一种适用于高原低温地区的牲畜粪便处理方法、菌剂及应用

1.本发明涉及畜牧业技术领域，具体地说，涉及一种适用于高原低温地区的牲畜粪便处理方法、菌剂及应用。


背景技术：

2.随着高原低温地区养殖规模的不断扩大，牲畜粪便等养殖废弃物产生量也逐年不断增加，导致环境承载压力增大，畜禽养殖废弃物污染问题日益凸显。然而由于该地区特殊的环境条件，快速高效的牲畜粪便处理方法仍然相对缺失，目前的处理技术相对落后与简单，造成了牲畜粪便处理周期长，无害化程度低，施用安全风险较高。且高原地区人工成本较高，养殖地点与处理地点距离相对较远，原料的运输成本较高。目前，高原地区的牲畜粪便处理技术仍然以条垛式和槽式技术为主，普遍存在较多问题，主要问题包括：(1)发酵温度较低且高温期持续时间较短；(2)发酵周期长，普遍的处理周期为30-50天；(3)发酵不充分导致堆肥产品质量差。
3.因此急需一种能就地就近进行牲畜粪便快速处理的技术体系以解决现有技术的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种在高原低温地区(如，西藏)就地就近对牲畜粪便进行高效处理的技术。
5.为了实现该目的，本发明的技术方案如下：
6.一种牲畜粪便处理方法，以牲畜粪便和秸秆的混合物作为发酵底物，采用复合菌剂进行发酵实现牲畜粪便的处理；所述复合菌剂由嗜冷芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌组成；所述嗜冷芽孢杆菌、所述解淀粉芽孢杆菌和所述枯草芽孢杆菌的活菌数比例为(5-8)：(6-9)：(2-7)。
7.优选，所述嗜冷芽孢杆菌、所述解淀粉芽孢杆菌和所述枯草芽孢杆菌的活菌数比例为(7-8)：(8-9)：(3-4)。
8.本发明中，所述复合菌剂中，嗜冷芽孢杆菌，菌体浓度为5.6
×
109～2.1
×
10
10
cfu/ml；解淀粉芽孢杆菌，菌体浓度为7.1
×
109～1.7
×
10
10
cfu/ml；枯草芽孢杆菌，菌体浓度为2.9
×
109～9.5
×
109cfu/ml。
9.本发明中，所述牲畜粪便为羊粪。
10.所述秸秆来自于小麦秸秆。
11.本发明经大量研究发现，当对高原低温地区的牲畜粪便进行处理时，采用本发明的特定复合菌剂，配合当地待处理农业废弃物秸秆一同进行好氧发酵，可增加发酵中高温期的持续时间，有效提高产物的无害化程度，满足高原地区养殖场粪便就地就近处理的需求。
12.本发明中，所述牲畜粪便和所述秸秆的质量比为(4-6)：(1-3)；所述发酵底物的碳
氮比为(20-25)：1，含水率为55-60％；
13.和/或，所述秸秆的粒度为0.1-1.5cm。
14.本发明特别选择了发酵底物的原料、配比和理化指标，使得它们既能有效配合上述复合菌剂在牲畜粪便快速无害化处理时的生长需求，又能通过颗粒之间的级配关系，构建特定空隙结构，使得水分既可以适当移动，带动菌体扩散，创造繁殖条件，又不会完全堵塞空隙影响透气性，从而为保证高效发酵进一步提供了基础。
15.本发明的c/n(碳氮比)指的是物料当中的总碳量和总氮量的比值。c/n值高，可通过添加牲畜粪便进行调节，c/n值低，可通过添加秸秆进行调节。
16.优选本发明中，所述牲畜粪便和所述秸秆的质量比为5:2；可更加利于混合物料的发酵工艺，且使堆体温度快速上升。所述发酵底物的碳氮比为23：1，含水率为58％。
17.本发明中，所述发酵在连续曝气条件下进行，氧气量保持在15-20％。
18.所述连续曝气可通过立式密闭反应器实现。发酵的时间可仅为8天。
19.优选，在所述发酵时，采用连续曝气与间歇搅拌方法提供氧气，搅拌频率为开10-20分钟停20-40分钟，搅拌转速为5-10r/min，优选开15分钟停30分钟，转速为7r/min，曝气量为475-575m3·
h-1
·
m-3
，优选525m3·
h-1
·
m-3
(以每立方米发酵底物为基准)。可有效缩短升温时间提高堆肥高温期的最高温度和高温持续时间。提升上述复合菌剂的发酵效果。
20.本发明中，所述复合菌剂的接种量为所述发酵底物鲜重的0.1～0.5％，优选0.3％。可兼顾成本和发酵效果。
21.本发明发酵优选采用密闭式反应器，其包括搅拌桨叶(5层9片桨叶)，所述曝气孔在桨叶上均匀分布，空气通过曝气风机由管经阀门通过主轴通气管直达桨叶曝气孔，采用序批式进料方法，新鲜物料通过上料装置自动从下部输送到罐顶部，由进料口送入罐内，发酵完成的物料通过罐体下端出料口自动排出。
22.优选密闭式反应器处理量为10吨/天，密闭反应器(发酵仓)通过采用保温措施，可使堆体温度一直保持65℃左右，固体牲畜粪便(例如，羊粪)经高温发酵处理后每天可获得8吨高品质有机肥，生产效率高。
