不同微生物菌劑對中藥渣堆肥過程及理化性質(zhì)的影響

陳 霞，羅友進，程玥晴，謝永紅

(重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 401329)

不同微生物菌劑對中藥渣堆肥過程及理化性質(zhì)的影響

陳 霞，羅友進，程玥晴，謝永紅*

(重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 401329)

【目的】中藥渣富含纖維素、作物生長所需的營養(yǎng)元素等，是制作有機肥料的重要來源之一，研究不同微生物菌劑對中藥渣堆肥效果的影響，對合理地科學(xué)地利用中藥渣有機肥的效果有重要意義?！痉椒ā勘疚囊赞较阏龤庖?、通天口服混合藥液渣為研究對象，分別添加3種高纖維素腐熟速率的復(fù)合微生物菌劑(TSM、TEM、TSEM)，采用條垛式堆肥系統(tǒng)進行堆肥試驗，對比分析了不同微生物菌劑對中藥渣堆肥效果，并進一步分析了堆肥過程中溫室氣體CO2和CH4的排放情況，為中藥渣合理地利用提供科學(xué)依據(jù)?！窘Y(jié)果】3種微生物菌劑處理的堆肥過程中溫度經(jīng)歷升溫期、高溫期和降溫期，其中TSM處理的高溫期持續(xù)時間最長，達到了21 d。在整個堆肥周期內(nèi)，中藥渣堆肥的有機質(zhì)含量表現(xiàn)為TSM> TEM> TSEM，至堆肥結(jié)束時，TSM、TEM、TSEM處理的中藥渣堆肥的有機質(zhì)為78.3 %、76.9 %和73.1 %；僅TEM(T=(終點C/N比)/(初始C/N比)=0.52< 0.6)和TSEM(T=0.48< 0.6)處理的堆肥達到腐熟標(biāo)準(zhǔn)，但是僅TSEM處理的堆肥總養(yǎng)分含量(5.03 %)和總金屬含量達到中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——有機肥料，且無毒性(GI=54 %)；同時在堆肥過程中，TSEM處理的CO2排放濃度最低(2.13× 105～2.73 × 105mg·m-3)，但是CH4排放量較高。【結(jié)論】在藿香正氣液、通天口服液混合渣中接種TSEM微生物菌劑進行堆肥反應(yīng)，實現(xiàn)了堆肥物料的資源化、減量化和無害化，但在實際生產(chǎn)過程中要注重溫室氣體CH4處理。

微生物菌劑；中藥渣；堆肥；溫室氣體；養(yǎng)分

【研究意義】中草藥業(yè)是我國傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)之一，隨著人們對中醫(yī)藥需求的增加，全國各大中藥制藥廠大批量生產(chǎn)中藥，隨之產(chǎn)生了大量的中藥渣[1-2]。據(jù)統(tǒng)計，我國每年會產(chǎn)生至少3000×104t的中藥渣，其中植物類的中藥渣產(chǎn)量高達66.5×104t；重慶市達到(50～60)×104t，僅重慶市太極集團每年就有10×104t，但是由于制藥企業(yè)環(huán)保意識的薄弱，大部分的中藥渣出廠后，被焚燒、填埋或者堆放，不僅對環(huán)境造成了污染，而且還造成了資源的浪費[3-5]。中藥渣(Chinese herbal residues)富含纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，還含有大量作物生長的必需的微量元素和生物活性物質(zhì)，經(jīng)合理處理可以生產(chǎn)有機肥料[1,6]和飼料添加劑[7-8]，還可以制備環(huán)保生物制劑[9]，進行食用菌栽培等[10]?！厩叭搜芯窟M展】堆肥工藝是中藥渣生產(chǎn)有機肥料的重要方法之一，傳統(tǒng)的堆肥是通過自然發(fā)酵的方式，該方法簡單易操作，但是發(fā)酵周期較長，無害化效果較差等[11]，因此為提升中藥渣堆肥效果，學(xué)者們對堆肥條件展開了大量的研究。水分和溫度是堆肥過程中重要的影響因素，一般認為初始物料含水率為50 %～60 %，反應(yīng)堆溫度在55～60 ℃時，高溫好氧的堆肥效率較高[12-13]。此外，不同翻堆頻率對中藥渣堆肥過程的影響存在顯著影響，王引權(quán)等[14]研究表明，中藥渣10 d的翻堆頻率比較適合在中試規(guī)模的條垛式堆肥系統(tǒng)，其中高溫持續(xù)時間較長，全氮含量降低了8.4 %，全磷、全鉀分別提升了9.6 %和5.4 %。在堆肥中接種微生物菌劑提高堆肥效益，將中藥渣制成良好的有機基質(zhì)是目前研究的熱點?！颈狙芯壳腥朦c】本文以藿香正氣液、通天口服混合藥液渣為研究對象，針對供試藥渣的抑菌特性，分別添加3種能促進纖維素快速腐熟的復(fù)合微生物菌劑，采用條垛式堆肥試驗，研究了不同微生物菌劑對中藥渣堆肥效果的影響，并進一步探討了堆肥期間的溫室氣體排放情況?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以期選取中藥渣高堆肥效果最佳的微生物菌劑，為合理科學(xué)地開發(fā)中藥渣奠定基礎(chǔ)。

