全 文 ：生态科学2006年10月第25卷 第5期
环境条件对猪粪好氧堆肥过程的影响
汤仲恩，朱文玲，吴启堂+(华南农业大学资源环境学院’刖、I，510642)
【摘要】 禽畜粪便的大量排放给环境造成了巨大污染，其中猪场粪便和污水是最主要的污染源。为了实现猪粪的无
害化、减量化和资源化，好氧堆肥是目前普遍应用和效果良好的实用技术。为了探明堆肥过程的生物学和化学过程，
论本文主要从几个影响因素如温度、调理剂、含水率、通风方式、微生物菌剂等对猪粪好氧堆肥技术方面进行了综述。
关键词：猪粪，好氧堆肥，影响因素
中图分类号：x173 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2006)05-467．05
Theel匿bctsofenvironmentalfhctorsnaeIUbiccompostingfbrpidung
TANGzhon—gen，zHUWen-ling，wUQi—taIlg(SoumCllinaAgdcultumluniVers咄CollegeofNaturalResoIlrceaIld
Envimnment，GuaIIgzhou510642，China)
AbstractsThexcretaf如manimalsre ultedinhugeenvironmentalpollution，inwh chwastesf幻mpiggeriesar Ⅱle鹕est
contaIIlinatedsources．WitllmedeVelopmentofa robiccompos曲gtechniques，wastes舶mpiggeriescouldbesubstalltially
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wastesfrompiggeries，suchaStemperatIlre，bull(ingagents，moistIlrecontent，aerationways，f icmbialinocu 撕onsetc．
1【eywords：Pigdung；Aerobicc mpos6ng；AffectingfactorS
规模化猪场的发展对于提高人们的生活水平具有
重要的作用，但是养猪业的不断扩大，带来了猪场粪便
和废水的大量集中排放，给当地环境造成巨大压力。例
如香港地区土地面积有限，很多猪场粪便废水没有经过
任何处理就直接排入水域，使香港水体污染有70由此产
生，也占了排入海域中有机物的50％[1】。猪场粪便废水
由于含有对人体有害的病原菌和高浓度的有机物质，所
以不能直接作为有机肥料应用于农田。而且硝态氮和其
他有机污染物渗漏到地下水中可污染地下水，大量氮磷
营养又可以造成地上水体的富营养化【2】。然而，随着猪
粪好氧堆肥技术的进一步发展，为解决猪场粪便和废水
的无害化、减量化和资源化的实现提供了条件。好氧堆
肥是一项利用环境生物技术和工程技术，在通气良好的
好氧条件下对有机物质进行发酵和转化的过程，通过微
生物的作用将有机物转化成腐熟的肥料。猪粪好氧堆肥
过程中主要受温度、含水率、调理剂、通风供氧方式、
C／N以及微生物菌剂等因素的影响。
1温度
温度是猪粪好氧堆肥过程中非常重要的调控因素，它
既是微生物活动的结果也决定着微生物的活动过程【3】，能
很好的反映着堆肥过程中所达到的状态。Miller【4】认为
堆肥温度的上升过程是堆肥起始温度、微生物新陈代
谢产热过程及堆体保温效应综合作用的结果。
1．1好氧堆肥过程中温度的变化
堆体一般要经历升温过程、高温持续过程和降温
过程。猪粪好氧堆肥初期在30～50℃条件下，中温性
微生物活动产生热量，促使堆体温度升高，不同调料
剂、不同的含水率以及不同的通风供氧方式都会影响
堆体的升温时间。一般认为，猪粪好氧堆肥能在堆制
开始的1～5d迅速达到45℃或以上。
