園林廢棄物堆肥適宜菌劑的篩選

趙懷寶，鄧新兵，吉向平，雷 鑫，孫樂帆，陳 鑌

(1.瓊州學(xué)院 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，海南 三亞572022;2.三亞市環(huán)衛(wèi)園林局，海南 三亞572022)

0 引言

園林植物廢棄物主要是指園林植物自然凋落或人工修剪后產(chǎn)生的植物殘?bào)w，主要包括樹葉、草屑、樹木與灌木剪枝等，其主要成分為木質(zhì)纖維素［1］.隨著城市化進(jìn)程的加快，園林綠地面積日益增加，特別是造型植物的大量應(yīng)用，修剪后產(chǎn)生了大量的園林廢棄物.

園林廢棄物傳統(tǒng)的處理方式主要是焚燒和填埋.燃燒處理會(huì)產(chǎn)生大量的有毒有害氣體.填埋處理清運(yùn)成本高，占地面積大，浪費(fèi)寶貴的土地資源，且污染地下水、土壤，產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)久的危害［2］.

堆肥化處理是指將有機(jī)廢棄物與添加物按適當(dāng)比例混勻，在含水量和含氧量適宜的條件下，由微生物的降解作用(復(fù)合菌劑為分解纖維素等的微生物)產(chǎn)生的高溫殺死其中的病原菌，使有機(jī)物腐熟，達(dá)到穩(wěn)定無害的過程［3］.堆肥初產(chǎn)品可調(diào)配生產(chǎn)土壤改良劑、育苗基質(zhì)和有機(jī)肥，不僅解決了廢棄物的處置難題，還實(shí)現(xiàn)了資源化利用［4－5］.研究表明，堆肥過程中微生物助劑的選擇［6－7］以及水分含量、C/N、pH 值、O2、溫度等發(fā)酵條件的調(diào)節(jié)是堆肥成功的關(guān)鍵［8］.這其中，針對(duì)不同材料的適宜發(fā)酵菌劑的篩選尤為重要.鄭衛(wèi)聰?shù)龋?］研究表明:添加復(fù)合菌劑可增加堆肥中全氮的含量，有助于堆肥中有機(jī)質(zhì)的降解，同時(shí)還有助于堆肥的腐熟.田赟等［10］還研究添加EM 菌劑、尿素、有機(jī)酸、竹柞液，張婷婷等［11］研究添加糠醛渣等助劑都收到較好的堆肥效果.

本實(shí)驗(yàn)將9 種園林綠化廢棄物混合為主要材料，分別添加5 種不同的微生物復(fù)合菌劑進(jìn)行好氧堆肥試驗(yàn)，并分析了堆肥過程中堆體溫度、氮含量的變化，以篩選出適宜園林廢棄物堆肥的菌劑，為堆肥實(shí)踐提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

材料取自海南某本科高校校園綠籬的修剪物，9 種植物分別是:扶桑(Hibiscus rosa－sinensis)、金脈爵床(Sanchezia speciosa)、紅背桂(Excoecaria cochinchinensis)、三角梅(Bougainvillea spectabilis Willd)、假連翹(Duranta repens)、福建茶(Carmona microphylla)、黃金榕(Ficus microcarpa cv.Golden Leaves)、希茉莉(Hamelia patens)、小葉龍船(Lxora?chinensis).

參試的復(fù)合微生物菌劑包括:秸稈物料腐熟劑、RW 酵素劑、有機(jī)廢棄物發(fā)酵菌曲、阿姆斯有機(jī)物料腐熟劑、寶育肥酵素菌腐熟劑，分別購買于佛山金奎子植物營(yíng)養(yǎng)有限公司、揚(yáng)州森源生物制品有限公司、北京世紀(jì)阿姆斯生物技術(shù)公司、濟(jì)寧三環(huán)化工有限公司、ETS 生物科技發(fā)展有限公司.

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 材料收集及堆肥試驗(yàn)

配合校園園林管理人員，在其修剪綠籬時(shí)收集廢棄物，作為堆肥材料.試驗(yàn)于2013年12月至2014年2月在海南省某本科院校進(jìn)行.利用泡沫箱(80 cm ×60 cm ×50 cm)采用好氧堆肥的方式進(jìn)行堆肥試驗(yàn).將9 種植物材料分別稱重并混勻后，平均分成18 份，每份約0.24 m3.每三份材料分別按廢棄物質(zhì)量的3%添加一種復(fù)合微生物菌劑，添加后即得到T1、T2、T3、T4、T5 五個(gè)處理，以不加任何菌劑的材料作對(duì)照，每個(gè)處理重復(fù)3 次.

堆肥前，測(cè)定各種植物材料的C/N.稱量各箱材料后，根據(jù)不同植物的碳氮比和堆肥材料質(zhì)量，將尿素溶于少量水中均勻?yàn)⑷耄瑢⒍逊什牧系腃/N 調(diào)節(jié)至25∶1，水分調(diào)節(jié)到65 %.不同處理的復(fù)合菌劑添加按菌劑使用說明書進(jìn)行.2－3 天翻堆一次，待材料腐爛變黑褐色，堆溫?zé)o變化為止，持續(xù)約72 天.

