沉水植物堆肥可行性研究

程花等

摘要沉水植物近年來(lái)廣泛應(yīng)用于水質(zhì)凈化，其生物量迅速增加。為了解決其殘?bào)w問(wèn)題，研究了6種沉水植物自身的理化性質(zhì)，包括質(zhì)地、含水率、酸堿度、有機(jī)質(zhì)和碳氮比，分析其進(jìn)行好氧堆肥的可行性，提出了水生植物好氧堆肥需要解決的問(wèn)題，并對(duì)其堆肥前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞沉水植物；好氧堆肥；理化性質(zhì)；可行性

中圖分類(lèi)號(hào)S141.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）29-258-02

沉水植物是整個(gè)植物體沉沒(méi)在水下的植物類(lèi)群，屬于大型草本植物。太湖流域是我國(guó)著名的魚(yú)米之鄉(xiāng)，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展中處于重要的戰(zhàn)略地位。人類(lèi)的生產(chǎn)生活活動(dòng)使大量的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活廢棄物排入水中，嚴(yán)重污染水源。長(zhǎng)期以來(lái)，黨中央國(guó)務(wù)院和流域內(nèi)的地方政府都高度重視太湖流域水環(huán)境的治理。高效、安全的處理方式是治理太湖水環(huán)境的首要考慮條件。自20世紀(jì)70年代開(kāi)始，水生植物的水體凈化及治污能力受到了人們的極大關(guān)注。沉水植物是水生植物的重要組成部分，是水體生態(tài)系統(tǒng)中主要的初級(jí)生產(chǎn)者，其通過(guò)增加空間生態(tài)位、抑制生物性和非生物性懸浮物、改善水下光照和溶解氧條件，為形成復(fù)雜的食物鏈提供了食物、場(chǎng)所和其他必要條件，且其不僅能夠?qū)λw和底泥中的氮磷和難降解有機(jī)污染物進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)化、合成自身物質(zhì)，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化的水體起到凈化作用，而且還能調(diào)節(jié)水生生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)速度，增加水體生物多樣性，控制藻類(lèi)生長(zhǎng)，從而有效提高水質(zhì)，改善水體環(huán)境[5-7]。因此，近年來(lái)沉水植物生態(tài)修復(fù)被廣泛應(yīng)用。

目前，沉水植物的生態(tài)修復(fù)工程主要是依靠政府撥款運(yùn)行。為了改變現(xiàn)狀，擬開(kāi)發(fā)具有自我造血功能的生態(tài)修復(fù)工程體系，探索沉水植物堆肥資源化利用的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償模式。迄今為止，鮮少有沉水植物堆肥情況的報(bào)道，報(bào)道最多的是水葫蘆堆肥的情況。因此，筆者意在根據(jù)幾種常見(jiàn)沉水植物基本理化性質(zhì)的情況，探究其堆肥的可行性。

1基于基本理化性質(zhì)的幾種典型沉水植物堆肥可行性研究

試驗(yàn)材料取自無(wú)錫市太湖東部的貢湖灣，選取了貢湖灣春夏季節(jié)比較常見(jiàn)的6種沉水植物：馬來(lái)眼子菜（Potamogeton wrightii Morong）、篦齒眼子菜（Potamogeton pectinatus）、微齒眼子菜（Potamogeton maackianus）、穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum）、金魚(yú)藻（Ceratophyllum demersum）、菹草（Potamogeton crispus）。對(duì)各沉水植物多次取樣，測(cè)定其基本理化性質(zhì)，研究并分析植物體纖維質(zhì)地、含水率、酸堿度、總養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)的含量，為堆肥可行性判斷提供理論依據(jù)。

1.1纖維質(zhì)地

通過(guò)目測(cè)、觸摸和研磨等方法判斷以上沉水植物的質(zhì)地情況。發(fā)現(xiàn)馬來(lái)眼子菜、微齒眼子菜及菹草質(zhì)地比較接近，纖維含量比較高，用研缽研磨時(shí)比較困難，而金魚(yú)藻、穗花狐尾藻和篦齒眼子菜則相對(duì)質(zhì)地柔軟，纖維含量低。就堆肥而言，前3種沉水植物有利于堆體的通風(fēng)供養(yǎng)，后3種沉水植物則更易腐熟。

