猪粪堆肥过程中养分和重金属含量的动态变化

[目的]规模化、集约化畜禽养殖业饲料中,存在滥用或超剂量使用微量元素如Cu、Zn、Fe、As添加剂的现象,导致畜禽粪便以及以畜禽粪便为来源的有机肥重金属的积累.研究堆肥过程中养分和重金属含量的动态变化,对于畜禽粪便有机肥产业的可持续发展具有重要意义.[方法]鲜猪粪在阴凉通风处风干到含水率在60％左右,用于进行55天的好氧堆肥.猪粪:砻糠比例为6:1(鲜重)混匀,每周翻堆一次,每天测定温度,分别在堆肥第1、13、23、28、41和55天的上午10:00-11:00,取样测定含水量、pH值、全氮、总有机碳(TOC)、全磷、全钾以及Cr、Cd、Cu、Mn、Ni、Zn、Pb、Hg、As总量和有效态Cu、Mn、Zn含量.[结果]1)随着堆沤进程的延长,全氮先升高再下降,其峰值出现在第23～28天,之后缓慢下降;全磷与全钾逐渐升高,其峰值均在第41天、之后趋于稳定;TOC不断减少,28天以后趋于平稳.C/N先下降,第23天以后保持稳定,堆肥结束时维持在15.12、达到腐熟要求.2) 9种金属元素的总量变化各不相同,含量分别为Cr6.99～10.43 mg/kg、Cu 106.01～120.81 mg/kg、Mn 663.51～899.48 mg/kg、Ni 11.32～20.67 mg/kg、Zn 1245.18～1552.13mg/kg、Pb 0.09～0.56 mg/kg、As 0.58～1.25 mg/kg,Cd、Hg未检测出.Cr和Ni先下降、升高、再下降直至平稳,其峰值均在第23天,第28天以后趋于平稳.Cu、Mn和Zn不断升高到后期显著升高、其峰值均在第41天.As先下降再升高、在第28天以后基本平稳.Pb总体是下降,在第13天和23天其含量分别比第1天显著下降61.22％和81.63％,在第41天以后其含量未检出.有效Cu、Mn、Zn的含量远低于元素总量,分别在2.35～5.79 mg/kg、17.82～20.28 mg/kg和47.39～70.29 mg/kg.有效Cu、有效Zn总体先升高、再下降直至平稳,峰值都在第13～23天,第28天显著下降但是此后基本平稳.有效Mn总体变化不大,只在第41天显著上升.3)有效Cu与有效Zn、有效Zn与有效Mn之间呈极显著正相关关系.全钾、全磷、Cu、Zn、Mn与TOC之间呈极显著负相关关系(P＜ 0.01),说明全钾、全磷、Cu、Zn与Mn含量的升高由堆肥过程中有机质的矿化引起.而有效Cu、有效Zn、有效Mn与TOC不存在相关关系.[结论]从23天到28天,高温的平均温度和持续时间符合畜禽粪便无害化的要求,C/N和全氮都维持在相对理想的水平,大量元素、微量元素和重金属含量基本达到稳定,表明28天是堆肥腐熟的关键时间节点.