娃娃菜尾菜堆肥發(fā)酵菌篩選

馬彥霞 蒯佳琳 張俊峰 于慶文

摘要：為篩選出適宜娃娃菜尾菜堆肥用混合發(fā)酵菌劑，促進尾菜肥料化利用，選用5種有機肥生產(chǎn)常用發(fā)酵菌劑，以娃娃菜尾菜和羊糞為原料，研究了不同發(fā)酵菌劑對堆肥溫度、pH、含水率、C/N、全氮及有機質(zhì)含量的影響。結果表明，采用亨坤有機肥發(fā)酵劑處理后，娃娃菜尾菜堆肥升溫最快，處理后第4天達到56.1 ℃，第12天達到最高溫度66.2 ℃，且高溫天數(shù)持續(xù)了12 d。堆肥結束時，亨坤發(fā)酵菌劑處理的堆肥含水率最小（29.5%），降幅達54.7%；全氮含量最大（16.8 g/kg），增幅為98.4%；C/N最?。?4.8），降幅為51.0%；有機質(zhì)含量最低（320.0 g/kg），降幅為51.9%，降解率最高（51.8%），尾菜腐熟效果最好。綜合考慮各項指標，堆肥結束時亨坤發(fā)酵菌劑處理的可塑性指數(shù)最大，發(fā)酵效果最佳，最適于娃娃菜尾菜與羊糞混合發(fā)酵制備有機肥。

關鍵詞：娃娃菜尾菜；羊糞；混合堆肥；發(fā)酵菌劑；篩選

中圖分類號：S141.4；S634.1? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2097-2172（2024）05-0470-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.05.015

Screening of Compost Fermentation Agent for Mini Chinese

Cabbage Tail Vegetables

MA Yanxia， KUAI Jialin， ZHANG Junfeng， YU Qingwen

（Vegetable Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： In order to screen suitable mixed fermentation agents for composting of mini Chinese cabbage tail vegetables and promote the fertilizer utilization of tail vegetables， 5 kinds of commonly used fermentation agents for organic fertilizer production were selected， and mini Chinese cabbage tail vegetables and sheep manure were used as raw materials. The effects of different fermentation agents on composting temperature， pH， moisture content， C/N， total nitrogen and organic matter contents were studied. The results showed that after the treatment of Hengkun organic fertilizer fermentation agent， the composting temperature of mini Chinese cabbage tail vegetablesincreased the fastest， reaching 56.1 ℃ on the fourth day after treatment， reaching the highest temperature of 66.2 ℃ on the 12th day， and the days above the high temperature lasted for 12 days. At the end of composting， the moisture content of compost treated with Hengkun fermentation agent was the smallest（29.5%） with a decrease of 54.7%. The total nitrogen content was the largest（16.8 g/kg） with an increase of 98.4%. The C/N was the lowest（14.8） with a decrease of 51.0%. The content of organic matter was the lowest （320.0 g/kg）， the degradation rate was the highest， and the rotten effect of tail vegetables was the best. Considering all the indexes， at the end of composting， the plasticity index of Hengkun fermentation agent treatment was the largest， and the fermentation effect was the best， which was most suitable for the preparation of organic fertilizer by fermentation of mini Chinese cabbages mixed with sheep manure.

Key words： Mini Chinese cabbage tail vegetable; Sheep manure; Mixed composting; Fermentation agent; Screening

近年來，甘肅省大力發(fā)展絲路寒旱農(nóng)業(yè)，高原夏菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。娃娃菜（Brassica pekinensis）是高原夏菜主栽蔬菜種類，也是河西冷涼灌區(qū)實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興的重要產(chǎn)業(yè)［1 - 2 ］。然而，隨著種植面積的快速發(fā)展和人們對精品蔬菜的追求，娃娃菜在采收、銷售和初加工過程中會產(chǎn)生大量尾菜，且產(chǎn)生時間集中，加之尾菜含水量極高，極易腐爛變質(zhì)產(chǎn)生惡臭，招引蚊蟲鼠蟻，嚴重污染環(huán)境，尾菜已成為阻礙娃娃菜產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的瓶頸。

