不同發酵菌劑對樹葉基質的堆腐效果

韓星軍 謝振斌 車顯鈺 姚文英 杜紅斌

摘? ?要? ?2018年7—9月，在塔里木大學園藝實驗站以秋季落葉為原材料，加入10%腐熟牛糞，再加入不同發酵菌劑進行堆腐發酵，對照不加菌劑，研究不同菌劑對樹葉溫度、理化性質、養分含量、堆腐效果的影響。結果表明，四個處理經高溫堆腐發酵后均能達到有機物堆腐發酵腐熟標準;ZT菌劑、強興菌劑和堆肥菌劑均能夠提高堆體起始溫度，可縮短堆腐時間;三種菌劑對樹葉堆體前期溫度影響大，后期溫度影響較小;堆肥菌劑對樹葉基物理性質無明顯影響;ZT菌劑和強興菌劑均能較大程度改善樹葉基理化性質;ZT菌劑和強興菌劑處理的樹葉堆腐發酵效果最佳，其中“樹葉+10%腐熟牛糞+強興堆肥發酵菌劑”處理后的樹葉基質基本符合蔬菜育苗基質農業行業標準（NY/T2118-2012）要求，對“樹葉+10%腐熟牛糞+ZT秸稈腐熟菌劑”堆腐發酵后的樹葉基適當降低其EC值也符合蔬菜育苗基質要求。

關鍵詞? ?樹葉基質;發酵菌劑;發酵溫度;理化性質;元素含量;堆腐效果

中圖分類號：S141.4? ?文獻標志碼：A? ? DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.25.012

近年來南疆地區設施農業迅猛發展，無土栽培前景廣闊，基質栽培面積迅速擴展，市場需求量很大，但是市場中泥炭、草炭等基質資源有限，短期內不可再生、價格昂貴、南疆異地運輸費用高，極大地限制了其在南疆設施生產中的推廣和使用，有必要探索出一種適用于南疆地區無土栽培的基質替代物。新疆地域遼闊，植物資源豐富，樹木資源分布區域廣泛，秋季落葉不僅數量豐富，可再生、再生周期短，生物降解快，是一種非常重要的有機質資源[1]。南疆樹木落葉等植物資源利用率極低且浪費現象突出，要么就地填埋要么焚燒處理，樹葉等開發利用潛力十分巨大的植物資源沒有得到利用和重視[2]。王景晴研究發現由枯枝落葉堆肥發酵后可以提供植物生長所需的腐殖質[3]。籍秀梅研究了以鋸末作為試驗基質，用不同比例的雞糞、尿素與鋸末混合來調節C/N比，添加生物菌劑，進行堆腐發酵試驗，篩選出了能替代草炭的無土栽培優良基質[4]。本試驗以塔里木大學及阿拉爾市區秋季落葉（粉碎粒徑5 mm）為原材料，加入10%腐熟牛糞，再加入不同發酵菌劑（強興堆肥發酵菌劑、ZT秸稈腐熟菌劑、堆肥發酵菌劑）進行堆腐發酵，探究不同發酵菌劑對樹葉堆腐發酵的溫度、理化性質、主要營養元素及重金屬、腐熟程度等指標的影響，旨在篩選促進樹葉堆腐發酵的優質菌劑，為研發出一種理化性質穩定、養分含量齊全、便宜實用的無土栽培有機基質提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

樹葉基堆腐發酵試驗于2018年7—9月在塔里木大學園藝實驗站進行，試驗主要原材料為塔里木大學及阿拉爾市區秋季落葉、10%已腐熟的牛糞，試驗所使用的3種發酵菌劑分別為強興堆肥發酵菌劑（簡稱強興菌劑）、ZT秸稈腐熟菌劑（簡稱ZT菌劑）、堆肥發酵菌劑（簡稱堆肥菌劑），發酵菌劑基本簡介見表1。

