有機物料腐熟劑堆腐楊梅廢棄枝葉的效果

史偉， 王琦， 王劍， 張麗霞， 戚行江， 任海英*

(1.浙江省農業(yè)科學院 園藝研究所，浙江 杭州 310021； 2.中農綠康(北京)生物技術有限公司， 北京 101102；3.中國農業(yè)大學 植保學院， 北京 100094； 4.紹興市經(jīng)濟作物技術推廣中心，浙江 紹興 312000)

浙江是全國楊梅的集中產區(qū)，也是我國楊梅的產業(yè)中心。2020年全國楊梅種植面積33.4萬hm2，產量約120萬t[1]。近年來，楊梅管理技術不斷提升，每年冬季修剪后產生大量枝葉，有的甚至焚燒成為嚴重的環(huán)境問題。傳統(tǒng)焚燒處理方式對枝葉的利用率不高，環(huán)境污染嚴重。自然堆腐利用耗時、費工，大部分病原菌和蟲卵也不易被有效殺死，尤其是在目前凋萎病和衰弱病高發(fā)的背景下[2-3]，廢棄枝葉堆積更是給病蟲害的防控造成較大的障礙。因此，對楊梅枝葉進行堆肥利用是減少資源浪費，推動農業(yè)綠色發(fā)展的有效途徑。

隨著農業(yè)生物資源的日益增長，其合理利用與管理成為當前大多數(shù)國家共同面臨的一個重要農業(yè)和環(huán)境問題[3-4]。農業(yè)廢棄物種類繁多、來源廣泛、養(yǎng)分含量豐富，被稱作放錯位置的資源[5]。國外利用椰子殼、鋸末替代草炭作為園藝基質[6-7]，國內在木薯、蔗渣、蘆葦末、花生殼、醋糟、秸稈等作為園藝基質方面已作了大量的研究[8-15]，合理開發(fā)、高效利用農林廢棄物資源，既有利于緩解環(huán)境污染，又有利于農業(yè)生產系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，促進農業(yè)可循環(huán)和經(jīng)濟低碳發(fā)展。枝葉堆腐研究在枸杞、獼猴桃、梨和葡萄等果樹上均有所報道[16-19]，楊梅枝葉堆腐發(fā)酵主要指的是用微生物經(jīng)過代謝與繁殖，將修剪后楊梅枝葉中的有機物質進行充分分解，將其中有機物質轉化成無機態(tài)養(yǎng)分。通過添加適量的植物微生態(tài)制劑，使得堆腐中的微生物數(shù)量不斷增多，保證堆肥腐熟效果得到進一步提升。堆腐溫度是楊梅枝葉腐熟過程中的重要指標，溫度過低會導致有機大分子分解緩慢，不能有效殺死枝葉上的病原菌、蟲卵，堆體溫度過高則會抑制并殺死部分有益微生物，都不利于楊梅枝葉堆腐處理。

本試驗通過使用有機物料腐熟劑對楊梅修剪后的廢棄枝葉進行堆腐發(fā)酵，以期為楊梅枝葉循環(huán)利用和健康栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗在楊梅產區(qū)仙居縣進行，地理坐標28°47′22″N、120°41′50″E，屬亞熱帶季風區(qū)氣候，年平均氣溫18.3 ℃，年降雨量1 873 mm，年無霜期240 d。

供試物料包括修剪廢棄楊梅枝葉和菜籽餅。楊梅枝葉含氮0.87%，鉀1.22%，有機質95.96%。菜籽餅含氮1.50%，磷0.61%，鉀2.41%，有機質96.34%。將廢棄楊梅枝葉粉碎成2～4 cm待用。

供試有機物料腐熟劑為中農綠康(北京)生物技術有限公司生產的有機物料腐熟劑1號(秸稈型)和2號。

1.2 處理設計

試驗設3個處理：處理1(T1)楊梅枝葉2 m3+0.6%有機物料腐熟劑1號+6%菜籽餅；處理2(T2)楊梅枝葉2 m3+0.6%有機物料腐熟劑2號+6%菜籽餅；對照(CK)楊梅枝葉2 m3+6%菜籽餅。重復3次。

