園林植物廢棄物好氧堆肥的研究

彭牡丹，翟曉峰，李詩剛，張 英，嚴建平，王 慧，劉嘉俊，李化山，葉宇軒

(深圳市鐵漢生態環境股份有限公司，廣東深圳518040)

1 引言

經濟的快速發展導致人類不合理消費的現象日漸嚴重，有機固體廢棄物的產生量呈現逐年增加的趨勢［1］。據2006年統計資料顯示，我國有機固體廢棄物的年產量約占全世界產量的30%左右，并以10%的速度增加。傳統的有機固廢處理方式在解決空間占用問題的同時，產生了更大的環境問題——空氣污染，有機固體廢棄物的正確處理已成為一個世界性難題［2］。

隨著我國城市化進程的加快，城市綠化覆蓋率不斷上升，城市綠地面積不斷擴大。從綠化面積的不斷增加和綠化投資規模的不斷加大，隨之而來的園林植物廢棄物如枯枝落葉、樹枝修剪物、草坪修剪物、雜草、種子和殘花等的量也越來越大。如北京市2005年年產園林綠化廢棄物約195萬 t;2006年年產園林綠化廢棄物約204萬t;2007年年產園林綠化廢棄物約236萬 t。據《2010～2015年中國化肥市場投資分析及前景預測報告》顯示，農業化肥污染是世界上最大的污染之一［3］，由于長期施用化肥，我國的東北黑土區已從開始的富含有機質土壤轉變為有機質貧瘠土壤。而且，由于傳統化肥的濫用，現在我國大約有1/6的耕地已受到重金屬污染，污染土壤面積高達2000萬 hm2以上。一方面隨著城市綠化面積增大，綠化投資規模增加必然使產生的綠化植物廢棄物增多，另一方面土壤的貧瘠化需要大量的有機肥［4］?？梢姡参飶U棄物堆肥是填埋和焚燒等處理方式中兼具生態效益、社會效益和經濟效益的處理方式，符合循環經濟和節能減排的要求。

堆肥處理過程實質上是微生物分解有機物的作用過程［5］，在微生物分泌酶的作用下，把有機物降解并進一步轉化成腐殖質［6］，根據反應過程對氧氣量需求的不同，常將堆肥分為好氧和厭氧堆肥兩種［7～10］。好氧堆肥是使有機固體廢棄物在有氧條件下利用好氧微生物的作用達到有機物分解、腐殖質形成、無害化，轉變為有利于土壤性狀改良并對作物生長有益和容易吸收利用的有機肥的方法;厭氧堆肥是使有機固體廢棄物在厭氧條件下利用厭氧微生物的作用達到穩定化并得到有利用價值的產物。由于高溫堆肥可以最大限度的殺滅病原菌，同時對有機質的降解速度快，因此稱為現階段應用最為廣泛的堆肥方法，好氧堆肥微生物發酵技術也是最前沿的堆肥發酵技術。

2 材料和方法

2.1 材料

堆肥原料為深圳市園林植物廢棄物。EM菌液為日本進口。BEST公司的TM秸稈腐熟劑購自BEST公司，大華酵素菌購自淘寶，未知混料為不同堆肥產品的混合物。

2.2 試驗設計

2.2.1 不同菌劑對堆肥升溫的影響

試驗加對照共5個處理(表1)，原料為25 kg小試堆體。處理4為多溫度階段加菌處理，高溫階段及低溫階段。

表1 不同菌劑添加情況

2.2.2 TM及多階段加菌對堆肥的影響

將復合菌劑進行添加BEST秸稈腐熟劑(TM)與不添加BEST秸稈腐熟劑的相關對照試驗(表2)。原料25 kg+100 mL菌液+100g尿素+2 mLTM+100 mL營養劑。

