園林廢棄物堆肥適宜菌劑的篩選

趙懷寶，鄧新兵，吉向平，雷 鑫，孫樂帆，陳 鑌

(1.瓊州學院 生物科學與技術學院，海南 三亞572022;2.三亞市環衛園林局，海南 三亞572022)

0 引言

園林植物廢棄物主要是指園林植物自然凋落或人工修剪后產生的植物殘體，主要包括樹葉、草屑、樹木與灌木剪枝等，其主要成分為木質纖維素［1］.隨著城市化進程的加快，園林綠地面積日益增加，特別是造型植物的大量應用，修剪后產生了大量的園林廢棄物.

園林廢棄物傳統的處理方式主要是焚燒和填埋.燃燒處理會產生大量的有毒有害氣體.填埋處理清運成本高，占地面積大，浪費寶貴的土地資源，且污染地下水、土壤，產生嚴重的二次污染，對環境產生長久的危害［2］.

堆肥化處理是指將有機廢棄物與添加物按適當比例混勻，在含水量和含氧量適宜的條件下，由微生物的降解作用(復合菌劑為分解纖維素等的微生物)產生的高溫殺死其中的病原菌，使有機物腐熟，達到穩定無害的過程［3］.堆肥初產品可調配生產土壤改良劑、育苗基質和有機肥，不僅解決了廢棄物的處置難題，還實現了資源化利用［4－5］.研究表明，堆肥過程中微生物助劑的選擇［6－7］以及水分含量、C/N、pH 值、O2、溫度等發酵條件的調節是堆肥成功的關鍵［8］.這其中，針對不同材料的適宜發酵菌劑的篩選尤為重要.鄭衛聰等［9］研究表明:添加復合菌劑可增加堆肥中全氮的含量，有助于堆肥中有機質的降解，同時還有助于堆肥的腐熟.田赟等［10］還研究添加EM 菌劑、尿素、有機酸、竹柞液，張婷婷等［11］研究添加糠醛渣等助劑都收到較好的堆肥效果.

本實驗將9 種園林綠化廢棄物混合為主要材料，分別添加5 種不同的微生物復合菌劑進行好氧堆肥試驗，并分析了堆肥過程中堆體溫度、氮含量的變化，以篩選出適宜園林廢棄物堆肥的菌劑，為堆肥實踐提供理論依據.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

材料取自海南某本科高校校園綠籬的修剪物，9 種植物分別是:扶桑(Hibiscus rosa－sinensis)、金脈爵床(Sanchezia speciosa)、紅背桂(Excoecaria cochinchinensis)、三角梅(Bougainvillea spectabilis Willd)、假連翹(Duranta repens)、福建茶(Carmona microphylla)、黃金榕(Ficus microcarpa cv.Golden Leaves)、希茉莉(Hamelia patens)、小葉龍船(Lxora?chinensis).

參試的復合微生物菌劑包括:秸稈物料腐熟劑、RW 酵素劑、有機廢棄物發酵菌曲、阿姆斯有機物料腐熟劑、寶育肥酵素菌腐熟劑，分別購買于佛山金奎子植物營養有限公司、揚州森源生物制品有限公司、北京世紀阿姆斯生物技術公司、濟寧三環化工有限公司、ETS 生物科技發展有限公司.

1.2 試驗方法

1.2.1 材料收集及堆肥試驗

配合校園園林管理人員，在其修剪綠籬時收集廢棄物，作為堆肥材料.試驗于2013年12月至2014年2月在海南省某本科院校進行.利用泡沫箱(80 cm ×60 cm ×50 cm)采用好氧堆肥的方式進行堆肥試驗.將9 種植物材料分別稱重并混勻后，平均分成18 份，每份約0.24 m3.每三份材料分別按廢棄物質量的3%添加一種復合微生物菌劑，添加后即得到T1、T2、T3、T4、T5 五個處理，以不加任何菌劑的材料作對照，每個處理重復3 次.

堆肥前，測定各種植物材料的C/N.稱量各箱材料后，根據不同植物的碳氮比和堆肥材料質量，將尿素溶于少量水中均勻灑入，將堆肥材料的C/N 調節至25∶1，水分調節到65 %.不同處理的復合菌劑添加按菌劑使用說明書進行.2－3 天翻堆一次，待材料腐爛變黑褐色，堆溫無變化為止，持續約72 天.

1.2.2 指標測定和數據分析

用卷尺測量所修剪綠籬的長、寬、高，確定修剪的面積，用電子稱稱量廢棄物的重量，進而計算不同綠籬植物單位表面積內的年修剪量.碳含量采用燃燒法測定;氮含量采用納氏試劑比色法測定，每處理重復3 次.堆肥過程中，將酒精溫度計插入堆體30 cm，每隔4 天測定一次堆體溫度.堆肥完成后，測定各處理堆肥初產品的含氮量.綜合堆體溫度和含N 量的變化選出適宜的堆肥菌劑.

應用EXCEL 2007 數據分析和作圖，方差分析及多重比較應用SPSS 19.0 進行.

