溫度和物料配比對(duì)城市園林綠化廢物與雞糞水浴法好氧堆肥的影響

楊海君, 許云海, 肖 為, 劉亞賓, 金紅玉, 蘭時(shí)樂, 譚 菊

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410128; 2.湖南錦佳環(huán)?？萍加邢薰?， 湖南 長(zhǎng)沙 410007;3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410128; 4.長(zhǎng)沙市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站, 湖南 長(zhǎng)沙 410001)

城市園林綠化廢物的堆腐化是最有效、最安全的處理方式，是實(shí)現(xiàn)其資源化利用的重要途徑[1-3]。國外關(guān)于城市園林綠化廢物再利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論與實(shí)踐的研究比較多[4-5]，提倡城市園林綠化廢物的堆腐化處理。但城市園林綠化廢物在堆肥初期C/N偏高，不利于堆肥過程中的微生物代謝活性，嚴(yán)重影響有機(jī)物的降解[6-8]。為此，部分研究者從降低堆肥初期城市園林綠化廢物C/N和制備優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥的角度，探究添加一定比例的城市污泥[9]、畜禽糞便[10]、氮肥[11]、豆渣[12]、微生物菌劑[13]或餐廚垃圾[14]等輔料促進(jìn)城市園林綠化廢物快速腐熟，有研究[15]表明城市園林綠化廢物聯(lián)合畜禽糞便堆肥不僅解決了畜禽糞便單獨(dú)堆腐的惡臭與病原菌危害問題，而且禽畜糞便為聯(lián)合堆肥提供了豐富的N，P，K以及多種微量元素。目前，國內(nèi)針對(duì)城市園林綠化廢物的堆肥存在堆腐周期長(zhǎng)，腐熟度指標(biāo)不達(dá)標(biāo)等問題，為科學(xué)指導(dǎo)園林綠化廢物的堆肥，實(shí)現(xiàn)對(duì)其環(huán)保高效處理，本研究以恒溫水浴鍋、空氣泵、氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)、溫度計(jì)、發(fā)酵瓶、洗氣瓶等為材料，以EM菌劑為添加菌劑，開展了城市園林綠化廢物與雞糞水浴法好氧堆肥試驗(yàn)，探明了溫度對(duì)微生物代謝活性的影響，揭示了物料配比對(duì)堆肥腐熟度與堆肥過程中氮素?fù)p失的影響，篩選出試驗(yàn)條件下城市園林綠化廢物與雞糞好氧堆肥的最佳配比，研究結(jié)果為城市園林綠化廢物與雞糞大規(guī)模好氧堆肥提供了技術(shù)指導(dǎo)與理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

城市園林綠化廢物來源于長(zhǎng)沙市雨花區(qū)園林管理局，主要為香樟樹枝，粒徑為6～11 mm，含水率26.6%，pH值7.20，總氮1.17%，有機(jī)質(zhì)97.32%，總碳45.74%，C/N 39.04。雞糞來源于長(zhǎng)沙縣愛民養(yǎng)雞場(chǎng)，含水率54.2%，pH值 8.89，總氮1.34%，有機(jī)質(zhì)74.10%，總碳34.83%，C/N 25.96。試驗(yàn)所用EM菌劑購于河南南華千牧生物科技有限公司，其菌種主要為芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌、光合細(xì)菌、放線菌。

1.2 供試試劑

②50 μg/ml磷標(biāo)準(zhǔn)溶液。準(zhǔn)確稱取經(jīng)105 ℃烘干2 h的KH2PO4(基準(zhǔn)試劑)0.219 5 g，用超純水溶解后，轉(zhuǎn)入1.0 L容量瓶中，加入5.0 ml 98%的濃硫酸，冷卻后用超純水定容至刻度。

③100 μg/ml鉀標(biāo)準(zhǔn)液。準(zhǔn)確稱取0.190 7 g KCl(分析純，110 ℃烘干2 h)溶于1.0 mol/L的硝酸鈉溶液中，并用1.0 mol/L的硝酸鈉溶液定容至1.0 L。

④釩鉬酸銨試劑。A液：稱取25.0 g鉬酸銨溶于400 ml超純水中；B液：稱取1.25 g偏釩酸銨溶于300 ml沸騰的超純水中，冷卻后加入250 ml飽和濃硝酸，冷卻。在攪拌下將A液緩緩注入裝有B液的燒杯中，用超純水稀釋至1.0 L，混勻，貯與棕色瓶中。

