板栗廢棄物與牛糞混合堆肥發(fā)酵適宜配比研究

周愛松 王鳳春 劉向東 馮芳俠 付慶偉

摘要 [目的]探討板栗廢棄物制備有機(jī)肥技術(shù)的可行性。[方法]以板栗廢棄物（玉米秸稈為對照）和牛糞為主要高溫好氧堆肥原料，尿素和微生物菌劑為輔料，以pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、銨態(tài)氮、腐殖酸、重金屬、微生物、蛔蟲卵等為指標(biāo)，研究板栗廢棄物和牛糞好氧堆肥的最佳配比。[結(jié)果]板栗廢棄物與牛糞的干重比為5∶5的配方處理，總養(yǎng)分含量、銨態(tài)氮占速效氮比例及水溶性腐殖酸占總腐殖酸比例分別達(dá)6.98%、96.9%和14.6%，重金屬、微生物及蛔蟲卵均達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。[結(jié)論]板栗廢棄物與牛糞干重比以5 ∶5較適宜。

關(guān)鍵詞 板栗；廢棄物；堆肥

中圖分類號 S141.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）14-0141-03

Study on the Optimum Fermentation Ratio of Chestnut Waste and Cow Dung Composting

ZHOU Aisong1， WANG Fengchun1，LIU Xiangdong2 et al

（1. Hebei Chestnut Engineering Technology Research Center， Qianxi Castanea Mollissima Industry Research and Development Center， Qianxi， Hebei 064300；2.Tangshan Shouxin Automation Information Technology Co.， Ltd.， Tangshan， Hebei 064000）

Abstract [Objective] To explore the feasibility of preparing organic manure from Castanea mollissima waste.[ Method] Using chestnut waste （corn stalk control） and cattle manure as the main raw material of urea high temperature aerobic composting， and microbial agents as auxiliary materials， with pH value， organic matter， total nitrogen， total phosphorus， total potassium， available nitrogen， ammonium nitrogen， humic acid， heavy metals， microbial， ascaris eggs etc. as the index， the best ratio of the waste and cattle manure aerobic composting of chestnut was studied. [Result] In the treatment of chestnut waste and cattle manure dry weight ratio of 5 ∶ 5， nutrient content， the proportion of ammonium nitrogen and available nitrogen， the proportion of water soluble humic acid and total humic acid ratio reached 6.98%， 96.9%， and 14.6%， heavy metals， microbial and ascaris eggs have reached the requirements of the relevant national standards. [Conclusion]The proportion of dry weight ratio of chestnut waste to cow dung is 5 ∶5.

Key words Chestnut；Waste；Compost

遷西縣是京東板栗的主產(chǎn)區(qū)，全縣板栗栽培總面積超過5萬hm2、4 300多萬株，平均年產(chǎn)量達(dá)5.5萬t，最高年產(chǎn)6.7萬t，產(chǎn)值12億多元，板栗成為農(nóng)民增收致富的“鐵桿莊稼”。板栗葉、花、蓬及修剪的廢舊枝條成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)村環(huán)境污染的主要來源，也是冬季山火的主要隱患。劉更另[1]研究了燕山板栗生長的土壤及肥料營養(yǎng)組成，并分析了不同生長時期板栗葉元素的含量與需求，結(jié)果表明，落葉期板栗葉中有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀、鎂、銅、鋅、鐵、錳、硼含量分別為603 g、13.6 g、1.6 g、4.1 g、5.1 g、6.1 mg、27.6 mg、289 mg、541 mg、23.2 mg；同時，秋天板栗葉中各種元素的含量最高，是“還田”板栗樹的最好物質(zhì)。

牛糞是有機(jī)肥常用的氮源，具有植物生長所需的元素和有機(jī)質(zhì)，不宜單獨堆肥[2]。以板栗廢棄物為碳源，混合適當(dāng)?shù)呐＜S進(jìn)行微生物發(fā)酵，是有機(jī)肥堆制的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)有機(jī)肥研究以有機(jī)肥的使用技術(shù)和土壤肥力影響等方面為主，以農(nóng)林廢棄物為主要原料的堆制研究較少。筆者以板栗廢棄物（板栗葉約為85%，板栗枝條約為10%，板栗蓬約為5%）和牛糞為堆肥基本原料，采用FBA微生物菌劑和3種木腐菌制成的發(fā)酵劑進(jìn)行混合發(fā)酵，以有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、銨態(tài)氮、pH、腐殖酸、重金屬、微生物、蛔蟲卵等為指標(biāo)[3]，研究適宜的板栗廢棄物和牛糞物料比，旨在為制備板栗廢棄物有機(jī)肥提供理論依據(jù)，實現(xiàn)板栗產(chǎn)業(yè)鏈的環(huán)境友好型轉(zhuǎn)變。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