1.2含水率

在堆肥工藝中，堆肥原料的含水率對(duì)發(fā)酵過(guò)程影響很大。水的作用：一是溶解有機(jī)物，參與微生物的新陳代謝；二是可以調(diào)節(jié)堆肥溫度，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)可通過(guò)水分的蒸發(fā)，帶走一部分熱量。水分太低妨礙微生物的繁殖，使分解速度緩慢，甚至導(dǎo)致分解反應(yīng)停止。水分過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致原料內(nèi)部空隙被水充滿(mǎn)，使空氣量減少，造成向有機(jī)物供氧不足，形成厭氧狀態(tài)。同時(shí)因過(guò)多的水分蒸發(fā)而帶走大部分熱量，使堆肥過(guò)程達(dá)不到要求的高溫階段，抑制了高溫菌的降解活性，最終影響堆肥的效果。試驗(yàn)測(cè)得，6種沉水植物的含水率

分別為：馬來(lái)眼子菜84.45%、篦齒眼子菜90.19%、微齒眼子菜85.92%、穗花狐尾藻88.62%、金魚(yú)藻92.49%、菹草90.21%，

均在95%以上。

可見(jiàn)，由于沉水植物整株生活在水下，其含水率相當(dāng)高。實(shí)踐表明，一般堆肥的最適初始含水率在60%～70%。翟紅等研究了不同初始含水率對(duì)沼渣和秸稈混合堆肥的影響，研究建議沼渣與稻草混合堆肥的初始含水率宜采用70%。鑒于沉水植物的高含水率，如果要將其堆肥，首先需要降低或者調(diào)節(jié)其含水率。

1.3有機(jī)質(zhì)

沉水植物的有機(jī)質(zhì)是指存在于植物體中所有含碳的有機(jī)物質(zhì)，又稱(chēng)植物腐殖質(zhì)。堆肥過(guò)程中，有機(jī)質(zhì)給微生物提供維持生命的碳源，故一般堆肥對(duì)有機(jī)質(zhì)的含量有要求，如果含量過(guò)低，則堆肥不能順利進(jìn)行。

試驗(yàn)測(cè)得6種沉水植物有機(jī)質(zhì)含量分別為：

馬來(lái)眼子菜80.08%、篦齒眼子菜82.06%、微齒眼子菜95.26%、穗花狐尾藻61.75%、金魚(yú)藻73.15%、菹草49.46%。

可見(jiàn)，眼子菜類(lèi)有機(jī)質(zhì)含量最高，菹草含量最低?？傮w看來(lái)，該6種植物的有機(jī)質(zhì)含量均在40%以上。研究表明，高溫好氧堆肥過(guò)程中，最適宜的有機(jī)物含量變化范圍為20%～80%，太大太小都不合適。

當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量<20%時(shí)，不能產(chǎn)生足夠的熱量來(lái)維持堆肥過(guò)程所需要的溫度，影響無(wú)害化處理。同時(shí)，有機(jī)質(zhì)含量過(guò)低，還限制堆肥微生物的生長(zhǎng)繁殖，最終導(dǎo)致堆肥工藝失敗。

當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量>80%時(shí)，因?yàn)榇藭r(shí)對(duì)通風(fēng)量的要求很高，往往達(dá)不到完全好氧而產(chǎn)生惡臭，也不能使好氧堆肥工藝順利進(jìn)行。以往實(shí)踐證明，在堆肥過(guò)程中，需要適量的無(wú)機(jī)物等增大堆肥的孔隙率，為通風(fēng)供養(yǎng)提供環(huán)境。

1.4酸堿度

堆肥化過(guò)程主要是在人工控制的條件下，依靠自然界中廣泛分布的細(xì)菌、放線(xiàn)菌、真菌等微生物，人為地促進(jìn)可生物降解的有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的微生物學(xué)過(guò)程。而pH是微生物生長(zhǎng)的一個(gè)重要的環(huán)境條件，適宜的pH可以增加微生物的活性，使其有效地發(fā)揮作用。王飛等研究了初始pH對(duì)豬糞堆肥的影響，其得出結(jié)論，對(duì)于豬糞堆肥，其初始pH控制在6.33比較合適，而以往實(shí)踐也證明，堆肥的最適pH為6.5～7.5。

為了了解植物體系的大致酸堿度情況，筆者對(duì)植物體的pH進(jìn)行了測(cè)定。測(cè)定方法有兩種，一是測(cè)定植物體鮮樣，一是測(cè)定烘干樣，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由表1可知，該6種沉水植物的干樣比鮮樣pH要低，變化范圍在0.4±0.07，所有沉水植物的酸堿度大致在6～8之間，偏于中性，易于微生物生長(zhǎng)。

