不同菌劑對園林綠化廢棄物堆肥效果的影響.doc

不同菌劑對園林綠化廢棄物堆肥效果的影響 doi：10.13360/j.issn.1000-8101.xx.04.012：S714.8 楊寧1，劉紅權(quán)1，孫芳芳2 （1.濟(jì)南市園林花卉苗木培育中心，濟(jì)南250102；2.濟(jì)南市百合園林集團(tuán)有限公司） 摘要：為了篩選出適于園林綠化廢棄物堆腐的菌劑，改善傳統(tǒng)園林綠化廢棄物堆腐工藝，以園林綠化廢棄物為主要底料，選取5種農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥化處理中常用的微生物菌劑進(jìn)行高溫堆肥試驗(yàn)，分析堆肥腐熟度和不同處理時間堆肥的養(yǎng)分含量、pH和電導(dǎo)率的變化。結(jié)果表明，所有添加菌劑處理的堆肥C/N比均低于18，發(fā)芽指數(shù)大于100%，堆肥達(dá)到腐熟程度；其中添加酵素菌更有利于堆肥的快速腐熟，添加微生物菌劑顯著影響了堆肥中的養(yǎng)分含量，添加酵素菌處理的養(yǎng)分總量最高。所有處理的腐熟堆肥，均為堿性，pH大于8.0。因此，在園林綠化廢棄物堆肥化處理過程中，加入酵素菌發(fā)酵效果好。 關(guān)鍵詞：園林綠化廢棄物；堆肥；菌劑；發(fā)酵效果 ：xx-01-04 修回日期：xx-03-17 基金項(xiàng)目：濟(jì)南市科技計劃項(xiàng)目（xx01088）。 作者簡介：楊寧（1979-），男，工程師，主要從事園林設(shè)計工作。E?mail：377399613qq. Theeffectofdifferentbacteriaagentondeposingofgardenwastepost YANGNing，LIUHongquan，SUNFangfang Abstract：Theaimofthisstudyistoselectsuitablebacteriumagentfordeposinggardenwastepostandimprovethetraditionaldeposingtechniqueofgardenwastepost.Anexperimentfordeposinggardenwasteunderhightemperatureconditionwasconductedbyadding5differentbacteriumagents.Changesofnutrientcontent，pHandelectricconductivityindifferentdegreeofdeposinganddifferentprocessingtimewereanalyzed.TheresultsshowedthatC/Nratioofpostwithalldifferentfungusagentsaddedwasbelow18，germinationindexwasgreaterthan100%，thedegreeofdeposingwashigh.Bacterialenzymewasinfavouroffastdeposingofgardenwaste.Thenutrientcontentofpostwassignificantlyincreasedbyaddingbacteriaagents.Thetotalnutrientcontentofpostwasthehighestwhenbacterialenzymewasadded.Fullydeposingpostofalltreatmentswasalkaline，pHofallrottenpostwasgreaterthan8.0.Intheprocessofgardenwastepostingtrentment，theeffectaddingenzymebacteriafermentationissignificant. Keywords：gardenwaste；posting；bacteriaagent；effectoffermentation Firstauthorsaddress：JinanGardenFlowersNurseryStockCultivateCenter，Jinan250102，China 園林綠化廢棄物主要是指園林植物自然凋落或人工修剪所產(chǎn)生的植物殘體，主要包括樹葉、樹木、草屑和灌木剪枝等，有研究者稱之為園林垃圾1。園林綠化廢棄物具有總量大、種類多、不易處理的特點(diǎn)。園林綠化廢棄物通過堆腐處理，可用作花木栽培基質(zhì)、土壤有機(jī)覆蓋物、土壤改良添加劑和有機(jī)肥等，是土壤學(xué)、園藝學(xué)和環(huán)境工程學(xué)等研究的熱點(diǎn)。