有機(jī)農(nóng)場(chǎng)蔬菜廢棄物堆肥效果研究

劉宇　席運(yùn)官　高麗　和麗萍　李麗娜　楊濤明

摘要：為滿(mǎn)足有機(jī)農(nóng)業(yè)相對(duì)閉環(huán)的物質(zhì)循環(huán)體系對(duì)有機(jī)肥的需求，對(duì)有機(jī)種植背景下蔬菜廢棄物的堆肥效果進(jìn)行初步研究。采用腐殖土和鴿子糞堆肥，并用10%、20%和30%的有機(jī)蔬菜廢棄物對(duì)腐殖土進(jìn)行替換。結(jié)果表明，20%和30%廢棄蔬菜替代量堆肥處理組的速效養(yǎng)分與對(duì)照組相比均有所提高;堆肥結(jié)束后剩余總養(yǎng)分含量隨蔬菜廢棄物添加比例的提高而逐漸增加，表現(xiàn)為30%廢棄蔬菜替代量處理組>20%廢棄蔬菜替代量處理組>10%廢棄蔬菜替代量處理組>對(duì)照組;新鮮蔬菜廢棄物添加比例越高，有機(jī)質(zhì)含量下降幅度越大，其中30%廢棄蔬菜替代量處理組下降幅度最大，與堆肥前相比有機(jī)質(zhì)含量下降38.1%。

關(guān)鍵詞：有機(jī)農(nóng)業(yè);蔬菜廢棄物;堆肥;有機(jī)肥;堆肥養(yǎng)分

中圖分類(lèi)號(hào)：S141.4;X712文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）01-0182-04

作者簡(jiǎn)介：劉宇（1992—），女，黑龍江哈爾濱人，碩士，主要從事重金屬污染土壤修復(fù)研究。E-mail：1520079591@qq.com。

通信作者：席運(yùn)官，博士，研究員，主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)與有機(jī)農(nóng)業(yè)研究。E-mail：xyg@nies.org。

現(xiàn)代常規(guī)農(nóng)業(yè)雖然大大加快了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，但因大量農(nóng)藥化肥使用所帶來(lái)的問(wèn)題逐漸走入困境，其給生態(tài)環(huán)境和土地持續(xù)生產(chǎn)力所帶來(lái)的負(fù)面影響正受到越來(lái)越多的關(guān)注。在這種背景下，有機(jī)農(nóng)業(yè)逐漸走入大眾的視線(xiàn)[1-2]。與現(xiàn)代常規(guī)農(nóng)業(yè)不同，有機(jī)農(nóng)業(yè)提倡封閉體系中的內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)，過(guò)程中不添加外來(lái)化學(xué)產(chǎn)品，這在改善生態(tài)環(huán)境以及保障食品安全上有重要的意義。

我國(guó)是蔬菜生產(chǎn)大國(guó)，其產(chǎn)值在種植業(yè)中僅次于糧食[3]。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，采用有機(jī)模式種植蔬菜的面積逐年增多。截至2018年，有機(jī)蔬菜生產(chǎn)面積達(dá)到了4.2萬(wàn)hm2，同期處于轉(zhuǎn)換期的蔬菜生產(chǎn)面積為2.6萬(wàn)hm2[4]。與此同時(shí)，大量的蔬菜廢棄物所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重，而且蔬菜廢棄物無(wú)法及時(shí)利用，也造成了資源的極大浪費(fèi)。有研究表明，目前解決蔬菜廢棄物問(wèn)題的有效途徑是堆肥處理[5]。張相鋒等用蔬菜廢棄物、石竹和雞舍廢物進(jìn)行堆肥，20d后獲得的堆肥品質(zhì)良好[6];王亞利等發(fā)現(xiàn)，施用蔬菜廢棄物堆肥的雞毛菜，相較于施用商品有機(jī)肥的雞毛菜，株高和葉面積都有顯著增加，且其中的氮、磷、鉀、鈣和鎂元素的含量也有顯著提高[7]。有機(jī)農(nóng)業(yè)須要在一個(gè)相對(duì)閉環(huán)的體系里進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)，且有機(jī)生產(chǎn)中所需物質(zhì)的全部或大部分均來(lái)自有機(jī)農(nóng)場(chǎng)[8]。目前，我國(guó)有機(jī)種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)分離，依靠有機(jī)種植業(yè)內(nèi)部養(yǎng)分循環(huán)往往很難滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，外購(gòu)的商品有機(jī)肥或畜禽糞便作為主要養(yǎng)分來(lái)源，須通過(guò)有機(jī)認(rèn)證或經(jīng)認(rèn)證機(jī)構(gòu)許可。研究有機(jī)農(nóng)場(chǎng)蔬菜廢棄物堆肥化，既可以解決廢棄蔬菜所帶來(lái)的污染問(wèn)題，同時(shí)也保證了有機(jī)農(nóng)業(yè)對(duì)于有機(jī)肥原料來(lái)源的要求，實(shí)現(xiàn)有機(jī)農(nóng)業(yè)封閉體系的物質(zhì)循環(huán)，為有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展注入新的動(dòng)力。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地點(diǎn)和供試材料