各處理采用逐層起堆方式進行堆腐，形成寬1.5～2.0 m，高1.2～1.5 m，長度不限的堆體，控制含水量為40%～50%，用塑料布蓋好堆體。

1.3 測定方法

1.3.1 溫度

溫度用便攜式指針溫度計測定，每天測定1次堆體上、中、下溫度，取每天數(shù)據(jù)的平均值，同時測定環(huán)境溫度。

1.3.2 種子發(fā)芽指數(shù)

枝葉堆腐結束后取新鮮堆體樣品，用蒸餾水按樣品(以干物質計)與水質量比1∶10浸提1 h。在室溫條件下，3 000 r·min-1離心30 min，取浸提液8 mL(上清液)加到鋪有2層紗布的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿放入20粒玉米種子，放好后用紗布蓋住，以去離子水作空白對照，重復3次。在30 ℃黑暗培養(yǎng)箱中培養(yǎng)(玉米培養(yǎng)84 h)后，然后按照以下公式計算種子發(fā)芽指數(shù)(GI)[20]：

GI=(Y×L)/(T×D)×100%。

式中：Y為處理的發(fā)芽率；L為處理的根長；T為對照的發(fā)芽率；D為對照的根長。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010建立數(shù)據(jù)庫及繪圖，采用統(tǒng)計軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 楊梅枝葉堆腐表觀變化

隨著堆腐時間的推移，楊梅枝葉的體積逐漸變小，顏色變深，翻堆初始可見大量熱氣而后逐漸減少，氣味由初始的惡臭直至消失。在不同的時間段選取大小粗細基本一致的枝葉，可以看出枝葉表皮逐漸松動、脫落，韌皮部逐漸被分解，木質部顏色加深至變褐(圖1)，含水量降到40%以下，與開始相比，堆腐體積減少1/3～1/2。

A—第1次翻堆后的腐熟情況；B—堆腐結束后的腐熟情況；C—堆腐最高溫度65 ℃；D—翻堆時有大量熱氣冒出。圖1 廢棄楊梅枝葉的腐熟過程

2.2 楊梅枝葉堆腐溫度變化

圖2可以看出，使用兩種有機物料腐熟劑的楊梅枝葉發(fā)酵過程中溫度均呈先上升后下降的趨勢。各處理均從2 d開始迅速升溫，T1處理在6 d堆腐溫度達到最高，為65 ℃；T2、CK分別在7 d和6 d溫度達到最高，分別為62 ℃和49 ℃。雖然在7 d、11 d、15 d翻堆后溫度又上升，但均沒有達到之前的最高溫度，且溫度逐漸降低。堆腐19 d時T1、T2處理溫度分別保持在35 ℃和40 ℃，說明T1處理對楊梅枝葉腐熟效果最好。

圖2 楊梅枝葉堆腐的溫度變化

2.3 楊梅枝葉堆腐浸提液發(fā)芽指數(shù)

表1顯示，枝葉堆腐結束后，T1、T2處理的GI分別為94.5%和90.4%，CK的GI為65.9%。T1、T2處理達到?jīng)]有毒性標準，GI超過80%，屬于完全腐熟狀態(tài)，說明楊梅枝葉堆腐添加有機物料腐熟劑能夠顯著提高GI，達到完全腐熟狀態(tài)。

表1 各處理楊梅枝葉堆腐浸提液發(fā)芽指數(shù)