園林綠化廢棄物傳統(tǒng)的堆腐工藝存在升溫慢、時間長、易產(chǎn)生惡臭等問題2-5。為提高堆肥效率、改善堆肥質(zhì)量、縮短發(fā)酵時間，不少研究者采用添加微生物菌劑的方法。目前，園林綠化廢棄物堆肥化處理中應(yīng)用的菌劑并不是針對園林綠化廢棄物成分研發(fā)的，大多是農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥化處理中應(yīng)用的菌劑6。因此，需要通過實(shí)驗(yàn)篩選適宜在園林綠化廢棄物堆肥化處理中應(yīng)用的菌劑，以確保菌劑在堆肥化處理中充分發(fā)揮作用。本試驗(yàn)選取市場普遍應(yīng)用與推廣，在秸稈、菇渣、糞便堆肥上有較好效果，不同廠家、不同種類，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的發(fā)酵菌劑進(jìn)行試驗(yàn)，通過試驗(yàn)來探究適于園林廢棄物堆腐的菌劑，為改善傳統(tǒng)園林廢棄物堆腐工藝提供依據(jù)。 1材料與方法 1.1供試材料 園林綠化廢棄物為粒徑1.5cm左右的碎屑，主要濟(jì)南市各公園、林場及濟(jì)南市園林花卉苗木培育中心。 堆肥試驗(yàn)在濟(jì)南市園林花卉苗木培育中心的園林綠化廢棄物處理站進(jìn)行。試驗(yàn)以園林綠化廢棄物為主要底料，用尿素調(diào)節(jié)原料的碳氮比7。試驗(yàn)原材料化學(xué)性質(zhì)見表1。 1.2試驗(yàn)設(shè)計 選取5種農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥化處理中常用的微生物菌劑進(jìn)行試驗(yàn)（表2）。每個堆料200kg（干質(zhì)量，約合濕料體積2.1m3），為高1.2m的垛形錐體。調(diào)節(jié)含水量為60%后，用尿素調(diào)節(jié)碳氮比約為301。發(fā)酵菌劑添加量均為1100（堆料干質(zhì)量）。各處理重復(fù)3次。試驗(yàn)為期60d，統(tǒng)一人工翻堆和補(bǔ)水，每5d翻堆1次，每10d取樣1次。 1.3指標(biāo)測定 參照有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)（NY525xx）及綠化用有機(jī)基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（LY/T1970xx）進(jìn)行測定。 每天上午900監(jiān)測堆體上、中、下部的溫度（平均）和堆制現(xiàn)場的環(huán)境溫度；pH、電導(dǎo)率、發(fā)芽指數(shù)：用水浸提鮮樣，固液比為110，過濾后濾液保存于4冰箱中待測，pH用S-3C型pH計，電導(dǎo)率用DDS-307型電導(dǎo)率儀，發(fā)芽指數(shù)的測定是取上述浸提液8mL于墊有濾紙的培養(yǎng)皿中，取10粒大小一致飽滿的小白菜種子放置于培養(yǎng)皿中，并在（251）的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，在48h測定發(fā)芽率。用發(fā)芽指數(shù)來評價堆肥的毒性，發(fā)芽指數(shù)（%）=（浸提液種子發(fā)芽率根長平均值）100/（對照種子發(fā)芽率根長平均值）；有機(jī)質(zhì)：重鉻酸鉀容量法；全氮：硫酸-過氧化氫消煮-凱氏定氮法；全磷：硫酸-過氧化氫消煮-釩鉬黃比色法；全鉀：硫酸-過氧化氫消煮-離子火焰光度法。 1.4堆肥發(fā)酵效果評價 不同發(fā)酵條件對堆肥各指標(biāo)的影響各異，所以僅考慮單個指標(biāo)的大小無法正確判斷該條件下堆肥的發(fā)酵效果。在堆肥各指標(biāo)中，考慮到密度、有機(jī)碳含量及通氣孔隙度與發(fā)酵效果并不存在完全的正向關(guān)系，故本試驗(yàn)選擇總孔隙度、全氮、全磷、全鉀、發(fā)芽指數(shù)、pH、電導(dǎo)率、碳氮比（C/N）等8項(xiàng)指標(biāo)共同作為發(fā)酵效果的參評指標(biāo)，其中，前5項(xiàng)指標(biāo)在堆肥過程中越大越好，后3項(xiàng)在允許范圍內(nèi)越小越好。 將所有參評指標(biāo)通過極差標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一量綱后進(jìn)行主成分分析，可得堆肥發(fā)酵效果主成分分析表。