試驗(yàn)于2019年4—7月在云南省昆明市盤(pán)龍區(qū)滇源街道有機(jī)種植基地內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)地位于25°29′N(xiāo)，102°87′E，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均降水量為1000.5mm，年平均氣溫為14.9℃。

本次試驗(yàn)堆肥原料為鴿子糞，有機(jī)生產(chǎn)廢棄蔬菜和腐殖土。腐殖土采集于附近山林，含腐爛的枯枝落葉的表層土。有機(jī)生產(chǎn)廢棄蔬菜是生產(chǎn)過(guò)程中不符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)而廢棄的蔬菜，切成長(zhǎng)為5cm左右的小段用于堆肥試驗(yàn)。各堆肥原料基本性質(zhì)見(jiàn)表1。微生物菌劑采用河南省沃寶生物科技有限公司提供的堆肥專(zhuān)用微生物菌劑（有效微生物含量≥1×1010個(gè)/g）。

1.2堆肥試驗(yàn)

堆肥試驗(yàn)始于2019年4月30日，在有機(jī)種植基地的堆肥廠進(jìn)行。堆肥廠采用的堆肥配方為鴿子糞和腐殖土（質(zhì)量比為1∶[KG-*3]1）。本試驗(yàn)采用不同量的廢棄蔬菜對(duì)腐殖土進(jìn)行替換，具體堆肥配方如表2所示。每個(gè)堆肥處理用料共計(jì)400kg。各處理堆制時(shí)，將鴿子糞、腐殖土和蔬菜廢棄物按表2設(shè)置的比例分別充分混勻。稱(chēng)取40g菌劑干粉，與20kg水充分混勻后，在堆肥混勻過(guò)程中均勻噴施到堆肥材料中。微生物菌劑添加量為0.01%（質(zhì)量比），使堆體微生物含量不低于106個(gè)/g。添加微生物菌劑后，將堆體的含水量調(diào)至65%左右，充分?jǐn)嚢杈鶆颉２捎渺o態(tài)高溫堆腐，堆制成基座約2m寬、1.5m高的圓錐體。堆肥過(guò)程中，每3d進(jìn)行1次翻拋，堆肥周期為68d。堆肥過(guò)程中，分別在第7、第21、第49、第63天收集堆肥樣品。將堆體平均分為上、中、下3層，每層每次采樣選擇3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)從堆肥外層和內(nèi)層各取約200g樣品，混勻。將堆肥樣品風(fēng)干磨細(xì)后，分別過(guò)100目和20目篩用于理化性質(zhì)的測(cè)定。

1.3測(cè)定項(xiàng)目

堆肥溫度測(cè)定：每天09：00采用熱電偶雙金屬溫度計(jì)（型號(hào)：wb-036）從堆體四周垂直插入（距離地面30cm），記錄堆體溫度，所得平均值為最終堆體溫度。

含水率的測(cè)定采用105℃烘干稱(chēng)質(zhì)量法。有機(jī)肥樣品養(yǎng)分含量采用NY[KG*3]525—2012《有機(jī)肥料》的方法測(cè)定?？偟坎捎冒胛⒘縿P氏定氮法測(cè)定;總磷含量采用鉬銻抗顯色法測(cè)定;堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定;速效磷和有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定?？傗浐退傩р浐坎捎迷游展庾V儀測(cè)定。碳氮比（C/N）計(jì)算方法為總碳與總氮的比例。

1.4數(shù)據(jù)分析

利用Excel2017和SPSS19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，采用OriginPro2016繪制圖片。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理堆肥過(guò)程中溫度的變化特征