1.2 方法

1.2.1 試驗處理

試驗采用隨機區組設計，設T1、T2、T3和CK4個處理，T1、T2、T3分別為強興菌劑、ZT菌劑、堆肥菌劑，即在樹葉材料中按照25 g·m-3的比例分別加入3種發酵菌劑，拌和有機肥（10%腐熟牛糞）進行堆腐發酵;CK為不加菌劑的對照組，即直接采用樹葉基質和10%腐熟牛糞進行堆腐發酵。每處理重復3次。處理方法：將收集好的已曬干的樹葉粉碎成0.5 cm粒徑，把3種粉狀菌劑分別均勻地灑在已粉碎好的樹葉上，再按體積比加入10%的腐熟牛糞，加水迅速翻堆，保證菌劑與樹葉基質充分混合，發酵堆體的水分保持60%左右，手掌捏緊能成團，指縫溢水而不滴，撒手落地即松散為宜[5]，發酵堆體呈直徑為120 cm、高度80 cm的圓錐體。以“草炭+珍珠巖（體積比1∶1）”為標準。

1.2.2 堆腐發酵

在堆腐發酵過程中，隨著溫度的上升，堆體內部水分逐漸減少，內部氧氣逐漸消耗至不足，試驗根據發酵堆體溫度變化，一周翻堆1次，通過“里翻外、外翻里”翻堆處理進行加水通氣，含水量保持在60%左右，保證堆體水分適宜和空氣流通，使其充分發酵。為降低雨水對發酵堆體內水分和溫度的影響，防止水分和溫度發生劇烈變化，在堆體上覆蓋透明塑料薄膜，每翻堆一次更換一次薄膜，薄膜上適當扎小孔來維持空氣循環。當發酵后的基質成棕黑色、無臭味，質感松軟、有微小團粒，發酵堆體溫度與堆外趨于一致時，即為發酵完成[6]。

1.2.3 項目測定

取發酵完成之后的樹葉基質樣品測定理化性質及養分含量。

1.2.3.1發酵堆體溫度測定

將溫度測試點定于發酵堆體上部，每個堆體插入3個數顯溫度計在堆體40 cm深處記錄其溫度，每天10：00、14：00和19：00三個時間段記錄堆體溫度，取同期3個數顯溫度計的算術平均值來描述發酵堆體溫度變化，同時測定10：00、14：00和19：00三個時間段的堆外溫度。

1.2.3.2樹葉基質物理性質測定指標及方法

堆腐發酵完成后，在堆體中心及四周部位30～40 cm處采集約500 g樣品，均勻混合，待基質自然風干后，粉碎過篩處理，測定其理化性質和養分狀況。樹葉基固體基質物理性質的測定依據郭世榮[6]的測定方法進行：取已知體積（V）為30 cm3的鋁盒稱重（W0），加滿風干樹葉基質稱重（W1），然后加入蒸餾水浸泡，靜置24 h后稱重（W2），把鋁盒中水分自然瀝干稱重（W3）。分別按以下公式計算各處理的物理性狀。

容重=（W1- W0）/V

總孔隙度=（W2-W1）/V×100

通氣孔隙度 =（W2-W3）/V×100

持水孔隙度=總孔隙度-通氣孔隙度

氣水比=通氣孔隙/持水孔隙

上式中，容重單位為g·cm-3，總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度單位為%。

1.2.3.3樹葉基質EC值、pH值測定方法

取發酵完成風干自然狀態樹葉基質20 mL，加入去離子蒸餾水100 mL，振蕩浸提10 min，過濾，取濾液用pH計測pH值，用精密電導率儀DDS-320測電導率[6]（EC值單位為mS·cm-1）。

1.2.3.4樹葉基養分及重金屬含量測定

在塔里木大學分析測試中心對堆腐發酵完成后的樹葉基營養元素（速效氮、速效磷、速效鉀），以及代換性鎂、鈣、有效銅、鐵、鋅、錳和重金屬元素（鉛、鎘、鉻、砷、汞）進行測定。