在某種程度上特征值可以看作是表征主成分影響程度大小的指標(biāo)，根據(jù)主成分分析的相關(guān)原理，主成分的提取個數(shù)為主成分對應(yīng)的特征值大于1的前n個主成分，用來反映系統(tǒng)變異信息。根據(jù)特征值和參評指標(biāo)在主成分上的載荷量，可以得到發(fā)酵效果的主成分函數(shù)模型，再將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)代入即可得到堆肥發(fā)酵效果的綜合評價分值8。 1.5數(shù)據(jù)處理分析 采用Excelxx及SPSS13.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)和統(tǒng)計學(xué)分析。 2結(jié)果與分析 2.1對堆肥溫度的影響 堆肥過程中溫度的變化是堆肥發(fā)酵腐熟的重要參數(shù)之一，低溫條件下，接種發(fā)酵菌劑加速有機(jī)物質(zhì)降解，使堆肥快速升溫，維持適當(dāng)高溫期殺死病原菌、蟲卵和草籽，然后溫度降低以有利于腐殖質(zhì)的形成和養(yǎng)分釋放，當(dāng)其趨于環(huán)境溫度時，表明堆肥已穩(wěn)定9。研究指出，堆體溫度在55條件下保持3d以上（或50以上保持57d）可保證堆料中所含致病微生物基本殺死，這是保證堆肥無害化和腐熟的重要條件10。由不同處理堆肥溫度變化情況（圖1）可知，整個發(fā)酵周期添加菌劑處理的升溫效果顯著高于對照。PY、EM和JS相對其他兩種菌劑有利于堆肥溫度的迅速增加。在本試驗(yàn)中，各處理維持55以上高溫天數(shù)以CM持續(xù)時間最長，達(dá)到31d，其次為GY（30d）和JS（29d）。在后期，各處理溫度均接近于室溫，添加菌劑的處理溫度略高于對照處理。結(jié)果表明，添加的微生物菌劑能快速大量繁殖，并有效地分解堆肥有機(jī)物質(zhì)，縮短其達(dá)到腐熟的時間。 2.2對堆肥理化性質(zhì)的影響 2.2.1總孔隙度 生產(chǎn)上栽培基質(zhì)的總孔隙度一般要求在54%96%之間11。由總孔隙度的變化情況（圖2）可知，各處理的總孔隙度均在適宜范圍內(nèi)。發(fā)酵結(jié)束后，添加菌劑各處理的總孔隙度均高于CK，這與加入菌劑后，微生物活動導(dǎo)致堆肥孔隙增加有關(guān)，其中GY和JS更加有利于堆肥總孔隙度的增加。 2.2.2pH及電導(dǎo)率 土壤中有機(jī)物質(zhì)分解、礦物質(zhì)的溶解、氧化還原、微生物活動強(qiáng)度及酶參與的生化反應(yīng)速度均受pH的影響12。由堆肥pH的變化情況（圖3）可知，各處理pH變化趨勢為先升高后降低再升高。隨著堆肥處理時間的延長而升高，不同微生物菌劑處理升高的幅度也不同。前期緩慢上升與含氮有機(jī)物分解產(chǎn)生大量的氨有關(guān)；隨著發(fā)酵的進(jìn)行，大量的氨揮發(fā)，pH下降；而后pH又升高，最后穩(wěn)定在8.0左右；添加發(fā)酵菌劑處理的pH均高于CK處理，以EM菌最高，達(dá)到8.21，符合腐熟堆肥pH在8.09.0的標(biāo)準(zhǔn)。從整個過程看，除PY外，其余處理電導(dǎo)率整體高于CK。發(fā)酵結(jié)束后，PY及CM處理電導(dǎo)率低于CK，即添加PY及CM利于降低堆肥電導(dǎo)率，減少對植物根系的鹽害（圖4）。 2.2.3有機(jī)碳 添加菌劑后，整個堆肥過程中有機(jī)碳含量均低于CK（圖5），即添加微生物菌劑有利于堆肥纖維素、半纖維素及木質(zhì)素等有機(jī)碳的降解。發(fā)酵前后相比，有機(jī)碳的降解率分別為25.21%，19.39%，27.39%，17.25%，25.15%，13.76%，以JS處理降解率最高。 2.2.4養(yǎng)分含量 全氮整體呈現(xiàn)上升趨勢，添加菌種的處理全氮含量增加趨勢十分顯著，即添加菌種有利于氮素的固定13-14。各菌劑對比，以PY固氮效果最為顯著，其次為JS，而GY固氮效果最低（圖6）。相對于發(fā)酵前，全磷、全鉀含量均有所增加，添加菌劑的處理均高于CK，可見，添加微生物菌劑有利于堆肥磷和鉀的固定，添加JS對磷的固定最佳，而添加EM菌對鉀的固定作用最明顯。添加JS處理的養(yǎng)分總量最高（圖7）。 2.3對堆肥腐熟效果的影響 2.3.1碳氮比 碳氮比（C/N）可間接反映該階段堆肥的腐熟特征。