表1 堆肥原料的性質(zhì)(干基計)

1 材料與方法

1.1 試驗材料

中藥渣來源于太極集團重慶涪陵制藥廠有限公司，是生產(chǎn)藿香正氣液和通天口服液經(jīng)提取濃縮后所殘留的混合藥渣，其主要成分為蒼術(shù)、陳皮、厚樸、白芷、茯苓、大腹皮、半夏、川芎、赤芍、天麻、羌活、細辛、菊花、薄荷、防風(fēng)、茶葉、甘草。將供試的中藥渣(未經(jīng)粉碎、過篩)通過物理壓榨的方法，將其水分含量調(diào)節(jié)至60 %，其理化性質(zhì)見表1。

從供試藥渣高溫腐熟階段分離出以羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)作為唯一碳源生長的高溫微生物菌株72株；利用剛果紅纖維素篩選培養(yǎng)基進一步篩選，得到具有較強纖維素降解能力的菌株8株(表2，細菌6株、真菌2株)，其中真菌L2對纖維素的降解率最高，為4.03 %± 0.12 %，其次為細菌2#、細菌4#、細菌5#，降解率均大于3.0。將篩選出的真菌L1+細菌(1#～6#)、真菌L2+細菌(1#～6#)以及真菌(L1、L2)+細菌(1#～6#)進行多次繼代篩選和培養(yǎng)，菌系種類組成和分解能力都具有較好的穩(wěn)定性，生長速度快。試驗獲得的菌種主要由芽孢桿菌屬、梭菌屬和瘤胃桿菌屬組成。將3種菌劑分別與EM菌種(Effective Microorganisms，EM原種購買于上海三勝生物科技有限公司)1︰1復(fù)配形成復(fù)合發(fā)酵菌群TSM、TEM、TSEM微生物菌劑，以2 %菌種接種量接種到正交試驗篩選出的液體培養(yǎng)基中，32℃恒溫培養(yǎng)、每2 h通氣10 min，通氣量300 mL·min-1，培養(yǎng)72 h后各菌液OD600均大于1.2，活菌數(shù)量大于15×108/mL。菌劑的纖維素酶的活性較單一的EM菌提高25.4 %～64.8 %。

