添加菌劑和不同C/N對葡萄枝條堆肥效果的影響

次仁吉保 趙聯芳 王成

摘要[目的]探究葡萄冬剪枝條資源再利用。[方法]采用好氧堆肥技術，將葡萄冬剪碎枝條與鮮雞糞按不同比例混合進行堆肥處理，研究添加菌劑及雞糞量對葡萄枝條堆肥進程及腐熟效果的影響。[結果]各處理中葡萄碎枝條與鮮雞糞1：1比例混合、添加菌劑的處理4堆肥效果最好。在堆肥過程中，其溫度能夠在3d內上升至50 ℃以上，并能持續22 d以上的堆肥高溫期，能夠有效的殺菌及降解難降解有機物。在堆肥40d時，其種子發芽率為88.2%，C/N降為18.01，總養分含量為4.85%。[結論]該研究將葡萄冬剪枝條堆肥化處理，對葡萄產業循環經濟中實現減量、再利用和再循環具有重要意義。

關鍵詞冬剪枝條;雞糞;堆肥;資源再利用

中圖分類號S141.4文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2019）02-0071-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.02.021

近年來，我國居民對葡萄酒的需求日益增加，致使葡萄種植面積急劇增加。據2016年葡萄與葡萄酒組織發布的最新行業統計，2000—2015年內，我國占全世界葡萄園面積從4%上升到11%，截至2015年我國的葡萄種植面積增長到83萬hm2。葡萄果樹因其自身生長需求需要修剪枝條，每年冬季都會產生大量的枝條，但農民對枝條的利用率不高，常用作生活燃料，嚴重污染生態環境，所以提高葡萄枝條的資源利用率是亟待解決的問題[1-3]。

葡萄枝條中含有豐富的生物質能源，因堆肥具有降解木質素、環保、性能穩定等特點，能將葡萄枝條資源再利用，目前已受到越來越多的關注，有著非常廣闊的前景[4]。陳雅娟等[5]研究秸稈、稻殼等易降解有機物堆肥，而對于果樹枝條等難降解的有機物，目前還缺少相關的研究報道。

在葡萄枝條變為腐熟肥料的過程中，需要考慮各個因素，如水分含量、物料粒徑、C/N等因素影響堆肥物料轉化效率，其中在堆肥過程中C/N對有機物的分解速率具有重要影響，因此，研究一個合適的C/N能夠使堆肥有理想的分解速度[6-7]。同時據研究表明，在堆肥過程中添加菌劑能夠加快堆肥中木質素的降解效率，因此添加生物降解菌可提高難降解有機物的降解效率[8-11]。

為探究其葡萄枝條堆肥的實際效果，將3種C/N和有無菌劑的條件下對堆肥物料的腐熟程度開展研究，分析堆肥過程中的pH、水分含量、C/N等因素的變化對堆肥腐熟效率的影響，促進葡萄冬剪枝條的堆肥化處理及其應用，對葡萄產業循環經濟中實現減量、再利用和再循環具有重要意義。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗所用的葡萄碎枝條品種為巨峰葡萄果樹枝條，來自江蘇省句容市白兔鎮永豐農莊葡萄果園修剪的枝條。枝條粉碎的粒徑為0.5～2.5 cm的小段，雞糞來自江蘇東臺市旺德福肥料有限公司。微生物堆肥菌劑為廣州微元有限公司生產的堆肥快速腐熟劑。堆肥的基本理化性質見表1。

1.2試驗設計

該試驗設計6個處理，處理1：葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶0.8混合;處理2：葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶0.8混合添加菌劑;處理3：葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶1混合;處理4：葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶1混合添加菌劑;處理5：葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶1.5混合;處理6：葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶1.5混合添加菌劑。將葡萄冬剪碎枝條和雞糞充分混合進行堆肥處理，使混合物料含水率調節至50%～60%，添加微生物菌劑的質量分數為0.05%。堆肥反應器為容積15 L的密閉式發酵桶，試驗共40 d，在0～20 d，每4 d翻堆一次，在20～40 d，每周翻堆1次。在堆肥期每隔2 d取樣1次，每次在堆肥前、后、左、右和中部選5個點進行取樣，并充分混合后帶回實驗室，樣品分成2份，l份為鮮樣，儲存于4 ℃冰箱中，24 h 內分析完畢;另1份自然風干，粉碎留做干樣待測。