1.3 數據處理

用Excel 2013進行數據分析、作圖。

2 結果與分析

2.1 不同菌劑處理對堆體溫度的影響

高溫堆腐發酵過程中，溫度是影響堆腐發酵過程中微生物生命活動的關鍵因素，堆體中的微生物在發酵過程中分解有機物同時能夠釋放大量的熱能，促使發酵堆體溫度上升，溫度也是堆腐發酵能否順利完成的重要參數之一[7]。堆體發酵溫度的高低直接影響發酵反應速率的快慢，當堆體發酵溫度在50～60 ℃范圍時，對發酵物的降解有很好的效果，可徹底殺滅蛔蟲卵[8]。

由圖1可以看出，ZT菌劑、強興菌劑、堆肥菌劑處理和CK 發酵堆體的溫度變化曲線基本趨于一致。在樹葉基堆腐發酵過程（30 d）中，不同處理的堆體溫度隨著翻堆時間的變化而呈現出“上升-下降-再上升-再下降”波浪型周期性變化。即翻堆時因加水通氣導致大量熱量散失，堆體溫度迅速降低至波谷，翻堆結束后，發酵仍繼續進行，堆體溫度又開始迅速升高至波峰并保持相對穩定。

在第一次翻堆前一個發酵周期內即第一升溫發酵周期（0～7 d），堆體溫度快速上升，第二發酵周期（7～14 d）進行翻堆處理后，發酵堆體溫度上升很快，溫度保持一定階段。第三腐熟發酵周期（14～21 d）進行翻堆處理后，發酵堆體溫度上升比第二發酵周期略微緩慢，溫度逐漸降低，堆腐發酵基質趨于腐熟。第四降溫發酵周期（21～28 d）進行翻堆處理后，發酵堆體溫度慢慢提升，較第三發酵周期升溫緩慢且比第三發酵周期降溫快，當堆體內部溫度與外界溫度趨于一致，基質呈黑褐色無異味，即發酵完成。

堆體堆腐發酵的初始溫度達到40 ℃時可加速堆體升溫，增溫速度最快，堆腐發酵效率最高[8];堆腐發酵第一天當中10：00、14：00、19：00測得T1、T2、T3處理堆體起始溫度基本都高于45 ℃，CK堆體起始溫度高于40 ℃，T1（46.6、46.3、46.1 ℃）>T3（45.6、45.6、45.7 ℃）>T2（45.2、45.1、44.8 ℃）>CK（42.6、42.9、43.5 ℃）。堆體起始溫度T1最高，三個菌劑處理皆高于CK、遠高于外界環境（21.9、21.4、23.0 ℃）。

堆體溫度在第一次翻堆前（0～7 d）上升最快且最高，T1、T2、T3、CK堆體溫度分別在第4 d、4 d、

4 d、8 d迅速上升到最高溫度60.8 ℃、61.3 ℃、61.5 ℃、56.9 ℃，由此可知，CK堆體升溫最慢，且最高溫度低于三個菌劑處理，到達最高溫度耗時最長（8 d）。

在持續30 d的堆腐發酵過程中，4個處理堆體的中高溫發酵溫度（45～50 ℃）持續的天數基本維持在5～12 d，其中T1（12 d）持續時間最長，CK（5 d）持續時間最短。堆體的高溫發酵溫度（>50 ℃）持續天數為19 d（CK）、9 d（T1）、9 d（T2）、10 d（T3），即CK長于三個菌劑處理，T1、T2、T3差異不明顯。

2.2 不同菌劑處理對堆體物理性質的影響

從圖2可知，總孔隙度、通氣孔隙度 、持水孔隙度T1、T2處理高于CK，T3和CK無差異。T1的總孔隙度接近標準，通氣孔隙度低于標準，持水孔隙度高于標準;T2的持水孔隙度高于標準，其余都低于標準;T3、CK的總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度都低于標準。除了T3、CK的持水孔隙度低于規定數值外，T1、T2、T3、CK的物理性質基本都符合蔬菜育苗基質農業行業標準（NY/T2118-2012）要求。