微生物在堆肥過(guò)程中通過(guò)新陳代謝分解有機(jī)物，產(chǎn)生大量的熱，使堆體溫度升高[9]，在微生物的作用下，堆體會(huì)經(jīng)歷升溫、高溫和降溫等3個(gè)階段[10-11]?？山柚逊蕼囟鹊淖兓袛喽逊蔬M(jìn)程。如圖1所示，各處理堆體的溫度總體變化趨勢(shì)相似。本試驗(yàn)中4個(gè)處理升溫階段較短。堆置第2天，4個(gè)處理堆體的溫度均迅速上升至50℃以上。GB7959—2012《糞便無(wú)害化衛(wèi)生要求》中規(guī)定，糞便無(wú)害化須要維持發(fā)酵溫度50℃以上超過(guò)5d。GMA、GMB、GMC和GMD處理堆體溫度超過(guò)50℃的天數(shù)分別為31、29、30、30d，結(jié)果表明，本試驗(yàn)堆肥處理均符合堆肥的標(biāo)準(zhǔn)。有研究表明，一些病原微生物會(huì)在堆肥溫度高于55℃時(shí)死亡[12]。GMA、GMB、GMC和GMD處理堆體溫度超過(guò)55℃的天數(shù)分別為23、20、23、21d。

2.2不同處理堆肥過(guò)程中pH值的變化特征

堆肥過(guò)程中，堆體的pH值變化會(huì)受到微生物分解活動(dòng)的影響。如圖2所示，本試驗(yàn)堆肥過(guò)程中，4個(gè)處理的pH值均呈弱堿性，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。前人研究發(fā)現(xiàn)，pH值升高是由于有機(jī)氮被微生物分解后形成銨態(tài)氮所致[13]。而堆肥中后期，微生物礦化作用減弱，硝化細(xì)菌開(kāi)始活躍，將銨態(tài)氮通過(guò)硝化作用轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮，pH值降低。廢棄蔬菜中含有大量的有機(jī)氮，本研究發(fā)現(xiàn)，隨著廢棄蔬菜添加比例的升高，堆體的pH值也逐漸升高。蔬菜廢棄物添加量為30%的GMD處理在堆肥各階段，pH值均明顯高于其他3個(gè)處理。添加量為20%的GMC處理次之。而添加量為10%的GMB處理與GMA處理在堆肥各階段pH值沒(méi)有明顯差異。這可能是由于蔬菜添加量較少，對(duì)堆肥過(guò)程中的pH值影響不大造成的。

2.3不同處理堆肥過(guò)程中有機(jī)質(zhì)含量的變化特征

有機(jī)質(zhì)的分解可以為微生物生長(zhǎng)繁殖、新陳代謝提供能量[14]，有機(jī)物在微生物的作用下最后會(huì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定腐殖質(zhì);一般而言，隨著堆肥的進(jìn)行，有機(jī)質(zhì)含量會(huì)逐漸下降，且其降解過(guò)程主要集中在高溫階段[15-16]。如圖3所示，堆肥過(guò)程中各處理有機(jī)質(zhì)含量均呈下降趨勢(shì)。與起始堆肥相比，堆肥結(jié)束后GMA、GMB、GMC和GMD處理有機(jī)質(zhì)含量分別降低31.6%、33.3%、37.0%、38.1%，GMA的有機(jī)質(zhì)含量最高，其次是GMB、GMC和GMD處理。隨著新鮮廢棄蔬菜添加比例的提高，有機(jī)質(zhì)含量下降比例越高。新鮮廢棄蔬菜中含有大量的易分解有機(jī)物，在好氧堆肥過(guò)程中被微生物降解，導(dǎo)致堆肥有機(jī)質(zhì)含量下降較高。堆肥結(jié)束后，GMA、GMB、GMC和GMD處理有機(jī)質(zhì)含量（以干基計(jì)）分別為27.4%、25.7%、24.6%、22.4%。

2.4不同處理堆肥過(guò)程中速效養(yǎng)分含量的變化特征

如圖4-A和圖4-B所示，堆肥過(guò)程中堿解氮和速效磷的含量總體呈先升高后降低的趨勢(shì)。前20d呈上升趨勢(shì)，可能是由于堆肥初期堆肥溫度逐漸升高，含氮和含磷有機(jī)物礦化增加造成的[17]。隨著堆肥的進(jìn)行，有機(jī)氮和有機(jī)磷含量的減少，以及微生物的同化作用導(dǎo)致后期堿解氮和速效磷含量逐漸減少[18]。堆肥結(jié)束后，GMD處理的堿解氮和速效磷含量最高，GMC處理的次之;與對(duì)照處理GMA相比，GMD和GMC處理堿解氮含量分別提高了8.31%、2.77%，速效磷含量分別提高了196.6%、94.1%;GMB處理與GMA處理堿解氮和速效磷含量均無(wú)明顯差異。

