楊樹(shù)皮基質(zhì)化腐熟技術(shù)研究

楊樹(shù)皮基質(zhì)化腐熟技術(shù)研究

摘要：本文以楊樹(shù)皮為原料，研究不同粒徑大小及微生物菌劑添加量對(duì)樹(shù)皮腐熟的影響。結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)70d的堆置，各處理容重增到0.4g/cm3以上，總孔隙度大于60%，水氣比高于初始值。楊樹(shù)皮在堆腐過(guò)程中，pH及EC值呈升高趨勢(shì)，各處理堆腐物最終偏堿性;粗粒徑楊樹(shù)皮（0.5cm≤粒徑≤2cm）腐熟后的EC值在0.51～0.54ms/cm間，而細(xì)粒徑（粒徑Key：楊樹(shù)皮;有機(jī)基質(zhì);腐熟;粒徑大小;微生物菌劑：S-3：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20190715015楊樹(shù)（Populusspp.）為我國(guó)重要的用材樹(shù)種，營(yíng)林面積多達(dá)600萬(wàn)hm2，超過(guò)世界其他國(guó)家楊樹(shù)人工林面積總和[1]。楊樹(shù)皮泛指干枝微管形成層以外的所有組織結(jié)構(gòu)，約占干枝的10%左右[2]。然而，長(zhǎng)期以來(lái)人們只注重如何利用楊樹(shù)木材，卻忽略了楊樹(shù)皮的資源化利用，在楊樹(shù)木材加工廠，樹(shù)皮僅作為燃料使用或廢棄，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。這些綠色廢棄物如進(jìn)行再利用，作為有機(jī)覆蓋物或有機(jī)肥，經(jīng)進(jìn)一步加工成基質(zhì)，能夠解決當(dāng)前泥炭資源匱乏的問(wèn)題。樹(shù)皮作為栽培基質(zhì)和有機(jī)覆蓋物的研究已引起國(guó)內(nèi)外研究者的日益重視，而且對(duì)松杉[3，4]、桉樹(shù)[5]等樹(shù)種樹(shù)皮進(jìn)行了研究，并在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。本文以楊樹(shù)皮為原料，研究不同微生物菌劑添加量對(duì)不同粒徑大小楊樹(shù)皮的腐熟效果，旨在為楊樹(shù)皮的有機(jī)基質(zhì)化利用提供技術(shù)支撐。1材料與方法1.1試驗(yàn)材料楊樹(shù)皮取自江蘇省泗洪縣楊樹(shù)木材加工基地，樹(shù)種為南林895楊樹(shù)（Populuseuramericana‘N-895）。樹(shù)皮曬干后用BEARCAT（Model70380）柴油粉碎機(jī)將楊樹(shù)皮粉碎，過(guò)篩分為2種粒徑大?。杭?xì)粒徑（粒徑<0.5cm）、粗粒徑（0.5cm≤粒徑≤2cm）。復(fù)合微生物菌劑（有機(jī)肥發(fā)酵劑Ⅰ）購(gòu)買(mǎi)于北京京圃園生物工程有限公司;尿素（全碳含量為20%，全氮含量為46.3%）為中石化生產(chǎn)。楊樹(shù)皮的部分理化性質(zhì)見(jiàn)表1和表2。1.2試驗(yàn)條件及堆置方式試驗(yàn)于南京林業(yè)大學(xué)國(guó)家林業(yè)局南方林木種子檢驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，環(huán)境溫度控制為25℃。楊樹(shù)皮堆體呈長(zhǎng)方體，長(zhǎng)90cm、寬70cm、高50cm。為了提高堆溫、減少水分散失并改善堆腐物質(zhì)量，采用了棚膜覆蓋法[6]。1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)采取2因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。