番茄秸稈添加不同輔料后的好氧堆肥研究

孫春梅，曹希金，楊 艷，姜麗華

（1.濰坊市坊子區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 濰坊 261200；2.濰坊信譽(yù)環(huán)境工程有限公司，山東 濰坊 261051；3.濰坊市高密市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 濰坊 261500；4.濰坊市濰城區(qū)軍埠口綜合項(xiàng)目區(qū)管委會，山東 濰坊 261052）

1.引言

近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，人民對于衣、食、住、行的要求日益提高，特別是對于飲食的方面更加講究，逐步從吃飽到吃好、從粗茶淡飯到美味佳肴進(jìn)行轉(zhuǎn)變，而這也直接影響到蔬菜農(nóng)產(chǎn)品需求量的增加，從而使得蔬菜的種植面積和產(chǎn)量呈不斷上升的趨勢，2018 年全國蔬菜（不含瓜果）種植面積約2043.89 萬hm2（3.066 億畝），年產(chǎn)量7.035 億t[1]。根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織統(tǒng)計(jì)，我國蔬菜在收獲、采收后處理和貯存、加工包裝、運(yùn)輸和消費(fèi)等不同階段產(chǎn)生的折損比分別為10%、8%、2%、8%和15%，生產(chǎn)流通中的折損比為36.55%（FAO,2011）[2]，由此可知，2018 年我國蔬菜廢棄物的產(chǎn)生量約為2.57 億t，從FAO 提供的折損比也可以看出，蔬菜廢棄物產(chǎn)生環(huán)節(jié)主要集中在蔬菜的收獲、采收后處理以及消費(fèi)階段。蔬菜的消費(fèi)階段比較分散，且隨著垃圾分類處理的不斷推行，消費(fèi)階段產(chǎn)生的蔬菜廢棄物能夠得到很好的收集和處理，對環(huán)境的影響較?。欢卟说氖斋@和采收后處理主要集中在蔬菜主產(chǎn)區(qū)，目前這部分蔬菜廢棄物的處理方式主要是廢棄或焚燒，每到蔬菜換季時(shí)節(jié)大量蔬菜廢棄物在田間地頭隨意堆積，極易腐爛發(fā)臭，對周邊的地表水、地下水以及大氣環(huán)境造成一定污染，更影響了周邊人們的生活質(zhì)量。另一方面，據(jù)分析，蔬菜廢棄物中營養(yǎng)豐富，以干基計(jì)算蔬菜廢棄物中的含氮量在3%左右，總磷含量為0.3%-0.5%，鉀含量為1.8%-5.3%，其營養(yǎng)成分與常用的天然有機(jī)肥料相當(dāng)[3]，因此如果不對蔬菜廢棄物加以資源化利用而隨意拋棄是對資源的一種巨大浪費(fèi)。

針對蔬菜廢棄物的資源化利用，國內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行了大量大研究，形成了堆肥、“菜-飼-肥”和“菜-蟲-飼-肥”種養(yǎng)結(jié)合、“菜-炭-肥”還田改土、“菜-沼-肥”能源利用和“菜-菌-肥”綜合利用等多種資源化利用模式[4]，但蔬菜廢棄物產(chǎn)量季節(jié)變化大、收儲運(yùn)成本高等因素限制了其規(guī)?；l(fā)展的程度，因此因地制宜地發(fā)展蔬菜廢棄物資源化利用的方式顯得尤為重要。

坊子區(qū)黃旗堡街道西紅柿小鎮(zhèn)有番茄專業(yè)種植大棚3000畝，在年產(chǎn)番茄15000t 的同時(shí)也會產(chǎn)生約21000t 的番茄秸稈。據(jù)王鑫等[5]、徐蘇萌等[6]、胡曉婷等[7]的研究表明，番茄秸稈進(jìn)行堆肥處理后作為有機(jī)肥施入土壤中后可以在一定程度上改善番茄的品質(zhì)，這些研究為番茄秸稈堆肥回用提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。本文擬從當(dāng)?shù)貙?shí)際情況出發(fā)，通過改變堆肥原料配比來研究其對番茄秸稈堆肥的影響，旨在尋求簡便低耗的處理方式，為當(dāng)?shù)胤呀斩挼馁Y源化利用提供一定的指導(dǎo)。