1.3項目測定

每天11：00用超長水銀溫度計測量堆體多個中心部位溫度，然后取溫度平均值，同時記錄環境溫度。水分、pH、有機質、總氮、總磷和總鉀的測定按《有機肥料標準NY 525—2012 方法》測定。為了測定堆肥的效果，試驗在 滅菌的培養皿（直徑9 cm）內墊一張濾紙，均勻放入30粒油菜種子，然后加入堆肥浸提液5.0 mL（10g樣品中加入100 mL蒸餾水浸泡24 h后過濾），放置在（25±1） ℃的培養箱中培養48 h，測定發芽率和根長，每樣品重復3次，以去離子水作空白對照，計算GI值。

GI=（堆肥處理的種子發芽率×種子根長）/（蒸餾水處理的種子發芽率×種子根長）×100%（1）

2結果與分析

2.1堆肥物料養分變化及效果評價

如圖1顯示，在堆肥階段后期，各處理有機質含量明顯減少，主要原因是堆體內的微生物將物料中的有機質降解并轉化為腐殖質[12-13]，其降幅范圍為18.96%～35.05%。其中處理4的養分降幅最大，這是因為菌劑的添加使堆體內降解木質素等難降解有機物菌群的數量增加，同時合適的C/N能夠促進微生物菌群的發展，增加對有機物的降解效率。

各處理組堆肥中總氮、總磷、總鉀含量都有所增加，主要原因是堆肥升溫提高了微生物的活性、增加降解有機物的效率，生成大量可被植物吸收的有效態氮、磷、鉀等化合物，同時合成新的高分子腐殖質，從而提高肥料肥力。各處理組的增幅范圍分別為0.06%～0.16%、0.04%～0.12%、0.06%～0.16%。

堆肥過程中添加菌劑的處理比未添加菌劑的處理養分增幅程度高。主要是因為菌劑的添加能夠增加堆體中降解有機物的微生物數量，加快堆肥反應進程。從總養分含量分析，處理4的總養分值最高，主要原因是處理4在堆肥高溫期時間及降解有機物的效率均高于其他處理組，且各處理組堆肥后總養分含量均高于4%，均達到《有機肥國家標準NY525—2002》中總養分≥4的要求。

2.2種子發芽指數的變化

種子發芽指數（GI）是判斷堆肥樣品對植物毒性和堆肥是否腐熟的重要參數之一。Wang等[14]認為當發芽指數大于80%時，可認為堆肥沒有植物毒性，堆肥基本腐熟或堆肥產品質量合格。該試驗以油菜種子為材料，測定6組處理不同取樣時間下的堆肥物料對其發芽指數的影響。

由圖2可知，隨堆肥時間的延長，各處理組的種子發芽指數呈先下降后升高的趨勢，這是因為堆肥前3 d內，堆肥浸提液中含有大量病菌，對植物的生長產生毒性，導致各處理組種子發芽指數降低，堆肥第3天之后，各處理組相繼進入堆肥高溫期，微生物中的高溫菌種能夠有效地殺滅病菌，降解有機碳源轉化為腐殖質，提高堆肥養分，因此各處理組種子發芽指數呈現上升趨勢。各處理組最初的種子發芽指數在27.1%～28.5%;堆肥第20天時，各處理組間種子發芽率差異較明顯，范圍在39.5%～63.2%，堆肥第40天時，范圍在63.2%～88.2%。從種子發芽指數大于80%這一標準判斷，在堆肥結束后，處理4、處理5、處理6均能達到要求。其中處理4的種子發芽率達到88.2%，表明該堆肥的產品質量符合且優于其他處理。

