沉水植物堆肥可行性研究

程花等

摘要沉水植物近年來廣泛應(yīng)用于水質(zhì)凈化，其生物量迅速增加。為了解決其殘體問題，研究了6種沉水植物自身的理化性質(zhì)，包括質(zhì)地、含水率、酸堿度、有機質(zhì)和碳氮比，分析其進行好氧堆肥的可行性，提出了水生植物好氧堆肥需要解決的問題，并對其堆肥前景進行了展望。

關(guān)鍵詞沉水植物；好氧堆肥；理化性質(zhì)；可行性

中圖分類號S141.4文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）29-258-02

沉水植物是整個植物體沉沒在水下的植物類群，屬于大型草本植物。太湖流域是我國著名的魚米之鄉(xiāng)，在我國經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展中處于重要的戰(zhàn)略地位。人類的生產(chǎn)生活活動使大量的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活廢棄物排入水中，嚴重污染水源。長期以來，黨中央國務(wù)院和流域內(nèi)的地方政府都高度重視太湖流域水環(huán)境的治理。高效、安全的處理方式是治理太湖水環(huán)境的首要考慮條件。自20世紀70年代開始，水生植物的水體凈化及治污能力受到了人們的極大關(guān)注。沉水植物是水生植物的重要組成部分，是水體生態(tài)系統(tǒng)中主要的初級生產(chǎn)者，其通過增加空間生態(tài)位、抑制生物性和非生物性懸浮物、改善水下光照和溶解氧條件，為形成復(fù)雜的食物鏈提供了食物、場所和其他必要條件，且其不僅能夠?qū)λw和底泥中的氮磷和難降解有機污染物進行吸收、轉(zhuǎn)化、合成自身物質(zhì)，對富營養(yǎng)化的水體起到凈化作用，而且還能調(diào)節(jié)水生生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)速度，增加水體生物多樣性，控制藻類生長，從而有效提高水質(zhì)，改善水體環(huán)境[5-7]。因此，近年來沉水植物生態(tài)修復(fù)被廣泛應(yīng)用。

目前，沉水植物的生態(tài)修復(fù)工程主要是依靠政府撥款運行。為了改變現(xiàn)狀，擬開發(fā)具有自我造血功能的生態(tài)修復(fù)工程體系，探索沉水植物堆肥資源化利用的經(jīng)濟補償模式。迄今為止，鮮少有沉水植物堆肥情況的報道，報道最多的是水葫蘆堆肥的情況。因此，筆者意在根據(jù)幾種常見沉水植物基本理化性質(zhì)的情況，探究其堆肥的可行性。

1基于基本理化性質(zhì)的幾種典型沉水植物堆肥可行性研究

試驗材料取自無錫市太湖東部的貢湖灣，選取了貢湖灣春夏季節(jié)比較常見的6種沉水植物：馬來眼子菜（Potamogeton wrightii Morong）、篦齒眼子菜（Potamogeton pectinatus）、微齒眼子菜（Potamogeton maackianus）、穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum）、金魚藻（Ceratophyllum demersum）、菹草（Potamogeton crispus）。對各沉水植物多次取樣，測定其基本理化性質(zhì)，研究并分析植物體纖維質(zhì)地、含水率、酸堿度、總養(yǎng)分及有機質(zhì)的含量，為堆肥可行性判斷提供理論依據(jù)。

1.1纖維質(zhì)地

通過目測、觸摸和研磨等方法判斷以上沉水植物的質(zhì)地情況。發(fā)現(xiàn)馬來眼子菜、微齒眼子菜及菹草質(zhì)地比較接近，纖維含量比較高，用研缽研磨時比較困難，而金魚藻、穗花狐尾藻和篦齒眼子菜則相對質(zhì)地柔軟，纖維含量低。就堆肥而言，前3種沉水植物有利于堆體的通風供養(yǎng)，后3種沉水植物則更易腐熟。