⑤甲醛-EDTA遮掩劑。稱取2.50 g EDTA二鈉鹽溶于20 ml 0.05 mol/L的硼砂溶液(0.07 g硼砂溶于1.0 L超純水)中，加熱溶解，冷卻后加入經(jīng)過濾的80 ml 37%甲醛溶液中，搖勻。

⑥3%四苯硼鈉。準(zhǔn)確稱取3.00 g四苯硼鈉溶解于100 ml超純水中，加入10滴0.2 mol/L的氫氧化鈉溶液，搖勻，靜置過夜，過濾于棕色瓶中。

⑦奈氏試劑。溶解45.0 g HgI2，35.0 g KI于400 ml超純水中，倒入1 000 ml容量瓶，加入KOH 112.0 g，加超純水至800 ml左右，搖勻，冷卻后定容。隔夜放置后過濾，過濾液存于棕色瓶中備用。

⑧100 g/L酒石酸鈉溶液。稱取100 g酒石酸鈉溶于500 ml超純水中，搖勻，定容于1.0 L容量瓶中。

⑨100 g/L KOH溶液。稱取100 g KOH溶于500 ml超純水中，轉(zhuǎn)入1.0 L容量瓶中，冷卻后用超純水定容至刻線。

⑩0.1%酚酞指示劑。稱取0.1 g酚酞，用95%的乙醇溶解并稀釋至100 ml。

1.3 供試儀器

SB-948靜音可調(diào)式增氧泵，中山市松寶電器有限公司；LZB-10氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)，東臺(tái)市東興儀表廠；HH-4恒溫水浴鍋，常州朗越儀器制造有限公司；DHG-9053A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海篤特科學(xué)儀器有限公司；UV-1200紫外可見分光光度計(jì)，上海美譜達(dá)；SX-5-12D箱式電阻爐，天津市泰斯特儀器有限公司；WT6002分析天平，杭州萬特衡器有限公司；PHS-3CpH計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；紅水溫度計(jì)(0～100 ℃)，耀華器械儀表廠；YX-306BGS呼吸測(cè)定儀，北京宇翔電子應(yīng)用技術(shù)有限公司；THZ-312恒溫?fù)u床，上海精宏。

1.4 試驗(yàn)裝置

水浴法堆肥裝置由恒溫水浴鍋(HH-4)、空氣泵(SB-948)、氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)(LZB-10)、溫度計(jì)(0～100 ℃)、1.5 L發(fā)酵瓶、250 ml洗氣瓶、干燥管及呼吸測(cè)定儀(YX-306BGS)組成，通過玻璃導(dǎo)管和橡膠管連接(圖1)?？諝獗眠B接發(fā)酵瓶，為發(fā)酵瓶物料降解提供O2；每個(gè)水浴鍋中放置4個(gè)發(fā)酵瓶，共設(shè)有4套水浴法溫控堆肥反應(yīng)裝置，通過控制水浴鍋溫度調(diào)控發(fā)酵瓶中物料溫度；氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制并測(cè)定發(fā)酵瓶物料降解過程中通風(fēng)量；洗氣瓶中裝2/3的超純水，去除堆肥發(fā)酵過程中產(chǎn)生的H2S與NH3等，干燥管中填裝干燥硅膠粒，去除水蒸氣，防止腐蝕氣體進(jìn)入呼吸測(cè)定儀；呼吸測(cè)定儀測(cè)定發(fā)酵瓶中O2與CO2的含量。打開空氣泵通過氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制進(jìn)入發(fā)酵瓶中空氣量。

圖1 水浴法溫控堆肥反應(yīng)裝置示意圖

1.5 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.5.1 溫度對(duì)微生物代謝活性的影響 將城市園林綠化廢物與雞糞按質(zhì)量比2∶1混勻后，稱取1.0 kg左右混合物料裝入1.5 L發(fā)酵瓶中，灌裝時(shí)壓實(shí)物料，擰緊橡膠塞。