高温持续阶段是猪粪好氧堆肥尤为重要的环节，
一般是指维持在45～65℃的温度范围，该阶段能最大
限度实现堆肥产品的“无害化”。EPA(美国环保署)瞪】
制定的相关标准指出，堆体温度在55℃条件下保持3d
以上(或50℃以上保持5～7d)是杀灭堆料中所含的致
病微生物，保证堆肥的卫生指标合格和堆肥腐熟的重
要条件。Hilary【61等建议是55℃保持2～3周，或65℃
保持1周，或70℃保持几个小时更能保证有效的杀灭堆
料中的病原菌、寄生虫卵、杂草种子和堆肥过程中释
放的有毒物质。
猪粪好氧堆肥是一个持续时间较长的放热过程。
若不进行适当控制，如翻堆、强制通风供氧。堆体温
度可能达到75℃～80℃的高温，加上堆体中若有少量
的甲烷产生还可能导致自燃【¨。同时过高的温度会过
度消耗有机质，降低堆肥产品质量；更为重要的是能
够阻碍微生物的活动【8】。所以，在猪粪好氧堆肥的后
期需要一个降温的过程，控制堆肥后期过高的温度是
一个复杂的过程，通过调节堆料的成分或添加疏松剂
收稿日期：2006．0r7一17，2006一09．20接受
作者简介：汤仲恩(1982一)，男，硕士研究生，主要从事固体废物处理与利用
}通讯作者
万方数据
生态科学 25卷
可以限制温度升高，而更常采用调整通风量或翻堆的
办法进行控制堆温升高[9】。吴银宝等【10】在研究猪粪堆
肥微生物及其对堆制腐熟的影响中指出，猪粪堆肥的
升温期和高温期共计10d左右，而降温腐熟期要持续
20～30d甚至更久的时间。因此，在合适的堆肥条件
下，加速堆肥腐熟的重点应放在降温腐熟期。可考虑
在降温腐熟期加入菌剂，加快对已分解堆肥基质的利
用，达到快速腐熟的目的。
1．2环境温度对猪粪好氧堆肥的影响
当环境温度发生变化或环境温度过低时，堆温也
会发生相应的变化，尤其发生在堆体体积较小时，这
种影响就更加明显。通常情况下，猪粪的好氧堆肥都
会选址在露天进行，部分反应器的模拟实验应该是在
温室中进行的，而且为了保持适宜的温度，堆肥反应
器要求由具有相当绝热性能的材料组成。与环境温度
相比，堆体的温度较高，由于热传递与辐射的作用，
堆体的外层通过向空气中释放热量而变冷，而堆体中
心这种损失被限制而减弱【1¨。廖新悌和吴银宝【12】研究
指出，尽管环境气温较低，由于堆肥体积较大，堆肥过
程中微生物分解产生的热量不易散失，因此从堆温的
变化仍然可以比较清楚地区分出堆肥的3个阶段(即升
温、高温维持和降温)，在堆至第30d时，各项指标已
基本满足腐熟的标准。尽管如此，其最高堆温为60℃
左右，低于常规的堆肥高温70℃这就表明环境温度对
堆温的变化有一定影响，但在华南地区冬、春季的气
温条件下，猪粪好氧堆肥仍然可以有效进行。Tiquia
等【l驯在亚热带气候下，进行了冬夏两季不同温度对以
锯末为调理剂的猪粪好氧堆肥的影响实验。研究指出：
夏季试验中，猪粪堆肥达到成熟度需要56d，而冬季
试验由于环境温度较低，堆肥达到腐熟的时间则需要
91d；相比之下，冬季堆肥中高温期的嗜热菌活性也
比夏季的活性低得多。堆体中温度的变化趋势可作为
判断猪粪好氧堆肥腐熟度的简便快速方法。
2含水率
堆肥的适宜水分为50％～60％，水分过多就会充
满颗粒间的空隙，使空气含量减少，堆温下降，分解
速度下降，形成发臭的中间产物；水分过少满足不了
微生物生长的需要，有机物难于分解。Tiquia【14】等采
用锯末垫料进行猪粪好氧堆肥，作了三个堆体比较，
其含水率分别是50％、60％和70％。研究表明，在堆肥
过程中，不同含水率影响着堆体的温度和化学性质(如
氨态氮、硝态氮和亚硝态氮的浓度，碳氮比，阳离子
交换量，有效钾和pH等)的变化。含水率70％的堆体达
到最高温度的时间推迟，而且温度不能降到周围环境
的水平。含水率50％和60％的堆体温度和化学性质的
变化比较接近，但比70％的堆体具有更快的分解速率。
50％～60％的含水率是比较适合猪粪好氧堆肥的。
3调理剂