表2 篩選菌株的纖維素降解能力測試

1.2 試驗設(shè)計

中藥渣堆肥試驗于2015年5月16日在重慶九龍坡區(qū)走馬鎮(zhèn)土原生物科技有限公司廠房內(nèi)進行，堆肥期35 d。針對中藥渣高C/N和堆肥過程中氮易揮發(fā)損失的特性，使用2 %硫酸銨和1 %過磷酸鈣對初始物料進行調(diào)配。試驗采用條垛式堆肥，條垛斷面為梯形，底寬2.0 m，頂寬1.0 m，高度為2.0 m，堆體長度10 m；每堆條垛堆肥材料分別接入10 L TSM、TEM、TSEM微生物菌劑并鏟車攪拌均勻，并設(shè)置不添加任何菌劑的CK處理。試驗通風(fēng)量為0.3～0.6 m3·min-1，通風(fēng)次數(shù)為每天2次，通風(fēng)時間為每次30 min。試驗每7 d翻堆1次，以保證物料充分混勻，翻堆前測定堆體的溫度和濕度，在翻堆前，每個堆體采集5個樣品，混合均勻后測定中藥渣堆體的理化性質(zhì)，并測定堆肥的溫室氣體排放量。取樣完畢后，進行翻堆后加入與堆體溫度相同的水將堆體物料的含水率補充至60 %，以保證堆體溫度不會大幅度波動。

1.3 試驗測定項目及方法

1.3.1 中藥渣堆體溫度的測定 堆肥試驗開始后，每天上午10:00-11:00取堆體離地面高度50、100、150 cm的位置，探頭插入深度50 cm的物料的平均溫度作為堆體物理當(dāng)天的溫度。

1.3.2 中藥渣堆體的理化性質(zhì)的測定 堆體溫度與含水量使用美國SPECTRUM Watch Dog 2800氣象站進行測定。容重采用重量體積法測定[15]。堆肥理化性質(zhì)的測定具體測定方法參照國家農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)商品有機肥料標(biāo)準(zhǔn) (NY525-2012) 規(guī)定中的方法：有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法；全N用凱氏法 (the Kjeldahl method)[16]，全K采用火焰光度法，全P采用分光光度法，As、Hg采用原子熒光法，Pb、Cd、Cr采用火焰原子吸收光譜法測定[17]。

1.3.3 中藥渣堆體的物料種子發(fā)芽指數(shù)的測定 種子發(fā)芽指數(shù)參照種子發(fā)芽實驗法[18]，將采集的微生物菌劑培養(yǎng)的堆肥樣品各稱取10.0 g于250 mL三角瓶中，加100 mL的蒸餾水，室溫振蕩浸提(100 次/min)1 h，靜置過夜后，進行真空抽濾并收集抽濾液，搖勻后即為堆肥浸提液，供發(fā)芽試驗。采用白菜 (BrassicarapaL. ssp.pekinensis) 種子進行發(fā)芽試驗。在10 cm×10 cm×5 cm發(fā)芽盒內(nèi)墊上2張濾紙或紗布，均勻放入30粒大小基本一致、飽滿的種子，加5.0 mL獲取的堆肥浸提液，恒溫(20℃)避光培養(yǎng)72 h，統(tǒng)計種子發(fā)芽率和測量胚根長度，設(shè)3個重復(fù)，以蒸餾水作對照，按照公式3計算種子發(fā)芽指數(shù)(GI)。

1.3.4 堆肥過程的溫室氣體排放量 采用捷克ECOPROBE 5環(huán)境污染氣體檢測儀測定混合藥渣堆體材料中CO2和CH4的排放量。堆肥試驗開始后，每7 d在堆體隨機取5個點進行檢測，打孔后立即插入探頭，探頭插入深度25 cm，重復(fù)3次，并記錄數(shù)值。

1.4 計算與統(tǒng)計方法

堆肥樣品容重 (kg·m-3) = 堆肥樣品質(zhì)量 (kg)/量杯體積 (m3)

(1)

碳氮比C/N=TC含量/TN含量

(2)

發(fā)芽指數(shù)GI( %)=

T=(終點碳氮比C/N)/(初始碳氮比C/N)

(4)

試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理，圖表采用Excel 2010制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 中藥渣堆肥過程中溫度的變化

