全 文 ：不同微生物菌剂处理对猪粪堆肥中氨挥发的影响 3
王卫平1 　汪开英2 　薛智勇1 3 3 　朱凤香1
(1 浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所 ,杭州 310021 ;2 浙江大学农业生物环境工程研究所 ,杭州 310029)
【摘要】　研究不同微生物复合菌剂及添加比例对猪粪与木屑混合 (鲜重比为鲜猪粪∶木屑 9∶1) 堆肥过程
中 NH3 挥发的影响. 结果表明 ,在堆肥过程中 ,NH3 挥发主要产生在堆肥前期 15 d 的升温和高温期 ,添加
3 ‰的微生物复合菌剂 1、2 和 3 对猪粪堆肥中 NH3 挥发都有一定的抑制作用 ,减轻氮素损失与堆肥恶臭 ,
添加 5 ‰复合菌剂 1 有显著抑制作用 ( P < 0105) .
关键词 　猪粪 　堆肥 　微生物菌剂 　氨
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 04 - 0693 - 05 　中图分类号 　S14114 　文献标识码 　A
Effects of microbial agents on NH3 emission during pig manure composting. WAN G Weiping1 ,WAN G Kaiy2
ing2 ,XU E Zhiyong1 ,ZHU Fengxiang1 (1 Institute of Envi ronment Resources and Soil Fertilizer , Zhejiang A gri2
cultural Academy of Sciences , Hangz hou 310021 , China ; 2 Institute of A gricultural Bio2Envi ronment Engi2
neering , Zhejiang U niversity , Hangz hou 310029 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (4) :693～697.
This paper studied the effects of different mixed microbial agents on the NH3 emission during pig manure2saw2
dust (9∶1 ,fresh w/ w) composting. The results showed that the NH3 emission was mainly occurred at the high
temperature ( > 50 ℃) period during the early 15 days of composting. The addition of 3 ‰mixed microbial a2
gents 1 ,2 and 3 had a definite inhibitory effect on the NH3 emission ,and the effect of 5 ‰mixed microbial agent
1 was significant ( P < 0. 05) .
Key words 　Pig manure , Composting , Microbial agent , NH3 .
3 浙江省重大科技攻关资助项目 (021102538) .3 3 通讯联系人.
2004 - 05 - 02 收稿 ,2004 - 11 - 17 接受.
1 　引 　　言
伴随效益农业而迅速发展的规模化、集约化畜
禽养殖业所产生的粪、水、气等污染物给生态环境带
来了前所未有的压力 ,生态承载能力作为评价畜牧
业可持续发展的指标逐渐受到广大研究者的认
同[12 ] .堆肥是目前常用的无害化、资源化好氧生物
发酵处理畜禽粪的有效方法 ,而堆肥基质的腐熟主
要通过多种微生物分解和转化有机物质来完成. 但
自然堆肥初期微生物量少 ,需要一定时间才能繁殖
起来[1 ,2 ] . 人工加入高效微生物菌剂可以调节菌群
结构、提高微生物活性 ,从而提高堆肥效率、缩短发
酵周期、提高堆肥制品质量[3 ] . 然而 ,国内外过去的
研究往往注重单一菌种的开发 ,对不同菌种间的相
互关系研究不够. 开发的菌种大多属于单一种类 ,而
在堆肥复合微生物菌剂的研究和开发方面所做过的
工作很少.
畜禽粪中有机氮的含量较高 ,由于微生物的分
解和转化作用 ,部分 N 在堆肥过程中以 N H3 的形
式挥发而损失 ,据研究表明 ,粪便堆肥中 N H3 的损
失高达 79 %[8 ] . N H3 的挥发会对人畜产生不利影
响 :影响人畜生理机理 ,刺激嗅觉神经与三叉神经 ,
对呼吸中枢发生作用 ,影响人畜的呼吸功能 ,危害人
畜健康[9 ,11 ,21 ] . 而且大多数 N H3 将扩散到大气中 ,
增强大气中 N 的沉降 ,造成酸雨 ,导致周围耕地土
壤酸化和水体富营养化等环境问题 ,规模化畜禽养
殖场粪水排放已成为农业环境中重要的恶臭点源.