板栗廢棄物：板栗枝條、落葉，枝條進(jìn)行簡單粉碎，產(chǎn)自遷西縣漢兒莊鄉(xiāng)楊家峪；牛糞：產(chǎn)自遷西縣東荒峪躍華牛場。堆肥原料的主要成分見表1。

2017年6—12月，在河北省唐山市遷西縣立千生物肥業(yè)有限公司工廠進(jìn)行堆肥。以板栗廢棄物和牛糞為主要原料，使用遷西縣立千生物肥業(yè)有限公司自制的腐熟菌劑。

1.2 試驗設(shè)計

以板栗廢棄物和牛糞為主要原料，進(jìn)行條垛型有機(jī)肥混合堆肥發(fā)酵，堆垛下底寬2 m，上底寬1 m，堆高1 m，長度不限；堆垛底部設(shè)置通風(fēng)槽（30 cm寬，20 cm深），板栗廢棄物與牛糞按比例混勻后撒上尿素和腐熟菌劑（5 g/kg）進(jìn)行氮素調(diào)節(jié)和促進(jìn)發(fā)酵；水分控制在65%左右。堆肥前10 d每4 d翻拋機(jī)（LYFP280）翻刨，堆肥開始后每5 d翻刨1次，發(fā)酵處理20 d結(jié)束；分別于第0、1、2、3、4、6、9、12、15、18、20天采樣[4]。

試驗設(shè)3個處理和1個對照（CK，以玉米秸稈替代板栗葉，與牛糞物料比1 ∶1），A、B和C處理的板栗葉與牛糞（干重）配比為5 ∶5、6 ∶4和7 ∶3，分別用尿素調(diào)節(jié)4組的C/N至25 ∶1；發(fā)酵腐熟菌劑添加量為1%，每組干物料重500 kg[5]（表2）。發(fā)酵結(jié)束后取樣，進(jìn)行有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、pH、總腐殖酸、游離腐殖酸、水溶性腐殖酸、速效氮、銨態(tài)氮、重金屬、微生物、蛔蟲卵等指標(biāo)監(jiān)測。

1.3 檢測指標(biāo)與方法

1.3.1 樣品處理。取發(fā)酵后有機(jī)肥樣品5 000 g，干燥處理后，研磨過100目篩，備用。

1.3.2 質(zhì)量指標(biāo)。使用土壤養(yǎng)分速測儀（TPY-6A，浙江托普儀器有限公司產(chǎn)）進(jìn)行有機(jī)質(zhì)、pH、全氮、全磷、全鉀、速效氮的檢測；總腐殖酸采用堿性焦磷酸鈉浸提，重鉻酸鉀容量法測定；游離腐殖酸采用氫氧化鈉浸提，重鉻酸鉀容量法測定；水溶性腐殖酸采用水浸提，重鉻酸鉀容量法測定；銨態(tài)氮采用氯化鈉浸提，擴(kuò)散法測定[6]。

1.3.3 重金屬。使用土壤重金屬檢測儀（EDX-P930，浙江托普儀器有限公司）測定重金屬（Cr、Cd、Pb、As、Hg等）含量。

1.3.4 微生物。（1）采用梯度稀釋涂平板法分離真菌、細(xì)菌、放線菌和霉菌，分別使用PDA培養(yǎng)基、營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基、高氏（Gause）1號培養(yǎng)基和馬丁氏（Martin）培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。