如圖1所示，3種微生物菌劑接入中藥渣后，堆肥的溫度變化趨勢較一致，均表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢；而未添加菌劑的CK處理堆肥自身很難升溫，堆體的溫度明顯低于菌劑處理。在試驗前期，3種微生物菌劑處理的中藥渣堆肥迅速分解產(chǎn)生大量熱量促使其溫度在3 d內(nèi)迅速上升至50 ℃左右，形成一個短暫的快速升溫期，其中TEM處理的中藥渣堆體升溫幅度最大，為16 ℃(從34.9 ℃提高到50.9 ℃)，而CK處理僅提高了6.7 ℃；隨著堆肥時間的增加，堆體的溫度呈波動式增加，進入反應(yīng)堆的高溫動態(tài)平衡期，堆體溫度50 ℃以上TSM處理保持了26 d，TEM、TSEM處理保持了27 d；堆體溫度60 ℃以上TEM、TSEM處理保持了18 d，而TSM處理保持了19 d；TEM、TSEM處理在第19 天溫度達到70 ℃以上，TSM處理在第21天達到70 ℃以上；CK處理在37℃以上僅維持了6 d。從圖1還可以看出，隨著有機碳源的逐漸耗盡，3種微生物菌劑處理的中藥渣堆肥在第27～31天時進入了溫度快速下降期，TSM、TEM、TSEM微生物菌劑處理的堆體溫度分別下降了23.6、21.9、19.9 ℃；第31天后各處理的溫度下降至接近環(huán)境溫度，堆肥反應(yīng)基本停滯，堆肥進入腐熟階段。

AT：環(huán)境溫度；AT: Ambient temperature圖1 不同微生物菌劑作用下中藥渣堆肥過程中溫度的變化Fig.1 Change of the temperature during Chinese herbal residues composting

圖2 不同微生物菌劑作用下中藥渣堆肥過程中容重和有機質(zhì)含量的變化Fig.2 Change of the volume weight and organic matter during Chinese herbal residues composting

2.2 中藥渣堆肥過程中容重及有機質(zhì)的變化

在堆肥周期中，CK處理的堆體容重維持在300 g·cm-3以上，各菌劑處理的中藥渣堆肥容重明顯低于CK處理，TSM處理的中藥渣堆肥容重高于TEM和TSEM處理，且3種微生物菌劑處理的堆肥容重均隨反應(yīng)時間的增加呈下降趨勢。從圖2可以看出，從堆肥開始(第0 d)至第21 天，TSM、TEM、TSEM微生物菌劑處理的堆肥容重均快速下降，比試驗前(容重342 g·cm-3)急劇下降了45.03 %，48.83 %，50.29 %，而CK處理僅下降了9.36 %；在第21～35 天堆肥期間內(nèi)，各處理的堆肥容重下降幅度逐漸減緩并趨于平穩(wěn)，在堆肥結(jié)束時，各處理的堆肥容重下降幅度表現(xiàn)為TSEM(50.88 %)>TEM(50.00 %)>TSM(47.37 %)，可見添加菌劑較CK處理能有效降低堆體的容重，改善堆體的結(jié)構(gòu)，從而增加了微生物的活性，促進了堆肥進程。

在整個堆肥周期內(nèi)，中藥渣堆肥的有機質(zhì)含量表現(xiàn)為CK> TSM > TEM >TSEM，且隨著堆肥時間的增加，3種微生物菌劑處理的堆肥有機質(zhì)含量呈下降趨勢，而CK處理的有機質(zhì)含量變化不大，范圍在88.0 %～86.0 %；至堆肥結(jié)束時，TSM、TEM、TSEM處理的中藥渣堆肥的有機質(zhì)含量從開始的88.0 %，分別下降至78.3 %、76.9 %和73.1 %，而CK處理的有機質(zhì)僅下降了0.3 %～2.0 %，可見在中藥渣堆肥過程中添加微生物菌劑可以加速自然堆肥過程。

