蔬菜廢棄物好氧堆肥的試驗研究

武漢市農科院農業機械化科學研究所 張唐娟 張俊峰

蔬菜是人們生活的必需品，隨著我國實施“菜籃子”工程以及農業產業結構的調整和生活水平的提高，蔬菜產業得到長足的發展，然而中國每年蔬菜廢棄物產量高達1億t以上[1]。根據武漢市農業局的統計數據，2012年武漢市蔬菜種植面積達247萬畝（1hm2=15畝），產量達670萬t，在全國36個大城市中排第2位。武漢市“7萬畝”設施蔬菜基地項目的實施，必將大面積種植蔬菜作物。然而蔬菜種植業在豐富市民菜籃子的同時也產生大量的廢棄物，胡國平[2]調查顯示，蔬菜種植過程中，隨著品種的差異會產生32%～66%的剩余物，限制了該產業的健康發展。

蔬菜廢棄物具有特殊的理化性質，低C/N，高含水率，高氨含量，還可能含有殘留農藥等污染物，因此蔬菜廢棄物利用技術至今沒有突破[3]。大量堆積在田間地頭，影響了資源的有效利用，造成環境污染，還帶來病蟲害等方面的問題。

為促進蔬菜廢棄物的資源化利用，以武漢市黃陂區盛產作物薯尖秧和毛豆秸稈為主要原料，研究菌劑的添加比例及滲流對蔬菜廢棄物好氧堆肥的影響，旨在尋求簡便低耗的處理方式，為蔬菜廢棄物的資源化利用提供理論依據。

1 試驗材料與方法

1.1 堆肥試驗

試驗材料包括主料和輔料，主料為新鮮薯尖秧、毛豆秸稈，主要為同一季節產生的廢棄物，輔料為干玉米秸稈，用于調節有機堆料的含水率，添加劑為酵素菌。試驗材料均取自武漢市農科院武湖基地。

試驗場地選擇農機所武湖基地室外通風良好，地勢稍高且地形平坦處，試驗裝置是長×寬×高為85×85×80 cm的堆肥箱，容積為440 L，箱體底部露空，四周均勻布置有通風孔。

1.2 試驗方法

試驗開始前，將試驗材料用粉碎機切碎至5 cm以下的小段，按原料配比調節初始含水率至65%左右，將物料裝入堆肥箱，每箱重量約為100 kg，即裝滿堆肥箱。選用發酵物料均為毛豆秸稈45 kg新鮮薯尖45 kg干玉米秸稈10 k g，設置4個處理，處理A為發酵物料（CK）；處理B為發酵物料0.5%酵素菌；處理C為發酵物料1%酵素菌；處理D為發酵物料0.5%酵素菌+滲流（滲流處理即對發酵裝置底部添加支架設計，支架的濾板上均勻分布小孔，便于滲濾液收集）。

堆肥主發酵共進行20 d，分別在堆肥第1、5、11、20 d取樣。當堆肥主發酵完成后，出料，將發酵原料拖至大棚內，堆成約50 cm厚的堆體進行2次發酵30 d。

溫度采用TP3001型筆試溫度計測試堆體中部上表面以下15 cm處溫度，每天15∶00記錄各堆體溫度及環境溫度。含水率烘箱105℃烘干法測定。PH值和EC采用水樣質量比為10：1，電極法測定。驗證試驗采用小白菜盆栽試驗進行。

2 結果與分析

2.1 發酵過程中溫度變化分析

圖1 不同處理組溫度的變化曲線

溫度是判斷堆體達到無害化要求的重要依據，也反映了發酵過程中的微生物活性。微生物分解有機物釋放熱量而使得物料溫度上升。

從圖1溫度變化可知，發酵開始后，所有處理的溫度都迅速升高并在第2d進入高溫分解階段（＞50℃），堆體大于50℃的高溫持續時間分別為：處理A在2～11d共10d，處理B在2～13d共12d、處理C在2～14d共13d、處理D在2～12d共11d，滿足堆溫達到50～55℃以上并持續5～7d的滅菌標準（GB7959-87），堆肥升溫期較短，其中酵素菌的添加不影響堆體的升溫速率，堆體快速升溫的主要原因一方面是堆體初始含水率調節至65%左右，是微生物生長適宜的水分條件；另一方面是因為堆體的初始通氣性較好，微生物的活性較高。4個處理高溫維持時間差異不大，相比較而言，添加酵素菌較對照能延長高溫期，滲流處理縮短了高溫期。處理A、B、C、D均出現了70℃以上的較高溫度，維持時間分別為1d、3d、3d、1d。20d的主發酵結束后，堆料溫度均趨近于環境溫度，且不超過40℃。