向洗氣瓶中加入2/3的蒸餾水，干燥管中填充硅膠粒，檢查整個(gè)裝置的氣密性。調(diào)節(jié)恒溫水浴鍋溫度使發(fā)酵瓶中物料發(fā)酵溫度分別至設(shè)定溫度30 ℃，40 ℃，45 ℃，50 ℃，55 ℃和60 ℃，每個(gè)溫度分別做3個(gè)平行。當(dāng)發(fā)酵瓶?jī)?nèi)溫度計(jì)顯示的溫度上升至設(shè)定溫度(發(fā)酵瓶中物料溫度)±2 ℃范圍時(shí)，保持溫度穩(wěn)定，啟動(dòng)空氣泵，由呼吸測(cè)定儀測(cè)定發(fā)酵瓶中O2含量，當(dāng)O2濃度達(dá)到21.0%左右時(shí)，連續(xù)通風(fēng)10 min后停止通風(fēng)。停止通風(fēng)后，每30 min用呼吸測(cè)定儀測(cè)定發(fā)酵瓶中O2和CO2的含量。

1.5.2 水浴法堆肥的物料配比及溫度控制 將城市園林綠化廢物與雞糞分別以2∶3，2∶1，3∶1，5∶1(命名A，B，C，D組)質(zhì)量比混合拌勻，再分別加入0.1%EM菌劑充分混勻后裝入發(fā)酵瓶中，采用持續(xù)通風(fēng)控溫法發(fā)酵，通風(fēng)量均設(shè)為55 L/h。水浴鍋控制發(fā)酵瓶物料中的溫度升至55 ℃后維持6 d，之后再調(diào)節(jié)水浴鍋溫度使發(fā)酵瓶堆料溫度降至40 ℃，從試驗(yàn)開始每2 d取一次樣。堆料的理化性質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)元素含量詳見表1。

注：VS為有機(jī)物含量；質(zhì)量比為城市園林綠化廢物與雞糞的質(zhì)量比，表中數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)差。下同。

1.6 測(cè)定指標(biāo)及方法

從試驗(yàn)開始每2 d取一次樣，每次分別在堆體上、中和下部各采3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)采樣20 g，混勻后用四分法采用30 g，樣品保存于-20 ℃冰箱。發(fā)酵過程中測(cè)定堆料的含水率、pH值，有機(jī)物含量(VS)；發(fā)酵結(jié)束時(shí)測(cè)定堆肥產(chǎn)物中的TN，TP，TK、種子發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)。

1.6.1 物料發(fā)酵消耗O2與排出CO2含量的測(cè)定[16]利用YX-306 BGS型呼吸測(cè)定儀測(cè)定發(fā)酵瓶?jī)?nèi)物料消耗O2與排出CO2的含量。測(cè)定時(shí)將測(cè)定儀的進(jìn)氣管與出氣管分別連接在發(fā)酵裝置的出口與入口，待儀器數(shù)值穩(wěn)定后，記錄儀器O2與CO2讀取值，即為該時(shí)刻發(fā)酵瓶?jī)?nèi)氣體O2與CO2的含量。

1.6.2 物料含水率的測(cè)定 取一只小燒杯洗凈烘干后稱量并記錄其質(zhì)量m1；將10～20 g的樣品放入小燒杯中，稱量并記錄樣品與小燒杯的總質(zhì)量m2；將小燒杯放入恒溫鼓風(fēng)烘干箱內(nèi)105 ℃烘24 h直至恒重，將小燒杯放入盛有干燥劑的玻璃干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱量此時(shí)小燒杯與樣品的總質(zhì)量m3，按下列公式計(jì)算樣品的含水率(W)。

(1)

1.6.3 樣品中有機(jī)物(VS)含量的測(cè)定[17]取一只洗凈烘干后的陶瓷坩堝，稱量并記錄其質(zhì)量m4；取適量的烘干后的樣品放入陶瓷坩堝中，稱量并記錄樣品與陶瓷坩堝的總質(zhì)量m5；再將陶瓷坩堝放入馬弗爐中600 ℃下灼燒至恒重，取出陶瓷坩堝放入干燥器內(nèi)待冷卻至室溫，再次稱量陶瓷坩堝與樣品的總質(zhì)量m6，按下列公式計(jì)算樣品中有機(jī)物含量(VS)。

(2)