稱取樣品10 g，加入90 mL無菌水混勻后定容，制成100 mL母液菌懸液。用無菌移液管分別吸取10 mL上述母液菌懸液，加入90 mL無菌水進(jìn)行稀釋；用同樣的方法依次制備10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6稀釋倍數(shù)的菌懸液，分別吸取0.1 mL菌懸液進(jìn)行固體培養(yǎng)，每個樣品取3個連續(xù)適宜的稀釋度，進(jìn)行固體培養(yǎng)基平板涂布培養(yǎng)，用涂布棒在培養(yǎng)基表面將菌液來回推散涂抹均勻，置于生物培養(yǎng)箱培養(yǎng)。細(xì)菌（36±1） ℃培養(yǎng)24 h后計數(shù)，真菌、霉菌（27±2）℃培養(yǎng)72 h后計數(shù)，放線菌（30±2） ℃培養(yǎng)7 d后計數(shù)，統(tǒng)計有效活菌數(shù)。

（2）采用改良飽和硝酸鈉漂浮法進(jìn)行蛔蟲卵數(shù)量檢測。取樣分別過孔徑2、3 mm篩后，各稱取樣品1 g，置于10 mL離心管內(nèi)，加入5% NaOH溶液8 mL置振蕩器混勻處理2 min后，2 000 r/min離心4 min，加入飽和NaNO3溶液攪拌混勻，2 000 r/min離心4 min，用飽和NaNO3溶液滿至管口，覆上蓋玻片；靜置15 min后，取下蓋玻片置于載玻片上鏡檢。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007和IBM SPSS Statistics 21.0軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同物料配比有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)、總養(yǎng)分含量和酸堿度比較

由表3可知，各處理有機(jī)質(zhì)含量均大于標(biāo)準(zhǔn)（450 g/kg）要求，各處理由大到小依次為A、C、CK、B，除A處理外，其他處理差異很小（小于10.5 g/kg）。隨板栗廢棄物添加比例的增加，有機(jī)質(zhì)含量呈下降趨勢；同等含量的處理下，板栗廢棄物比對照組（玉米秸稈）和牛糞等物料發(fā)酵處理后的有機(jī)質(zhì)含量高12.02%，差異顯著。

不同物料配比堆制有機(jī)肥A、B、C、CK處理的總養(yǎng)分含量分別為69.8、68.9、69.3和69.0 g/kg，A處理最高，但各處理之間差異很小（小于0.9 g/kg）。各配比處理中，隨著板栗廢棄物含量的增加，全氮和全磷含量降低，全鉀含量呈增加趨勢；與牛糞等物料用量相同的對照組相比，A處理的全氮含量最高，全磷、全鉀含量基本相同。pH由大到小依次為C（CK）、B、A，與B和C處理和相同物料比的對照組CK相比，A處理的pH最低7.6，更適合板栗生長環(huán)境的土壤需求。

2.2 不同物料配比有機(jī)肥速效氮和腐殖酸含量比較

由表4可知，各處理有機(jī)肥速效氮含量由高到低依次為A、B、C、CK。銨態(tài)氮占速效氮的比例，各處理含量均超過95%；同時，A處理的速效氮含量最高為1 144.4 mg/kg，C處理為710.4 mg/kg，A、B、C、CK處理速效氮占全氮的比例分別為7.0%、6.3%和4.9%、4.2%。可以推斷，板栗廢棄物與牛糞混合發(fā)酵的不同物料配比處理，有機(jī)肥速效氮含量隨板栗廢棄物比例的增加而降低，高于以玉米秸稈與牛糞配比的速效氮含量；銨態(tài)氮是速效氮存在的主要形式。

各處理的腐殖酸總量由高到低依次為A、B、C、CK。其中，游離腐殖酸由高到低依次為A、B、CK、C，各處理之間差異較小；水溶性腐殖酸含量由高到低依次為A、B、C、CK，各處理之間差異顯著，以A處理的水溶性腐殖酸最高為14.6%，CK最低為9.97%；不同配比之間，隨板栗廢棄物比例的增加，水溶性腐殖酸含量逐漸降低。水溶性腐殖酸是能夠被土壤直接利用的形態(tài)，因此，4個處理中，以與牛糞相同配比的板栗廢棄物用量的有機(jī)肥優(yōu)于其他處理，水溶性腐殖酸含量達(dá)14.60%。