2.3 中藥渣堆肥過程中溫室氣體排放

2.3.1 CO2質(zhì)量濃度 如圖3所示，在整個堆肥周期內(nèi)，3種微生物菌劑處理的中藥渣堆肥過程中CO2濃度的變化均隨時間的增加，呈先增加后減少的趨勢，且均高于CK處理。TSM處理的CO2濃度的變化表現(xiàn)為，堆肥反應(yīng)的第7 天，CO2濃度比反應(yīng)前增加了1.52×105mg·m-3，第7～21 天反應(yīng)期間，CO2濃度的變化范圍在19.3 %～60.7 %，第21 天時，CO2濃度達到最高值(2.93×105mg·m-3)，隨后下降至2.31×105mg·m-3。TEM處理的CO2濃度在反應(yīng)第7 天，迅速增加至2.14×105mg·m-3，第28 天時達到最高濃度值，為2.79×105mg·m-3，而在第7～28 天的反應(yīng)期間內(nèi)，增幅比較小，變化范圍在7.2 %～11.9 %。TSEM處理的CO2濃度的變化趨勢不同于其他2個處理，在反應(yīng)第7 天，CO2濃度迅速增加至2.13×105mg·m-3，第14 天就達到最高濃度值 2.82×105mg·m-3，隨后呈緩慢遞減趨勢，降低至2.33×105mg·m-3。

圖3 不同微生物菌劑作用下中藥渣堆肥過程中CO2濃度的變化Fig.3 Change of mass concentration of CO2 during Chinese herbal residues composting

2.3.2 CH4質(zhì)量濃度 3種微生物菌劑處理的堆肥CH4排放情況存在差異，其中TSM和TSEM處理的CH4質(zhì)量濃度高于CK處理；TEM在堆肥前期和堆肥后期的CH4質(zhì)量濃度低于CK。如圖4所示，TSM處理的堆肥CH4的濃度在第7 天迅速增加到132.7 g·m-3，隨后在第21 天時達到最高值302.3 g·m-3，之后在第28 天降低到106.2 g·m-3，在堆肥周期結(jié)束后，TSM處理的堆肥CH4的濃度為167.2 g·m-3。TEM處理的堆肥在反應(yīng)前期未產(chǎn)生CH4氣體，第14 天迅速增加加到164.7 g·m-3，而后隨反應(yīng)時間的增加逐漸下降，在第28 天時，堆體中未檢測出CH4氣體。TSEM處理的CH4的濃度與TSM處理的變化趨勢相類似，表現(xiàn)為隨著反應(yīng)時間的增加，呈先增加后減少在增加的趨勢，分別在第21和28 天時達到最高值(239.4 g·m-3)和最低值(83.1 g·m-3)，但是在反應(yīng)第14 天前，TSEM處理的CH4的濃度高于TSM處理，而后均低于TSM處理?？傮w上，在整個堆肥周期內(nèi)，3種菌劑處理的CH4質(zhì)量濃度高于未添加菌劑的CK處理，但是TEM處理的CH4質(zhì)量濃度低于TSEM和TSM處理，可見TEM微生物菌劑能降低的中藥渣堆肥過程中的CH4氣體的排放量。

圖4 不同微生物菌劑作用下中藥渣堆肥過程中CH4濃度的變化Fig.4 Change of mass concentration of CH4 during Chinese herbal residues composting

2.3.3 溫室氣體排放與理化性質(zhì)相關(guān)分析 通過對中藥渣堆肥過程中理化性質(zhì)與溫室氣體排放濃度相關(guān)性分析(表3)，發(fā)現(xiàn)所有處理中有機質(zhì)含量分別與堆肥容重均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，同時在TSM與TEM處理中CO2排放濃度與堆肥溫度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，而TSEM與CK處理中則相關(guān)關(guān)系不顯著。