猪粪因其较高的含水率以及低C／N比不适宜单独
进行堆肥，较高的含水率不利于堆肥过程中堆体的有
效升温，较低的C／N比则不利于高温微生物充分降解
物料有机质。所以选择合适的填充料对于猪粪的好氧
堆肥化处理有重要的意义。堆肥的填充料可以起到提
供碳源、提高堆体的孔隙度、调节堆体物料的湿度等
作用。不同的填充调理剂对猪粪好氧堆肥过程堆体的
温度、水分、碳素、氮素的含量以及恶臭气体的排放
等因素都有一定的影响。
3．1有机物调理剂
在禽畜粪便好氧堆肥过程中，传统使用的有机物
调理剂有麦杆、稻杆、米糠、锯末、木屑和蘑菇渣等。
倪姆娣等【l5】在研究不同填充料对猪粪好氧堆肥效果
的影响中，采用在塑料大棚内堆制，分别填充木屑、
稻壳、米糠作为调理剂进行高温好氧堆肥。研究比较
各堆肥体系中温度、碳氮元素含量等指标随时间的动
态变化。结果表明，除米糠不适宜作为该堆肥的调理
剂外(理由是整个堆肥过程中最高温度仅为38℃，升
温失败)，木屑和稻壳作为猪粪好氧堆肥的填充剂，
两者各具特点：猪粪+稻壳堆肥体系具有升温快、高
温期和降温期时间较短、有机质分解时间短等特点，
但是氮素挥发较大，不利于氮的保存；猪粪+木屑堆
肥体系堆温低且降温期持续时间较长，发酵时间长，这
是因为木屑含有大量较难分解的木质素，导致堆肥的
腐熟时间延长，但在堆制后期总氮呈增加趋势，有利
于氮素的保存。
3．2害草调理剂——水葫芦
风眼莲但纠—zDm妇cm船豇圮s)，又名水葫芦。作为猪
粪好氧堆肥的调料剂已见相关报道，从而实现其资源
化，消除二次污染，保护生态环境，促进农业生产中物
质和能量良性循环之目的。周文兵等【16】采用水葫芦作为
猪粪好氧堆肥的调理剂，在整个堆肥过程中，堆制温度
较高、水分损失较快。40℃以上维持20d，有效的实现
了“无害化”：pH值比堆制前上升1．5个单位；全碳含
量随着堆肥进程下降，全氮、全磷、全钾含量呈现增加
趋势，这些都是堆肥腐熟和品质提高的重要表现。
3．3添加剂
添加剂是指为了加快堆肥进程和提高堆肥产品质
万方数据
5期 汤仲恩，等：环境条件对猪粪好氧堆肥过程的影响
量，在堆肥物料中加入的微生物、有机或无机物质。添
加剂可以优化堆肥过程的环境条件，具有提高微生物
活性、加快堆肥的腐熟、减少氮素损失、保持养分含
量、调节堆肥中各种营养元素的含量以及提高堆肥质
量等效果‘171。
33．1稀土添加剂稀土添加剂对植物生理功能以及农
产品产量和品质的影响方面有一定作用，有关稀土添加
剂在堆肥中的应用目前报道尚少。刘克锋等【l8j采用杨树
锯末为填充料，添加剂为高效稀土叶面肥菜利来、稀土
纯营养剂多得、稀土纯营养剂国光、腐殖酸钾，进行猪
粪的好氧堆肥。加入微量添加剂能加快堆肥的升温速
度、提高最高温度、加速堆肥中c／N的下降、能有效缩
短猪粪堆肥腐熟过程、使猪粪提前腐熟，还可有效促进
猪粪中氮素的矿化并有利于氮素的保存，促进猪粪中磷、
钾元素的矿化，从而提高堆肥品质。各种添加剂对促进
猪粪堆肥腐熟和提高堆肥品质均有较好的效果，其中稀
土国光的综合性能最佳。刘秋悦等【19】也采用相同的稀土
添加剂进行了猪粪的好氧堆肥实验，指出添加剂对堆肥
的促进作用可归因于其能有效促进猪粪堆肥中微生物
的生长、繁殖，从而增强了微生物对有机物的分解作用，
使堆肥快速成熟；高浓度添加剂对堆肥过程中真菌、细
菌的生长具有抑制作用，而低浓度添加剂才能对微生物
生长、繁殖起促进作用。实验得出结论认为，各种稀土
添加剂在浓度l／1500对真菌生长、繁殖促进作用最好，
腐殖酸钾在1／2000以下浓度对真菌生长、繁殖起促进作
用。各种添加剂在1／2000、1／3000浓度均可对细菌生长
起到明显的促进作用。
2．3．2其他添加剂李吉进等【l7】加入膨润土、普钙、玉
米秸秆等有机或无机物质作为添加剂进行猪粪的发酵
堆肥，能有效减少氮素的损失，并使其固定为生物氮；
还可以减少猪粪堆制发酵过程中产生的恶臭气味。王敦
