高爾夫球場草屑循環再利用研究

時佩，黎瑞君，張巨明＊

（1.海南大學應用科技學院，海南 儋州571737；2.華南農業大學農學院，廣東 廣州510642）

隨著我國經濟的快速發展，高爾夫球場也隨之涌現，全國高爾夫球場截止2009年共有348家，7 772洞［1］，僅深圳就有近20家球場。高爾夫球場在給我們帶來經濟效益的同時，也對生態環境帶來了影響，如農藥、肥料等流入河流帶來的污染，每天產生的草屑、枯枝落葉等廢棄物無法處理，對環境造成污染。1個18洞的高爾夫球場，在生長季節每天可產生2～5t的草屑。目前對草屑的處理方法通常是焚燒或掩埋。這兩種方式一方面會對大氣產生污染，另一方面會造成資源浪費。然而草屑本身含有大量營養物質，這就為其作為栽培基質提供了可能性。據研究植物組織含有大量的養分，例如，在充足營養水平下狗牙根（Cynodon dactylon）組織營養元素含量為：N（%）4.00～6.00，P（%）0.25～0.60，K（%）1.50～4.00，C（%）0.5～1.0，Mg（%）0.130～0.40，S（%）0.20～0.50，Fe（mg／kg）50～500［2］。盡管這些養分會因為逆境［3］、生育期［4］、及施肥水平［5］而發生一些變化。但從資源角度仍然具有很高的利用價值。如果將高爾夫球場修剪下的大量草屑能夠再利用，將對建立可持續發展、生態文明的高爾夫球場有著積極意義。

國內在對廢棄物作為草皮基質研究方面相對較多，如張桂馥［6］用脲醛泡沫作為無土草皮栽培基質，多立安和趙樹蘭［7］利用生活垃圾生產無土草皮毯，朱淑霞等［8］利用不同廢棄物（煤渣、鋸木屑、污泥、垃圾土、蘑菇土）作為天堂328雜交狗牙根（Cynodon dactylon×C.transvadlensis cv.T－328）草皮基質的研究。但國內對草屑研究相對較少，這主要是因為高爾夫運動在我國發展較遲，針對草屑的研究也相對偏少；另一方面高爾夫球場產生的草屑所造成的環境污染及資源浪費現象還沒有引起足夠重視。以深圳高爾夫俱樂部為例，球場實際面積為527 266 m2，在草坪草生長盛期每天需要修剪一遍，夏季每天的草屑量可高達200g／m2。若不能將這些草屑有效的利用起來將會造成極大的資源浪費。草屑可通過堆肥加以利用，但草屑C／N較小，約為10，因此在堆肥過程中需要引入C／N高的材料，以調節C／N，減少營養元素流失。魏元帥［9］在利用高爾夫球場草屑堆肥時，利用鋸末和稻殼作為調節C／N的材料，最終的發酵產品C／N在合理的范圍內，并且2種材料間差異不顯著。姚天舉等［10］利用草屑和污泥按照1∶5的比例混合后發酵，結果顯示，發酵草屑在堆肥中能有效調節堆料的C／N，并為微生物提供初期碳源，污泥中有機質的分解率從最低的8.1%提高到36.0%。

國外對草屑研究相對較早，一方面是由于環保意識很強；另一方面是由于政府部門的監管。Hartin等［11］研究表明，發酵后的草屑不僅含有大量的有機質，而且還含4%的氮、0.5%的磷、2%的鉀。Kopp和Guillard［12］研究表明，草屑還田不僅可以提高氮的回收率，而且可以明顯地提高草坪質量。Colbaugh等［13］研究表明，草屑循環利用可以降低病害的發生。

目前國內外利用草屑與有機物混合進行堆肥的研究尚不多見。據研究利用稻稈與雞糞混合發酵制作堆肥，隨著雞糞量的加入，堆肥中的氮、磷、有機質含量隨之增高，堆肥的品質也得到明顯提高［14］。本研究以高爾夫球場修剪下的草屑為原料，與雞糞按不同比例混合后加入菌劑進行發酵。試驗測定發酵過程基質的理化性質，最后將發酵物與沙混合后作為草坪基質進行生長試驗，探討草屑與有機物混合發酵技術及發酵物作為草坪生長基質的可能性，為我國高爾夫球場草屑的合理利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗始于2009年11月5日，在深圳高爾夫俱樂部備草區進行，球道草為海濱雀稗2000（Paspalumvaginatumcv.Sea Isle 2000），果嶺草為天堂328雜交狗牙根。雞糞有機肥為深圳光明農場生產，有機質含量≥35%，菌劑為成都合成生物科技有限公司生產的生物菌劑“瑞萊特”，主要成分為：酵母菌、霉菌、細菌（產品名）。