23.优选，本发明发酵方法采用序批式进出料的方式，将牲畜粪便与秸秆进行均匀混合，具有升温快、高温维持时间长的特点，在接种上述复合菌剂后，促进堆肥过程。该技术能够有效缩短堆肥周期，利用返料与热能回收系统迅速提高堆体温度。
24.本发明还提供一种复合菌剂，其如上所述。
25.本发明另提供一种上述方法或复合菌剂在高原低温地区(如，西藏)牲畜粪便资源化处理与利用中的应用。
26.本发明再提供一种有机肥料，其由上述方法或复合菌剂制备得到。
27.本发明的有益效果至少在于：
28.采用本发明的处理方法在高原低温地区进行粪便发酵时，升温快、高温维持时间长，获得的产品含水率低，降低了后续加工难度，无害化程度高，实现了养殖废弃物的就地就近循环利用，有效降低了处理成本。
具体实施方式
29.下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实
施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
30.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
31.本发明中，对高温处理前后的产物进行dna提取、16s rrna基因扩增、pcr产物纯化、高通量测序，并通过upgma聚类数据分析(www.freebioinfo.org)病原菌相对丰度。
32.本发明中所用嗜冷芽孢杆菌为菌株0423(t)，公开于：zhang,d.c.,liu,h.c.,xin,y.h.,yu,y.,zhou,p.j.,&zhou,y.g..(2009).planomicrobium glaciei sp.nov.a psychrotolerant bacterium isolated from a glacier.international journal of systematic&evolutionary microbiology,59(6),1387-1390.；解淀粉芽孢杆菌可参见：wu y,zhao c,farmer j,et al.effects of bio-organic fertilizer on pepper growth and fusarium wilt biocontrol[j].scientia horticulturae,2015,193:114-120；枯草芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌accc10634，可参见：wan l,wang x,cong c,et al.effect of inoculating microorganisms in chicken manure composting with maize straw[j].bioresource technology,2020,301:122730。对比菌剂为购买自北京沃土天地生物科技股份有限公司的vt-1050低温复合微生物菌剂。
[0033]
实施例1
[0034]
本实施例提供了一种本发明的牲畜粪便处理方法。该方法在高原低温(海拔3500米左右，年平均气温7℃左右)地区进行。
[0035]
实施材料：羊粪、小麦秸秆、复合菌剂。
[0036]
所述复合菌剂为：嗜冷芽孢杆菌，菌体浓度为7.8
×
109cfu/ml；解淀粉芽孢杆菌，菌体浓度为9.6
×
109cfu/ml；枯草芽孢杆菌，菌体浓度为3.2
×
109cfu/ml。
[0037]
本实施例采用北京沃土天地生物科技股份有限公司vtfy/t-30型号有机废弃物好氧发酵装置，利用羊粪与小麦秸秆生产有机肥料，具体包括如下步骤：
[0038]
将羊粪与小麦秸秆混合后加入密闭式反应器。羊粪与小麦秸秆(粒度为0.1-1.5cm)按重量比5:2混合。将物料初始含水率调节为58％，现场判断混合原料含水量的方法：用手紧握原料，有水从指缝渗出，但不会流下时较合适。c/n比调为23:1。堆肥开始前按照0.3％(鲜重)的重量比添加本发明复合菌剂。具体地，将复合菌剂均匀喷洒于进料斗内物料表面，接种本发明复合菌剂可以起到使堆体快速升温的作用。
[0039]
本发明采取连续曝气与间歇搅拌协同的方式为发酵仓内补充氧气，使氧气量保持在18％左右。具体曝气方式为525m3·
h-1
·
m-3
(以每立方米物料为基准)。搅拌频率为开15min停30min，搅拌转速为7r/min。通过曝气与搅拌处理，不仅可以提供堆肥生化反应足够的氧气，而且可以将大部分病原菌、虫卵、杂草种子杀死，实现了牲畜粪便无害化处理。总发酵时间为8天。在本实施例中，高温期发酵时间为4天，堆肥过程中的最高温度达到68.5℃。发酵后的物料含水率由58％降低至39％，能够满足有机肥加工企业对堆肥产品含水量的要求，不仅便于二次运输，而且降低了后续加工难度。