2 結果與分析

2.1 不同綠籬植物的年修剪量

綠籬是園林中十分常見的一種形式，修剪產生廢棄物為堆肥提供了充足的原材料.根據不同植物生長特性而制定的修剪時期、修剪所獲得廢棄物的數量是確定堆肥時期和堆肥場地大小，合理安排堆肥的重要前提.三亞地處熱帶，適宜的光照、溫度及水分為植物的旺盛生長創造了條件.根據對校園綠化管理的跟蹤調查，校園綠籬一般每月修剪一次.2013年12月9 種植物單位面積年修剪量見下表1.

表1 9 種園林植物的修剪量

從上表可看出，9 種植物中，月單次修剪量最大的為金脈爵床，達到0.61 kg/m2，年修剪量達7.32 kg/m2，其次是扶桑，月單次修剪量達0.37 kg/m2，最小的是三角梅和小葉龍船，年修剪量也達1.81 kg/m2，9 種植物平均年修剪量為3.10 kg/m2.

隨著城市化進程的加快，園林綠化面積不斷增加，園林廢棄物的數量不斷加大，這也為規模化堆肥提供了基礎數據.同時，也為合理選擇和配置生長量適中，少修剪，耐粗放管理植物，建設節約型園林提供參考.

2.2 不同材料C/N 的測定

園林綠化廢棄物含有較多難降解的纖維素和木質素，C/N 是影響堆肥效果的重要因素.其中，碳是堆肥生化反應的能量來源，氮是控制生物合成的主要因素，也是反應速度的控制因素［12］.堆料必須達到適宜的C/N，才能進行理想的堆肥，若C/N 比過高，微生物增殖時由于氮不足，生長受到限制，同時堆溫降低，有機物降解速度變得緩慢，堆肥時間變長;若C/N 比過低，可利用的碳完全被利用，而過量的氮以氨氣形式損失，不僅影響環境而且造成氮素肥效的降低，影響堆肥產品品質.實踐發現，園林綠化廢棄物堆腐的C/N 比控制在30 左右有助于堆肥產品的形成［3］.

不同材料的C/N 不同，測定C/N 是園林廢棄物堆肥的必要條件.試驗測定9 種植物材料C/N 見表2.

表2 9 種園林植物的C/N

從表2可以看出，9 種植物修剪物的C/N 不同，較低的三角梅僅為55.14，較高的有扶桑和金脈爵床，分別為78.20 和77.03，其余6 種則在117.20－146.90 之間，約為較低的三角梅、金脈爵床C/N 比值的2倍左右.植物修剪物的C/N 都高于30:1 的適宜堆肥條件，必須添加N 源，而分類堆肥有利于準確添加N 源.

2.3 不同處理堆肥的溫度變化

在整個堆肥過程中，溫度是影響微生物活動的重要因素，也是衡量腐熟程度和堆肥產品質量的重要指標.在整個堆肥過程中，微生物活動越旺盛，其溫度就越高，反之則低;而溫度越高，在適當的溫度范圍內有機質降解最快［13］，園林廢棄物腐熟也越快.且高溫還可殺死病原菌.因此，堆體溫度的高低決定堆肥速度的快慢.同時，溫度的動態變化也是評價不同微生物復合菌劑對園林廢棄物堆肥的評價指標之一.

不同處理堆肥過程溫度變化見下圖1.

圖1 不同菌劑處理的堆體溫度變化

如圖1所示，不同菌劑處理后，堆肥溫度變化大致都經歷快速升溫－高溫持續－降溫三個時期期.在整個堆肥過程中，CK、T2、T4 都在堆后第12 天達到最高溫度，分別為35 ℃、39 ℃和43 ℃，且均持續約32天，其后，T2、T4 歷時約16 天緩慢下降到室溫狀態，標志著堆肥結束，而未添加任何菌劑的CK 在溫度略有下降后一直持續到第72 天，仍處在自然腐爛狀態中，廢棄物仍然呈現淺黃褐色，而其他處理則呈現黑褐色，并有NH3 氣味.T1、T5 升溫較為緩慢，堆后約32－36 天才達到最高溫，高溫僅持續12 天后就緩慢下降.T3 升溫較為溫和，到第40 天達到40 ℃，其后緩慢下降，第72 天時仍在30 ℃.

可以看出，不同處理的溫度變化趨勢基本相同，在堆肥進行到第14 天左右時，出現溫度下降的情況，通過翻堆通氣，補充水分，溫度又回升.從溫度而言，T4 處理溫度上升最快，且溫度明顯高于其他處理，說明T4 的高溫期來臨早，微生物活動最為旺盛.在降溫期，T4，T5 均在第44 天開始降溫，分別提前T24 天、T120 天完成腐熟過程.

2.4 堆肥初產品N 含量的變化

堆肥是廢棄物有機質在微生物作用下不斷分解的生物化學過程.一方面，由于堆肥過程中有機氮的礦化、持續性氨的揮發及硝態氮的反硝化作用均引起堆肥過程中氮素的損失.在堆肥中，NH3的產生和揮發與堆肥溫度、pH 值、堆肥中微生物種類及分布變化有關;另一方面，因為有機質不斷分解成CO2和H2O 而散失，總干物質重量下降幅度明顯大于NH3揮發所引起的下降幅度，最終使得干物質中N 含量相對增加，并直接影響最終堆肥的品質［14］.