表2 TM及多階段加菌處理

2.2.3 園林植物廢棄物制堆方法及腐熟測定方法

稱取園林植物廢棄物750 kg，加入尿素0.5%，翻混制成堆高1m、頂部削平的發酵堆。用表頭式溫度計從發酵堆頂部垂直插入，深度30 cm，每天定時(上午9:00與下午5:00)測定堆溫兩次，測完溫度后均勻翻堆，翻堆后堆制成原形狀，再用三色油布蓋住。前一個星期每隔一天給條垛灑水，保持含水率在60%左右。每5d定時采樣一次，采樣方法:沿堆頂垂直切成剖面，取堆中20～30 cm堆層物料500 g，冷藏，待分析測定用。種子發芽率測定:新鮮堆肥樣品用去離子水按土水比1∶10(以干質量計)浸提1 h后，培養皿內墊1張濾紙，均勻放入10顆種子，加入以上浸提濾液5 mL，在25℃黑暗的培養箱中培養48 h后，計算發芽率每個樣品做3個重復，同時以去離子水作空白試驗。

3 結果與分析

3.1 不同菌劑對堆肥的影響

由圖1可知，無論是哪種菌劑處理，觀察堆肥整體的溫度趨勢，有一大一小兩個起降溫階段，處理1、2、4在堆肥開始后的4 d，溫度持續升高，處理3相對升溫較慢，在第4 d時溫度達到最大，對比處理1與2可知處理1升溫速度比2快，綜合說來，大華酵素菌升溫效果比EM菌液更好，而未知混料的添加對堆肥的整體效果平平，雖比對照的升溫效果好，但是仍比不上大華酵素菌和EM菌液。

圖1 不同處理對堆肥溫度的影響

圖2為5個處理在堆肥前兩個星期的pH值變化，由圖可知，處理1、2、3、4整體的pH值值在前4d都處于快速上升階段，然后趨向于平衡，對照處理5的pH值上升速度緩慢，可能因為沒有加菌劑，因此發酵相對于加了菌劑的滾筒要緩慢。但是在第5 d進行曝氣時，堆體溫度驟降，停止曝氣溫度回升，由于園林植物廢棄物原料本身孔隙度較大，散熱較快，因此曝氣或者翻堆次數不宜太多，5～6 d翻一次較合適。

圖2 不同處理對堆肥pH值的影響

圖3 不同條件對滾筒堆肥溫度的影響

圖4為滾筒堆肥三個處理的pH值變化，因滾筒翻堆次數較多，pH值波動也比較大，處理1和2添加TM發酵，pH值整體高于不添加TM的處理3，對比溫度變化圖看來，添加TM腐熟劑一定程度激活混合菌劑的活躍性，促進了堆肥的發酵過程。處理1后期采取滾筒加熱的方式促進發酵腐熟，最后的pH值相對處理2處理3下降較快，而且腐熟料的pH值在3個處理中達到最低，更利于有機肥的形成。

圖4 不同條件對滾筒堆肥pH值的影響

圖5為滾筒堆肥含水率的變化，前一個星期是高溫發酵階段，含水率下降速度較快，之后的發酵溫度基本處在50～40℃左右，因此含水率相對于前期較慢。處理1在后期加溫階段含水率下降較快。

圖5 不同條件對滾筒堆肥含水率的影響

3.2 TM及多條件控制對滾筒堆肥的影響

由圖3可知，處理2不僅升溫比處理3快，而且溫度也比處理3高，可見TM腐熟劑對于激活堆肥中微生物確實有一定的作用，但同時保溫效果沒有不加TM的處理好，有利有弊。滾筒1采用加熱以及曝氣等附加處理，令微生物活躍度大大高于不加熱曝氣的其它對照，