2.2 發酵過程中含水率變化分析

圖2 不同處理組含水率的變化曲線

微生物能否在堆體物料上生長與活性大小及含水率有關。一般而言，適合好氧微生物生長及有機物質降解的堆體含水率在55%～70%。

新鮮薯尖含水率較高（本實驗中薯尖含水率為84.76%），新鮮毛豆秸稈含水率為56.43%，若將薯尖與毛豆秸稈以相同的比例混合，則含水率仍高于70%，實際生產中為了不增加原材料處理成本，利用干物料毛豆秸稈作為調理料調整初始含水率和孔隙度。含水率變化見圖2。經過調理料調節后堆體的實測初始含水率為65.45%。在堆肥所需的適宜含水率范圍內，但隨著堆肥過程的進行，含水率不斷下降，各處理含水率的降幅：A為10.56%、B為36.44%、C為63.26%、D為57.81%。降幅比較為：處理C＞處理D＞處理B＞處理A，添加酵素菌能明顯降低物料的含水率，主發酵完成后的產品含水率分別為58.54%，41.59%，24.04%，27.61%，在酵素菌添加量相同的條件下，滲流能顯著地降低水分含量。

理論上希望堆肥主發酵期間含水率維持在55%～70%之間[4]。本試驗中堆體含水率降幅較大的原因有3個方面：（1）堆肥在室外通風處進行，且堆肥箱表面均勻分布通風孔，水分蒸發速率高。（2）由于堆體內溫度與外界溫差大，溫度壓差高，使水分蒸發推動力高，而高溫形成了物料烘干效應。（3）酵素菌能明顯降低物料含水率的作用。

2.3 發酵過程中PH值變化分析

圖3 不同處理組PH值的變化曲線

試驗中物料沒有進行初始PH值調節，如圖3所示，堆體初期PH值為6.9，滿足一般微生物生長適宜的PH值為中性的條件。PH值在發酵過程中整體呈升高的趨勢，主發酵前12d，PH值上升較快，由于實驗開始時微生物活動較高，分解有機氮產生大量氨氮。通過與堆體溫度曲線的比較，在此段時間，溫度一直維持在50℃以上的高溫，即溫度變化與PH值呈現正相關。比較PH值升高率可知處理A＞處理B＞處理D＞處理C，添加酵素菌及滲流可降低氨氮的產生量，抑制PH值的急劇升高，理論上可以儲存發酵物料較高的氮素營養。由于本實驗中未進行翻堆及強制通風處理，氨氮無法以氣體的形式向外界擴散，堆制后期，PH值較穩定，即物料不再釋放氨氮，微生物的活性降低，此時堆體溫度逐漸趨向環境溫度。

2.4 發酵過程中EC值變化分析

圖4 不同處理組EC值的變化曲線

電導率（EC）反映了物料浸體液中的含鹽量，是對作物產生毒害作用的重要因素之一。本實驗好氧處理初期EC值先升高后下降（圖4），后期較為平緩，4個處理最終EC值差距較大，比較可知：處理A＞處理B＞處理D＞處理C，處理C對作物的毒害作用最小，其EC值也達到了2.9ms/cm，而作物生長安全EC值為2.6ms/cm[5]，因此，蔬菜廢棄物雖然經歷了1次高溫殺菌主發酵過程，仍不適宜于直接栽培作物。2次發酵結束后測試4個處理EC值分別為2.39、2.52、1.55、2.33ms/cm。EC值在后處理中下降較多，均小于對種子發芽產生抑制作用的電導率值。

2.5 出料樣品特性

表1 主發酵過程堆料重量變化

堆肥結束后，4個處理中部均有白色菌絲出現，即均出現缺氧狀態，僅依靠外界風力通過裝置外表面的通風孔向物料內提供氧氣，不能完全實現堆料的供氧需求。應增設強制通風或者翻堆處理方式。