因素1為楊樹(shù)皮粒徑大小，設(shè)為2水平，即粗粒徑與細(xì)粒徑;因素2為微生物菌劑添加量，設(shè)為3水平，即0.3%、0.5%、1%（以楊樹(shù)皮干重計(jì)），共6個(gè)處理，分別為M1、M2、M3、M4、M5、M6（表3），每個(gè)處理3次重復(fù)。堆料必須達(dá)到適宜的碳氮比，才能進(jìn)行理想的堆肥[7]，以尿素為氮源[8]，粗粒徑楊樹(shù)皮各處理分別添加0.4kg尿素，細(xì)粒徑楊樹(shù)皮各處理分別添加0.6kg尿素，使得各處理最終的C/N達(dá)到28[9]。將微生物菌劑、尿素與40kg的水混合，均勻噴灑于各處理?xiàng)顦?shù)皮上后，經(jīng)多次翻堆，混合均勻。1.4翻堆及取樣分別于堆制的第0、7、14、21、31、41、55、69天翻堆，以保證堆體氧氣的供應(yīng)。翻堆時(shí)將堆體各部位材料混合均勻，采取多點(diǎn)取樣（取樣點(diǎn)>10）方法抽取2000g左右樣品，再采用四分法[10]分縮至500g。鮮樣用于物理及部分化學(xué)指標(biāo)的測(cè)定，其余樣品風(fēng)干后粉碎，過(guò)1mm篩后密封，于避光處儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?.5理化指標(biāo)測(cè)定1.5.1物理指標(biāo)含水率：稱取5g左右的新鮮堆肥于鋁盒中，105℃下烘至恒重[11];容重、總孔隙度、水氣比（持水孔隙與通氣空隙之比）參照連兆煌的方法[11]。1.5.2化學(xué)指標(biāo)pH值、EC值的測(cè)定：新鮮樣品與去離子水按1：5（W：V）比例混合，經(jīng)振蕩離心提取上清液，分別用PHS-3C型pH計(jì)和DDS-307型電導(dǎo)率儀測(cè)定pH和EC值;全氮的測(cè)定采用H2SO4-H2O2消煮，奈氏比色法測(cè)定;全磷的測(cè)定采用H2SO4-H2O2消煮，釩鉬黃比色法測(cè)定;全鉀的測(cè)定采用H2SO4-H2O2消煮，火焰光度計(jì)法測(cè)定[12];有機(jī)碳采用直接測(cè)定法（灼燒法）[13];T值，為（終點(diǎn)C/N）/（初始C/N）。由于堆肥原料的不同，一些已達(dá)腐熟的堆料其碳氮比在8：[KG-*9]1～29：[KG-*9]1之間，相差很大，因而Hirai等建議采用利用最終堆肥的碳氮比與初始碳氮比的比值來(lái)評(píng)判堆肥腐熟的程度[14]。2結(jié)果與分析2.1腐熟楊樹(shù)皮物理性質(zhì)經(jīng)過(guò)70d的堆腐，各處理?xiàng)顦?shù)皮的物理性質(zhì)均發(fā)生較大變化，其容重、水氣比（持水孔隙與通氣孔隙之比）增大。由表4可知，各處理?xiàng)顦?shù)皮容重均在0.4～0.46g/cm3之間，沒(méi)有顯著性差異，較初始值均有所增大，其中粗粒徑楊樹(shù)皮容重增加幅度為154%，細(xì)粒徑容重增幅為69%。各處理?xiàng)顦?shù)皮總孔隙度均大于60%，M6的總孔隙度最小，為60.6%，M4的總孔隙最大，為69.2%。由于粗粒徑楊樹(shù)皮經(jīng)過(guò)堆腐處理后，大顆粒逐漸降解呈小顆粒狀，物料間空隙變小，造成了總孔隙度的下降，而細(xì)粒徑楊樹(shù)皮本身顆粒較小，堆肥化過(guò)程通氣孔隙不會(huì)有明顯的變化，持水孔隙增多使其總孔隙度增大。粒徑大小及微生物菌劑添加量對(duì)堆腐物最終孔隙度影響不顯著。各處理?xiàng)顦?shù)皮的水氣比均大于初始值，但各處理最終水氣比差異不顯著。M1的水氣比增幅最大，達(dá)到471%。2.2腐熟楊樹(shù)皮的化學(xué)性質(zhì)楊樹(shù)皮堆腐處理后，其化學(xué)性質(zhì)也發(fā)生了較大變化，EC值、全P、全K含量均高于初始值。