發酵后的草屑基質栽培試驗采用長方形塑料盆，規格為50cm×30cm×5cm，每盆基質厚度為3cm。草種為蘭引Ⅲ號結縷草（Zoysiajaponicacv.Lanyin No.Ⅲ）。

1.2 方法

本研究分2部分。第1部分為草屑與不同比例的雞糞肥料混合后的發酵試驗，共設計4個處理（表1），每個處理3個重復；第2部分為上述發酵堆肥與沙按1∶1混合后作為基質，用蘭引Ⅲ號結縷草進行栽培試驗，共設置4個處理和對照（純土），3個重復，共計15盆（表2）。

全氮采用凱氏定氮儀法測定，堿解氮采用堿解擴散法測定，速效磷采用0.05mol／L HCl－0.025 mol／L （1／2H2SO4）法測定，速效鉀采用火焰光度法測定，有機碳采用稀釋熱法測定［15］，草坪草蓋度采用針刺法測定，葉綠素測定采用分光光度計法，地上部分生物量用修剪下的草屑干重測定，地下部分生物量用單位面積內活根的干重測定［16］。

植物毒性指標測定。取風干的堆肥樣品10g，按1∶10的比例與純水相互混合，過濾，用過濾液做發芽試驗。發芽指數GI＝（堆肥處理的種子發芽率×根長）／（對照處理的種子發芽率×根長）。

堆肥溫度測定。從堆垛當天開始，每天測量其溫度，直至和環境溫度相等。每次在堆體2／3處將溫度計插入10cm，測量溫度。

試驗數據均以平均值表示，用Excel軟件進行數據圖表分析；用SAS軟件進行方差分析，各平均數的多重比較采用鄧肯氏新復極差檢驗法（duncan’s multiple range test，DMRT）。

表2 草屑堆肥基質配比配方Table 2 The ratios of composting medium

2 結果與分析

2.1 草屑發酵過程中理化性質的變化

2.1.1 堆體的溫度變化 不同處理間堆體的溫度變化較明顯（圖1），尤其是T1堆體升溫較快，最高溫度超過50℃，比其他處理提早1～2d，而且高溫持續的時間長，并且在整個堆肥過程比其他堆體溫度偏高，直到最終和其他堆體溫度一致。所有堆體的溫度在第15天出現了一個峰值，這是寒流過后，溫度回升而造成的，隨后持續降溫，逐漸平緩。T4的溫度始終較低，在13d后，其他堆體的溫度逐步下降，T4的溫度在寒流過后呈持續上升的趨勢。

2.1.2 堆體的pH值變化 堆體pH值的總體變化規律為：T1、T2呈先上升后下降（圖2），這可能是由于在發酵過程中產生的氨氣導致堆體的pH值升高，隨著發酵進行氨氣量減少，堆體的pH值又出現下降趨勢，其中堆體T2的下降幅度較大。處理T3、T4呈先下降后上升的趨勢，這可能是由于加入雞糞導致pH值不穩定的結果。4種處理在發酵結束后，其pH值基本上維持在7.0左右。

2.1.3 堆體的C／N變化 堆體C／N變化較為明顯，在11月13日前呈上升而后急劇下降（圖3）。這是因為在發酵初期，微生物生長迅速，有機碳含量增加，導致堆體C／N上升，在堆肥的后期堆體C／N變化不大，處理T4總體變化不明顯，堆肥成熟后，堆體C／N稍偏大，T0為25左右，其他處理大于30。

2.1.4 堆體含氮量變化 隨著堆體溫度上升，處理T1、T2、T3的含氮量呈下降而后逐漸上升的趨勢（圖4），T4的含氮量總體逐步下降，T2在11月16日以后含氮量則呈急劇上升的趨勢。發酵完成后含氮量大小為：T1（1.37%）＞T3（1.22%）＞T2（1.15%）＞T4（1.10%）。