1.2含水率

在堆肥工藝中，堆肥原料的含水率對發(fā)酵過程影響很大。水的作用：一是溶解有機物，參與微生物的新陳代謝；二是可以調(diào)節(jié)堆肥溫度，當溫度過高時可通過水分的蒸發(fā)，帶走一部分熱量。水分太低妨礙微生物的繁殖，使分解速度緩慢，甚至導(dǎo)致分解反應(yīng)停止。水分過高則會導(dǎo)致原料內(nèi)部空隙被水充滿，使空氣量減少，造成向有機物供氧不足，形成厭氧狀態(tài)。同時因過多的水分蒸發(fā)而帶走大部分熱量，使堆肥過程達不到要求的高溫階段，抑制了高溫菌的降解活性，最終影響堆肥的效果。試驗測得，6種沉水植物的含水率

分別為：馬來眼子菜84.45%、篦齒眼子菜90.19%、微齒眼子菜85.92%、穗花狐尾藻88.62%、金魚藻92.49%、菹草90.21%，

均在95%以上。

可見，由于沉水植物整株生活在水下，其含水率相當高。實踐表明，一般堆肥的最適初始含水率在60%～70%。翟紅等研究了不同初始含水率對沼渣和秸稈混合堆肥的影響，研究建議沼渣與稻草混合堆肥的初始含水率宜采用70%。鑒于沉水植物的高含水率，如果要將其堆肥，首先需要降低或者調(diào)節(jié)其含水率。

1.3有機質(zhì)

沉水植物的有機質(zhì)是指存在于植物體中所有含碳的有機物質(zhì)，又稱植物腐殖質(zhì)。堆肥過程中，有機質(zhì)給微生物提供維持生命的碳源，故一般堆肥對有機質(zhì)的含量有要求，如果含量過低，則堆肥不能順利進行。

試驗測得6種沉水植物有機質(zhì)含量分別為：

馬來眼子菜80.08%、篦齒眼子菜82.06%、微齒眼子菜95.26%、穗花狐尾藻61.75%、金魚藻73.15%、菹草49.46%。

可見，眼子菜類有機質(zhì)含量最高，菹草含量最低。總體看來，該6種植物的有機質(zhì)含量均在40%以上。研究表明，高溫好氧堆肥過程中，最適宜的有機物含量變化范圍為20%～80%，太大太小都不合適。

當有機質(zhì)含量<20%時，不能產(chǎn)生足夠的熱量來維持堆肥過程所需要的溫度，影響無害化處理。同時，有機質(zhì)含量過低，還限制堆肥微生物的生長繁殖，最終導(dǎo)致堆肥工藝失敗。

當有機質(zhì)含量>80%時，因為此時對通風量的要求很高，往往達不到完全好氧而產(chǎn)生惡臭，也不能使好氧堆肥工藝順利進行。以往實踐證明，在堆肥過程中，需要適量的無機物等增大堆肥的孔隙率，為通風供養(yǎng)提供環(huán)境。

1.4酸堿度

堆肥化過程主要是在人工控制的條件下，依靠自然界中廣泛分布的細菌、放線菌、真菌等微生物，人為地促進可生物降解的有機物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的微生物學(xué)過程。而pH是微生物生長的一個重要的環(huán)境條件，適宜的pH可以增加微生物的活性，使其有效地發(fā)揮作用。王飛等研究了初始pH對豬糞堆肥的影響，其得出結(jié)論，對于豬糞堆肥，其初始pH控制在6.33比較合適，而以往實踐也證明，堆肥的最適pH為6.5～7.5。

為了了解植物體系的大致酸堿度情況，筆者對植物體的pH進行了測定。測定方法有兩種，一是測定植物體鮮樣，一是測定烘干樣，試驗數(shù)據(jù)見表1。由表1可知，該6種沉水植物的干樣比鮮樣pH要低，變化范圍在0.4±0.07，所有沉水植物的酸堿度大致在6～8之間，偏于中性，易于微生物生長。