1.6.4 發(fā)酵瓶堆料溫度的測(cè)定 連續(xù)18 d分別于每天上午9：00與下午3：00用溫度計(jì)測(cè)定發(fā)酵瓶中物料的溫度。

1.6.5 樣品pH值的測(cè)定 稱取10.0 g鮮樣，置于250 ml小燒杯中，加入100 ml蒸餾水后搖床震蕩30 min，使用pH計(jì)測(cè)量其pH值。

營(yíng)養(yǎng)元素含量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，按下列公式計(jì)算：

(3)

式中：c——由標(biāo)準(zhǔn)曲線查的顯色液中N(P，K)濃度(μg/ml)；V——顯色液體積，50 ml；D——分取倍數(shù)，定容體積/分取體積；m——樣品質(zhì)量(g)。

1.6.7 堆肥前后物料的種子發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)的檢測(cè)方法[18]取鮮樣與蒸餾水按1∶10的質(zhì)量比混合后震蕩0.5 h后過濾，取濾液進(jìn)行測(cè)定，選用油葵種子進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)。取兩張濾紙放于培養(yǎng)皿底部，將20粒飽滿、大小基本一致的油葵種子置于其上，吸取5.0 ml濾液置于培養(yǎng)皿中。將培養(yǎng)皿放入恒溫培養(yǎng)箱中25 ℃培養(yǎng)2 d，以超純水作為空白對(duì)照，觀察記錄種子的發(fā)芽率，并用直尺測(cè)量種子根長(zhǎng)，計(jì)算發(fā)芽指數(shù)(GI)：

(4)

1.7 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)用IBM SPSS Statistics 21進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用Excel軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)微生物呼吸活性的影響

2.1.1 溫度對(duì)堆料中微生物消耗O2的影響 不同溫度下城市園林綠化廢物與雞糞質(zhì)量比2∶1混合腐解消耗O2濃度隨時(shí)間的變化如圖2所示。由圖2可知，隨著堆料降解的推進(jìn)，發(fā)酵瓶中堆料溫度在30～55 ℃之間時(shí)，隨著發(fā)酵瓶中堆料的溫度升高，微生物消耗O2速率逐步增大，其中溫度為50～55 ℃時(shí)，發(fā)酵瓶中O2濃度下降最明顯，在3 h內(nèi)，O2濃度從21%下降到6%，表明在該溫度范圍內(nèi)堆料中微生物呼吸作用最強(qiáng)；當(dāng)發(fā)酵瓶?jī)?nèi)堆料溫度高于55 ℃時(shí)，發(fā)酵瓶中O2濃度下降速率明顯減緩，說明微生物代謝活性受到明顯抑制。試驗(yàn)結(jié)果還表明，城市園林綠化廢物與雞糞以2∶1質(zhì)量比混合的好氧堆肥中，物料腐解過程中微生物呼吸最強(qiáng)的溫度處于50～55 ℃之間。結(jié)果與張遠(yuǎn)澄[19]研究城市園林綠化廢物與污泥好氧堆肥最佳腐解溫度40～50 ℃不一致，這可能是由于堆肥原料組成(污泥與綠化樹枝)及其配比(質(zhì)量比2∶1)不同引起。

圖2 不同溫度下堆料腐解消耗O2濃度隨堆料腐解時(shí)間變化等值線圖

2.1.2 溫度對(duì)堆料中微生物CO2產(chǎn)生量的影響 不同溫度下城市園林綠化廢物與雞糞質(zhì)量比2∶1混合腐解產(chǎn)生CO2濃度隨時(shí)間變化如圖3所示。從圖3可知，當(dāng)堆料溫度在30～45 ℃之間，發(fā)酵瓶中CO2濃度高于其他溫度區(qū)間的CO2濃度，在該溫度范圍內(nèi)，堆料腐解產(chǎn)生CO2的速率也明顯高于其他溫度區(qū)間；當(dāng)溫度高于55 ℃時(shí)，堆料腐解產(chǎn)生CO2的速率明顯較低。試驗(yàn)結(jié)果再次表明，微生物呼吸代謝活性在高溫段、中溫段及低溫段存在顯著差異；在35～40 ℃之間(中溫段)，堆料中微生物呼吸代謝強(qiáng)，腐解時(shí)CO2產(chǎn)生速率較高，是物料中有機(jī)物代謝活躍的溫度區(qū)間。