娃娃菜尾菜中含有豐富的有機質(zhì)、氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素［3 ］，是可利用的有機肥料來源。尾菜的堆肥方式有好氧堆肥和厭氧堆肥。研究表明，好氧堆肥更適合于尾菜堆肥化的利用［4 ］。好氧堆肥條件下，添加微生物菌劑可加速堆肥進程、縮短堆肥時間、提高堆肥效率［5 ］。接種微生物菌可調(diào)控堆肥過程中的碳氮代謝，減少氮素以氨氣的形態(tài)揮發(fā)并控制臭味的產(chǎn)生，從而提高堆肥產(chǎn)品品質(zhì)。黨升榮等［6 ］研究表明，施用RW菌種尾菜腐熟劑可提高尾菜殘葉的腐爛率；韓星軍等［7 ］發(fā)現(xiàn)，向堆體中添加微生物菌劑能加快堆肥腐熟進程；邢偉杰等［8 ］報道，微生物發(fā)酵菌可顯著減少堆肥過程產(chǎn)生的惡臭氣味，且復合菌株的抑臭效率遠高于單一菌株。本研究選擇5種有機肥生產(chǎn)常用發(fā)酵菌劑，研究了發(fā)酵過程中堆肥溫度、pH、含水率、C/N、全氮及有機質(zhì)含量對不同菌劑的響應，以期篩選出適宜娃娃菜尾菜發(fā)酵的優(yōu)良菌劑，為生產(chǎn)以娃娃菜尾菜為原料的高品質(zhì)有機肥提供支持。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗材料

堆肥材料：娃娃菜尾菜收集自甘肅省農(nóng)業(yè)科學院永昌試驗站試驗田。娃娃菜收獲后，尾菜在田間晾曬3～5 d，用秸稈粉碎機將其剪切至5 cm備用。

輔料：羊糞和玉米芯購自當?shù)剞r(nóng)戶，晾曬風干，用粉碎機粉碎備用，用來調(diào)節(jié)堆肥的水分；尿素用來調(diào)節(jié)碳氮比。

微生物發(fā)酵菌劑：供試發(fā)酵菌劑5種（代號為T1～T5），均為目前市場有機肥生產(chǎn)的主流產(chǎn)品，采用說明書的最大菌劑發(fā)酵用量，控制發(fā)酵底物質(zhì)量一致，取相應分取倍數(shù)的菌劑加入物料，各菌劑用量與物料量均符合說明書的最佳發(fā)酵比例。供試菌劑登記信息及主要成分見表1。

1.2? ?試驗設計

試驗于2022年7 — 9月在甘肅省農(nóng)業(yè)科學院永昌試驗站進行。共設置6個處理，其中T1～T5分別為添加5種發(fā)酵菌劑處理，以不添加外源菌劑處理為對照（CK）。根據(jù)各菌劑使用說明及尾菜量計算該菌劑添加量。先將切碎的娃娃菜尾菜與羊糞按質(zhì)量比2∶1的比例混勻，再按試驗設計將適量菌劑倒入玉米芯，拌勻后加入生物除臭發(fā)酵劑［微生物肥（2009）準字（0532）號］，再與尾菜和羊糞混合均勻，使含水量達到65%左右，C/N為30∶1（C/N=有機碳/全氮）。然后裝入有單向排氣閥的發(fā)酵袋（60 cm×110 cm），每袋30 kg，置于自然通風處發(fā)酵，重復3次。7月17日裝袋，8月31日發(fā)酵結束。堆肥腐熟度用物理學指標（溫度、顏色及氣味）和化學指標（C/N和T值）進行評價。

1.3? ?測定項目與方法

物理學指標：利用BOBO溫濕度計實時監(jiān)測袋中心溫濕度，溫度達到50 ℃后，將袋內(nèi)混合物翻動1次，此后溫度每達到或超過50 ℃時進行翻動。堆肥結束后肉眼觀察顏色，用鼻嗅氣味。