粗粒徑楊樹(shù)皮的EC值在0.5～0.6ms/cm之間，顯著高于細(xì)粒徑楊樹(shù)皮的EC值;微生物菌劑添加量對(duì)粗粒徑楊樹(shù)皮最終EC值的影響不顯著，而對(duì)于細(xì)粒徑楊樹(shù)皮而言，添加1%微生物菌劑與添加0.3%、0.5%的2個(gè)處理均達(dá)到了顯著性差異。各處理初始pH中性偏酸，堆肥70d后，pH值高達(dá)8以上。由于有機(jī)質(zhì)不斷分解成CO2和H2O而散失，堆體的體積隨之減小，全P、全K因此被濃縮而含量有所增加[15]。粗粒徑楊樹(shù)皮堆體體積下降明顯，導(dǎo)致了養(yǎng)分被濃縮，腐熟程度更佳，所以粗粒徑楊樹(shù)皮的全P、全K含量均高于細(xì)粒徑楊樹(shù)皮，其中全K含量差異達(dá)到顯著水平（表5）。粗粒徑楊樹(shù)皮各處理的T值均小于0.7，其中M2的T值小于0.6，而細(xì)粒徑各處理的T值大于0.7，由此可見(jiàn)，粗粒徑楊樹(shù)皮基本達(dá)到了腐熟化標(biāo)準(zhǔn)，而細(xì)粒徑楊樹(shù)皮降解程度較低，沒(méi)有達(dá)到腐熟的標(biāo)準(zhǔn)。粒徑大小對(duì)T值的影響達(dá)到了顯著性水平（P<0.01），而微生物菌劑添加水平對(duì)影響T值差異不顯著。3討論栽培有機(jī)基質(zhì)一般起到支持錨定植物、保持水分、透氣、緩沖等作用，因此在選用有機(jī)基質(zhì)材料時(shí)應(yīng)從容重、總孔隙度、水氣比、pH、EC等方面考慮[16]，本文綜合了以上因素，并加入了能反映楊樹(shù)皮腐熟程度的T值及反映養(yǎng)分狀況的全P、全K含量，綜合分析了各處理的腐熟狀況及基質(zhì)化程度。栽培基質(zhì)的容重宜在0.1～0.8g/cm3之間[17]，過(guò)低對(duì)植物的固著力差，過(guò)高則會(huì)增加設(shè)施栽培的成本。栽培基質(zhì)材料往往面臨著容重過(guò)小的問(wèn)題，經(jīng)常需要添加黃沙、土壤等容重較大的材料才能錨定植物。楊樹(shù)皮經(jīng)過(guò)堆腐化處理后，容重均達(dá)到了0.4g/cm3以上?？紫抖戎苯佑绊懰趾涂諝獾暮浚亲钪匾睦砘再|(zhì)參數(shù)，一般來(lái)說(shuō)，基質(zhì)的總孔隙度在54%～96%范圍內(nèi)即可，適宜的基質(zhì)孔隙狀況能同時(shí)提供20%的空氣和20%～30%易利用水，水氣比在1.5～4范圍內(nèi)[17]。各處理?xiàng)顦?shù)皮經(jīng)過(guò)70d的堆腐，總孔隙度與通氣孔隙降低，而持水孔隙增加。謝兆森等利用木屑發(fā)酵腐熟，也得出了相同的變化規(guī)律[18]。雖然總孔隙度均達(dá)到理想栽培基質(zhì)的要求，然而水氣比仍低于理想栽培基質(zhì)要求，這說(shuō)明楊樹(shù)皮雖經(jīng)堆肥化處理，但孔隙仍較大，持水、保肥能力欠佳，不宜單獨(dú)作為栽培基質(zhì)使用。EC值是栽培基質(zhì)重要的化學(xué)性狀，表明基質(zhì)內(nèi)可電離鹽類的溶液濃度，反映了基質(zhì)中可溶性鹽分的多少，直接影響澆灌營(yíng)養(yǎng)液的平衡。李謙盛等經(jīng)過(guò)大量的植物栽培試驗(yàn)，獲得了EC值與植物生長(zhǎng)之間的關(guān)系（表6）[19]。由此可見(jiàn)，只有粗粒徑楊樹(shù)皮的EC值滿足要求，細(xì)粒徑均低于0.36ms/cm，在具體使用時(shí)，可以通過(guò)噴施肥料或營(yíng)養(yǎng)液提高基質(zhì)的可溶性鹽含量。張沛健等以桉樹(shù)皮及尿素為原料進(jìn)行堆肥實(shí)驗(yàn)，其EC值位于0.46～0.58ms/cm之間[5]，接近于粗粒徑楊樹(shù)皮的EC值。Cunha-Queda等研究認(rèn)為松樹(shù)皮堆腐物的EC值為0.22ms/cm，而桉樹(shù)皮的卻高達(dá)1.45ms/cm[20]。