同时 ,由于大量 N H3 的挥发 ,也降低了堆肥的农用
价值 ,因而减少和控制畜禽粪处理过程中 N H3 等臭
气的排放是实现优质、高效、无污染的堆肥及农业生
态环境保护的迫切需要.
堆肥过程中氮的转化与臭气、肥效和氮营养素
损失相关. 在堆肥中 ,N H3 的产生和挥发与堆肥温
度、p H 值、堆肥中微生物种类及分布变化有关[17 ] .
添加外源性微生物来加速堆肥腐熟过程等 ,是当前
这一领域研究的热点之一. 赵京音[22 ]和胡尚勤[3 ]等
研究表明 ,鸡粪堆制过程中接种微生物菌剂可减少
40 %～85 % N H3 等臭气挥发. 吴银宝等[15 ]研究了
不同调理剂、不同通风方式及 C/ N 对猪粪堆肥过程
中 N H3 的挥发的影响[15 ] . 庞金华等[10 ]研究表明 ,
微生物菌剂对猪粪堆肥中有机质和腐殖质的分解有
应 用 生 态 学 报 　2005 年 4 月 　第 16 卷 　第 4 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Apr. 2005 ,16 (4)∶693～697
调控作用[10 ] . 添加微生物制剂可以调控堆制过程中
的碳氮代谢 ,使碳类物质降解为芳香小分子有机物 ,
减少氮类物质分解为氨氮后以气态挥发损失来控制
臭味的产生. 本文研究应用酵母菌、放线菌和芽孢杆
菌组成的不同复合微生物菌剂及添加比例对猪粪堆
肥生产中 N H3 挥发的影响.
2 　材料与方法
211 　试验材料
21111 堆肥 　堆肥试验于 2003 年 11～12 月在杭州沃土有
机肥有限公司进行 . 鲜猪粪采自杭州萧山钱江种猪养殖场 ,
木屑购自杭州一个木材加工厂. 试验用猪粪、木屑的主要成
分如表 1.
表 1 　堆肥原料的主要成分
Table 1 Initial conditions and composition of composting materials
原料
Material
含水率
Moisture
content
( %)
全 N
Total N
( %)
有机碳
Organic
carbon
( %)
碳氮比
C/ N
全 K
Total K
( %)
全 P
Total P
( %)
有机质
Organic
matter
( %)
猪粪
Pig manure 68132 2142 3018 12173 31235 11857 53105
木屑
Sawdust 15156 0114 4911 66178 01361 0103 67184
21112 菌剂 　试验用复合发酵菌剂由酵母菌、放线菌和芽孢
杆菌复配研制而成 ,其中复合菌剂 1 由酵母菌、放线菌和芽
孢杆菌按一定比例组成 ,复合菌剂 2 由酵母菌和芽孢杆菌按
一定比例组成 ,复合菌剂 3 由酵母菌和放线菌按一定比例组
成.所有菌剂由浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究
所提供 ,在堆肥开始时均匀混入堆肥原料中.
213 　试验设计
堆肥的堆体基部长、宽分别为 119 m 和 112 m ,堆高 018
m. 堆肥处理中鲜猪粪与调理剂的重量比为 9∶1 ,堆肥开始
时 ,调节混合物料的水分含量至 63 %～68 %. 堆肥采用人工
翻堆 ,每隔 3 d 1 次. 试验设计方案如表 2.
表 2 　试验处理设计方案
Table 2 Experiment design
堆肥编号
Compost No.