化學指標：裝袋后第7天開始取袋底部、中部、上部樣品混合，參照NY 525 — 2012的方法測定pH、含水率及養(yǎng)分含量等指標。其中pH采用飽和浸提法（基質(zhì)∶水=1∶5，V/V），用pH計測定；含水率用烘干法測定；全氮、有機質(zhì)和有機碳分別采用凱氏定氮法、重鉻酸鉀容量法和重鉻酸鉀容量法—外加熱法測定。每7 d測定1次。利用C/N和T值評價堆肥腐熟程度，當C/N降至15～20時，堆肥腐熟［9 ］；T=（終點C/N）/（初始C/N），當T < 0.6時堆肥腐熟［10 ］。

尾菜與羊糞混合物對不同發(fā)酵菌劑處理的響應程度用可塑性指數(shù)表示，參考Valladares等［11 ］的方法計算，計算公式為：

PI =（Vmax- Vmin）/Vmax。

式中，PI表示可塑性指數(shù)，Vmax表示某一指標的最大值，Vmin表示某一指標的最小值。

1.4? ?數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Exce1 2010對試驗數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計分析，利用SPSS 23.0進行方差分析。

2? ?結果與分析

2.1? ?不同菌劑對尾菜發(fā)酵過程中溫度、 顏色和氣味的影響

不同菌劑處理下各個時期溫度的變化規(guī)律相似，均呈先升高后降低的趨勢（圖1）。尾菜發(fā)酵前期，各處理的溫度均呈迅速上升狀態(tài)，其中處理T3升溫最快，處理后4 d就超過了50 ℃，達56.1 ℃；12 d達到最高溫度66.2 ℃。處理T1、T2、T4、T5分別在處理后18、16、17、20 d達到峰值，最高溫分別為59.6、60.6、62.9、55.3 ℃。CK處理17 d后達到最高溫度54.8 ℃。

不同菌劑處理中，處理T1～T5高于50 ℃的天數(shù)分別有11、11、14、12、9 d，各處理高于50 ℃的天數(shù)分別持續(xù)了7、8、12、9、5 d（表2），而CK整個發(fā)酵過程中高于50 ℃的天數(shù)只有4 d。可見，添加菌劑能夠讓尾菜堆肥更快地達到高溫期，且能提升高溫期的堆體溫度，延長持續(xù)的高溫時間，從而加速堆肥的腐熟化進程。堆肥顏色是判斷其腐熟程度的重要指標。從表2可以看出，處理T2、T3、T4的顏色呈黑褐色，而處理T1、處理T5與CK的顏色呈淡褐色。堆肥結束時，處理T2、T3、T4無刺激性氣味，處理T1、T5有輕微刺激性氣味，而CK則有臭味。

2.2? ?不同菌劑對尾菜堆肥過程中含水率和pH的影響

圖2分析了娃娃菜尾菜中添加不同菌劑處理后堆肥含水率和pH的變化情況。從圖2A可以看出，不同處理堆肥過程中的含水率均呈逐步下降的趨勢，添加菌劑的處理含水率均低于CK。添加菌劑處理42 d后堆肥的含水率顯著低于CK（P < 0.05），表現(xiàn)為CK ＞ T5 ＞ T1 ＞ T2 ＞ T4 ＞ T3；與處理前相比，處理T3（29.5%）下降幅度最大，達54.7%，且顯著低于其他處理（P < 0.05）。處理初期，堆肥pH呈下降趨勢，7 d后開始升高，其中處理T1、T3均在處理后14 d出現(xiàn)峰值，pH分別為7.45、7.62；處理T2、T4、T5均在處理后21 d出現(xiàn)峰值，pH分別為7.56、7.66、7.60。處理后42 d時，處理T3堆肥的pH最小，但與CK差異不顯著（圖2B）。

2.3? ?不同菌劑對尾菜堆肥過程中全氮及有機質(zhì)含量的影響

由圖3A可知，尾菜堆肥過程中全氮含量除CK呈逐漸升高的趨勢外，其他處理均呈先降低再升高的趨勢。處理42 d后，添加菌劑處理的堆肥全氮含量顯著高于CK（P < 0.05），且處理T3（16.8 g/kg）顯著高于其他處理（P < 0.05），較CK高33.0%，全氮含量表現(xiàn)為T3 ＞ T4 ＞ T2 ＞ T1 ＞ T5 ＞ CK。與堆肥初期相比，處理T3的全氮含量增幅最大（98.4%），處理T5最小。

