南疆樹葉堆腐發(fā)酵技術(shù)的探索

謝振斌，韓星軍，姚文英，杜紅斌

（塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 塔里木 843300）

近年來，隨著設(shè)施園藝的迅猛發(fā)展，無土栽培技術(shù)備受關(guān)注，基質(zhì)栽培逐漸成為發(fā)展主流[1]。但市場中栽培基質(zhì)價格昂貴，限制了其在設(shè)施生產(chǎn)中的推廣使用。南疆樹葉資源豐富，每年都有大量的落葉，其利用率不高，很多情況下都當(dāng)作垃圾處理，不但污染環(huán)境，還浪費(fèi)資源。這些落葉通過堆肥發(fā)酵腐熟后進(jìn)行無土栽培基質(zhì)的生產(chǎn)，用于基質(zhì)育苗、栽培等，能提高樹葉利用率，變廢為寶，降低設(shè)施栽培成本，使自然資源實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。而常規(guī)發(fā)酵主要采用自然堆積發(fā)酵法，不僅堆制時間長、效率低、腐熟不均勻，且養(yǎng)分大量流失。在樹葉發(fā)酵過程中加入微生物菌劑，可促進(jìn)堆體快速升溫和腐殖化過程，加快物料C/N 下降的速率，大大縮短腐熟時間，提高基質(zhì)發(fā)酵效率和質(zhì)量。在含有微生物菌劑的基質(zhì)中進(jìn)行蔬菜育苗，能夠形成有利于植株生長的微生物優(yōu)勢菌群，提高植株對基質(zhì)養(yǎng)分的有效吸收，增加了對土傳病害抗性能力[2]。

本項目研究樹葉堆腐發(fā)酵技術(shù)，篩選出一種適合樹葉堆腐發(fā)酵的微生物菌劑，為設(shè)施農(nóng)業(yè)利用樹葉及其他有機(jī)廢棄物制作栽培基質(zhì)提供理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為南疆秋季落葉，試驗(yàn)菌劑強(qiáng)興、堆肥均在網(wǎng)上購買。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)處理。試驗(yàn)于2018 年7 月日在塔里木大學(xué)園藝試驗(yàn)站進(jìn)行，先粉碎樹葉，粒徑為0.5cm；并在樹葉堆體中混合一定的有機(jī)肥、尿素來調(diào)節(jié)碳氮比，使樹葉堆體更適合堆腐發(fā)酵，水分控制在60%，一邊攪拌，一邊將菌液均勻噴灑在原料上，菌劑類型如表1 所示。堆腐期間測定堆體溫度和及時翻堆，補(bǔ)充氧氣和水分，每隔一段時間采集好基質(zhì)的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

1.2.2 堆肥發(fā)酵。堆體溫度的測定時間為每天14∶00和19∶00，溫度保持先升后降的趨勢，每10d 翻堆1次，補(bǔ)充堆體氧氣和水分。堆體發(fā)酵完成時，堆體體積變小，堆體顏色呈黑褐色、無異味，溫度與外界溫度基本一致[3]。

表1 不同微生物菌劑

1.3 項目測定

1.3.1 堆體溫度。樹葉堆體的溫度測定點(diǎn)為中上部，測定時間為14∶00 和19∶00。

1.3.2 樹葉基質(zhì)理化性質(zhì)的測定。容重和孔隙度測定參照郭世榮[3]的方法：取容積為80cm3的鋁盒，稱重（W0），裝滿風(fēng)干的基質(zhì)，稱重（W1）；然后浸泡水中24 h，稱重（W2）；鋁盒中的水分自然瀝干后再稱重（W3）。本試驗(yàn)所使用的是30cm3的鋁盒。分別按以下公式計算各基質(zhì)的物理性狀：容重（g/cm3）=（W1-W0）/30；總孔隙度（%）=[（W2-W1）/30]；通氣孔隙度(%)=[（W2-W3）/30]；持水孔隙度（%）=總孔隙度度-通氣孔隙度；氣水比=通氣孔隙度/持水孔隙度。

1.3.3 基質(zhì)pH 值、電導(dǎo)率（EC）的測定。取風(fēng)干好的基質(zhì)150mL，加入去離子蒸餾水750mL，振蕩浸提10min，過濾，取其濾，并用pH 計測量pH 值，用電導(dǎo)儀測電導(dǎo)率。

1.3.4 基質(zhì)養(yǎng)分含量的測定方法。堿解氮：堿解擴(kuò)散法，用0.1N 氫氧化鈉水解樣品，由硼酸吸收，再用標(biāo)準(zhǔn)酸滴定；速效磷的測定：0.5M 碳酸氫鈉法；速效鉀的測定：1N 硫酸鈉浸提-四苯硼鈉比濁法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析采用Excel2010 軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆體發(fā)酵過程中不同菌劑處理下對體溫度的變化

由圖1 可知，不同菌劑的樹葉堆體溫度基本呈先上后降的變化曲線，且14∶00 和19∶00 不同微生物菌劑的樹葉堆體變化曲線基本一致。堆體發(fā)酵前4d 變化劇烈，短期溫度驟然上升。在19∶00 時，對照組CK堆體的溫度最高為56.5℃，堆肥菌劑堆體溫度最高54.0℃次之，強(qiáng)興菌劑堆體溫度最低為52.1℃。整個發(fā)酵試驗(yàn)溫度整體偏低，由于樹葉堆體發(fā)酵沒有在水泥板上進(jìn)行，導(dǎo)致溫度效果較差，且發(fā)酵過程中對照CK溫度都比強(qiáng)興、堆肥菌劑堆體溫度要高?；蛞驈?qiáng)興、堆肥菌劑量不足而引起，也有可能是由于這2 種菌劑對樹葉堆體發(fā)酵溫度提高不明顯。