碳氮比是判斷堆肥原料適合與否的最重要的一個因素。有機物被微生物分解的速度隨著碳氮比的變化而變化，碳氮比的范圍越接近微生物自身的碳氮比，其分解的效率越高。若碳氮比過低，微生物生長繁殖所需的能量來源受到限制，發(fā)酵溫度上升緩慢，氮過量并以氨氣的形式釋放，有機氮損失大，還會散發(fā)難聞的氣味；碳氮比過高，微生物生長繁殖所需要的氮素來源受限，微生物繁殖速度低，有機物分解速度慢，發(fā)酵時間長，有機原料損失大，同時，堆肥的產(chǎn)品也會碳氮比過高。這樣的肥料施用于田地，會造成土壤缺氮。微生物自身的碳氮比一般在10～25之間。

表2為實驗室測得的6種植物的碳氮比，總有機碳含量與于建光等測得的水葫蘆的有機碳含量范圍相當，總氮含量與郝貝貝等測得的云南高原湖泊中沉水植物的總氮含量相當。由此可知，沉水植物的碳氮比均比較高，碳源充足，氮素缺乏。其中馬來眼子菜和金魚藻的碳氮比最高，達到200以上，其余4種植物碳氮比在150左右。

2結(jié)論與展望

2.1沉水植物堆肥可行性

目前，研究沉水植物堆肥的文獻比較少見。但是鑒于沉水植物的高有機質(zhì)含量，并參照水葫蘆堆肥的研究，以及其自身的理化性質(zhì)表明，沉水植物進行堆肥是可行的。但是為了達到好的堆肥效果，在堆肥前期還需要對沉水植物進行預(yù)處理。

2.2沉水植物堆肥需要進行的預(yù)處理

沉水植物堆肥需要解決兩大問題，一是含水率；二是碳氮比。沉水植物的含水率均在85%以上，有機質(zhì)含量在50%以上，則其堆肥最適含水率為60%～70%左右。如何有效降低植物含水率，是當前許多學(xué)者研究的問題。江蘇省農(nóng)科院杜靜等自主研發(fā)了SHJ～400型水葫蘆固液分離機，能夠?qū)⑺J粉碎并降低含水率至80%[15]；王巖等首次將滾輪式壓榨機應(yīng)用于水葫蘆脫水，經(jīng)過3次碾壓后，水葫蘆渣的含水率為65%～68%[16]。沉水植物在脫水時可以參考水葫蘆脫水的方法降低其含水率。

試驗測得，沉水植物的碳氮比都比較高，碳源充足，而氮素相對缺少。為了達到堆肥最適的碳氮比，需要進行調(diào)節(jié)。一般用于補充氮素的原料有畜禽糞便、河道底泥、市政污泥等。陸偉東等利用水葫蘆與豬糞混合堆肥[17]，王麗芬等利用水葫蘆與污泥混合堆肥[18]，均取得了不錯的堆肥效果。

除了含水率和碳氮比以外，原料的顆粒度對堆肥也有影響，所以在堆肥前需要對沉水植物進行破碎；沉水植物的pH在中性左右，一般無需調(diào)節(jié)。根據(jù)沉水植物的基本性質(zhì)，為了增強通風的效果，保證好氧堆肥的充足供養(yǎng)，除了曝氣外，還可以添加木屑、菌菇渣之類的輔料，使堆肥原料疏松多孔。

2.3沉水植物堆肥的前景

我國堆肥市場的需求大，從農(nóng)田、花卉到苗木都需要堆肥基質(zhì)。近年來，關(guān)于水生植物凈化水質(zhì)的研究越來越受國內(nèi)外學(xué)者的青睞，沉水植物作為水生植物中處理效果最好的，其使用量必然逐步增加。隨著沉水植物產(chǎn)量的增加，其殘體的處理是必須要考慮的問題。而堆肥為有機植物體的資源化、無害化提供了出路，且堆肥技術(shù)成熟，工藝簡單，堆肥產(chǎn)品可以產(chǎn)生經(jīng)濟效益，無二次污染。

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