如圖3B可見，娃娃菜尾菜堆肥過程中，有機質(zhì)含量呈逐漸降低的趨勢。堆肥結束時，所有處理的有機質(zhì)含量均存在顯著差異（P < 0.05）。處理后42 d，處理T1～T5的有機質(zhì)含量從堆肥初期的663、668、665、662、667 g/kg，分別降低至402、355、320、343、434 g/kg，不同菌劑處理的有機質(zhì)降解率分別為39.4%、46.9%、51.8%、48.3%、34.9%。與CK相比，添加菌劑后尾菜堆肥的有機質(zhì)含量更低、降解率更高，其中處理T3的有機質(zhì)含量最低，說明處理T3有機質(zhì)降解率最高，尾菜腐熟效果最好。

2.4? ?不同菌劑對尾菜堆肥過程中C/N的影響

圖4A分析了不同菌劑對尾菜堆肥過程中C/N的影響。不同菌劑處理下的C/N的變化趨勢基本相同。堆肥后7 d內(nèi)C/N降速較慢，然后進入快速下降期，21 d后降速變緩。堆肥初期不同處理的C/N差異較小，7 d后各處理間差異逐漸增大。整個堆肥過程中，所有處理的C/N均呈下降趨勢，但添加菌劑處理的C/N下降速度大于CK。堆肥結束時，所有添加菌劑處理的C/N均顯著低于CK（P <0.05），且處理T2、T3、T4間差異不顯著。添加菌劑的5個處理C/N均小于20，其中處理T2、T3、T4均小于15，達到了完全腐熟的標準，而CK的C/N較高，未完全腐熟。

圖4B顯示，堆肥結束后處理T1～T5的T值均顯著低于CK（P <0.05），分別為0.62、0.51、0.49、0.50和0.62，即處理T2、T3、T4的堆肥達完全腐熟標準。

2.5? ?不同菌劑對尾菜堆肥指標可塑性的影響

由表3可知，不同菌劑處理下堆肥的可塑性指數(shù)均高于CK，排在前3位的分別是處理T3、處理T4和處理T2，處理T5的可塑性指數(shù)最小。娃娃菜尾菜添加菌劑處理后，堆肥過程中的各項指標均發(fā)生明顯變化，不同處理各指標的可塑性指數(shù)平均值表現(xiàn)為全氮 ＞ C/N ＞ 有機質(zhì) ＞ 含水率 ＞ pH，即菌劑處理對堆肥全氮的影響最大，C/N次之，對pH的影響最小。

3? ?討論與結論

堆肥是否成功的判斷標準為堆體顏色呈黑褐色或者黑色，無刺激性氣味［12 ］。本研究中，堆肥結束時，添加豫啟富有機物料腐熟劑、亨坤有機肥發(fā)酵劑、君德有機肥發(fā)酵劑各處理堆肥的顏色均表現(xiàn)為黑褐色，且無刺激性氣味，說明添加以上3種發(fā)酵菌劑均可使堆肥達到完全腐熟的標準。溫度是影響尾菜堆肥發(fā)酵的重要指標，添加菌劑可提高堆肥溫度，加速堆肥物料的腐熟進程［13 ］。本試驗表明，不同處理的堆肥溫度呈先升高后降低，最后趨于穩(wěn)定，各處理的高溫持續(xù)時間表現(xiàn)為亨坤有機肥發(fā)酵劑＞ 君德有機肥發(fā)酵劑 ＞ 豫啟富有機物料腐熟劑 ＞ 田當家有機物料腐熟劑 ＞ 益加益生物菌肥腐熟發(fā)酵劑 ＞ 對照不添加外源菌劑，說明添加菌劑可延長堆肥的高溫持續(xù)時間，從而加速堆肥的腐熟化進程，這與董哲等［14 ］的研究一致。含水率和pH是影響堆肥進程的重要因素。本研究中，整個堆肥過程中pH呈先下降后升高的變化趨勢，添加不同菌劑后pH峰值出現(xiàn)的時間存在差異，其中 添加田當家有機物料腐熟劑和亨坤有機肥發(fā)酵劑均在第14天出現(xiàn)峰值，而其他處理的峰值均在第21天。堆肥結束時，添加不同菌劑的各處理pH為7.15～7.44，這符合農(nóng)業(yè)部生物有機肥料標準（NY 884 — 2012）規(guī)定的“有機物經(jīng)腐發(fā)酵腐熟后pH應在5.5～8.5的范圍”要求。含水率過低或過高都不利于堆肥的快速腐熟。周桐［15 ］研究表明，添加菌劑處理的堆肥含水量下降速度高于不加菌劑的處理，本研究也得到了相同的結果，且以添加亨坤有機肥發(fā)酵劑的處理的堆肥含水率降幅最大，可能是因為亨坤有機肥發(fā)酵劑含有鏈霉菌和高溫放線菌等嗜熱型微生物所致。