试验处理
Test treatments
Ⅰ 猪粪 + 木屑 + 1 ‰复合菌剂 1
Pig manure + Sawdust + 1 ‰Microorganism agent 1
Ⅱ 猪粪 + 木屑 + 3 ‰复合菌剂 1
Pig manure + Sawdust + 3 ‰Microorganism agent 1
Ⅲ 猪粪 + 木屑 + 5 ‰复合菌剂 1
Pig manure + Sawdust + 5 ‰Microorganism agent 1
Ⅳ 猪粪 + 木屑 + 3 ‰复合菌剂 2
Pig manure + Sawdust + 3 ‰Microorganism agent 2
Ⅴ 猪粪 + 木屑 + 3 ‰复合菌剂 3
Pig manure + Sawdust + 3 ‰Microorganism agent 3
CK 猪粪 + 木屑
Pig manure + Sawdust
214 　采样及测定
21411 样品采集 　堆肥当天及以后每 5 天采样一次. 在每个
堆的前侧挖开高和宽分别为 017 m 和 014 m 的取样剖面 ,从
上到下垂直取样约 3～5 cm 厚 ,每次取样量约 1 kg.
21412 温度测定 　每天 8 :30(翻堆前)通过从堆体顶部插入 (25
cm深)的表式热敏温度计记录堆肥温度 ,同时测量环境温度.
21413 样品测定 　样品水分、p H、有机质、全氮、全磷和全钾
的测定按 N Y52522002 中所述方法进行 ,鲜样测定. 氨气
(NH3 ) 采用 Pac Ⅲ便携式 NH3 测定仪测定. 数据处理应用
SAS统计软件 ,对处理间不同参数进行方差分析.
21414 种子发芽指数 ( Germination index , GI) 测定 　种子发
芽指数 ( GI)测定参考汤江武[13 ]所述方法略加改进 ,培养皿
(直径 9 cm)内先垫一张滤纸 ,均匀放入 20 颗黄瓜种子 (津春
4 号) ,然后加入发酵猪粪的浸提液 (在样品 10 g 中加入 100
ml 蒸馏水搅拌浸泡 30 min) 510 ml ,在 25 ℃黑暗的培养箱中
培养 48 h ,测定发芽率和根长 ,每个样品重复 3 次 ,同时用蒸
馏水作为对照 ,用以下公式 [ GI = (处理平均发芽率 ×处理
平均根长) / (对照平均发芽率 ×对照平均根长) ×100 %]计
算种子的发芽指数 [23 ] .
3 　结果与分析
311 　堆温的变化
堆肥开始后各处理的温度都迅速升高 (图 1、
2) ,除对照组外各处理在第 10 天后进入高温分解阶
段 ( > 50 ℃) ,在第 15 天达到 60 ℃以上 ,本研究大
于 50 ℃的堆温持续了 25 d ,符合粪便无害化卫生标
准[6 ] .添加 3 ‰和 5 ‰微生物菌剂 1 的堆温在 20 d
后下降 ,而添加 1 ‰微生物菌剂 1 和对照组在 25 d
后下降 ,表明增加一定比例的微生物菌剂 Ⅰ能提高
堆肥发酵温度和促进腐熟 (图 1) . 从图 2 可知 ,添加
3 ‰的微生物菌剂 1、2 和 3 在 20 d 后堆温均开始下
降 ,而菌剂 1 处理的堆温下降缓慢 ,菌剂 2 和 3 处理
的堆温则快速下降 ,表明由酵母菌、放线菌和芽孢杆
菌复配的菌剂 1 处理的堆肥中生物活性仍然较高.
图 1 　不同比例复合菌剂处理堆肥温度变化
Fig. 1 Changes of temperature by different rate of microorganism agent
during composting.
Ⅰ1 堆肥处理 1 号 Compost 1 ; Ⅱ1 堆肥处理 2 号 Compost 2 ; Ⅲ1 堆肥
处理 3 号 Compost 3 ; Ⅳ1 堆肥处理 4 号 Compost 4 ; Ⅴ1 堆肥处理 5
号 Compost 5 ;CK:对照 Control. 下同 The same below.
496 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
312 　堆肥 p H 变化
堆肥过程中 p H 值均维持在 810～915 之间 ,且
呈先弱降后快速升高再弱降趋势 ,到堆肥结束时 p H
值仍在 910～915 之间. 从图 3、4 可知 ,各堆肥处理
的 p H 值在 20 d 时到达最大值 ,在发酵降温阶段 p H
值降低并趋于平缓 ,其中添加 5 ‰微生物菌剂 1 堆
肥处理的 p H 值最低 ,而添加 3 ‰的微生物菌剂 1、2
和 3 与对照相比 p H 值差异不大.