圖1 發(fā)酵過程中不同處理下基質(zhì)堆體溫度的變化

2.2 微生物菌劑對樹葉基堆體理化性質(zhì)的影響

如表2 可知，添加強(qiáng)興菌劑，提高了容重、總孔隙度、持水孔隙度、EC 值，降低了通氣孔隙度、氣水比、pH值。添加堆肥菌劑，提高了容重和EC 值，降低了總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度、pH，氣水比不變。

表2 不同菌劑處理對腐熟后樹葉基質(zhì)堆體理化性質(zhì)的影響

發(fā)酵結(jié)束后，各處理的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都有很大變化。其中物理性質(zhì)中，強(qiáng)興菌劑堆體的總孔隙度和持水孔隙度大于堆肥和對照處理，堆肥菌劑堆體的容重大于其他2 個處理，而對照組的通氣孔隙也略高于強(qiáng)興和堆肥處理，氣水比也略高于強(qiáng)興菌劑處理。化學(xué)性質(zhì)中，pH 值總體都偏高，EC 值對照組較低，而堆肥尤為突出。添加菌劑改變了樹葉堆體發(fā)酵后的理化性質(zhì)，在這3 個處理中，其中強(qiáng)興菌劑的添加提高了總孔隙度和持水孔隙度，而堆肥菌劑除了提高容重外，對其他物理性質(zhì)沒有效果，但對EC 值提高效果尤為明顯。添加強(qiáng)興和堆肥菌劑降低了樹葉堆體的pH 值。

2.3 微生物菌劑對樹葉基堆體養(yǎng)分含量的影響

由圖3 可知，磷、鈣、銅、砷元素含量的大小順序?yàn)椋瑥?qiáng)興＞堆肥＞CK＞草炭∶蛭石=1∶1，氮、錳元素含量的大小順序?yàn)椋憾逊剩緩?qiáng)興＞CK＞草炭：蛭石=1∶1，鉀元素含量的大小順序?yàn)?，堆肥＞CK＞強(qiáng)興草炭∶蛭石=1∶1，CK 處理的鋅、鉛、鎘元素含量都要大于其他處理，CK 處理的鐵、鎂元素與強(qiáng)興、堆肥菌劑處理的含量差不多，各處理的鉻、汞元素含量極少、幾乎沒有。

與草炭∶蛭石=1∶1 處理對比，樹葉基質(zhì)通過堆體發(fā)酵后，基質(zhì)的整體養(yǎng)分含量明顯高于標(biāo)準(zhǔn)基質(zhì)的養(yǎng)分含量，添加菌劑后一定程度提高了樹葉基的大部分元素，可以滿足幼苗生長所需的營養(yǎng)。強(qiáng)興菌劑對磷、鈣、銅、砷元素含量提高相比堆肥菌劑較為明顯，堆肥菌劑對氮、錳、鉀元素含量的提高下相比于強(qiáng)興較為明顯。添加菌劑后，鋅、鉛元素的含量相比于CK 有了降低的效果，對鉻、汞元素含量沒有變化起伏，由此可以初步得知，強(qiáng)興和堆肥菌劑可能對鋅、鉛、鎘元素有一定的抑制作用，對鉻、汞元素沒有提高效果。

圖3 不同發(fā)酵菌劑對基質(zhì)養(yǎng)分含量的影響

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)表明，在樹葉堆體發(fā)酵過程中加入強(qiáng)興、堆肥微生物菌劑，可在一定上改變堆體的物理性質(zhì)和養(yǎng)分含量，但對堆體升溫不明顯，與前人試驗(yàn)描述不相符合[4]?？赡苁怯捎诰鷦┝康牟蛔?，這2 種菌劑本身是否可能對樹葉堆肥發(fā)酵溫度有抑制作用，還有待進(jìn)一步研究。在樹葉堆肥發(fā)酵過程中，樹葉堆體是直接在土壤表面進(jìn)行發(fā)酵，影響了白天溫度的升高，在后期的試驗(yàn)中，應(yīng)在硬質(zhì)路面上進(jìn)行發(fā)酵。

3 個處理下的樹葉基質(zhì)理化性質(zhì)都發(fā)生了一定的改變，其中強(qiáng)興的物理性質(zhì)都符合蔬菜育苗基質(zhì)的國標(biāo)要求[5]。加入菌劑后，堆肥的總孔隙度、持水孔隙度、氣水比都偏低，CK 的持水孔隙度和氣水比偏低。

加入微生物菌劑后，樹葉堆體的pH 值都有所下降，強(qiáng)興菌劑降低幅度較大，EC 值有所上升，強(qiáng)興菌劑增股較小，但都高于標(biāo)準(zhǔn)蔬菜育苗的化學(xué)性質(zhì)。

總之，在兩者中，強(qiáng)興菌劑處理最佳。今后，可以通過添加有機(jī)和無機(jī)基質(zhì)提高樹葉基質(zhì)的通氣能力，從而形成具有良好理化性能的復(fù)混基質(zhì)[6]。

通過測定樹葉基質(zhì)養(yǎng)分含量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加入菌劑后，樹葉基質(zhì)堆體養(yǎng)分含量有了明顯的改變，添加菌劑提高了樹葉基質(zhì)大部分元素的含量，但鋅、鉛元素的含量相比于CK 略低，鉻、汞元素含量沒有變化。由此推斷，強(qiáng)興和堆肥菌劑對鋅、鉛、鎘元素有一定的抑制作用，對鉻、汞元素沒有提高效果。