2.4 楊梅枝葉堆腐成分

表2顯示，枝葉堆腐后T1、T2處理水分含量為52.2%～54.6%，有機質含量為99.35%～99.73%，符合循環(huán)利用成為有機肥原料的條件。

表2 各處理楊梅枝葉堆腐的效果

3 討論

溫度的變化是表征堆體堆腐過程有效性的一個重要指標[21]，是影響微生物活動和堆體工藝過程的關鍵因素[22-23]，堆體溫度過低會導致有機大分子分解緩慢，堆體溫度過高則會抑制并殺死部分有益微生物，均不利于有機固體廢物的堆肥化處理。發(fā)酵前期堆體溫度變化劇烈，堆腐6 d時處理1溫度達到最高值65 ℃，7 d時處理2堆體溫度達到62 ℃，經(jīng)過翻堆處理后，各處理分別在12 d、17 d、23 d和11 d、17 d、21 d再次達到高峰值，24 d后溫度開始下降，31 d后溫度均低于35 ℃。有研究[24]表明，堆體溫度在55～60 ℃時微生物生物量和種類最為豐富，降解速度最快，而固體廢棄物堆腐處理的最佳溫度為65～70 ℃[25]，堆體溫度在55 ℃條件下保持3 d以上或50 ℃以上保持5～7 d，是殺滅枝葉堆腐材料中所含致病微生物、保證枝葉堆腐過程中有豐富的有益微生物存在和堆腐腐熟的重要條件[26-30]。本研究中，兩種腐熟劑處理后，堆體超過19 d后的溫度仍能維持在35 ℃以上，并且堆體溫度順序依次為：有機物料腐熟劑1號>有機物料腐熟劑2號>自然腐熟。勞德坤等[31]研究了不同接種量腐熟劑對蔬菜副產物堆肥效果的影響，結果表明，施用腐熟劑后0～3 d平均升溫15.5 ℃，到2 d溫度即超過65 ℃，高溫期平均溫度達63.8 ℃，9 d后呈現(xiàn)逐漸下降態(tài)勢。賈仰東[32]比較4種秸稈腐熟劑的堆腐效果，同樣表明堆肥過程中溫度在前3 d快速升高，4～12 d保持平穩(wěn)，13 d后逐漸下降的態(tài)勢。兩者結果與本研究楊梅枝葉堆腐溫度變化基本一致，但溫度保持時間有所差異，可能與堆肥材料和含水量有關。

腐熟度是楊梅枝葉堆腐效果的重要評估指標，GI被認為是最敏感、可靠、有效，最能反映發(fā)酵產品植物毒性、判斷物料無害化和腐熟度的參數(shù)。當GI>50%時，發(fā)酵物料對植物已基本沒有毒性，發(fā)酵物料已基本腐熟；當GI>80%時，發(fā)酵物料完全腐熟[27-28]。Zucconi等[30]認為，當GI>50%時，則可以認為堆體基本腐熟，基本無毒性；當GI達到80%～85%時，就可以認為堆體已經(jīng)完全腐熟，對植物沒有毒性。本試驗得出，堆腐31 d后，各處理的GI均高于50%，并且順序依次為：有機物料腐熟劑1號>有機物料腐熟劑2號>自然腐熟，說明添加有機物料腐熟劑能夠明顯加速腐熟發(fā)酵進程，并達到完全腐熟狀態(tài)，在還田施用中不產生毒害。勞德坤等[31]研究表明，腐熟劑在蔬菜副產物堆肥過程中，堆腐3 d時GI達到76.5%，15 d后3%微生物秸稈腐熟劑處理的GI達90%以上，與本文研究結果基本一致。

目前，國內針對有機肥料制定了NY/T 525—2021標準，其中，對有機質含量的要求為≥30%，GI的要求為≥70%。本試驗T1、T2處理的有機質含量為99.35%～99.73%，GI分別為94.5%和90.4%，均遠高于標準要求，符合作為非商品性有機肥的基本要求。

有研究[30]表明，堆腐升溫提高微生物活性、增加了有機物的降解效率，生成大量可被植物吸收的有效態(tài)氮、磷、鉀等化合物，同時合成新的高分子腐殖質，從而提高肥料肥力，利用此項堆腐技術將腐熟好的楊梅枝葉做生物有機肥，與農家肥混合做基肥，具有提高農產品品質、產量的顯著效果，這也是我們后期研究的目標。有機物料腐熟劑腐熟枝葉還田、還林具有良好的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益，本研究結果可為修剪后的廢棄楊梅枝葉堆腐技術推廣提供理論依據(jù)。