微生物菌劑對茭白秸稈堆肥過程的影響

徐四新，諸海燾，余廷園，蔡樹美

（上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究所，上海201403）

作物秸稈是一種農(nóng)業(yè)廢棄物，如果處置不當(dāng)，可能會成為環(huán)境的污染源。堆肥是處理這種廢棄物的有效途徑之一，但秸稈主要由木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等組成，傳統(tǒng)的堆肥時間較長，不利于養(yǎng)分的保存和利用。研究表明，合理地接種外源微生物有利于縮短發(fā)酵時間，降低有機物料中的難分解物質(zhì)，從而提高堆肥的質(zhì)量［1-4］。本試驗通過接種微生物菌劑，研究茭白秸稈在堆肥過程中的主要參數(shù)變化，探討微生物菌劑對茭白秸稈堆肥過程的影響，為提高茭白秸稈有機肥質(zhì)量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計與方法

試驗材料采用上海青浦生產(chǎn)的茭白秸稈和普通廢菌菇渣，其中茭白秸稈先進(jìn)行粉碎；微生物菌劑采用上海練科有機肥廠生產(chǎn)的含有枯草芽胞桿菌、酵母菌和黑曲霉等微生物的復(fù)合粉狀菌劑，活菌總數(shù)＞1.0×10 cfu/g。試驗設(shè)加菌劑和不加菌劑（CK）2個處理，接種菌劑處理的堆肥每噸物料添加1 kg微生物菌劑。

試驗在上海練科有機肥廠進(jìn)行，將茭白秸稈和菌菇渣按4∶1均勻混合，堆成底寬約1.2 m、高約0.9 m、長約20 m的肥堆。每2—3 d翻堆1次。一周后，按多點混合法取肥料樣品，每隔7 d取一次肥料樣品。

1.2 試驗參數(shù)及測定方法

堆體溫度用水銀溫度計插入堆體中心測定，堆肥5 d后每天早晚測量堆體溫度，取其算術(shù)平均值描述堆肥過程中的溫度變化，同時記錄環(huán)境的溫度；肥料水分用烘干法測定，pH采用pH計測定，測定方法按NY 525—2012標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

肥料電導(dǎo)率（EC）測定：稱取肥料樣品10 g，加去離子水50 mL，振蕩30 min，靜置30 min后用電導(dǎo)儀測定。

發(fā)芽率測定：稱取5.00 g堆肥干樣于60℃100 mL的溫水中浸提3 h后紗布過濾，吸取5 mL濾液于鋪有兩張濾紙的培養(yǎng)皿上。在濾紙上均勻擺放50粒青菜種子（蒸餾水發(fā)芽試驗的發(fā)芽率為95.68%），3次重復(fù)，放在25℃的培養(yǎng)箱里培養(yǎng)36 h后記錄發(fā)芽率。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌劑處理對堆肥溫度的影響

好氧堆肥過程中溫度變化主要有3個階段，分別為升溫階段、高溫階段和后熟降溫階段。其中高溫階段是堆肥的關(guān)鍵階段，大部分有機物在此過程中氧化分解，堆肥物料中幾乎所有的致病微生物在此過程中被殺死而達(dá)到穩(wěn)定化［5］。由圖1可見，茭白秸稈堆肥5—7 d后，溫度迅速上升；10 d后接種菌劑處理的堆溫開始超過對照；大約14 d后2個處理均到達(dá)高溫階段，此后2個處理的堆溫變化趨勢基本一致，菌劑處理的堆溫達(dá)到63.3℃，比對照高8.5℃以上；大約30 d后到達(dá)后熟降溫階段，菌劑處理的堆溫比對照高11.5℃左右?？偟膩砜?，接種微生物菌劑可以明顯提高堆肥的溫度，加速茭白秸稈腐熟的進(jìn)程。

圖1 茭白秸稈堆肥溫度變化曲線Fig.1 The temperature curve of Zizania latifolia straw composting

2.2 菌劑處理對堆肥含水量的影響

堆肥原料水分多少及堆肥過程中水分調(diào)控，直接影響堆體結(jié)構(gòu)、通氣孔隙及堆肥中微生物代謝等，進(jìn)而決定了好氧堆肥反應(yīng)速度快慢、堆肥腐熟程度和堆肥產(chǎn)品質(zhì)量，是堆肥中最重要的控制條件［6］。由圖2可見，隨著堆肥的進(jìn)程，堆體的含水量均呈下降趨勢。接種菌劑處理和對照的變化趨勢基本一致，無明顯差異。