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定和數(shù)據(jù)分析

用卷尺測(cè)量所修剪綠籬的長(zhǎng)、寬、高，確定修剪的面積，用電子稱稱量廢棄物的重量，進(jìn)而計(jì)算不同綠籬植物單位表面積內(nèi)的年修剪量.碳含量采用燃燒法測(cè)定;氮含量采用納氏試劑比色法測(cè)定，每處理重復(fù)3 次.堆肥過程中，將酒精溫度計(jì)插入堆體30 cm，每隔4 天測(cè)定一次堆體溫度.堆肥完成后，測(cè)定各處理堆肥初產(chǎn)品的含氮量.綜合堆體溫度和含N 量的變化選出適宜的堆肥菌劑.

應(yīng)用EXCEL 2007 數(shù)據(jù)分析和作圖，方差分析及多重比較應(yīng)用SPSS 19.0 進(jìn)行.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同綠籬植物的年修剪量

綠籬是園林中十分常見的一種形式，修剪產(chǎn)生廢棄物為堆肥提供了充足的原材料.根據(jù)不同植物生長(zhǎng)特性而制定的修剪時(shí)期、修剪所獲得廢棄物的數(shù)量是確定堆肥時(shí)期和堆肥場(chǎng)地大小，合理安排堆肥的重要前提.三亞地處熱帶，適宜的光照、溫度及水分為植物的旺盛生長(zhǎng)創(chuàng)造了條件.根據(jù)對(duì)校園綠化管理的跟蹤調(diào)查，校園綠籬一般每月修剪一次.2013年12月9 種植物單位面積年修剪量見下表1.

表1 9 種園林植物的修剪量

從上表可看出，9 種植物中，月單次修剪量最大的為金脈爵床，達(dá)到0.61 kg/m2，年修剪量達(dá)7.32 kg/m2，其次是扶桑，月單次修剪量達(dá)0.37 kg/m2，最小的是三角梅和小葉龍船，年修剪量也達(dá)1.81 kg/m2，9 種植物平均年修剪量為3.10 kg/m2.

隨著城市化進(jìn)程的加快，園林綠化面積不斷增加，園林廢棄物的數(shù)量不斷加大，這也為規(guī)模化堆肥提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù).同時(shí)，也為合理選擇和配置生長(zhǎng)量適中，少修剪，耐粗放管理植物，建設(shè)節(jié)約型園林提供參考.

2.2 不同材料C/N 的測(cè)定

園林綠化廢棄物含有較多難降解的纖維素和木質(zhì)素，C/N 是影響堆肥效果的重要因素.其中，碳是堆肥生化反應(yīng)的能量來源，氮是控制生物合成的主要因素，也是反應(yīng)速度的控制因素［12］.堆料必須達(dá)到適宜的C/N，才能進(jìn)行理想的堆肥，若C/N 比過高，微生物增殖時(shí)由于氮不足，生長(zhǎng)受到限制，同時(shí)堆溫降低，有機(jī)物降解速度變得緩慢，堆肥時(shí)間變長(zhǎng);若C/N 比過低，可利用的碳完全被利用，而過量的氮以氨氣形式損失，不僅影響環(huán)境而且造成氮素肥效的降低，影響堆肥產(chǎn)品品質(zhì).實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，園林綠化廢棄物堆腐的C/N 比控制在30 左右有助于堆肥產(chǎn)品的形成［3］.

不同材料的C/N 不同，測(cè)定C/N 是園林廢棄物堆肥的必要條件.試驗(yàn)測(cè)定9 種植物材料C/N 見表2.

表2 9 種園林植物的C/N

從表2可以看出，9 種植物修剪物的C/N 不同，較低的三角梅僅為55.14，較高的有扶桑和金脈爵床，分別為78.20 和77.03，其余6 種則在117.20－146.90 之間，約為較低的三角梅、金脈爵床C/N 比值的2倍左右.植物修剪物的C/N 都高于30:1 的適宜堆肥條件，必須添加N 源，而分類堆肥有利于準(zhǔn)確添加N 源.

2.3 不同處理堆肥的溫度變化

在整個(gè)堆肥過程中，溫度是影響微生物活動(dòng)的重要因素，也是衡量腐熟程度和堆肥產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo).在整個(gè)堆肥過程中，微生物活動(dòng)越旺盛，其溫度就越高，反之則低;而溫度越高，在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)有機(jī)質(zhì)降解最快［13］，園林廢棄物腐熟也越快.且高溫還可殺死病原菌.因此，堆體溫度的高低決定堆肥速度的快慢.同時(shí)，溫度的動(dòng)態(tài)變化也是評(píng)價(jià)不同微生物復(fù)合菌劑對(duì)園林廢棄物堆肥的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一.

不同處理堆肥過程溫度變化見下圖1.