2.材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

番茄秸稈為坊子區(qū)黃旗堡街道番茄大棚內(nèi)收割后就地自然風(fēng)干三天后的秸稈。

菌渣為濰坊市玉泉洼種植專業(yè)合作市聯(lián)合社蘑菇種植后廢棄的蘑菇渣，并經(jīng)自然風(fēng)干處理。

玉米秸稈取自黃旗堡街道農(nóng)戶。

菌種選用濰坊某有限公司提供的C3009/C 型發(fā)酵菌。

2.2 試驗(yàn)方法及步驟

2.2.1 堆肥設(shè)施

用方木制作兩個(gè)L×B×H=0.5×0.5×1.2（m）的堆肥槽，槽體底部及四周均釘鋼絲網(wǎng)，在安全盛放堆肥物料的同時(shí)確保堆肥槽透氣良好。

2.2.2 物料配比及操作

表2 堆肥配料表

各物料按照表（2）的配比混合均勻后逐層壓實(shí)堆放于堆肥槽中，堆放高度1 m。在堆肥過程中，每隔七天將物料全部倒出、重新混合均勻后再填回各自的堆肥槽。

2.2.3 采樣方法

在堆肥槽四個(gè)角及堆肥中央處各取0.5 Kg，再以四分法縮分后取最終樣品約0.5 Kg 放入自封口袋中立即送至實(shí)驗(yàn)室。因樣品為有機(jī)物，如不能立即干燥處理，須放于4±2℃的冷藏室內(nèi)暫存。

2.2.4 分析方法

用插入型數(shù)顯溫度計(jì)對堆體中心部3 點(diǎn)進(jìn)行測量，取其平均值作為該堆體溫度。含水率的測定用105℃烘干法。pH 值的測定是將堆肥樣品與去離子水1∶5 混合，充分?jǐn)嚢璨㈧o置30分鐘后用pH 計(jì)測上清液的pH。全氮的測定采用凱氏定氮法。有機(jī)碳的測定采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法。

種子發(fā)芽率。測定方法如下：稱取5g 新鮮樣，按質(zhì)量體積比（g∶ml）1∶10 用去離子水浸提，震蕩2h，取浸提液離心后過濾，吸取10mL 濾液加到鋪有兩張濾紙的10cm 培養(yǎng)皿中，濾紙上約等距離放入30 粒小白菜籽。然后將培養(yǎng)皿放入25℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)三天，觀察各組種子的發(fā)芽率以及根部生長情況，另外以蒸餾水代替濾液做參照試驗(yàn)，若試驗(yàn)組的發(fā)芽率為對照組的90%以上，且根的伸長不受限制，則該堆肥可視為已達(dá)到腐熟程度。平行做三組，取其平均值。

3.結(jié)果與分析

3.1 堆肥溫度的變化

堆肥的溫度是好氧堆肥的關(guān)鍵參數(shù)，同時(shí)也是判斷堆肥是否達(dá)到無害化要求的重要指標(biāo)之一，其反映了堆肥系統(tǒng)中微生物代謝活動產(chǎn)熱積累與散熱平衡[8]。

從圖1 溫度變化可知，兩組堆肥物料從堆肥開始溫度均迅速升高，并分別在第2、3 天進(jìn)入高溫分解階段（溫度＞50℃），堆體溫度大于50℃的天數(shù)分別為：1#樣在3～19d 共17 天，2#樣在2～16d 共15 天，均滿足了堆溫達(dá)到50～55℃以上并維持10d 以上的滅菌標(biāo)準(zhǔn)（GB7959-2012）。