由表1可知所有處理均實現了體積與重量的下降，處理A堆料體積下降最高，其總重降低較少，壓實情況較嚴重。堆體上表面有少量果蠅存活。添加酵素菌處理體積降低減少，減重率增加，由堆料的體積和重量推斷堆料的空隙度為：處理C＞處理B（處理D）＞處理A。

2.6 盆栽試驗

利用2次發酵30d后的物料進行以下設計：

栽培筐尺寸為長41 cm，寬28 cm，高17 cm，由于土質較重，有機肥較輕，全有機肥處理每筐約加料重4.5 kg，對照全土壤處理每筐加土約17 kg。A1、B1、C1、D1分別為全有機肥A、B、C、D處理，記為處理Ⅰ，A2、B2、C2、D2均使用有機肥作為底肥，施于土壤下，復合肥與上部土壤均勻混合，記為處理Ⅱ。CK1為對照，不加任何有機肥和肥料的土壤。CK2為復合肥與土壤均勻混合。

盆栽試驗在單棟大棚內進行，試驗作物為小白菜，挑選活力旺盛，長勢一致（約5片真葉）的小白菜苗，每盆移栽6株，根據生長需要控制適宜的水分條件。

栽培試驗于4周后結束，測生長指標：葉片數、根長、毛重。葉片數是衡量小白菜長勢的重要指標，葉片數越多，作物產量就越大；根系長度，可以衡量作物在土壤中對營養元素吸收的活躍狀態，須根系越發達，則表明土壤越疏松，越有利于作物對營養元素的吸收，可以衡量施肥對土壤物理性狀的改良狀況；毛重即總鮮物重，包括地上可食用部分和地下根系重量，表征光合作用總積累量。

表2 不同配比下小白菜栽培4周后的葉片數

由結果可知，添加復合肥處理小白菜生長中較多出現葉片干枯及死株現象，長勢較差，考慮為復合肥添加量過多，或直接與土壤混合施用對葉片有燒傷現象。直接施用有機肥種植小白菜，4周后作物僅C1有一株枯死，其余均成活，由于有機肥孔隙度大，容重較輕，故有機肥種植處理可明顯促進植株根系生長（圖5）。

圖5 小白菜根系生長情況（左為有機肥栽培，右為土壤栽培）

處理Ⅱ中4個處理均將有機肥放置在土壤以下，而小白菜根系生長較短，未接觸有機肥，故處理Ⅱ與CK2生長情況類似。

處理Ⅰ植株毛重分別為19.714 g、67.642 g、44.649 g、62.335 g，而CK植株毛重為88.781 g，處理Ⅰ分別是對照的22.2%、76.2%、50.3%、70.2%，處理A1生長較差，處理B1、C1、D1基本實現無害化，植株生長情況為處理B1、D1>處理C1>處理A1，添加酵素菌為0.5%時，小白菜生長最好。

3 結論與分析

蔬菜廢棄物好氧發酵處理均能達到GB7959-87規定的高溫滅菌標準，含水率在主發酵期間均呈現不斷降低趨勢，PH值不斷升高，添加酵素菌及滲流均能明顯降低物料的含水率，降低氨氮的產生量，抑制PH值的急劇升高，理論上可以儲存發酵物料較高的氮素營養。2次發酵能顯著降低EC值對作物生長的影響。

盆栽試驗表明，2次發酵45天后，添加酵素菌處理堆料基本實現無害化，作為有機肥種植作物時，可調節堆料的孔隙度，利于根系的生長。

[1]孫永明，李國學，張夫道，等．中國農業廢棄物資源化現狀與發展戰略[J]．農業工程學報，2005，21（8）：169-173．

[2]胡國平．“高原夏菜”剩余物資源狀況及其還田效應[D]．甘肅：蘭州大學碩士學位論文，2012．

[3]Manuel J.Fernandez-Gomez，Esperanza Romeroa and Rogel io Nogalesa.Feasibi l ity of vermi compost ing for vegetable greenhouse waster ecycl ing.biore source Technology，2010，24(101):9654-9660.

[4]袁巧霞，田純焱，陳鋼，等．調理料對豬糞好氧堆肥特性的影響試驗[J].農業工程學報，2012，43（1）：108-114．

[5]李冬梅，魏珉，張海森，等．氮磷鉀不同用量及配比對日光溫室黃瓜產量和品質的影響.中國農學通報，2005，21（7）：262-265．