2.1.3 溫控曲線的構(gòu)建 從溫度對(duì)微生物呼吸活性的影響可以看出，城市園林綠化廢物與雞糞質(zhì)量比2∶1混合好氧堆肥過程中，當(dāng)發(fā)酵瓶堆料溫度處于50～55 ℃之間，堆料中微生物活性最旺盛；當(dāng)發(fā)酵瓶中堆料溫度高于55 ℃時(shí)，微生物對(duì)有機(jī)物的降解受到明顯抑制?；跉缍逊手胁≡铚囟葹?5 ℃及以上并維持足夠時(shí)間[20]，本研究提出一種既能保證堆肥的順利完成又能使高溫滅殺病原菌，同時(shí)又能最大程度的利用45～55 ℃時(shí)微生物活性最高的持續(xù)通風(fēng)堆肥方法。以本研究設(shè)計(jì)的堆肥裝置獲得溫度隨堆肥進(jìn)程的變化如圖4所示。從圖4可知，堆肥過程包含升溫期、高溫期、降溫期與中溫期，發(fā)酵瓶中堆料溫度在堆肥前3 d內(nèi)升至55 ℃，該階段為升溫期；溫度上升至55 ℃以上后維持該溫度4～6 d，確保了堆料中的病原菌被殺滅，該階段為高溫期；高溫期結(jié)束后調(diào)控水浴鍋溫度，使發(fā)酵瓶中堆料溫度在2 d內(nèi)降至45 ℃左右，該階段為降溫期；維持發(fā)酵瓶堆料溫度在40～45 ℃之間3～6 d，為有機(jī)物的微生物降解提供適宜的環(huán)境，直至堆料中有機(jī)物降解穩(wěn)定，該階段為中溫期。以此繪制堆肥溫度變化曲線，判斷發(fā)酵過程的進(jìn)展情況，這為不同物料配比對(duì)發(fā)酵堆肥的溫控過程奠定了基礎(chǔ)。

圖3 不同溫度下堆料腐解過程中CO2濃度隨時(shí)間的變化等值線圖

圖4 持續(xù)通風(fēng)法溫度曲線示意圖

2.2 物料配比對(duì)堆肥的影響

2.2.1 物料配比對(duì)堆肥溫度的影響 不同物料配比下發(fā)酵瓶中堆料溫度隨時(shí)間變化如圖5所示。從圖5可知，堆肥共進(jìn)行了18 d。在持續(xù)通風(fēng)堆肥過程中，C組堆料溫度在10 d達(dá)到最高60.5 ℃。堆肥前1～6 d為升溫期，其中A組堆料升溫速率明顯低于其余試驗(yàn)組，表明在中低溫區(qū)A組堆料中微生物代謝活性較低；在第6 d，A—D組堆料均進(jìn)入高溫期，堆料溫度在55 ℃及以上維持6 d，滿足好氧堆肥高溫維持時(shí)間的要求，其中C組堆料溫度高于其余組堆料溫度；在第12 d，A—D組堆料均進(jìn)入降溫期，降溫期持續(xù)2 d；之后均進(jìn)入中溫期，堆肥進(jìn)行到18 d后，堆料溫度基本降至室溫。上述結(jié)果與高孟春[21]采用強(qiáng)制通風(fēng)堆肥試驗(yàn)中堆料溫度變化相似。由A—D組發(fā)酵瓶中堆料溫度隨時(shí)間的變化可知，在同等外界條件下，堆肥過程中C組堆料溫度略高于其余組，說明C組堆料中的微生物代謝活性最強(qiáng)。