圖2 茭白秸稈堆肥含水量變化曲線Fig.2 Themoisture content curve of Zizania latifolia straw com posting

2.3 菌劑處理對堆肥pH的影響

堆肥初期堆體的pH較高，且在相當(dāng)長的時間內(nèi)基本保持穩(wěn)定，這是由于含氮有機物在微生物的作用下生成銨態(tài)氮所致；堆肥后期由于硝化作用生成硝態(tài)氮以及微生物代謝產(chǎn)生酸而導(dǎo)致pH急劇下降［7］。本次堆肥試驗21 d后開始測定堆體的pH。由圖3可見，堆肥21 d后，堆體的pH快速下降，接種菌劑處理和對照的變化趨勢基本一致，無明顯差異。

2.4 菌劑處理對堆肥電導(dǎo)率（EC）值的影響

電導(dǎo)率（EC）值反映了浸提液中可溶性鹽的含量，主要是由有機酸鹽類和無機鹽等組成［8-9］。由圖4可見，堆體的EC值先緩慢下降，再逐漸上升，最后緩慢下降并達(dá)到平衡。接種菌劑處理和對照相比，堆體EC值變化的趨勢基本一致，但接種菌劑處理的變化幅度大于對照，這可能由于菌劑處理增加了有機物質(zhì)的分解速度，短時內(nèi)產(chǎn)生了較多的有機酸鹽和無機鹽等物質(zhì)，從而增加了堆體EC值變化的幅度。

圖3 茭白秸稈堆肥pH變化曲線Fig.3 The pH curve of Zizania latifolia straw com posting

圖4 茭白秸稈堆肥EC值變化曲線Fig.4 The EC curve of Zizania latifolia straw com posting

2.5 菌劑處理堆肥對發(fā)芽率的影響

堆肥的有機物降解過程中產(chǎn)生許多種類的中間產(chǎn)物，未腐熟堆肥中富含低分子量的有機酸、多酚等植物生長抑制物質(zhì)。這些物質(zhì)隨著堆肥的進(jìn)程逐漸轉(zhuǎn)化消失。通過植物種子發(fā)芽試驗，能快速地測定植物生長抑制物質(zhì)的降解情況［10］。由圖5可見，在堆肥開始后，產(chǎn)生的抑制物質(zhì)較多，青菜種子的發(fā)芽率只有6%—7%；隨著抑制物質(zhì)逐步減少，發(fā)芽率逐漸增加，在堆肥后2—3周內(nèi)，接種菌劑處理的堆肥中間抑制產(chǎn)物增加較快，抑制作用明顯，發(fā)芽率低于對照。堆肥后期，隨著堆肥發(fā)酵過程的完成，2個處理的發(fā)芽率基本一致，均在94%以上。

圖5 茭白秸稈堆肥發(fā)芽率變化曲線Fig.5 The germ ination rate curve of Zizania latifolia straw composting

3 結(jié)論與討論

堆肥材料中的主要物質(zhì)是較難降解的纖維素，接種菌劑可使堆體中微生物的總數(shù)增加，迅速形成優(yōu)勢菌群，加快堆肥的發(fā)酵速度［11］。本試驗表明，接種菌劑可以明顯提高茭白秸稈堆肥的溫度；由于接種菌劑增加了有機物質(zhì)的分解速度，短時間內(nèi)產(chǎn)生了較多的有機酸鹽和無機鹽等物質(zhì)，從而增大了堆體EC值的變化幅度；在堆肥前期，由于菌劑處理的堆肥中間抑制產(chǎn)物增加較快，抑制作用明顯，青菜種子的發(fā)芽率低于對照，堆肥后期2個處理的發(fā)芽率無明顯差異?？偟膩砜?，接種菌劑可明顯提高茭白秸稈堆肥的溫度，加快茭白秸稈中有機物質(zhì)的分解速度，加速茭白秸稈腐熟的進(jìn)程，有利于堆肥質(zhì)量的提高。

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