[0040]
对比实验1
[0041]
本对比实验对以本发明处理方法获得的产品的无害化程度进行测定，并与其他几组实验进行对比。
[0042]
具体处理t1采用实施例1的处理方法和装置，区别仅在于不加入本发明的复合菌剂。处理t2为实施例1。处理ck为常规处理方法，作为对照组。每个处理使用10吨混合物料，产生8吨有机肥产品，每个处理三次重复。试验具体处理情况参见表1。未详细说明部分与实施例1相同。
[0043]
表1试验处理
[0044][0045]
实验结果表明，t1处理第2天升温至50℃以上，高温持续时间2天，堆体最高温度达到59.2℃，发酵后的物料含水率由58％降低至46％，堆肥产物发芽指数为75.36％。t2处理1天内升温至50℃以上，高温期持续时间为4天，堆体最高温度达到68.5℃。发酵后的物料含水率由58％降低至39％，堆肥产物发芽指数为88.17％。ck处理无法升温至50℃以上，处理后的物料含水率由58％降低至51％，堆肥产物发芽指数为61.58％。
[0046]
对上述各处理的进出料样品进行dna提取、16s rrna基因扩增、pcr产物纯化、高通量测序、upgma聚类数据分析(www.freebioinfo.org)。
[0047]
通过比对patric中已有的病原菌16s rrna数据库，1号反应器处理(t1)可降低比对到的潜在病原菌相对丰度，由9.82％下降到5.24％。2号反应器处理(t2)可显著降低比对到的潜在病原菌相对丰度，由9.56％下降到3.15％。但是常规发酵的物料(ck)比对到的潜在病原菌相对丰度略有增加，从9.24％上升到10.98％。由此可知，采用密闭式反应器设备，并在处理前加入本发明复合菌剂，能够有效提高产品的无害化程度，降低病原菌的相对丰度，实现了畜禽粪便的安全循环利用。
[0048]
对比实验2
[0049]
本对比实验提供了一种牲畜粪便处理方法，考察底物配比对发酵的影响。将羊粪、粉碎后的小麦秸秆分别按质量比4:3(碳氮比为31：1)和6:1(碳氮比为13：1)的比例混合，作为对比实验组与实施例1进行比较，每个处理三次重复，各组实验未详细说明部分与实施例1的处理方法相同。
[0050]
具体处理情况参见表2。
[0051]
在本对比实验中，d2处理1天内升温至50℃以上，高温期持续时间为4天，堆体最高
温度达到68.5℃，发酵后的物料含水率由58％降低至39％，堆肥产物发芽指数为88.17％。相比于d2处理，d1处理1.5天升温至50℃以上，高温持续时间1.5天，堆体最高温度达到62.5℃，发酵后的物料含水率由58％降低至47％，堆肥产物发芽指数为79.25％。而d3处理无法升温至50℃以上，堆体最高温度为41.2℃，发酵后的物料含水率由58％降低至54％，堆肥产物发芽指数为58.16％。
[0052]
通过比对patric中已有的病原菌16s rrna数据库，d1处理可降低比对到的潜在病原菌相对丰度，由9.15％下降到4.51％。d2处理可显著降低比对到的潜在病原菌相对丰度，由9.56％下降到3.15％。d3处理比对到的潜在病原菌相对丰度则无显著变化，从9.19％上升至到10.25％。
[0053]
表2试验处理
[0054][0055]
对比实验3
[0056]
本对比实验提供了一种牲畜粪便处理方法，考察搅拌的影响，分为搅拌处理组(a1)和不搅拌处理组(a2)，a2处理氧气量保持在13％。每个处理三次重复，试验具体处理情况参见表3，未详述部分与实施例1的处理方法相同。
[0057]
在本对比实验中，a1处理1.5天内升温至50℃以上，高温期持续时间为4天，堆体最高温度达到67.2℃。发酵后的物料含水率由59％降低至38％，堆肥产物发芽指数为89.54％。相比于a1处理，a2处理3天升温至50℃以上，高温持续时间2.5天，堆体最高温度达到61.4℃，发酵后的物料含水率由58％降低至44％，堆肥产物发芽指数为78.52％。
[0058]
通过比对patric中已有的病原菌16s rrna数据库，a1处理可显著降低比对到的潜在病原菌相对丰度，由9.24％下降到3.08％。a2处理可降低比对到的潜在病原菌相对丰度，由9.31％下降到6.25％。
[0059]
表3试验处理
[0060][0061]
对比实验4
[0062]
本对比实验提供了一种牲畜粪便处理方法，比较不同菌剂在处理中的影响。采用对比菌剂与本发明实施例1的菌剂效果进行比较。对比菌剂vt-1050的配方为：枯草芽孢杆菌，菌体浓度为4.2
×
109cfu/ml；酿酒酵母，菌体浓度为3.2
×
108cfu/ml；假单胞杆菌，菌体浓度为7.4