全氮是評價尾菜發(fā)酵產(chǎn)物質(zhì)量的重要指標，而有機質(zhì)是尾菜發(fā)酵產(chǎn)物的重要組成部分。本研究添加不同菌劑處理的尾菜全氮含量均呈先降低后升高的趨勢，堆肥結束時以添加亨坤有機肥發(fā)酵劑的處理全氮含量最高，增幅最大，可能是亨坤有機肥發(fā)酵劑含有的圓褐固氮菌促進了堆肥過程中氮素的固定，減少NH3損失，提高了氮素利用效率［16 ］。整個發(fā)酵過程中，所有處理的有機質(zhì)含量均呈下降趨勢，與對照不添加外源菌劑相比，添加菌劑處理的尾菜堆肥有機質(zhì)含量更低，而有機質(zhì)降解率更高。C/N是評價堆肥是否腐熟和穩(wěn)定的重要參考指標［17 ］。堆肥過程中所有處理的C/N均呈逐漸降低的趨勢，與對照不添加外源菌劑相比，添加菌劑處理的尾菜堆肥C/N更低。堆肥結束時，所有添加菌劑的處理C/N均小于對照不添加外源菌劑，分別為18.44、15.39、14.41、14.89、18.67。當C/N值在15.0左右時，堆肥完全腐熟［8， 18］。本研究中，采用豫啟富有機物料腐熟劑，亨坤有機肥發(fā)酵劑進行發(fā)酵的尾菜均達到了完全腐熟的標準，其他處理未完全腐熟。

尾菜發(fā)酵指標的可塑性是指在不同環(huán)境條件下，菌劑對尾菜發(fā)酵過程的調(diào)控能力和適應性。不同菌劑對尾菜發(fā)酵過程的可塑性不同，這取決于菌種的遺傳特性和環(huán)境適應性。本研究中，添加亨坤有機肥發(fā)酵劑處理的可塑性指數(shù)最大，說明亨坤有機肥發(fā)酵劑具有較強的環(huán)境適應性，對娃娃菜尾菜的發(fā)酵效率較高。

本研究發(fā)現(xiàn)，不同菌劑發(fā)酵過程中以添加亨坤有機肥發(fā)酵劑的處理堆肥溫度上升最快，處理后第4天達到56.1 ℃，第12天達到最高溫度66.2 ℃。高溫持續(xù)時間最長，達12 d。發(fā)酵效率較高。堆肥結束后，該處理堆肥的含水率最小，為29.5%，降幅達54.7%；全氮含量最高，為16.8 g/kg，增幅為98.4%；C/N最小，為14.78%，降幅為51.0%；有機質(zhì)含量最低，為320 g/kg，降幅為51.9%；降解率最高，為51.8%；尾菜腐熟效果最佳。綜合各項指標，亨坤有機肥發(fā)酵劑在改善娃娃菜尾菜堆肥酸堿度、加快堆肥腐熟進程、提高堆肥有效養(yǎng)分含量等方面的效果均最好，是本試驗條件下最適于娃娃菜尾菜與羊糞混合發(fā)酵制備有機肥的微生物菌劑。

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收稿日期：2024 - 04 - 02

基金項目：甘肅省農(nóng)業(yè)科學院重點研發(fā)計劃（2022GAAS26）；國家自然科學基金（32060678）；甘肅省自然科學基金（22JR5RA761）。

作者簡介：馬彥霞（1982 —），女，甘肅定西人，副研究員，博士，主要從事蔬菜輕簡化栽培與水肥高效利用研究工作。Email： mayx1982@126.com。