2.4 3種微生物菌劑處理中藥渣堆肥的效果

表4顯示，3種微生物菌劑處理的中藥渣堆肥的終點的碳氮比C/N、發(fā)芽指數(shù)GI、養(yǎng)分含量以及重金屬含量。與CK處理相比，堆肥結(jié)束后TSM、TEM、TSEM微生物菌劑處理后藥渣的C/N比分別為22.48，16.77，15.65，下降幅度分別為28.3 %，46.5 %，50.1 %，進一步計算T值發(fā)現(xiàn)TSEM處理的T值較低，比CK處理低了0.39，且比其他2種菌劑處理的降低了0.03和0.17；各處理的發(fā)芽指數(shù)GI表現(xiàn)為TSEM>TEM>TSM，可見TSEM微生物菌劑比其他2種菌劑能較快的增加中藥渣的腐熟程度，且基本無毒。

表3 3種微生物菌劑作用下中藥渣堆肥過程中理化性質(zhì)與溫室氣體排放量相關(guān)關(guān)系分析

注：**表示其相關(guān)性在P<0.01水平達到顯著水平；*表示其相關(guān)性在P<0.05水平達到顯著水平。

Note: **indicate significant relationships among treatments (P<0.01); *indicates significant relationships among treatments (P<0.05).

表4 不同微生物菌劑作用下中藥渣堆肥的效果

從表4還可以看出，堆肥結(jié)束后，各處理的總氮和總鉀含量較CK處理均增加，其中TSEM處理的增幅最大，分別提高了70.44 %和48.82 %；對總鉀含量而言，除TSM處理的下降2.27 %外，其他的均增加了4.55 %～14.77 %，其中TSEM含量最高；因此在總養(yǎng)分含量中TSEM的含量高于TSM和TEM處理，分別增加了0.23 %和1.19 %。堆肥結(jié)束后，3種菌劑處理降低了堆體重金屬總砷含量，比CK處理下降了54.5 %～72.7 %，其中TSEM處理效果最佳；TSM和TEM處理提高了堆體總汞含量，分別比CK處理增加了0.040 和0.023 mg·kg-1；對總鉛而言，除TSM處理較CK提高了0.8×10-4mg·kg-1外，TEM和TSEM處理分別下降了1.5×10-4和1.1×10-4mg·kg-1；對總鉻和總鎘而言，除TSM處理的總鉻降低外，其他處理的總鉻和總鎘含量均增加，其中TEM處理的總鉻含量最高，達到了10.2×10-4mg·kg-1。試驗樣品中檢測出的重金屬主要來源于中藥渣本身，且堆肥過程中也不存在重金屬的代謝途徑，樣品中重金屬含量的變化主要原因可能是由于試驗物料構(gòu)成復(fù)雜，并且未經(jīng)粉粹，混合不均勻。

3 討 論

堆肥過程中溫度是一個最為復(fù)雜的因子，其變化可以反映堆肥系統(tǒng)中微生物的活動狀態(tài)，影響著堆肥過程中各種重要的生化反應(yīng)[19-20]。在堆肥系統(tǒng)中溫度的變化一般經(jīng)歷了3個階段：升溫期(環(huán)境溫度～45 ℃)、長時間的高溫動態(tài)平衡期(45～70 ℃)，降溫期(45 ℃～環(huán)境溫度)[11]。在本研究的中藥渣堆肥初期，微生物大量分解初始物料中易分解的有機質(zhì)，產(chǎn)生了大量的熱量，導(dǎo)致堆肥的第3天溫度就達到了50℃，其中TEM微生物菌劑處理的升溫幅度最大，這與王虹等[21]研究結(jié)果相類似，且3種菌劑處理在堆肥試驗中的溫度均高于CK處理，可見堆肥一開始，接種的菌劑就迅速在藥渣堆體中定殖下來并快速繁殖，加快新陳代謝，促進升溫。有研究表明，堆肥時溫度應(yīng)控制在45～60 ℃，溫度過高(> 60 ℃)會降低甚至抑制微生物的活性[22]。在本試驗的高溫階段(> 50 ℃)，TSEM處理的持續(xù)時間最長，但其超過60 ℃的持續(xù)時間最短(18 d)，一方面堆肥材料大部分的有機質(zhì)被微生物氧化分解，另一方面，微生物活性被抑制的時間較短，因此在本研究中TSEM處理的中藥渣有機質(zhì)分解最多，有機質(zhì)含量最低(圖2)，而TSM微生物菌劑處理的高溫階段持續(xù)時間最短，超過60 ℃的持續(xù)時間長達19 d，堆體中微生物的活性降低，以致于較其他兩個處理有機質(zhì)含量下降幅度最低。在高溫階段各處理的溫度呈動態(tài)平穩(wěn)的變化趨勢，表現(xiàn)為翻堆后堆體溫度都出現(xiàn)上升現(xiàn)象，這與何京鐘等研究結(jié)果相類似[23]。這是由于在堆肥過程中進行了翻堆和補水作業(yè)，翻堆對堆體的溫度、濕度、通氧量以及有機質(zhì)降解速率都有極大的作用[24]，同時補充水源溫度低于堆體溫度，導(dǎo)致堆體溫度驟降，而后堆體在合適水分的條件下改善了堆體的孔隙度提高了好氧微生物活性，增加了有機質(zhì)分解速率導(dǎo)致溫度上升[25-26]。