×
109cfu/ml；乳酸菌，菌体浓度为2.5
×
109cfu/ml；每个处理三次重复，试验具体处理情况参见表4，未详述部分与实施例1的处理方法相同。
[0063]
发酵结果统计：在本对比实验中，e1处理1天内升温至50℃以上，高温期持续时间为4天，堆体最高温度达到68.4℃。发酵后的物料含水率由58％降低至38％，堆肥产物发芽指数为89.25％。相比于e1处理，e2处理2天升温至50℃以上，高温持续时间3天，堆体最高温度达到62.3℃，发酵后的物料含水率由59％降低至41％，堆肥产物发芽指数为80.15％。
[0064]
通过比对patric中已有的病原菌16s rrna数据库，e1处理可显著降低比对到的潜在病原菌相对丰度，由9.08％下降到3.09％。e2处理可降低比对到的潜在病原菌相对丰度，由9.11％下降到4.15％。
[0065]
表4试验处理
[0066][0067]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在
本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

技术特征：
1.一种牲畜粪便处理方法，其特征在于，以牲畜粪便和秸秆的混合物作为发酵底物，采用复合菌剂进行发酵实现牲畜粪便的处理；所述复合菌剂由嗜冷芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌组成；所述嗜冷芽孢杆菌、所述解淀粉芽孢杆菌和所述枯草芽孢杆菌的活菌数比例为(5-8)：(6-9)：(2-7)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述嗜冷芽孢杆菌、所述解淀粉芽孢杆菌和所述枯草芽孢杆菌的活菌数比例为(7-8)：(8-9)：(3-4)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述复合菌剂中，嗜冷芽孢杆菌，菌体浓度为5.6
×
109～2.1
×
10
10
cfu/ml；解淀粉芽孢杆菌，菌体浓度为7.1
×
109～1.7
×
10
10
cfu/ml；枯草芽孢杆菌，菌体浓度为2.9
×
109～9.5
×
109cfu/ml。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述牲畜粪便和所述秸秆的质量比为(4-6)：(1-3)；所述发酵底物的碳氮比为(20-25)：1，含水率为55-60％；优选，所述牲畜粪便和所述秸秆的质量比为5:2；所述发酵底物的碳氮比为23：1，含水率为58％；和/或，所述秸秆的粒度为0.1-1.5cm。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述发酵在连续曝气条件下进行，氧气量保持在15-20％。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述发酵时，采用连续曝气与间歇搅拌的方法提供氧气，搅拌转速为5-10r/min，搅拌频率为开10-20分钟停20-40分钟，曝气量为475-575m3·
h-1
·
m-3
。7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述复合菌剂的接种量为所述发酵底物鲜重的0.1～0.5％。8.一种复合菌剂，其特征在于，如权利要求1-3任一项所述。9.权利要求1-7任一项所述的方法或权利要求8所述的复合菌剂在高原低温地区牲畜粪便资源化处理与利用中的应用。10.一种有机肥料，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的方法或权利要求8所述的复合菌剂制备得到。

技术总结
本发明涉及畜牧业技术领域，具体公开了一种适用于高原低温地区的牲畜粪便处理方法、菌剂及应用。本发明的牲畜粪便处理方法，以牲畜粪便和秸秆的混合物作为发酵底物，采用复合菌剂进行发酵实现牲畜粪便的处理；所述复合菌剂由嗜冷芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌组成，三者活菌数比例为(5-8)：(6-9)：(2-7)。采用本发明的处理方法获得的产品含水率低，无害化程度高，实现了养殖废弃物的就地就近循环利用，有效降低了处理成本。有效降低了处理成本。


技术研发人员：李季 王博 许艇 丁国春 魏雨泉 郝梓伊 刘国一 旦增卓嘎
受保护的技术使用者：西藏自治区农牧科学院农业资源与环境研究所
技术研发日：2022.01.05
技术公布日：2023/7/22