不同處理堆肥前后N 含量見下圖2.

圖2 不同處理堆肥前、后N 含量的變化

從圖2可以看出，在整個堆肥過程中，各處理在堆制開始時N 含量約為0.50%，堆肥結束后，各處理及對照N 含量均有提高.其中，T5 初產品N 含量高達11.13 %，而對照僅為1.05 %.將堆肥初產品N 含量按原廢棄物重量折算的N 含量各處理分別為:1.58 %、1.72 %、1.22 %、1.14 %和2.00 %，而對照為0.19 %.折算后各處理N 含量的方差分析和多重比較表明，除了T3 和T4 之間未達到顯著差異外，其他各處理之間以及與對照相比均達到了極顯著水平(p＜0.01)，T5 菌劑極顯著地減少了廢棄物氮素的流失.因此，添加微生物菌劑可以減少N 的損失，提高堆肥產品的N 含量，減少有害物質(如NH3)對環境的危害，提高資源的利用率.

2.5 適宜菌劑的篩選

不同菌劑對園林廢棄物堆肥進程以及堆肥初產品N 含量的影響各有不同.從堆肥中各處理溫度變化來看，T2、T4 在堆肥初期升溫快，高溫持續時間長，降溫也快，有效縮短堆肥時間.相比之下，T5 升溫相對較慢，高溫也低2－3 ℃，但結束時間相差不大.從不同處理堆肥前后N 含量來看，T2、T5 堆肥初產品N 含量較高，有利于利用堆肥初產品配置育苗基質或生產有機肥等用途.

3 結論

9 種綠籬植物年修剪量最多可達7.32 kg/m2，最低可至1.80 kg/m2，平均約3.10 kg/m2.隨著城市綠地面積的增加，園林廢棄物量將急劇增加，而通過堆肥將其無害化、資源化利用是可行的.

添加微生物菌劑可以使堆肥中高溫期提前，加速其中有機物的分解，從而縮短堆肥周期，加快園林廢棄物的資源化進程.不同的菌劑對園林廢棄物堆肥進程以及堆肥初產品N 含量影響各有不同.因此，實踐中，可根據不同季節、氣溫的高低、廢棄物產生的集中程度以及堆肥初產品的用途選擇適宜的微生物菌劑.在低溫季節，快速堆肥可采選用T2、T4，而在高溫季節，為獲得較高N 含量堆肥初產品，T2、T5 將是好的選擇.T2 則兼有腐熟快、N 含量高的優點.

［1］孫克君，阮琳，林鴻輝.園林有機廢棄物堆肥處理技術及堆肥產品的應用［J］.中國園林，2009，4:12－14.

［2］吳衛紅，米鋒，張大紅，等.園林綠化廢棄物資源化利用產業發展模式——以北京市為例［J］.世界林業研究，2010，23(5):77－80.

［3］周肖紅.綠化廢棄物堆肥化處理模式和技術環節的探討［J］.中國園林，2009(4):7－11.

［4］呂子文，方海蘭，黃彩娣.美國園林植物廢棄物的處置及對我國的啟示［J］.中國園林，2007(8):90－94.

［5］陳元科，周賢軍，盧漫，嚴建平.園林植物廢棄物堆肥研究進展［J］.現代農業科技，2012(9):304－306.

［6］勾長龍，高云航，劉淑霞，婁玉杰.微生物菌劑對堆肥發酵影響的研究進展［J］.湖北農業科學，2013，52(6):1244－1247.

［7］張建峰.東北地區秸稈降解工程菌的選育及速腐菌劑的研制［D］.吉林農業大學，2012.

［8］李勝華，陳偉玲.不同堆置措施對園林廢棄物堆肥的影響［J］.杭州化工，2011，41(2):5－7，11.

［9］鄭衛聰，王俊，王曉明，等.不同堆置措施對園林有機廢棄物堆肥有機物降解的影響［J］.華南農業大學學報，2013，33(1):28－32.

［10］田赟，王海燕，孫向陽.添加竹酢液和菌劑對園林廢棄物堆肥理化性質的影響［J］.農業工程學報，2010，26(8):272－278.

［11］張婷婷，孫向陽，李雪珂.添加糠醛渣對園林綠化廢棄物堆肥處理效果的研究［J］.中國農學通報，2012，28(16):305－309.

［12］Rafaela Caceres，Xavier Flotats，Oriol Marfa.Changes in the chemical and physicochemical properties of the solid fraction of cattle slurry during composting using different aeration strategies［J］.Waste Management，2006，26(10):1081－1091.

［13］李玉紅，王巖，李清風，等.外源微生物對牛糞高溫堆肥的影響［J］.農業環境科學學報，2006，25(增刊)，609－612.

［14］施寵，張小娥，沙依甫加瑪麗，等.牛糞堆肥不同處理全N、P、K 及有機質含量的動態變化［J］.中國牛業科學，2010，36(4):26－29.