鉀作為植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素之一，可以激發(fā)酶的活性，然后通過(guò)酶催化植物體內(nèi)的蛋白合成、光合作用等生命活動(dòng)[19]。如圖4-C所示，堆肥過(guò)程中速效鉀含量的變化趨勢(shì)與堿解氮和速效磷不同。隨著堆肥的進(jìn)行，4個(gè)處理速效鉀含量均呈增加的趨勢(shì)。在各個(gè)采樣時(shí)間段，GMD和GMC速效鉀的含量均明顯高于GMA和GMB處理。堆肥結(jié)束后，GMD和GMC處理的速效鉀含量分別比對(duì)照處理提高了57.4%、31.3%。

2.5不同處理堆肥結(jié)束后的總養(yǎng)分含量

堆肥結(jié)束后，各處理的總養(yǎng)分含量如圖5所示。4個(gè)處理總氮、總磷和總鉀含量總體趨勢(shì)基本一致。隨著蔬菜替代比例的增加，堆肥結(jié)束后剩余總養(yǎng)分含量逐漸增加，表現(xiàn)為GMD>GMC>GMB>GMA。如圖5-A所示，GMD、GMC和GMB處理總氮含量與對(duì)照相比分別提高了26.7%、7.5%、3.1%。其中，GMD處理顯著高于GMA處理?？偭缀咳鐖D5-B所示，GMD、GMC和GMB[JP3]處理分別比對(duì)照GMA處理提高了49.1%、38.8%、2.33%。其中，GMD和GMC處理顯著高于GMA處理?？傗浐咳鐖D5-C所示，GMD、GMC和GMB處理分別比對(duì)照GMA處理提高了13.3%、14.3%、2.23%，但各處理之間均無(wú)顯著性差異。

3討論與結(jié)論

本研究在鴿子糞和腐殖土（質(zhì)量比為1∶[KG-*3]1）堆肥中，分別采用10%、20%和30%的廢棄蔬菜等量替代堆肥中的腐殖土，發(fā)酵過(guò)程中堆體溫度超過(guò)50℃的天數(shù)分別為29、30、30d，各處理均達(dá)到《糞便無(wú)害化衛(wèi)生要求》中須要維持發(fā)酵溫度50℃以上天數(shù)的規(guī)定。各處理堆體溫度超過(guò)55℃的天數(shù)分別為23、20、23、21d，有助于殺滅堆肥原料中的病原菌。

堆肥過(guò)程中，各處理的pH值均呈先上升后下降的趨勢(shì)，堆肥產(chǎn)物均呈弱堿性。其中30%廢棄蔬菜替代量堆肥處理pH值變化范圍最大，為7.78～8.62，最小值與最大值相差0.84;20%廢棄蔬菜替代量堆肥處理次之，為7.45～7.93，最小值與最大值相差0.48。

各處理有機(jī)質(zhì)含量隨堆肥的進(jìn)行均呈下降趨勢(shì)，各處理堆肥結(jié)束后與起始相比，有機(jī)質(zhì)含量分別降低了31.6%、33.3%、37.0%、38.1%。隨著新鮮廢棄蔬菜添加比例的提高，有機(jī)質(zhì)含量下降幅度逐漸增大。

本研究堆肥結(jié)束后，30%和20%廢棄蔬菜替代量堆肥處理堿解氮、速效磷和速效鉀含量與對(duì)照處理相比分別提高了8.31%和2.77%、196.6%和94.1%、57.4%和31.3%?？偟?、總磷和總鉀含量分別比對(duì)照提高了26.7%和7.5%、49.1%和38.8%、13.3%和14.3%。10%廢棄蔬菜替代量堆肥處理與對(duì)照處理均無(wú)顯著性差異。

總的來(lái)說(shuō)，本試驗(yàn)采用30%廢棄蔬菜替代量替代腐殖土與鴿子糞進(jìn)行堆肥發(fā)酵，總養(yǎng)分含量?jī)?yōu)于對(duì)照處理。但有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較低，后期須對(duì)堆肥配方進(jìn)一步優(yōu)化。

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