圖1 不同菌劑處理的堆體溫度變化

如圖1所示，不同菌劑處理后，堆肥溫度變化大致都經(jīng)歷快速升溫－高溫持續(xù)－降溫三個(gè)時(shí)期期.在整個(gè)堆肥過程中，CK、T2、T4 都在堆后第12 天達(dá)到最高溫度，分別為35 ℃、39 ℃和43 ℃，且均持續(xù)約32天，其后，T2、T4 歷時(shí)約16 天緩慢下降到室溫狀態(tài)，標(biāo)志著堆肥結(jié)束，而未添加任何菌劑的CK 在溫度略有下降后一直持續(xù)到第72 天，仍處在自然腐爛狀態(tài)中，廢棄物仍然呈現(xiàn)淺黃褐色，而其他處理則呈現(xiàn)黑褐色，并有NH3 氣味.T1、T5 升溫較為緩慢，堆后約32－36 天才達(dá)到最高溫，高溫僅持續(xù)12 天后就緩慢下降.T3 升溫較為溫和，到第40 天達(dá)到40 ℃，其后緩慢下降，第72 天時(shí)仍在30 ℃.

可以看出，不同處理的溫度變化趨勢(shì)基本相同，在堆肥進(jìn)行到第14 天左右時(shí)，出現(xiàn)溫度下降的情況，通過翻堆通氣，補(bǔ)充水分，溫度又回升.從溫度而言，T4 處理溫度上升最快，且溫度明顯高于其他處理，說明T4 的高溫期來臨早，微生物活動(dòng)最為旺盛.在降溫期，T4，T5 均在第44 天開始降溫，分別提前T24 天、T120 天完成腐熟過程.

2.4 堆肥初產(chǎn)品N 含量的變化

堆肥是廢棄物有機(jī)質(zhì)在微生物作用下不斷分解的生物化學(xué)過程.一方面，由于堆肥過程中有機(jī)氮的礦化、持續(xù)性氨的揮發(fā)及硝態(tài)氮的反硝化作用均引起堆肥過程中氮素的損失.在堆肥中，NH3的產(chǎn)生和揮發(fā)與堆肥溫度、pH 值、堆肥中微生物種類及分布變化有關(guān);另一方面，因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)不斷分解成CO2和H2O 而散失，總干物質(zhì)重量下降幅度明顯大于NH3揮發(fā)所引起的下降幅度，最終使得干物質(zhì)中N 含量相對(duì)增加，并直接影響最終堆肥的品質(zhì)［14］.

不同處理堆肥前后N 含量見下圖2.

圖2 不同處理堆肥前、后N 含量的變化

從圖2可以看出，在整個(gè)堆肥過程中，各處理在堆制開始時(shí)N 含量約為0.50%，堆肥結(jié)束后，各處理及對(duì)照N 含量均有提高.其中，T5 初產(chǎn)品N 含量高達(dá)11.13 %，而對(duì)照僅為1.05 %.將堆肥初產(chǎn)品N 含量按原廢棄物重量折算的N 含量各處理分別為:1.58 %、1.72 %、1.22 %、1.14 %和2.00 %，而對(duì)照為0.19 %.折算后各處理N 含量的方差分析和多重比較表明，除了T3 和T4 之間未達(dá)到顯著差異外，其他各處理之間以及與對(duì)照相比均達(dá)到了極顯著水平(p＜0.01)，T5 菌劑極顯著地減少了廢棄物氮素的流失.因此，添加微生物菌劑可以減少N 的損失，提高堆肥產(chǎn)品的N 含量，減少有害物質(zhì)(如NH3)對(duì)環(huán)境的危害，提高資源的利用率.

2.5 適宜菌劑的篩選

不同菌劑對(duì)園林廢棄物堆肥進(jìn)程以及堆肥初產(chǎn)品N 含量的影響各有不同.從堆肥中各處理溫度變化來看，T2、T4 在堆肥初期升溫快，高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，降溫也快，有效縮短堆肥時(shí)間.相比之下，T5 升溫相對(duì)較慢，高溫也低2－3 ℃，但結(jié)束時(shí)間相差不大.從不同處理堆肥前后N 含量來看，T2、T5 堆肥初產(chǎn)品N 含量較高，有利于利用堆肥初產(chǎn)品配置育苗基質(zhì)或生產(chǎn)有機(jī)肥等用途.

3 結(jié)論

9 種綠籬植物年修剪量最多可達(dá)7.32 kg/m2，最低可至1.80 kg/m2，平均約3.10 kg/m2.隨著城市綠地面積的增加，園林廢棄物量將急劇增加，而通過堆肥將其無害化、資源化利用是可行的.

添加微生物菌劑可以使堆肥中高溫期提前，加速其中有機(jī)物的分解，從而縮短堆肥周期，加快園林廢棄物的資源化進(jìn)程.不同的菌劑對(duì)園林廢棄物堆肥進(jìn)程以及堆肥初產(chǎn)品N 含量影響各有不同.因此，實(shí)踐中，可根據(jù)不同季節(jié)、氣溫的高低、廢棄物產(chǎn)生的集中程度以及堆肥初產(chǎn)品的用途選擇適宜的微生物菌劑.在低溫季節(jié)，快速堆肥可采選用T2、T4，而在高溫季節(jié)，為獲得較高N 含量堆肥初產(chǎn)品，T2、T5 將是好的選擇.T2 則兼有腐熟快、N 含量高的優(yōu)點(diǎn).

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