2.3 不同物料配比有機(jī)肥重金屬含量比較

根據(jù)農(nóng)業(yè)部相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)NY 525—2012《有機(jī)肥料》標(biāo)準(zhǔn)要求：總As≤15 mg/kg，總Hg≤2 mg/kg，總Pb≤50 mg/kg，總Cd≤3 mg/kg，總Cr≤150 mg/kg。

由表5可知，各處理有機(jī)肥中重金屬指標(biāo)均符合國家規(guī)定。其中，As、Cd、Pb含量隨板栗廢棄物配比的增加而降低，均優(yōu)于對照組；各處理之間Hg含量差異不顯著，基本與對照組含量一致；Cr含量隨板栗廢棄物配比的增加而增加，分別為對照組的215.4%、221.3%和240.7%，差異顯著。Cr是鐵礦石常見的伴生元素，唐山地區(qū)板栗主產(chǎn)區(qū)多數(shù)為鐵礦富集地；研究表明，燕山地區(qū)板栗葉、枝條、樹皮等部位的鉻含量高于其他地區(qū)板栗各部位的含量，具有一定的地域差異[7]。

2.4 不同物料配比有機(jī)肥微生物和蛔蟲卵數(shù)量比較

NY 884—2012《生物有機(jī)肥》標(biāo)準(zhǔn)要求：有效活菌數(shù)（CFU）≥0.20億/g，大腸菌群數(shù)≤100個/g，蛔蟲卵死亡率≥95%。

由表6可知，有機(jī)肥中微生物和蛔蟲卵等指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。其中，真菌、放線菌、霉菌、大腸桿菌和蛔蟲卵等指標(biāo)均明顯低于玉米秸稈與牛糞配比的對照組；細(xì)菌總數(shù)與對照組差別不大。

3 結(jié)論與討論

以板栗廢棄物和牛糞為主要原料發(fā)酵制備有機(jī)肥，能最大限度地降低板栗主產(chǎn)區(qū)廢棄物資源的排放污染，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的循環(huán)及可持續(xù)性發(fā)展。

該研究結(jié)果顯示，在技術(shù)方面，試驗設(shè)置的C/N為25 ∶1的發(fā)酵效果達(dá)到預(yù)期，不同物料配比的各評價指標(biāo)間差異顯著；與相同物料配比的玉米秸稈相比，有機(jī)質(zhì)、全磷、全鉀、全氮、速效氮、腐殖酸等指標(biāo)含量均有不同程度的提高，具有優(yōu)越性和替代性。在微生物種群量方面，細(xì)菌為優(yōu)勢菌群，放線菌次之，原因可能是板栗葉表面覆蓋蠟質(zhì)不利于放線菌和真菌著生，在有氧發(fā)酵堆肥時，細(xì)菌進(jìn)行好氧發(fā)酵升溫促進(jìn)其他菌群進(jìn)行協(xié)同作用，從而快速熟化物料。板栗廢棄物中Fe、Cr等元素含量較高（與產(chǎn)地立地條件關(guān)系較大），通過發(fā)酵熟化后在有機(jī)肥中富集，但其含量遠(yuǎn)低于國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限值，同時，其他重金屬元素含量也符合標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，控制板栗廢棄物的配比，避免過量使用造成產(chǎn)品中重金屬的富集，是板栗廢棄資源循環(huán)利用的重要環(huán)節(jié)[8]。

以板栗廢棄物和牛糞為原料進(jìn)行3個處理的堆肥發(fā)酵，發(fā)酵產(chǎn)物的養(yǎng)分、重金屬和腐殖酸含量均達(dá)到農(nóng)業(yè)部NY 525—2012《有機(jī)肥料》標(biāo)準(zhǔn)要求；有效活菌數(shù)、蛔蟲卵死亡率也均符合農(nóng)業(yè)部NY 884—2012《生物有機(jī)肥》標(biāo)準(zhǔn)要求；各考核指標(biāo)與常用的玉米秸稈相比優(yōu)勢明顯，符合山區(qū)就地取材、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)資源循環(huán)利用的原則[9]。

綜合考慮，以板栗廢棄物和牛糞為好氧堆肥原料時，板栗廢棄物與牛糞干重配比為5 ∶5時達(dá)到無害化標(biāo)準(zhǔn)和腐熟要求，有機(jī)肥的速效性和安全性均較好，質(zhì)量較高。

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