不同堆漚方式對蠶沙部分理化指標(biāo)動態(tài)變化的影響

陳芳艷，鐘楊生，李文楚，王葉元，馬 沖，林健榮

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510642)

蠶沙是蠶桑養(yǎng)殖業(yè)的主要廢棄物，每生產(chǎn)100 kg 蠶繭可得600 kg 風(fēng)干蠶沙［1］，我國每年生產(chǎn)蠶繭約65 萬t，養(yǎng)蠶產(chǎn)出的蠶沙數(shù)量極其可觀.蠶沙干物中含氮15～30 g/kg，磷(P2O5)1～10 g/kg，鉀(K2O)20～35 g/kg［2-3］，是優(yōu)質(zhì)的有機肥料.目前，蠶沙的處理，除工廠收集極少一部分用于提取葉綠素外，大多數(shù)蠶區(qū)的蠶沙被隨意丟棄或直接施回桑田，不僅污染環(huán)境，而且隱藏于蠶沙中的病原微生物又會大量繁殖，通過桑葉回傳蠶房，成為二次感染病原誘發(fā)蠶病，嚴(yán)重影響到蠶業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展.因此，將蠶沙通過堆肥的方式處理，是實施蠶沙無害化、資源化利用的有效途徑，其目的是通過堆肥發(fā)酵產(chǎn)生的高溫殺滅蠶沙中的病原微生物，同時使蠶沙中不穩(wěn)定的有機物、營養(yǎng)物質(zhì)逐步降解為性質(zhì)穩(wěn)定、對桑樹等植物無害并可改良土壤的有機肥料.有關(guān)蠶沙肥的堆肥方式、蠶沙肥的肥效研究雖有一些報道［4-8］，但對蠶沙堆肥過程中的理化性質(zhì)變化缺少系統(tǒng)的研究分析［2，9］.為此，本研究模擬單戶蠶農(nóng)單批次的蠶沙產(chǎn)量進行研究，測定了蠶沙堆漚過程中溫度、pH、氮、磷、鉀、有機質(zhì)含量的變化，為蠶沙的使用及今后進一步開展堆肥研究提供參考依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料

5 齡新鮮蠶沙，由廣東省蠶業(yè)技術(shù)推廣中心提供.

1.2 蠶沙的堆漚處理及采樣分析

收集5 齡蠶在同一天排泄的糞便(蠶沙).稱取50 kg 新鮮蠶沙4 份.2 份置于底部有孔的塑料大桶中，進行開放式的好氧堆漚處理，桶中插入圓形通心的管子通氧(T1);另外2 份蠶沙用塑料袋包好，袋口扎緊，然后置于塑料桶中進行封閉式厭氧堆漚(T2).分別于0、5、10、20、30、40、50 d 時多點取樣，每次約取蠶沙500 g 左右，混勻后用保鮮袋密封帶回實驗室.鮮物立即測定含水率、pH 和種子發(fā)芽指數(shù)，剩余蠶沙風(fēng)干，粉碎后過1 mm 篩，備用.

1.3 測定項目與方法

溫度、pH、含水率、有機質(zhì)、腐殖酸、氮、磷、鉀采用常規(guī)理化分析方法［10］.發(fā)芽指數(shù)的測定參照陳曉萍等［11］的方法.

2 結(jié)果與分析

2.1 蠶沙堆漚過程中溫度、pH 及含水率的變化

蠶沙堆漚過程中的溫度變化見圖1.T1 堆漚方式從第1 天開始升溫，第2 天可達50℃以上，第5 天達最高溫度56℃，第10 天才降至50℃以下;第31天起，蠶沙堆體的溫度出現(xiàn)小幅的上升，第36 天時降至環(huán)境溫度，出現(xiàn)了2 次發(fā)酵的現(xiàn)象.T1 第1 次升溫期溫度高(50～56℃)持續(xù)時間長(9 d)，有足夠的熱量來殺滅病原菌［12］，符合我國糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB7959—1987［13］規(guī)定的要求.第2 個溫度峰的出現(xiàn)可能是由于嗜溫細菌活躍，分解剩余的難降解的纖維素引起［14-15］.T2 沒有出現(xiàn)升溫的過程，這可能與厭氧條件下微生物繁殖速度慢有關(guān).可見采用封閉式堆漚發(fā)酵速度慢、溫度低，無法達到使蠶沙無害化之目的.

圖1 堆漚過程中溫度的變化Fig.1 Changes of temperature during composting process

圖2 堆漚過程中pH 的變化Fig.2 Changes of pH during composting process

蠶沙含水量為65%，隨著時間的延長，T2 含水率呈緩慢上升的趨勢，而T1 含水率則在波動中略有下降(圖3).T1 在高溫期水分蒸發(fā)快，因此含水率相對低些，但高溫期過后，仍然有少量微生物的活動，而此時堆體溫度低，如果環(huán)境濕度大，會造成水分蒸發(fā)慢，含水率上升.由于南方地區(qū)空氣濕度大，水分難以蒸發(fā)，因此蠶沙含水率較高.T2 雖然有機質(zhì)分解速度慢，但水分無法蒸發(fā)，因此含水率較T1高，含水率波動變化相對較穩(wěn)定.