圖1 堆體的溫度變化Fig.1 Temperature change during composting

圖2 堆體的pH值變化Fig.2 pH change during composting

圖3 堆體C／N的變化Fig.3 C／N change during composting

圖4 堆體氮含量的變化Fig.4 N content change during composting

2.1.5 植物毒性指標分析 植物毒性指標反映了各堆體在發酵成熟后，所含的一些有害物質對植物生長發育的影響。T4與其他3個處理間差異顯著（圖5），T4值大于0.70，T1、T2、T3值均在0.65左右，這說明T4對植物的生長發育影響最小。

2.1.6 各堆體養分分析 不同的堆體發酵后其pH值均大于7.0（表3）。全氮含量T1（1.91%）大于其他各個處理。全磷、全鉀含量相差不大；有機質含量T3大于其他處理，為14.15%，T1最小，僅為10.75%。各個處理的C／N均在30左右。

2.2 草屑發酵后的混合基質對草坪生長的影響

2.2.1 不同發酵基質對蘭引Ⅲ號結縷草密度的影響不同處理對蘭引Ⅲ號結縷草密度的影響，從1月24日測量結果可以看出，各個處理間差異不顯著（表4）；在以后的測量中，處理T20、T30與其他處理間差異顯著，T30密度達到108.00枝／100cm2，CK 僅為78.33枝／100cm2。

圖5 植物毒性指標分析Fig 5 The analysis of composts phytotoxicity

表3 各堆體養分分析Table 3 The analysis of composts nutrient

表4 不同發酵基質對蘭引Ⅲ號結縷草密度的影響Table 4 Effects of different composting medium on density 枝條數 Shoots／100cm2

2.2.2 不同發酵基質對蘭引Ⅲ號結縷草蓋度的影響 不同處理對蓋度的影響在2月7日前，處理間差異不顯著（表5），在此之后，處理間開始出現差異，T30、T20、CK的蓋度與其他處理間差異顯著。

2.2.3 不同發酵基質對蘭引Ⅲ號結縷草葉綠素含量的影響 栽培基質對蘭引Ⅲ號結縷草葉綠素含量的影響表現為：在2月21日，各個處理間差異不顯著（表6），在以后的3次測量中，處理T20、T30與對照間差異顯著，葉綠素含量較高，顏色比較綠。

2.2.4 不同發酵基質對蘭引Ⅲ號結縷草地上部分生物量的影響 T30的生物量在整個生長過程中明顯高于T0、T10、T20及對照（CK），處理T10在2月21日前生物量最低，后期高于T0及對照（CK）。4月4日測量結果顯示，生物量大小是T30＞ T20＞ T10＞ T0＞對照（CK），T30（1.12g／盆）為對照CK（0.14g／盆）的8倍（表7），出現生長低谷（2月21日），是由于低溫對植物生長的影響。

表5 不同發酵基質對蘭引Ⅲ號結縷草蓋度的影響Table 5 Effects of different composting medium on coverage %

表6 不同發酵基質對蘭引Ⅲ號結縷草葉綠素含量的影響Table 6 Effects of different composting medium on chlorophyll content mg／g

表7 不同發酵基質對蘭引Ⅲ號結縷草地上部分生物量的影響Table 7 Effects of different composting medium on aboveground biomass g／盆Pot

2.2.5 不同發酵基質對蘭引Ⅲ號結縷草地下部分生物量的影響 不同的處理間對地下部分生物量影響較為明顯，處理T30、CK、T10、T20間差異不顯著，但與T0間差異顯著（圖6），其大小順序為：T30（7.56g／100cm2）＞CK（7.32g／100cm2）＞T10（6.79g／100 cm2）＞T20（6.35g／100cm2）＞T0（4.06g／100cm2）。

圖6 不同發酵基質對蘭引Ⅲ號結縷草地下部分生物量的影響Fig.6 Effects of different composting medium on underground biomass