图 2 　不同复合菌剂处理堆肥温度变化
Fig. 2 Changes of temperature by microorganism agent during compos2
ting.
图 3 　不同比例复合菌剂处理堆肥 p H 变化
Fig. 3 Changes of p H by different rate of microorganism agent during
composting.
图 4 　不同复合菌剂处理堆肥 p H 变化
Fig. 4 Changes of p H by microorganism agent during composting.
313 　堆肥发酵过程中氨气 (N H3)的变化
本试验结果 (图 5、6) 表明 ,微生物菌剂能显著
影响堆肥过程中 N H3 的挥发. 从图 5、6 可知 ,在整
个堆肥发酵过程中 N H3 的最高挥发量是在堆肥的
升温阶段后期 ,即在堆肥发酵的 8～20 d ,并在堆肥
前期 10 d 内 N H3 挥发迅速上升 ,这与吴银宝[16 ]和
王岩[14 ]的研究结果基本一致. 除对照外 ,其余处理
在 35 d 时 N H3 的挥发量小于 20 mg·kg - 1 ,而添加
5 ‰微生物菌剂 1 处理在 30 d 时 N H3 的挥发量已降
至 20 mg·kg - 1以下. 添加 5 ‰微生物菌剂 1 处理的
堆肥中 N H3 的挥发比添加 1 ‰微生物菌剂 1 和对照
显著减少 ( P < 0105) ,添加 3 ‰微生物菌剂 1、2 和 3
与对照相比有差异 ,但不显著. 堆肥发酵过程中 ,
N H3 的挥发是一个连续的过程 ,而翻堆是堆肥好氧
发酵的必需措施之一 ,翻堆具有降温、脱水、通气等
多种作用 ,但同时 N H3 的释放也加快 ,翻堆时间、次
数也是 N 损失应考虑的因素之一.
图 5 　不同比例复合菌剂处理堆肥 NH3 变化
Fig. 5 Changes of NH3 by different rate of microorganism agent during
composting.
图 6 　不同复合菌剂处理堆肥 NH3 变化
Fig. 6 Changes of NH3 by different microorganism agent during com2
posting.
314 　全 N 的变化
堆肥过程中全 N 呈阶段性变化 ,且变化规律与
堆温呈负相关. 堆肥前 15 d ,全 N 显著减少 ,这是由
于此过程中微生物大量繁殖 ,新陈代谢旺盛 ,温度急
剧升高 ,有机 N 强烈分解产生大量的 N H3 挥发而
损失 ,且使堆肥 p H 逐渐升高. 从图 7、8 可知 ,添加
5964 期 　　　　　　　　　　　王卫平等 :不同微生物菌剂处理对猪粪堆肥中氨挥发的影响 　　　　　　　　　　　
5 ‰微生物菌剂 1 堆肥处理在 15 d 后 ,全 N 增加 ,添
加 3 ‰微生物菌剂 1 堆肥处理在 20 d 后 ,全 N 增
加 ,而添加 1 ‰微生物菌剂 1 堆肥处理和对照组在
25 d 后 ,全 N 增加. 添加 3 ‰微生物菌剂 1、2 和 3 堆
肥处理一样在 20 d 后 ,全 N 增加. 堆肥前 20 d ,全 N
明显减少 ,这是由于此过程中有机 N 强烈分解产生
大量的 N H3 ,并在碱性环境中挥发而损失 (图 7、8) ,
在堆肥降温阶段全 N 增加是因为在堆肥发酵后期 ,
N H3 的挥发减少 ,有机质不断分解成 CO2 和 H2O
而散失 ,水分下降速率加快 ,总干物质重的下降幅度
明显大于全氮下降幅度 ,最终使得干物质中全 N 含
量相对增加[2 ] .