圖3 堆漚過程中含水率的變化Fig.3 Changes of moisture percentage during composting process

2.2 蠶沙堆漚過程中有機碳、氮及w(C)/w(N)的變化

蠶沙有機碳的變化情況見圖4.T1 在前期(0～30 d)有機碳的含量持續(xù)下降，后期出現(xiàn)上升的趨勢.這與初期有機碳分解速度快，后期分解速度慢［18］，以及堆體的總質(zhì)量下降有關(guān).T2 由于作用緩慢，有機碳的含量基本無變化.

圖4 蠶沙堆漚過程中有機碳的變化Fig.4 Changes of organic carbon during composting process

全氮量在堆漚過程中的變化見圖5.在堆漚過程中，T2 全氮量基本上沒變化;T1 的全氮量在5～10 d 和30～40 d 時分別出現(xiàn)了1 次明顯的上升，將全氮量這種變化趨勢與堆漚溫度變化曲線(圖1)進行綜合比較分析，全氮量的上升恰好在高溫期(5～10 d)和第2 次升溫期(30～40 d)，可見升溫對全氮量起到濃縮的作用.T2 速效氮的含量緩慢上升，而T1速效氮的含量除了在第5 天時略有上升外，其他時間段含量與堆漚前接近.

圖5 蠶沙堆漚過程中全氮量、速效氮的變化Fig.5 Changes of total nitrogen and available nitrogen during composting process

由圖6 可知，T2 的w(C)/w(N)基本無變化，T1 的w(C)/w(N)在第5～10 天第1 次高溫期時出現(xiàn)顯著下降，之后趨于平穩(wěn)，w(C)/w(N)由最初的15.84 降至10.71.蠶沙w(C)/w(N)不高，為了提高蠶沙堆漚的肥效，應(yīng)考慮添加w(C)/w(N)高的材料混合進行發(fā)酵.

圖6 堆漚過程中w(C)/w(N)的變化Fig.6 Changes of w(C)/w(N)during composting process

2.3 蠶沙堆漚過程中磷、鉀及腐殖酸的變化

在堆漚過程中全磷的絕對總量理論上是不變的，之所以全磷含量呈上升或下降的趨勢是由于受到堆體總質(zhì)量下降的影響.圖7 結(jié)果表明，T2 全磷和速效磷的含量總體變化平緩，這與封閉式堆漚發(fā)酵速度慢有關(guān);T1 全磷和速效磷的含量在20～40 d時呈較明顯上升趨勢，之后下降.

圖7 蠶沙堆漚過程中全磷、速效磷含量的變化Fig.7 Changes of total phosphorus and rapidly available phosphorus during composting process

全鉀和速效鉀的含量在蠶沙堆漚過程中的變化見圖8.在堆漚過程中全鉀的絕對總量理論上不會變化，但由于堆體絕對質(zhì)量的減少，因此全鉀的含量呈逐漸上升的趨勢.蠶沙中的鉀幾乎全部為可直接利用的速效鉀.

圖8 蠶沙堆漚過程中全鉀及速效鉀的變化Fig.8 Changes of total potassium and available potassium during composting process

腐殖化是堆肥腐熟的評價指標(biāo)［19］.堆漚過程中腐殖酸的變化結(jié)果見圖9，T1 腐殖酸的含量在堆漚的0～20 d 時呈上升趨勢，20～30 d 開始下降，30 d以后趨于穩(wěn)定;T2 腐殖酸的含量在整個堆漚期相對較穩(wěn)定，說明堆漚進程慢，基本沒有腐殖化.

圖9 堆漚過程中腐殖酸占總碳量比值的變化Fig.9 Changes of the ratio of humus acid to organic carbon during composting process

2.4 對種子發(fā)芽指數(shù)的影響

種子發(fā)芽指數(shù)(GI)是評價堆漚腐熟度的一個非常重要的指標(biāo)，當(dāng)GI＞50%時，即表明堆漚已經(jīng)達到可接受的腐熟度;GI＞80%則表明堆漚已達到完全腐熟［17］.T1 在20 d 時發(fā)芽指數(shù)已超過50%，T2 處理50 d 發(fā)芽指數(shù)仍低于50%.

3 結(jié)論

蠶沙開放式堆漚發(fā)酵速度快，發(fā)酵溫度高，50℃以上的溫度可持續(xù)9 d，能達到殺滅病原菌的溫度要求;而封閉式堆漚發(fā)酵溫度低、速度慢，因而蠶沙堆漚以開放式堆漚為好.經(jīng)過20 d 的開放式堆漚，蠶沙有機碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為352.41 g/kg，w(C)/w(N)為11.01，全氮、全磷(P2O5)、全鉀(K2O)的含量分別為32.0、10.58、38.6 g/kg，總養(yǎng)分(N +P2O5+K2O)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81.2 g/kg，pH 7.14，發(fā)芽指數(shù)＞50%，經(jīng)過堆漚處理的蠶沙基本符合有機肥的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).蠶沙w(C)/w(N)低于20∶1，含水率多數(shù)在60%以上，要提高蠶沙肥的質(zhì)量，應(yīng)選擇合適的調(diào)理劑.

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