事實(shí)上，相較于闊葉樹(shù)種樹(shù)皮，針葉樹(shù)皮的可溶性鹽含量更低[21]。pH值直接影響著基質(zhì)養(yǎng)分的存在形態(tài)、轉(zhuǎn)化和有效性，是基質(zhì)肥力的重要因素之一。優(yōu)良基質(zhì)的酸堿性一般為中性偏酸較為適宜，基質(zhì)過(guò)酸（pH7.5）可能直接影響到植物根系的生長(zhǎng);可能會(huì)影響到營(yíng)養(yǎng)元素的平衡、穩(wěn)定性和對(duì)植物的有效性[22];當(dāng)有機(jī)基質(zhì)的pH值在5.5～7之間時(shí)，植物對(duì)P、K、Mg、Fe、B等元素的利用率達(dá)到最佳，隨著pH的升高或降低利用率大幅降低。然而，隨著堆腐進(jìn)行，各處理?xiàng)顦?shù)皮pH值呈升高趨勢(shì)，最后呈堿性，這與李艷霞等人的研究結(jié)果一致，即腐熟后的堆腐物呈弱堿性，一般pH值在8～9之間[23]。根據(jù)栽培植物對(duì)酸堿性的喜好，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)改良，一般可以添加硫酸亞鐵及酸性風(fēng)化煤以降低基質(zhì)pH值，同時(shí)改良基質(zhì)結(jié)構(gòu)。全P及全K含量反映了堆肥內(nèi)營(yíng)養(yǎng)元素的豐富程度，中國(guó)有機(jī)肥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定堆肥總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）含量應(yīng)大于4%（NY525-2002），各處理的總養(yǎng)分含量均不達(dá)標(biāo)。然而生產(chǎn)上對(duì)于栽培基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)元素含量并沒(méi)有做明確的要求，由于不同植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素種類、數(shù)量需求差異大;可以通過(guò)簡(jiǎn)單有效地方法改善基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀況，對(duì)植物生長(zhǎng)加以調(diào)控。未腐熟的堆肥會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性有害物質(zhì)如酚、單寧等，抑制植物生長(zhǎng)，因而評(píng)價(jià)各處理的腐熟度至關(guān)重要。C/N比是常用的堆肥腐熟度評(píng)價(jià)方法之一。趙由才認(rèn)為腐熟后的堆肥碳氮比應(yīng)該在16左右[24]。但由于堆肥原料的不同，一些已達(dá)腐熟的堆料其碳氮比相差很大，一般在8：[KG-*9]1～29：[KG-*9]1之間，因而本文使用T值作為堆肥腐熟標(biāo)準(zhǔn)，考慮到堆肥原料為難降解的植物性材料，當(dāng)T值在0.5～0.7時(shí)堆肥已腐熟[9]，由此可見(jiàn)，粗粒徑楊樹(shù)皮的腐熟效果優(yōu)于細(xì)粒徑楊樹(shù)皮。粗、細(xì)2種材料分別來(lái)自于楊樹(shù)表皮的不同部位，固有的理化性質(zhì)有所差異;粗粒徑楊樹(shù)皮堆體的孔隙度更大，通氣狀況優(yōu)于細(xì)粒徑楊樹(shù)皮堆體，因而好氧微生物活性更強(qiáng)，腐熟效果更佳。因而，細(xì)粒徑楊樹(shù)皮的翻堆周期過(guò)長(zhǎng)，堆體供氧量不足，降低了微生物的活性，今后可縮短翻堆周期以改善細(xì)粒徑楊樹(shù)皮的通氣狀況，理想的翻堆周期有待進(jìn)步研究。