图 7 　不同比例复合菌剂处理堆肥全 N 变化
Fig. 7 Changes of total N by different rate of microorganism agent during
composting.
图 8 　不同复合菌剂处理堆肥全 N 变化
Fig. 8 Changes of total N by microorganism agent during composting.
315 　种子发芽指数的影响
一般来讲 ,当堆肥水浸提液 Cress 种子发芽指
数 ( GI)达到或超过 50 %时 ,就可以认为堆肥已基本
腐熟 ,对于种子的发芽基本无毒性[11 ] , Garcia 等[1 ]
认为 ,堆肥水溶性物质日趋减少标志着堆肥渐趋腐
熟. 汤江武等[13 ]的研究表明 ,津春 4 号黄瓜种子较
适宜作为猪粪堆肥腐熟度生物指标的指示种子. 除
堆肥 3 外 ,其余处理的发芽指数由 0 d 的 72 %快速
下降到 5 d 的 45 %以下 ,此后逐渐上升. 从图 9、10
可知 ,除堆肥中添加1 ‰微生物菌剂1处理和对照
　
图 9 　不同比例复合菌剂处理堆肥发芽指数变化
Fig. 9 Changes of germination index by different rate of microorganism
agent during composting.
图 10 　不同复合菌剂处理堆肥发芽指数变化
Fig. 10 Changes of germination index by different microorganism agent
during composting.
外 ,其余处理在 15 d 后发芽指数都高于 70 %. 添加
1 ‰微生物菌剂 1 处理要在堆肥 20 d 发芽指数高于
70 % ,而对照要在堆肥发酵达 25 d 发芽指数才达
70 %. 当前 ,堆肥腐熟时间过长仍是我国堆肥生产中
面临的难题之一 ,也是影响我国堆肥工厂化生产的
重要因素. 研究表明 ,在堆肥中添加微生物菌剂可以
加速堆肥基质的酵解 ,有效提高堆肥温度、种子发芽
指数 ,能明显加快堆肥腐熟进程[18～20 ] .
4 　结 　　语
　　堆肥过程中 N H3 挥发主要在发酵阶段后期和
高温期 (堆肥前期 15 d) ,试验中添加的微生物菌剂
对猪粪堆肥过程中 N H3 挥发有一定抑制作用 ,其中
由酵母菌、放线菌和芽孢杆菌研制的复合微生物菌
剂 1 的抑氨效果显著 ( P < 0105) .
堆肥中添加 3 ‰微生物复合菌剂 1、2 和 3 均可
缩短发酵周期 ,在发酵达到 15 d 后堆肥基本腐熟 ,
比对照提前了 10 d. 对好氧堆肥中微生物优势种群
变化分析表明 ,在整个堆肥过程中 ,微生物优势种群
呈动态变化 ,开始阶段的主要作用菌群是细菌数量
和种类较放线菌、霉菌及酵母菌多 ,对发酵升温起主
要作用 ,芽孢杆菌是堆肥过程中的优势菌种[4 ,5 ,7 ] ;
696 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
堆肥高温阶段放线菌数量和种类都增加 ,链霉菌、小
多孢菌和高温放线菌是高温阶段的优势菌种 ,本文
选用耐高温、生长快的酵母菌、放线菌和芽孢杆菌特
异菌株按一定比例复配的复合发酵菌剂 1、2、3 ,分
别接种猪粪堆肥发酵 ,显示由三菌复配的微生物复
合菌剂 1 腐熟效果更好.
本试验表明 ,猪粪堆肥接种微生物菌剂可以加
快发酵腐熟 ,但不同粪源堆肥选择更适宜的微生物
菌剂及其添加量尚待进一步研究探索.
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作者简介 　王卫平 ,男 ,1963 年生 ,硕士 ,副研究员. 主要从
事农业微生物资源及应用研究 ,发表论文 10 多篇. E2mail :
weipingw119 @sohu. com
7964 期 　　　　　　　　　　　王卫平等 :不同微生物菌剂处理对猪粪堆肥中氨挥发的影响