球等刚以稻草秸杆、锯末和猪粪为原料，以竹醋酸为添
加剂进行静态好氧堆肥实验，比较不同浓度的竹醋酸对
堆肥过程中减少氮损失的作用。对腐熟后堆肥的分析表
明，适宜的竹醋酸浓度可以促进微生物的活性；与空白堆
体相比，堆肥物料在1／2000、1／1500和1／1000浓度的竹
醋酸作用下，氮素损失分别减少12．5％、10．1％和11．9％，
说明竹醋酸具有一定的保氮作用。
4通风方式
在堆肥过程中，通风方式主要包括翻堆、强制通
风和抽气3种。而通风的作用也主要有3个：供氧、散
热和降低含水率。不同的通风方式和通风量的大小直
接影响高温好氧堆肥的微生物生长活动，并最终影响
堆体温度的升高、病原菌的杀灭以及有机质的分解【2¨。
Tiquia和T锄【2引进行了猪场垫料堆肥(Pig—On—
Litter)，这是一种现场就地(insitll)堆肥系统，即在猪
圈直接铺设垫料，通常采用锯末(sawdust)，猪只直接
排泄粪便和尿液于其上，进行就地堆肥分解有机物。
Tiquia他们采用未完全腐熟的猪场垫料堆肥为物料，
堆制两个一样的底边为2m、高位1．5m的三棱锥形条
跺式堆肥。其中之一每隔4d用推土车进行机械式翻堆
以对堆肥系统供氧；另一堆肥系统为强制通风方式，
即在堆体底部插放数根直径为20mm的PVC管，每一
根管在顶部对应一个直径25mm的穿孔，每个穿孔间
隔20cm。在整个堆制过程中，鼓风机通以平均流速为
19L·rIlin～。然而，杨毓峰等【23】认为禽畜废物堆肥最优
通风量为O．3m3·IIlin～。这可能是由于堆体体积不同、
堆肥物料差异所致。此次堆肥时间较长，历时91d。
两种通风方式对堆肥的效果比较如下：通风方式为机
械翻堆的堆肥在堆制过程中达到的最高温度为67℃，
而强制通风方式仅为60℃，说明强制通风方式在保证
实现堆肥的“无害化”前提下，具有更好的散热能力；
前者的水分去除率是15％，而后者是11％(初始含水率
均为60％)。两种不同的通风方式影响下，堆肥的全碳
含量从大约500g．kg。1降至483g．kg～，氨氮因挥发有
所损失，而硝态氮、亚硝态氮则因生物固氮而有所增
加。沙门氏菌和大肠杆菌在堆肥初始阶段都检测到，
到了堆肥的第21d，在两种通风方式的堆肥体系中都不
再检测到沙门氏菌和大肠杆菌。从堆肥的第14d开始，
两种通风方式的堆肥中的磷酸酶、蛋白酶和其他水解
酶等都达到最大的活性，并一直持续到堆肥结束。杨
国义等【24】采用采用单一机械翻堆、强制通风与机械翻
堆相结合和单一强制通风3种通风方式进行猪粪好氧
堆肥试验，结果发现，强制通风与机械翻堆相结合的
方式是最佳的通风方式，它可以加快堆肥温度升高，
促进NH4一N向N03．N的转化，有利于水溶性C(DOC)
的分解和固相C／N的降低，从而加快堆肥的腐熟。朱
能武【25】设计的强制通风静态仓猪粪堆肥系统体现了
堆肥温度的时空特性，试验结果表明：在时间上，堆肥
温度均经历了升温期、高温期和降温期，且高温持续期
都能满足国家粪便无害化卫生标准要求；在空间上，
在起始阶段堆体内的下层温度高于上层温度，进入高
温期后上层温度高于下层，且呈现梯度效应。
5微生物菌剂
堆肥中有机物质的腐熟主要通过多种微生物的分
解和转化来完成的，但自然堆肥初期微生物量少，需
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环境条件对猪粪好氧堆肥过程的影响
作者： 汤仲恩， 朱文玲， 吴启堂， TANG Zhong-en， ZHU Wen-ling， WU Qi-tang
作者单位： 华南农业大学资源环境学院,广州,510642
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2006,25(5)
被引用次数： 4次

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