堆肥過程中溫室氣體的排放也是評價堆肥效果的指標(biāo)之一，通常根據(jù)釋放CO2的強度來判斷微生物代謝活動的程度和堆肥的穩(wěn)定性[27]。Epstein[19]研究表明，堆肥過程排放的CO2濃度< 5 mg·g-1時，堆肥達到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，在CO2濃度< 2 mg·g-1時，達到成熟。本研究堆肥試驗中，各處理的升溫期和高溫期，微生物活性較強，有機質(zhì)分解率較快，產(chǎn)生大量的CO2，這與前人的研究結(jié)果一致[11]；TSEM微生物菌劑處理的堆肥雖然高溫時間持續(xù)較短，超過60 ℃的時間較長，但在堆肥前期有機質(zhì)被充分分解，產(chǎn)生大量的CO2，而在高溫階段產(chǎn)生的CO2濃度較低，比其他兩種處理更快地進入穩(wěn)定狀態(tài)。CH4的濃度峰值在堆肥高溫期出現(xiàn)，這是因為該階段微生物活性較強，快速分解微生物的同時，消耗了大量的的氧氣，致使堆體局部有厭氧情況發(fā)生，甲烷菌新陳代謝活躍產(chǎn)生了大量的CH4，隨著易分解有機物逐漸被分解，堆肥溫度也逐漸下降，CH4的質(zhì)量濃度也隨之呈下降趨勢。在堆肥初期TEM微生物菌劑處理的微生物不活躍，CH4濃度較低；即使在高溫階段，TEM微生物菌劑處理下的CH4濃度仍低于其他兩種菌劑，這可能是因為TEM微生物菌劑抑制了甲烷菌的生長，從而降低了產(chǎn)CH4能力。

堆肥化過程中物料的C/N比對分解速度有重要影響，C/N過高或過低均不利于堆肥腐熟[28]。同時，C/N也是評價堆肥腐熟度的重要指標(biāo)之一。Morel等[29]采用T=(終點碳氮比C/N)/(初始碳氮比C/N)來評價堆肥的腐熟度，認為當(dāng)T<0.6時堆肥達到腐熟，在本研究中，TSM、TEM、TSEM微生物菌劑處理后穩(wěn)定期藥渣堆肥的T分別為0.56、0.42和0.39，均小于0.6，達到腐熟標(biāo)準(zhǔn)，而TSM處理的藥渣堆肥的C/N雖然等于22.48，但T值接近0.6，腐熟程度低于其他兩種菌劑處理。GI指數(shù)是衡量堆肥腐熟度的重要指標(biāo)，是堆肥樣品低毒性(影響根長)和高毒性(影響發(fā)芽)的綜合表現(xiàn)[30]，因此植物生長試驗應(yīng)是評價堆肥腐熟度的最終和最具說服力的方法[31]。一般認為堆肥材料的GI指數(shù)> 50 %，堆肥達到可接受的腐熟度即基本上無植物毒性，GI指數(shù)>80 %時，堆肥已經(jīng)完全腐熟[14]。本試驗中，至堆肥結(jié)束時，TSM處理的藥渣堆肥(GI=45 %)仍存在植物毒性，TEM與TSEM處理的堆肥(GI=50 %和54 %)，達到腐熟度且無毒性。

