行三種組合(見表1)，獲得三組不同比例的混合發酵液，按照吸附比例1:3(混合發酵液：吸附劑的質量比為1:3)在攪拌混合設備中進行充分混勻，調節物料含水率低于20％(通過添加其他輔料或通風干燥等措施調節)，獲得三組固體有機物料腐熟劑。
本實施例中所使用的吸附劑是由菇渣、礱糠、蛭石、爐渣依次按照質量比2:2:1:1的比例混合配制而成。
表1各菌種活菌數配比表
分別測定三種不同配比的固體有機物料腐熟劑中蛋白酶、脂肪酶和纖維素酶活，結果如表2所示：
表2不同菌種組合有機物料腐熟劑酶活
從表2可以看出，組合ⅲ所制備的有機物料腐熟劑中蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶活性最高，因此后續應用上選擇5株菌活菌數量之比為1:1:1:1:1的配比組合(即組ⅲ)。經檢測，組ⅲ中，總有效活菌數均大于1×108cfu/g。
實施例2畜禽糞便的超高溫堆肥
實驗組超高溫堆肥方法：
1)制備有機物料腐熟劑：本實施例中使用實施例1組ⅲ獲得的固體有機物料腐熟劑；
2)制備發酵原料：以質量百分比計，將新鮮雞糞85％和稻秸15％，混合獲得原始物料，調整原始物料的含水量為55％后，再加入有機物料腐熟劑，混合均勻，獲得發酵原料；在該發酵原料中，有機物料腐熟劑所占的質量百分比為0.1％；3)將步驟2)中所得接種了有機物料腐熟劑的發酵原料轉入堆肥裝置(本領域常規堆肥裝置即可)中，1～2h內將發酵原料的溫度升至80～85℃，并在該溫度范圍內繼續發酵20h(具體實踐中，可根據情況發酵16-24h)；
發酵期間對物料進行曝氣供氧，總曝氣量為每千克干物質(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)。實踐中也可以通過攪拌的方式供氧，攪拌速率優選為20～40轉/分。
發酵結束將物料從堆肥反應器取出攤開，待物料自然降至室溫后，得到實驗組雞糞堆肥產品。
同時以不接種固體有機物料腐熟劑的超高溫堆肥處理為對照，對照組物料組成、發酵溫度、發酵時間均相同。
發酵結束時取樣分析不同堆肥產品總有機碳、總氮、氨氮含量：
物料含水率、總有機碳、總氮、銨態氮、可溶性有機碳含量的測定參照曹云等(2015)；小白菜種子發芽率的測定方法為：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，濾液用于種子發芽率的測定。在已滅菌的培養皿內墊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24h后測定發芽率。
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].農業工程學報，2015，31(21)：220－226.
檢測結果如表3所示：
表3不同有機物料理化性質及其提取液對小白菜的種子發芽率影響
從表3可以看出，超高溫發酵20h后得到的堆肥產品含水率下降至30％以下。接種有機物料腐熟劑發酵后物料總有機碳含量比不接種的總有機碳含量略低，說明微生物對有機碳的降解速率快；接種處理的堆肥產品銨態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，但由于可溶性有機碳、銨態氮含量明顯低于不接種，其提取液對小白菜的種子發芽率明顯高于未加有機物料腐熟劑的堆肥，說明添加有機物料腐熟劑提高了堆肥產品的腐熟度。
實施例3盆栽試驗
本實施例在江蘇省農科院循環農業研究中試基地實施；
試驗材料為小白菜，品種為上海青。
試驗共設4種處理：
即t1，不施肥；
t2，純化肥(撒特利復合肥料n:p2o5：k2o＝15：15：15，購自中農新肥科技股份有限公司)；
t3，普通有機肥(按傳統工藝制備，發酵原料為畜禽糞便、農作物秸稈，具體參見：馬懷良，許修宏.畜禽糞便高溫堆肥化處理技術.東北農業大學學報，2005,36(4)：536～540)；
t4，為實施例3實驗組獲得的超高溫雞糞有機肥。
每種處理實施時三次重復，每重復(盆)裝土5kg。定植后，每盆苗數為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天調查各處理產量、葉片硝態氮、總氮含量以及土壤肥力等指標，檢測結果如表4-5所示：
表4各處理小白菜收獲期產量及品質
表5各處理小青菜收獲期土壤肥力
從表3可以看出t4超高溫雞糞堆肥產品處理小白菜生長最好，品質最佳，其葉綠素含量高于化肥處理，而葉片硝態氮含量比化肥降低45.9％,比普通有機肥處理降低27％。小白菜的累積吸氮量、氮回收率、氮農學利用效率也均高于化肥處理和普通有機肥處理。超高溫雞糞堆肥產品顯著提高了土壤肥力。
從表4可以看出，t4處理土壤有機質、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％；比普通有機肥處理增加了22.13％、9.37％、15.90％、13.91％。
可見，本發明堆肥方法獲得的超高溫雞糞堆肥產品后，促進蔬菜產量和氮素利用率，降低蔬菜硝酸鹽含量，提高土壤活性有機質方面效果顯著。
以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，由于文字表達的有限性，而客觀上存在無限的具體結構，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進、潤飾或變化，也可以將上述技術特征以適當的方式進行組合；這些改進潤飾、變化或組合，或未經改進將發明的構思和技術方案直接應用于其他場合的，均應視為本發明的保護范圍。