2.3堆體理化性質的變化

由圖3可知，各處理組堆肥物料之間的溫度變化趨勢大致相似，經歷升溫期、高溫期、冷卻期和穩定期4個階段。在堆肥升溫階段，接種菌劑的處理升溫速度明顯快于對照組，這是因為添加的微生物菌劑增加堆體中的微生物總量，加快對有機物的分解速率[15-17]。處理4的升溫速度較其他處理升溫快，堆肥高溫期時間長。在堆肥后第4天迅速進入高溫階段，超過50? ℃的高溫階段天數為22 d，物料溫度維持在50～69 ℃，能夠有效利用高溫菌種降解木質素等難降解有機物。同時在整個堆肥過程中，堆體溫度與氣溫之間的相關系數在0.55～0.75，相關性明顯，因此外界氣溫對堆肥的影響較為明顯。

圖4顯示了堆肥理化性質的變化，堆肥中各處理堆肥的起始含水量為58.6%～59.5%，滿足最佳含水量范圍50% ～ 60% 的要求。在堆肥過程中，各處理組的含水量均呈現隨時間遞減的趨勢，每個處理組間的含水量下降變化趨勢接近，在第30天時除處理1、2外，其余的含水量<30.0%。此時處理1、2的含水率分別為33.5%、31.1%，處理組1、2含水量高，這主要是因為堆體中雞糞比例較高引起透氣性能降低，氧氣供應不足，升溫困難，有機物降解速率降低，導致堆肥周期延長。

在堆肥初始階段，各處理組的pH范圍為7.09～7.46。之后隨堆體溫度升高，各處理pH表現出隨時間先升后降的變化趨勢，這是因為在升溫期的堆肥過程中NH4+-N 累積導致pH上升，高溫期后，堆肥中的NH4+-N 濃度因微生物的同化作用、NH3 揮發損失及硝化作用而逐漸降低，導致pH 降低[18]。堆肥結束時pH保持在8.2～8.4范圍內，符合生物有機肥產品要求范圍。其中處理4的pH變化較其他處理上升速度快，在各時間內pH也均高于其他處理，這與堆肥的升溫進程是一致的，表明該處理堆肥中微生物最活躍。

堆肥初始階段，合適的C/N決定了堆肥腐熟的效率，同時C/N變化是檢驗堆肥腐熟的一個重要指標。在堆肥過程中，微生物將有機碳源降解轉化為CO2和腐殖質，氮源一部分以氨氣的形式散失，其余部分轉化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，堆肥腐熟時C/N降至10～20[19-20]。

由圖4可知，各處理組C/N值呈現先增后降的趨勢，最后趨于穩定，這是因為堆肥前期溫度、pH升高，加快微生物降解有機物速率，但因堆體中葡萄枝條所含難降解的木質素較多，導致微生物降解有機氮的速率高于有機碳，因此在堆肥初期C/N 值呈現上升趨勢;堆肥后期隨著有機碳的持續降解，C/N呈現緩慢降低趨勢。其中處理4的C/N值在第5天達到最高峰，之后呈現緩慢的下降趨勢，30 d時達到穩定。

3結論與建議

（1）在各堆肥處理組中，對養分、種子發芽指數的指標進行比較，各處理組堆肥中總氮、總磷、總鉀含量都有所增加，其中葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶1混合添加菌劑的處理4總養分為4.8%，種子發芽指數達到88.2%，表明該堆肥的產品質量符合且優于其他處理。

（2）從堆肥的理化性質出發，在各處理堆肥中，葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶1混合添加菌劑的處理4 堆肥溫度超過50 ℃的天數為22 d，物料溫度維持在50～69 ℃，有效利用高溫菌種降解木質素等難降解有機物。其pH變化較其他處理上升速度快，與堆肥的升溫進程一致，進一步說明處理4中添加菌劑使堆肥中微生物更加活躍，其初始C/N為28左右，在3 d內升溫到50 ℃以上，處理4堆肥腐熟效率優于其他處理。說明適合的C/N比值對堆肥腐熟是至關重要的。

（3）葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶1混合添加菌劑的處理4肥效優于其他處理組，同時該試驗為冬剪葡萄枝條資源再利用提供了一條經濟有效的途徑，將葡萄枝條堆肥進行大力推廣，能夠將葡萄枝條資源循環利用，也能夠為農民節省購買肥料的支出。葡萄冬剪枝條的堆肥化處理及其應用，對葡萄產業循環經濟實現減量、再利用和再循環具有重要意義。

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