圖5 不同物料配比下堆料溫度隨時(shí)間變化

2.2.2 物料配比對(duì)堆肥pH值的影響 適宜的pH環(huán)境可使微生物保持較高的活性，而pH值過高或過低均會(huì)影響堆肥的效率。不同物料配比下發(fā)酵瓶中堆料pH值隨時(shí)間變化如圖6所示。從圖6可知，A—D組堆料初始pH分別為8.22，8.06，8.33和8.01，在堆肥全過程中，堆料中pH值的總體變化趨勢(shì)為先上升后下降再上升然后緩慢下降。在堆肥初始階段A—D組堆料中pH值迅速上升，主要是由于微生物在好氧情況下對(duì)有機(jī)物的分解代謝使得堆料中有機(jī)氨轉(zhuǎn)化為氨氮，導(dǎo)致堆料中pH值升高。在堆肥至2～4 d，A—D組堆料pH值均下降，則主要是對(duì)堆料進(jìn)行了每2 d補(bǔ)40 ml水所致(確保堆料含水率在50%～60%之間)。隨著堆肥進(jìn)行至6～8 d，A—D組堆料中pH值均上升，在第8 d，堆料中pH值均達(dá)到最大，其中C組堆料中pH值最高，達(dá)到8.89，主要是因?yàn)樵谏郎囟闻c高溫段堆料中微生物活動(dòng)旺盛分解含氮有機(jī)化合物產(chǎn)生了氨所致[22]。高溫期之后A—D組堆料pH值均下降，這是由于微生物硝化作用、有機(jī)酸和無機(jī)酸的產(chǎn)生以及持續(xù)通風(fēng)與外界水浴鍋加熱導(dǎo)致氨氮大量揮發(fā)所致[19]。堆肥結(jié)束時(shí)(18 d)，A組堆料中pH值最高為8.45，C組與D組堆料中pH值均為8.15，B組堆料中pH值最低為8.06。

圖6 不同物料配比下堆肥過程中堆料中pH值隨時(shí)間變化

2.2.3 物料配比對(duì)堆肥中VS含量的影響 發(fā)酵瓶中A～D組堆料中VS含量隨時(shí)間變化如圖7所示。由圖7可知，A—D組堆料中的初始VS分別為79.41%，82.51%，86.35%和86.09%，堆肥18 d后堆料中VS含量均有不同程度的下降，A—D組堆料中VS含量分別下降至64.80%，73.41%，54.12%和66.53%。C組堆料中VS含量在發(fā)酵前8 d(升溫期)下降非常明顯，VS含量下降了28.82%，說明在中高溫期C組堆料中微生物對(duì)有機(jī)物的分解代謝最旺盛。A組、B組與D組堆料發(fā)酵至第10 d，堆料中VS含量均明顯下降，其中A組與D組堆料中VS含量下降最明顯，說明A組與D組堆料中有機(jī)物的降解主要發(fā)生在高溫期。在堆肥全過程中C組堆料中有機(jī)物的降解效果最好，且在堆肥開始時(shí)的升溫期有機(jī)物降解速率最高，說明C組堆料配比更適宜微生物的生長(zhǎng)繁殖。

2.2.4 物料配比對(duì)堆肥含水率的影響 在堆肥過程中，高溫與通風(fēng)會(huì)帶走堆料中大量水分，由此，堆肥過程中應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)水[23]，但堆料水分含量過高會(huì)導(dǎo)致氣體傳質(zhì)條件變差，而水分含量過低則會(huì)導(dǎo)致微生物活性降低。堆肥過程中A—D組堆料含水率隨時(shí)間變化情況如圖8所示。由圖8可知，A—D組堆料含水率在發(fā)酵全過程中分別由初始時(shí)期的61.2%，56.10%，58.2%與58.50%降至發(fā)酵結(jié)束時(shí)(18 d)的30.24%，38.66%，35.34%與44.60%，在發(fā)酵前期堆料失水比較嚴(yán)重。當(dāng)發(fā)酵至第8 d(高溫期)，堆料含水率急劇下降，這主要是由于高溫與持續(xù)通風(fēng)帶走了堆料中大量水分所致。所以，全堆肥過程中應(yīng)保證堆料中的含水率在40%～60%之間，這樣方能滿足堆肥過程中微生物活動(dòng)的需求。