在堆肥初期，2#堆體的升溫比1#堆體快、且2#堆體的溫度也比1#堆體的溫度高。究其原因應(yīng)該是因?yàn)?#堆體添加的菌渣中本身就有能夠促進(jìn)秸稈分解的微生物菌群，從而更好地促進(jìn)了秸稈的分解。從堆體高溫分解段持續(xù)的時(shí)間來看，1#堆體持續(xù)的時(shí)間比2#堆體持續(xù)的時(shí)間要長，這也從另一個(gè)方面證實(shí)了菌渣的添加有利于秸稈的分解，縮短了堆肥時(shí)間。

3.2 堆肥過程中含水率的變化

在堆肥過程中，堆體的水分含量不但是維持微生物活性的重要因素，而且水分的蒸發(fā)散射對堆體的溫度還具有一定的調(diào)節(jié)作用，是好氧堆肥中需要控制的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。

從圖2 可以看出，堆肥初期堆體的含水率均有上升的趨勢，推測其原因可能為堆肥初期微生物活躍劇烈，導(dǎo)致有機(jī)物在分解過程中產(chǎn)生了部分水分，且堆體堆積得比較密實(shí)從而使得物料水分的蒸散速率小于分解產(chǎn)水率，從而造成含水率上升。在第一次翻堆時(shí)，沒有過于壓實(shí)堆體，翻堆后的體積比翻堆前大約15%，含水率上升的趨勢沒有再發(fā)現(xiàn)。

2#堆體的含水率一直比1#堆體的含水率要高，導(dǎo)致這一結(jié)果的原因可能有兩方面：一方面是2#堆體因?yàn)榫拇嬖趯?dǎo)致堆體比1#堆體更為密實(shí)，這在一定程度上影響了水分的散失；另一方面菌渣本身的保水性也遠(yuǎn)大于秸稈。

3.3 堆肥過程中pH 的變化

微生物只有在適宜的pH 條件下才能維持正常的活性，因此堆肥體系需要維持一定的pH 值范圍。由于本試驗(yàn)的目的是尋求一種簡便低耗的堆肥方式，故在堆肥過程中未對pH 進(jìn)行人為干預(yù)。

從圖3 可以看出，在整個(gè)堆肥過程中兩組堆體的pH 均在5.5～8.5 之間，滿足《固體有機(jī)廢物堆肥化設(shè)備與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)要求。

堆肥過程中兩組堆體的pH 值均呈現(xiàn)下降后上升的趨勢，其原因應(yīng)該是在堆肥初期微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生大量有機(jī)酸從而導(dǎo)致pH 下降，等反應(yīng)進(jìn)入高溫階段后反應(yīng)產(chǎn)生的有機(jī)酸被最終分解成CO2和H2O，其中CO2逸出堆體、有機(jī)酸的酸度得以消除，同時(shí)含氮有機(jī)物經(jīng)微生物氨化和礦化作用水解成氨氮，使得pH 逐步升高，并最終保持基本穩(wěn)定。

3.4 堆肥過程中C/N 的變化

C/N 是判斷腐熟度的一個(gè)重要參數(shù)，未腐熟的堆肥駛?cè)胪寥酪蚱銫/N 比過高會發(fā)生爭奪土壤中氮元素的現(xiàn)象，導(dǎo)致“氮饑餓”，不利于植物生長；C/N 比過低，氮元素超出微生物需要，則會產(chǎn)生氨中毒。普遍認(rèn)為，堆肥的C/N 值在20 以下，可認(rèn)為腐熟[9]。

從圖4 可以看出，在堆肥過程中兩組堆體的C/N 比均呈現(xiàn)隨時(shí)間變小的趨勢，并最終基本趨于穩(wěn)定。2#堆體的C/N 值比1#堆體的C/N 值下降速度更快，且提前約5 天低于20，最終2#堆體的C/N 值也比1#要低。這應(yīng)該也是因?yàn)?#堆體添加的菌渣中存在能夠促進(jìn)秸稈分解的微生物菌群，從而使得2#堆體有機(jī)物的分解更加迅速、更徹底。