4 結(jié) 論

3種微生物菌劑TSM、TEM、TSEM處理的中藥渣堆肥效果存在差異，參比中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——有機肥料(NY525-2012)和(GB18877-2009)中的規(guī)定，僅有TSEM處理的堆肥的總養(yǎng)分含量和重金屬含量達標(biāo)，其他兩種微生物菌及處理的總養(yǎng)分含量低于5 %，不符合有機肥標(biāo)準(zhǔn)，且在堆肥過程中，TSEM處理的溫室氣體CO2排放量最低，但CH4排放量較高?？傮w上，在藿香正氣液、通天口服液混合渣中接種TSEM微生物菌劑進行堆肥反應(yīng)，實現(xiàn)了堆肥物料的資源化、減量化和無害化，但在實際生產(chǎn)過程中要注重溫室氣體CH4處理。

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EffectofDifferentMicrobialAgentsonChineseHerbalResidueCompostingProcessandItsPhysical-chemicalProperties

CHEN Xia, LUO You-jin, CHENG Yue-qing,XIE Yong-hong*

(Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chongqing 401329, China)

【Objective】Chinese herbal residue is one of the important resources because of its rich in fiber, nutrient elements. The effects of different microbial agents on Chinese herbal residue composting process are needed to be known, which is very significant to use Chinese herbal residues scientifically and reasonably.【Method】The Chinese herb residue composited of Ageratum liquid and Tongtian oral was used as tested materials, which was applied with three kinds of microbial agents (TSM, TEM, TSEM) which had the capacity of decomposing cellulose. A crib composting was used to compare and analyze the composting effects of different microbial agents on Chinese herb residue. Meanwhile the emissions of CO2and CH4during composting process were also studied to provide the scientific basis for using the Chinese herbal residues and to make contribution to environment. 【Result】There were three periods in composting, including temperature raising period, altithermal period and temperature cooling period, of which the altithermal period lasting for 21 days in TSM treatment was the longest. During the composting, the organic matter contents were in order of TSEM >TEM >TSM, and at the end of composting, the organic matter contents of composting in TSM, TEM and TSEM treatments were 78.3 %, 76.9 % and 73.1 %, respectively; The Chinese herbal residues compost in TEM(T=0.52< 0.6)and TSEM(T=0.48< 0.6)treatment reached the standard of ripe composting. However, the total nutrient content of Chinese herbal residues compost (5.03 %) reached the level of national organic standard and the compost was non-toxic (GI=54 %) only in TSEM treatment. The emission of CO2( 2.13-2.73×105mg·m-3) in TSEM treatment was lower than that in others, but the emission of CH4was highest during composting.【Conclusion】The application of TSEM in the Chinese herbal residues could basically achieve compost material utilization, reduction and harmless, but in the actual production process, the emission of greenhouse gases CH4was paid to attention.

Microbial agents; Chinese herbal residues; Compost; Greenhouse gases; Nutrient

1001-4829(2017)12-2756-08

10.16213/j.cnki.scjas.2017.12.024

2017-01-20

國家“十二五”科技支撐計劃課題(2012BAD14B18)

陳 霞(1981-)，女，重慶人，主要從事農(nóng)業(yè)資源利用與果樹生態(tài)栽培研究；*為通訊作者，E-mail: 35357716@qq.com。

S158

A

(責(zé)任編輯李 潔)