此外，本實(shí)驗(yàn)僅結(jié)合了大多數(shù)學(xué)者對(duì)理想栽培基質(zhì)理化指標(biāo)的探討結(jié)論，但由于不同植物對(duì)栽培基質(zhì)理化性質(zhì)的要求差別較大，因此今后需利用楊樹(shù)皮堆腐物進(jìn)行栽培試驗(yàn)，以探討其對(duì)特定植物的栽培效果。Reference[1]葉克林，王金林.人工林楊樹(shù)木材的加工利用[J].木材工業(yè)，2003，17（1）：7.[2]張英伯，魏舜明，周銀蓮，等.毛白楊樹(shù)皮的形成及其化學(xué)組成的研究[J].林業(yè)科學(xué)，1981（4）：351.[3]劉虎俊.NET系統(tǒng)和松樹(shù)皮基質(zhì)栽培對(duì)草莓干物質(zhì)積累的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2001，10（3）：70-73.[4]溫丹，鞏彪，郭紋秀，等.松杉樹(shù)皮和玉米秸稈堆肥對(duì)番茄根結(jié)線蟲(chóng)病的防治及土壤微生物的影響[J].中國(guó)蔬菜，2011（20）：39-44.[5]張沛健，彭彥，謝耀堅(jiān)，等.基于桉樹(shù)皮的有機(jī)基質(zhì)腐熟處理研究[J].熱帶作物學(xué)報(bào)，2011，32（3）：412-416.[6]王正奎，王莉瑋，喬俊婧，等.幾種農(nóng)家堆肥模式中的氮素與有機(jī)質(zhì)變化比較[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，36（2）：1.[7]BaringtonSF，MoueddebK，PorterB.Improvingsmall-scalecompostingofapplewaste[J].CanadianAgriculturalEngineering，1997，39（1）：9-16.[8]徐新銓.日本利用樹(shù)皮做堆肥[J].今日科技，1981（2）：23.[9]黃國(guó)峰，鐘流舉，張振鈿，等.有機(jī)固體廢棄物堆肥的物質(zhì)變化及腐熟度評(píng)價(jià)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，14（5）：813-818.[10]高粱.土壤簡(jiǎn)易理化分析方法[M].云南：云南人民出版社，1978.[11]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析（第三版）[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2008.[12]連兆煌.無(wú)土栽培原理與技術(shù)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1994.[13]徐朝堅(jiān).蘑菇堆肥中碳、氮測(cè)定法探討[J].食用菌，1980（01）：24-26.[14]HiraiM，ChanyasakV，KubotaH，etal.standardmeasurementforcompostmaturity[J].BioCycle，1983，24（6）：54-56.[15]EklindHYK.Compostingandstorageoforganichouseholdwastewithdifferentlitteramendments.Ⅱ：nitrogenturnoverandlosses[J].BioresourceTechnology，2000（74）：125-133.[16]索琳娜，金茂勇，張寶珠.農(nóng)林有機(jī)廢棄物生產(chǎn)花木栽培基質(zhì)技術(shù)和前景[J].北方園藝，2009（4）：108-112.[17]郭世榮.固體栽培基質(zhì)研究、開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005（12）：1-7.[18]謝兆森，吳曉