圖7 不同物料配比下堆料中有機(jī)物含量(VS)隨時(shí)間變化

圖8 不同物料配比下物料含水率隨時(shí)間變化

2.2.5 物料配比對(duì)堆肥產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)元素含量的影響 堆肥產(chǎn)物中N，P，K參數(shù)含量決定了堆肥產(chǎn)物的利用價(jià)值，A—D組堆肥產(chǎn)物與初始堆料中營(yíng)養(yǎng)元素含量變化如表2所示。由表2可知，B組堆料中總氮含量由3.21%降至1.16%，降幅最大；其次為A組堆料，總氮含量由1.85%降至0.98%；而C組與D組堆料中總氮含量分別由2.62%與1.82%降至1.22%與1.16%。氮素?fù)p失的主要原因是持續(xù)通風(fēng)使大量銨態(tài)氮以氨氣形式隨風(fēng)揮發(fā)散失。此外，中溫段堆料溫度相對(duì)較低，溫度對(duì)堆料中硝化細(xì)菌的抑制作用相對(duì)較弱，氮的硝化也可能在一定程度上增加了氮的損失[21]。對(duì)比A—D組物料中總磷含量前后變化可以看出，A—D組堆料的堆肥產(chǎn)物中總磷含量均略高于初始堆料中的總磷含量，這主要是由于在堆肥過程中有機(jī)物的降解導(dǎo)致堆料減量化所致。對(duì)比A—D組堆料中總鉀含量前后變化可以看出，A組堆料中總鉀含量降幅最大，由2.36%降至1.24%。B組與C組堆料中的總鉀含量基本與原料維持在同一水平。而D組堆料的總鉀含量反而略有升高，這主要是由于堆料中有機(jī)物被微生物降解導(dǎo)致堆料減量化所致[24]。

表2 堆肥產(chǎn)物與初始堆料中的營(yíng)養(yǎng)元素含量特征 %

種子發(fā)芽率(germination rate， GR)與發(fā)芽指數(shù)(germination index， GI)是國內(nèi)外諸多學(xué)者公認(rèn)的檢驗(yàn)堆肥腐熟度的一種便捷有效的方法。當(dāng)GR≥50%時(shí)，堆肥產(chǎn)物已基本無植物毒性，當(dāng)GR≥80%時(shí)，說明堆肥已達(dá)到腐熟[25]。A—D組堆料發(fā)酵前后的種子發(fā)芽率(GR)與發(fā)芽指數(shù)(GI)詳見表3。由表3可知，A組、B組與D組堆料經(jīng)堆肥發(fā)酵處理后GR值均有所提高，GR值均達(dá)到96.7%，而C組堆肥產(chǎn)物的GR值反而有所降低，由91.1%降至84.4%，但也達(dá)到腐熟要求。A—D組堆肥產(chǎn)物的GI值最高的為D組，達(dá)到1.38，其次是A組與C組堆肥產(chǎn)物，分別為1.15與1.07，與堆肥前相比均有所提高，而B組堆肥產(chǎn)物的GI值反而從初始的1.24降至1.05。從堆肥產(chǎn)物GR值與GI值來看，D組堆料經(jīng)堆肥發(fā)酵后腐熟程度最高。

表3 堆肥產(chǎn)物與初始物料的發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)

3 討論與結(jié)論

針對(duì)日趨增多的園林廢棄物及資源化利用程度低的問題，近年來，許多研究者開展了園林綠化廢物的資源化再利用研究[2,6,12,14,26]，因好氧堆肥處理對(duì)園林廢棄物保氮效果好，CH4與N2O的排放量很小以及堆肥產(chǎn)物還田可促進(jìn)土壤中的微團(tuán)聚體、顯著提高土壤中的N，P，K含量等優(yōu)勢(shì)，已成為園林廢棄物處置的最佳方式，由此，諸多研究集中于園林綠化廢物與污泥、餐廚垃圾、畜禽糞便等好氧堆肥。好氧堆肥是園林廢棄物資源化利用的一種重要途徑[27]。它是在有氧氣的條件下，借助好氧微生物的作用進(jìn)行發(fā)酵。在堆肥的過程中，需要控制影響堆肥的各種因素，它們決定微生物作用的程度、影響堆肥過程的快慢和堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量。

(1) 溫度是影響堆肥發(fā)酵速率的主要因素之一。在堆肥過程中，溫度是堆肥過程中微生物活動(dòng)的反映，是影響微生物活動(dòng)和堆肥工藝過程的重要因素，適宜的堆體溫度可使堆肥進(jìn)程加速，溫度過高或過低都會(huì)減緩反應(yīng)速度。在本研究中，城市園林綠化廢物與雞糞混合好氧堆肥過程中微生物活性最佳溫度為50～55 ℃；當(dāng)溫度高于55 ℃時(shí)，堆料中微生物對(duì)有機(jī)物的降解受到抑制。這符合好氧堆肥適宜的堆體溫度應(yīng)控制在45～65 ℃要求[28]。在對(duì)園林綠化廢棄物堆肥溫度控制的研究中發(fā)現(xiàn)，決定園林綠化廢棄物好氧堆肥中微生物活性最適溫度除與物料組成相關(guān)外，還與物料配比有關(guān)[19]。