從圖中可以看出，1#堆體在堆肥20 天后其C/N 值降低到20 以下，且20 天以后C/N 值變化很小，所以我們認(rèn)為在此次試驗(yàn)中1#堆體在20 天內(nèi)即達(dá)到腐熟狀態(tài)；2#堆體在堆肥15天后其C/N 值降低到20 以下，且15 天以后C/N 值變化不大，所以我們認(rèn)為在此次試驗(yàn)中2#堆體在15 天內(nèi)即達(dá)到腐熟狀態(tài)。

3.5 感官指標(biāo)

第一次翻堆時(shí)，大部分物料呈黃綠色或淡黃色，堆體底部和內(nèi)部的有少量白色菌絲、且2#堆體內(nèi)部的菌絲明顯多于1#堆體；堆體內(nèi)部物料表面有明顯的水汽，1#堆體體積均減少到初始的80%左右、2#堆體體積減少到初始體積的75%左右；兩組堆體均有少量臭味氣體散發(fā)；

第二次翻堆時(shí)，1#、2#堆體大部分物料變?yōu)榛液谏?、堆體內(nèi)部物料變得疏松、干燥，堆體中有明顯的菌絲分布；1#堆體體積減少到初始體積的55%左右，2#堆體體積減少到初始體積的50%左右；兩組堆體均依然有臭味氣體散發(fā)、但比第一次翻堆時(shí)要小很多；

第三次翻堆時(shí)，兩組堆體的物料全部變?yōu)榛液谏?，整體變得疏松、易碎，無臭味，堆體體積相交第二次翻堆時(shí)變化不大；

第四次翻堆時(shí)，兩組堆體的物料全部變?yōu)榛液谏?，整體變得疏松、易碎，無臭味，堆體體積相交第三次翻堆時(shí)變化不大。

3.6 種子發(fā)芽率

由于堆肥產(chǎn)品最終是要最為有機(jī)肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，因而種子發(fā)芽率對認(rèn)為是一種簡單有效的反應(yīng)堆肥產(chǎn)品毒性大小的腐熟度評價(jià)指標(biāo)。

從圖5 可以看出，在堆肥開始前兩組堆肥的種子發(fā)芽率均在60%以上，而在第一次翻堆時(shí)兩組堆肥的種子發(fā)芽率均不足40%，當(dāng)腐熟之后的種子發(fā)芽率均在90%以上，這也直接證明了堆肥過程中抑制植物生長的毒素物質(zhì)生成及消失。這也同時(shí)表明如果將秸稈直接埋地將會對作物的生長產(chǎn)生一定的負(fù)面作用，所以番茄秸稈的農(nóng)業(yè)回用最好是腐熟后在進(jìn)行。

4.結(jié)語

本試驗(yàn)在盡可能減少人為控制和干擾的情況下進(jìn)行了30d的堆肥試驗(yàn)，通過對溫度、含水率、pH、C/N、種子發(fā)芽率以及各種感官指標(biāo)的分析，獲得以下結(jié)論：

番茄秸稈在好氧堆肥時(shí)能夠達(dá)到GB7959-2012 固定的高溫滅菌標(biāo)準(zhǔn)，堆肥過程中含水率呈現(xiàn)小幅上升然后再逐步下降的趨勢。

堆肥過程中pH 呈小幅下降，然后再回升的趨勢，堆肥結(jié)束后其pH 在8 左右，滿足《固體有機(jī)廢物堆肥化設(shè)備與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)要求。

在初始堆肥C/N 在25 左右的情況下，堆肥結(jié)束后其C/N在19 左右。

在添加特種發(fā)酵劑的情況下，番茄秸稈為主料添加少許玉米秸稈在好氧堆肥的情況下，20d 即可腐熟，腐熟時(shí)間較短。有條件的情況下還可以在堆肥時(shí)添加適量菌渣，能夠在一定程度上縮短堆肥時(shí)間。

若番茄秸稈不經(jīng)腐熟直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)會對農(nóng)作物的生長產(chǎn)生一定的抑制作用。

由上我們可以認(rèn)為，對番茄秸稈進(jìn)行好氧堆肥，是一種經(jīng)濟(jì)有效的番茄秸稈資源化利用方式，值得在番茄產(chǎn)區(qū)推廣使用。