3 討論

3.1 添加有機物質對草屑發酵的影響

有研究表明，堆肥溫度的變化與微生物代謝活性相關［17］。試驗結果表明，輔料雞糞有機肥加入后，所有處理的堆體發酵溫度呈現初期急劇升高然后逐步降低的趨勢，但溫度升高的幅度在不同處理間有差異，以T1堆體升溫較快，最高溫度超過50℃，而且高溫持續的時間長，而后依次為T2、T3和T4，顯然這與發酵堆體草屑的比例有關，草屑比例越大堆體的溫度越高，說明微生物更容易利用草屑作為碳源。從中也可以看出，堆體中外源有機質加入的多少并沒有對發酵溫度產生促進作用，這可能是因為外源有機質分解緩慢，還沒有給微生物提供足夠的碳源。李國學等［18］采用豬糞、稻殼雞糞、稻殼再添加W＝0.5%的快速發酵菌劑，能加速稻殼堆肥腐熟，顯著縮短發酵時間，一般堆制14～21d即發酵成熟。本研究結果表明，草屑堆肥在21d后的堆溫和外界氣溫相同，發酵基本完成。

發酵過程中堆體的pH值在發酵中期各處理差異明顯，但到后期各處理的pH值趨于一致，均在7.5左右，較為理想。各個處理在發酵后碳氮比約30，Golueke［19］認為堆肥在腐熟后其碳氮比應小于20，但張一剛［20］提出：對于農用廢棄物（碳氮比小于20）碳氮比不適宜作為腐熟度參考指標。碳氮比對草屑發酵的影響還需要進一步的研究。

通過對發酵后草屑的營養分析，隨著雞糞有機肥加入，有機質含量增加很多，但其他養分含量差別較小。Michael等［21］研究表明雞糞在發酵過程中氮含量會因為NH3揮發而出現下降的趨勢。本研究結果表明，氮含量在前期下降明顯，后期則出現先升后降的趨勢。根據土壤養分分級標準［22］，草屑混合發酵后的有機質含量比最高級別5級（甚豐富）高2倍以上，全氮含量相當于5級（甚豐富）的5倍，全磷含量相當于5級（甚豐富）的2倍，全鉀含量相當于3級（中等）水平，總體上草屑混合發酵后養分含量十分豐富。

Zucconi等［23］研究表明，未腐熟的堆肥提取劑對種子的發芽有抑制作用。本研究種子發芽試驗表明，發酵后的草屑在一定程度上會抑制種子出芽，T20、T30的影響相對較小，T0、T10的影響相對較大。一般認為當植物毒性指標大于0.5時，發酵基本成熟［23］。本研究草屑發酵后植物毒性指標均大于0.5，表明發酵已經成熟。

3.2 發酵后的草屑產品對蘭引Ⅲ號結縷草生長的影響

利用發酵后的草屑作為蘭引Ⅲ號結縷草栽培基質的試驗結果表明，不同的堆肥處理對蘭引Ⅲ號結縷草外觀質量有明顯的影響，其顏色與對照（CK）顏色之間差異顯著；雞糞有機肥含量相對較大的處理T20、T30，其密度、蓋度、地上部分生物量要好于處理T0、T10，但T20、T30之間差異不顯著。Hartin等［11］研究表明，草屑發酵后使用可以明顯提高土壤有機質含量。Kopp和Guillard［12］研究表明，將草屑回田利用，可使氮的有效率從52%提到71%，并且可以明顯地促進草坪草生長，減少氮肥使用。堆肥的栽培試驗結果也表明蘭引Ⅲ號結縷草的地上部分生物量呈逐漸增大的趨勢，其生物量大小為：T30＞T20＞T10＞T0，但T20、T30之間的差異并不明顯。

3.3 草屑與雞糞有機肥混合發酵品質及可行性分析

草屑與雞糞有機肥混合發酵，發酵成熟需要21d，發酵過程中雞糞有機肥對發酵物的理化性質，如溫度、pH值、C／N、含氮量有一定影響，但對最終發酵產物品質的影響并不大。加入雞糞后，草屑發酵產物除有機質含量顯著增加外，pH值、C／N、氮、磷、鉀等有效養分含量變化并不明顯。

草屑發酵時加入雞糞有機肥的量以20%為宜。添加20%、30%雞糞的處理，其蓋度相對其他處理可以提前15d左右達到90%以上，其密度顯著大于其他處理和對照。但2個處理間指標差異并不顯著。因此從成本方面考慮，草屑發酵加入20%雞糞有機肥即可。

草屑與雞糞混合發酵后作為草坪栽培基質是可行的。本試驗結果表明，混合發酵產物pH適中，養分含量豐富，使用安全，可作為有機改良基質使用，其與沙混合構成的基質可以明顯提高草坪的成坪速度，對蓋度、密度、顏色、生物量等都有促進作用。

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