(2) 高溫好氧堆肥是園林廢棄物實(shí)現(xiàn)無害化處置的主要途徑。一般堆肥過程經(jīng)歷升溫、高溫、降溫等階段，而一定的高溫階段方能殺死堆料中病原菌、蟲卵等。從滿足堆肥衛(wèi)生指標(biāo)和腐熟的要求[17]，園林綠化廢物堆肥堆體溫度上升55 ℃需持續(xù)保持3 d以上(或50 ℃以上保持5～7 d)，堆料中所含的病原菌和寄生蟲卵就可以被完全殺滅。本研究中城市園林綠化廢物與雞糞A—D配比堆肥18 d后產(chǎn)物達(dá)到腐熟要求。堆肥過程中均經(jīng)歷了升溫期、高溫期、降溫期和中溫期，且在第6 d，堆肥反應(yīng)就進(jìn)入高溫期，堆料溫度在55 ℃及以上維持6 d，滿足好氧堆肥高溫維持時(shí)間的要求，其中C組堆料溫度高于其余組堆料溫度。

(3) 堆肥過程中存在不同程度的氮素與VS損失。在堆肥過程中，堆體pH值直接影響微生物的活性以及堆腐效率，也反映了有機(jī)物降解的一項(xiàng)重要指標(biāo)[29]。多數(shù)堆肥微生物適宜于中性或偏堿性的環(huán)境中繁殖與活動(dòng)，本研究中A—D堆肥過程中pH值在8.01～8.89范圍內(nèi)，處于最適堆肥微生物生長(zhǎng)的pH值6～8范圍內(nèi)。堆肥終產(chǎn)物pH值在8.06～8.45之間，與大多最終堆肥腐熟后產(chǎn)品pH值一般在8～9范圍一致[30]。堆肥進(jìn)程中，堆體有一定氮素?fù)p失，本試驗(yàn)中，在堆肥后期，堆體溫度接近常溫時(shí)發(fā)生硝化作用，同時(shí)氨的揮發(fā)、硝態(tài)氮的反硝化作用等均會(huì)引起氮素的損失，結(jié)果在堆肥過程A—D組堆料均有不同程度的氮素?fù)p失，其損失率為36.38%-63.82%，其中D組的保氮量最高。一般認(rèn)為,堆肥過程中VS含量的損失在17%～53%之間[31]。本堆肥試驗(yàn)過程中A—D組VS含量損失在11.0%～37.3%之間，處于該范圍。另外，在堆肥過程中A—D組VS含量的變化呈逐步降低趨勢(shì)，并且不同堆肥期VS含量的變異系數(shù)在降溫期、腐熟期、高溫期、升溫期不同，這與羅維等[31]研究得出的城市污泥與豬糞混合堆肥過程中揮發(fā)性固體含量變化趨勢(shì)相一致。

(4) 堆肥的腐熟度評(píng)價(jià)。堆肥產(chǎn)物應(yīng)完全腐熟后方能施用，若堆肥產(chǎn)品沒有完全腐熟，將其施用到土壤中后會(huì)提高土壤微生物的活性，而消耗土壤中的氧氣，在一段時(shí)間內(nèi)造成潛在的氧缺乏和間接毒性，除了可能伴隨大量的臭味外，還會(huì)因微生物分解有機(jī)物時(shí)會(huì)產(chǎn)生如乙酸和酚類化合物等有機(jī)酸，也不利于植物的生長(zhǎng)。由此，對(duì)所有堆肥產(chǎn)品常進(jìn)行腐熟度評(píng)價(jià)[32-33]。其中種子發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)是堆肥腐熟度評(píng)價(jià)的生物學(xué)指標(biāo)[34]。從本研究堆肥產(chǎn)物的種子發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)看，D組堆肥產(chǎn)物種子發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)最高，且產(chǎn)物中營(yíng)養(yǎng)元素總體含量也較高。所以，城市園林綠化廢物與雞糞好氧堆肥最佳配比為5∶1(C/N值為22.19)。