碳氮比是判斷堆肥原料適合與否的最重要的一個(gè)因素。有機(jī)物被微生物分解的速度隨著碳氮比的變化而變化，碳氮比的范圍越接近微生物自身的碳氮比，其分解的效率越高。若碳氮比過(guò)低，微生物生長(zhǎng)繁殖所需的能量來(lái)源受到限制，發(fā)酵溫度上升緩慢，氮過(guò)量并以氨氣的形式釋放，有機(jī)氮損失大，還會(huì)散發(fā)難聞的氣味；碳氮比過(guò)高，微生物生長(zhǎng)繁殖所需要的氮素來(lái)源受限，微生物繁殖速度低，有機(jī)物分解速度慢，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)，有機(jī)原料損失大，同時(shí)，堆肥的產(chǎn)品也會(huì)碳氮比過(guò)高。這樣的肥料施用于田地，會(huì)造成土壤缺氮。微生物自身的碳氮比一般在10～25之間。

表2為實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的6種植物的碳氮比，總有機(jī)碳含量與于建光等測(cè)得的水葫蘆的有機(jī)碳含量范圍相當(dāng)，總氮含量與郝貝貝等測(cè)得的云南高原湖泊中沉水植物的總氮含量相當(dāng)。由此可知，沉水植物的碳氮比均比較高，碳源充足，氮素缺乏。其中馬來(lái)眼子菜和金魚(yú)藻的碳氮比最高，達(dá)到200以上，其余4種植物碳氮比在150左右。

2結(jié)論與展望

2.1沉水植物堆肥可行性

目前，研究沉水植物堆肥的文獻(xiàn)比較少見(jiàn)。但是鑒于沉水植物的高有機(jī)質(zhì)含量，并參照水葫蘆堆肥的研究，以及其自身的理化性質(zhì)表明，沉水植物進(jìn)行堆肥是可行的。但是為了達(dá)到好的堆肥效果，在堆肥前期還需要對(duì)沉水植物進(jìn)行預(yù)處理。

2.2沉水植物堆肥需要進(jìn)行的預(yù)處理

沉水植物堆肥需要解決兩大問(wèn)題，一是含水率；二是碳氮比。沉水植物的含水率均在85%以上，有機(jī)質(zhì)含量在50%以上，則其堆肥最適含水率為60%～70%左右。如何有效降低植物含水率，是當(dāng)前許多學(xué)者研究的問(wèn)題。江蘇省農(nóng)科院杜靜等自主研發(fā)了SHJ～400型水葫蘆固液分離機(jī)，能夠?qū)⑺J粉碎并降低含水率至80%[15]；王巖等首次將滾輪式壓榨機(jī)應(yīng)用于水葫蘆脫水，經(jīng)過(guò)3次碾壓后，水葫蘆渣的含水率為65%～68%[16]。沉水植物在脫水時(shí)可以參考水葫蘆脫水的方法降低其含水率。

試驗(yàn)測(cè)得，沉水植物的碳氮比都比較高，碳源充足，而氮素相對(duì)缺少。為了達(dá)到堆肥最適的碳氮比，需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般用于補(bǔ)充氮素的原料有畜禽糞便、河道底泥、市政污泥等。陸偉東等利用水葫蘆與豬糞混合堆肥[17]，王麗芬等利用水葫蘆與污泥混合堆肥[18]，均取得了不錯(cuò)的堆肥效果。

除了含水率和碳氮比以外，原料的顆粒度對(duì)堆肥也有影響，所以在堆肥前需要對(duì)沉水植物進(jìn)行破碎；沉水植物的pH在中性左右，一般無(wú)需調(diào)節(jié)。根據(jù)沉水植物的基本性質(zhì)，為了增強(qiáng)通風(fēng)的效果，保證好氧堆肥的充足供養(yǎng)，除了曝氣外，還可以添加木屑、菌菇渣之類(lèi)的輔料，使堆肥原料疏松多孔。

2.3沉水植物堆肥的前景

我國(guó)堆肥市場(chǎng)的需求大，從農(nóng)田、花卉到苗木都需要堆肥基質(zhì)。近年來(lái)，關(guān)于水生植物凈化水質(zhì)的研究越來(lái)越受?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者的青睞，沉水植物作為水生植物中處理效果最好的，其使用量必然逐步增加。隨著沉水植物產(chǎn)量的增加，其殘?bào)w的處理是必須要考慮的問(wèn)題。而堆肥為有機(jī)植物體的資源化、無(wú)害化提供了出路，且堆肥技術(shù)成熟，工藝簡(jiǎn)單，堆肥產(chǎn)品可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，無(wú)二次污染。

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