3.3 園林植物廢棄物大垛堆肥溫度含水率及pH值的變化

由圖6可知，大垛堆體升溫非?？欤? d即可達到70℃高溫，但因太高溫度不利于微生物發酵，所以該高溫階段勤翻堆，并且多灑水，保證含水率，從而令溫度保持在60℃以上長達12 d。不同于小堆體和滾筒發酵，大垛堆肥降溫非常緩慢，而且翻堆以后用三色油布覆蓋能一定程度保證堆體內外溫度的均衡，55℃以上的堆肥溫度持續了20 d左右，充分殺害病蟲害及蟲卵。

圖6 大垛堆肥的溫度變化

由圖7可知條剁自然堆肥的含水率是整體呈下降趨勢的，在前兩個星期中，為了延長高溫期的持續時間，通過灑水保持含水率在50%以上，不再進行水分補充后，堆體含水率降低速率大大增加，在一個月以后基本達到平衡，含水率保持在35%左右。

圖7 大垛堆肥含水率的變化

由圖8可知，前期堆體迅速升溫，高溫階段pH值都處于9.0以上，溫度降下來以后微生物群落更加活躍，微生物活動會產酸，因此pH值開始迅速下降，在25 d后降至最低，雖然之后仍有波動，但基本趨于平衡。

圖8 大垛堆肥pH值的變化

3.4 發芽率檢測

大堆發酵15d以后，對照的種子發芽率為40%，發酵料浸提液發芽率為60%。大堆發酵30d以后，種子在25℃暗處培養48 h，對照的種子發芽率為60%，發酵料浸提液發芽率為90%。與15 d的種子發芽情況對比可以發現，堆肥30 d的種子發芽根長都達到了3 cm以上，而堆肥15 d的種子發芽根長普遍為1～2 cm，可見30 d堆肥原料已完全腐熟，可用于栽培基質或者土壤改良劑等方面。

4 結語

因園林植物廢棄物原料木質素及纖維素含量較高，木質素結構復雜難以分解，所以園林植物廢棄物堆肥一直存在周期長，腐熟不完全的問題。本研究從基礎上得到了好氧堆肥中溫度、pH值和含水率的變化過程，為加速堆肥及保護堆肥產品養分方面有一定的作用。工藝參數得到好的控制，堆肥才能有效有序進行，對比發酵后發現，微生物對堆肥有一定的促進作用，但不同的原料應選用合適的發酵菌劑，研究能針對性地降解園林植物廢棄物的復合型菌劑很有必要。

［1］馮 宏，李華興.菌劑對堆肥的作用及其應用［J］.生態環境，2004，13(3):439 ～441.

［2］張 強，孫向陽.調節C/N及添加菌劑與木酢液對園林綠化廢棄物堆肥效果的影響［J］.植物營養與肥料學報，2012，18(4):990～998.

［3］黃丹蓮，曾光明，黃國和，等.白腐真菌的研究現狀及其在堆肥中的應用展望［J］.微生物學通報，2004，31(2):112 ～116.

［4］Xu Z，Tang L，Li S M，et al.Effects of two microbial agents on high temperature composting of passion fruit marc.Chinese Journal of Applied Ecology，2007，18(6):1270 ～1274.

［5］邱向陽，陸文靜，王洪濤，等.蔬菜一花卉秸稈混合聯合堆肥性狀表征及纖維素分解菌群選育研究［J］.北京大學學報:自然科學版，2003，39(2):254 ～261.

［6］王玉萬，徐文玉.木質纖維素基質發酵物中半纖維素、纖維素和木質素的定量分析程序［J］.微生物學通報，1987，13(2):82 ～84.

［7］張永華.有機肥在農業生產中的應用［J］.河北農業科學，201l，15(3):54～56.

［8］李濟宸，李 群.有機物料腐熟劑及其使用技術［J］.科學種養，2010(5):5～7.

［9］張余莽，周海軍，張景野，等.生物有機肥的研究進展［J］.吉林農業科學，2010，35(3):37 ～40.

［10］吳 峰，葉江平.有機物料腐熟劑對堆肥發酵過程中微生物菌群的影響［J］.熱帶作物學報，2013，34(11):2122 ～2126.