據(jù)研究，堆肥發(fā)酵后期，碳氮比傾向于微生物菌體碳氮比，即161，即可初步判定堆肥腐熟，可用于生產(chǎn)利用15。由碳氮比變化情況（圖8）可知，本試驗(yàn)發(fā)酵結(jié)束后，添加菌劑處理堆肥C/N為12.5116.61，說明均初步達(dá)到腐熟狀態(tài)。CK處理的C/N為23.51，未達(dá)到腐熟狀態(tài)。各菌劑相比，JS處理在第30天碳氮比已接近161，說明添加JS更有利于堆肥的腐熟。 2.3.2發(fā)芽指數(shù) 種子發(fā)芽指數(shù)是對堆肥低毒性和高毒性的綜合表現(xiàn)，是評價堆肥腐熟度的重要指標(biāo)。它既考慮種子的發(fā)芽率，又考慮植物毒性物質(zhì)對種子生根的影響。理論上，當(dāng)種子發(fā)芽指數(shù)50時，即表明堆肥已達(dá)到可接受的腐熟度，即基本上沒有毒性；若發(fā)芽指數(shù)80則表明堆肥已完全腐熟16。由發(fā)芽指數(shù)變化情況（圖9）可知，添加菌劑有利于縮短堆肥腐熟時間，加快腐熟進(jìn)度。各堆肥處理在發(fā)酵結(jié)束時發(fā)芽指數(shù)均大于100%，JS在第30天時發(fā)芽指數(shù)首先達(dá)到80%以上，添加JS更有利于園林綠化廢棄物堆肥快速腐熟。 2.4堆肥發(fā)酵效果評價 首先對參評指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，然后通過主成分分析，可得堆肥發(fā)酵效果主成分分析表（表3）。由表3可知，前3個主成分特征值分別為4.846，1.713和1.510。全磷、全氮、總孔隙度、pH、碳氮比、發(fā)芽指數(shù)在F1上有較高載荷，全鉀、1/大小孔隙比在F2上有較高載荷，電導(dǎo)率在F3上有較高載荷，即F1、F2和F3可以反映所有指標(biāo)信息無遺失。 根據(jù)特征值和因子載荷量，得到發(fā)酵效果的主成分函數(shù)模型： Y=0.2268ZX1+0.0062ZX2+0.3071ZX3+0.2818ZX4+0.0729ZX5-0.1087ZX6+0.1630ZX7+0.3064ZX8+0.2793ZX9。 式中，ZX1ZX9分別代表全磷、全鉀、全氮、總孔隙度、1/大小孔隙比、pH、電導(dǎo)率、碳氮比、發(fā)芽指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。 將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)代入可得綜合評價分值（表4）。由表4可知，各處理堆肥發(fā)酵效果表現(xiàn)為：酵素菌圃園發(fā)酵菌曲金寶貝發(fā)酵助劑根源生物發(fā)酵菌EM菌CK（不添加菌劑）。在不考慮成本等其他因素條件下，添加酵素菌發(fā)酵效果最佳。 3結(jié)論 添加發(fā)酵菌劑對堆肥腐熟及質(zhì)量提升具有極大的促進(jìn)作用。添加PY及CM利于降低堆肥電導(dǎo)率，減少對植物根系的鹽害；添加酵素菌處理的養(yǎng)分總量最高，且有機(jī)碳降解最完全；添加菌劑的處理發(fā)芽指數(shù)均大于100%，可直接用于綠化應(yīng)用。5種不同發(fā)酵菌劑堆肥發(fā)酵效果表現(xiàn)為：酵素菌圃園發(fā)酵菌曲金寶貝發(fā)酵助劑根源生物發(fā)酵菌EM菌。在不考慮成本等其他因素條件下，添加酵素菌發(fā)酵效果最佳。 參考文獻(xiàn) 1梁晶，呂子文，方海蘭.園林綠色廢棄物堆肥處理的國外現(xiàn)狀與我國的出路J.中國園林，xx，25（4）：1-6. 2GoluekeC.PrinciplesofbiologicalresourcerecoveryJ.BioCycle，1981，22（4）：36-40. 3WangP，ChangaCM，WatsonME，etal.MaturityindicesforposteddairyandpigmanuresJ.SoilBiologyandBiochemistry，xx，36（5）：767-776. 4郝利峰，孫向陽，李雪珂，等.不同外源添加物對園林綠化廢棄物腐熟過程的影響J.中國農(nóng)學(xué)通報，xx，28（7）：302-306. 5張婷婷，孫向陽，李雪珂，等.添加糠醛渣對園林綠化廢棄物堆肥處理效果的研究J.中國農(nóng)學(xué)通報，xx，28（16）：305-309. 6王惠.外源添加物在園林綠化廢棄物堆腐中的應(yīng)用D.北京：北京林業(yè)大學(xué)，xx：6. 7GreenlyKM