本試驗結果，ZT菌劑、強興菌劑、堆肥菌劑、CK及標準的容重分別為0.45、0.40、0.43、0.43及0.35 g·cm-3，可見三個菌劑處理和對照的容重相差不大，且皆高于標準，滿足蔬菜育苗基質農業行業標準（NY/T2118-2012）要求;ZT菌劑、強興菌劑、堆肥菌劑、CK及標準的氣水比分別為0.30、0.35、0.44、0.44及0.79，可見三個菌劑處理和對照的氣水比均低于標準，處于蔬菜育苗基質標準最適宜范圍（0.25～0.50）。

2.3 不同菌劑處理對堆體化學性質的影響

許多研究者指出，pH值可以作為堆肥腐熟度評價參考指標之一。堆腐發酵的原材料大多數都呈弱酸性或中性，pH值在6.5～7.5范圍內。堆腐發酵完成后堆肥的pH值一般呈弱堿性，pH值在8～9[9]。本試驗結果，堆腐發酵后ZT菌劑、強興菌劑、堆肥菌劑和CK的pH值分別為8.12、8.04、7.88和8.31，三個菌劑處理和對照的pH值均大于未經處理的原樹葉（6.40），基本上都呈弱堿性，可見堆腐發酵后各處理pH值符合腐熟評價指標，也符合農業部生物有機肥料標準（NY884-2012）規定的“有機物經腐發酵腐熟后，pH值應在5.5～8.5范圍”。

大多數作物適宜生長的EC值范圍在0.5～3.0 mS/cm[10-11]。本試驗結果，ZT菌劑、強興菌劑、堆肥菌劑和CK的EC值分別為5.57、1.87、5.08、0.70 mS/cm，可見強興菌劑和CK的EC值在適宜作物生長范圍之內。

2.4 不同菌劑處理樹葉基質堆體的營養元素含量

由表2可見，三個菌劑處理的速效N、速效P含量均明顯高于對照和標準，同時對照高于標準，其中以堆肥菌劑速效N最高，達176.75 mg·kg-1，強興菌劑速效P最高，達269.57 mg·kg-1;速效K含量強興菌劑低于對照，ZT菌劑最高，達1 142.34 mg·kg-1，處理和對照均高于標準，同時對照高于標準。

三個菌劑處理和對照的鋅、銅、鐵、錳、鎂、鈣含量均明顯高于標準。菌劑處理的銅、錳、鈣含量高于對照，鋅、鐵含量低于對照;鎂含量強興菌劑最高，ZT菌劑最低，堆肥菌劑和對照居中且差異極小。鋅、銅、鐵、錳、鎂和鈣含量的最大值分別為對照（151.03 mg·kg-1）、ZT菌劑（32.34 mg·kg-1）、對照（10 777.81 mg·kg-1）、ZT菌劑（45.86 mg·kg-1）、強興菌劑（12 130.47 mg·kg-1）和強興菌劑（70 024.99 mg·kg-1）。

2.5 不同菌劑處理樹葉基質堆體的重金屬元素含量

由表3可見，三個菌劑處理和對照的重金屬元素含量均遠低于農業部生物有機肥料標準（NY884-2012）重金屬限量要求。鉛含量強興菌劑最高（10.93 mg·kg-1），ZT菌劑最低（2.16 mg·kg-1）;鎘含量對照最高（12.65 mg·kg-1），三個菌劑處理相近;鉻含量強興菌劑最高（0.30 mg·kg-1），ZT菌劑和堆肥菌劑最低（0.08 mg·kg-1）;砷含量ZT菌劑最高（5.18 mg·kg-1），對照最低（4.18 mg·kg-1）。ZT菌劑、強興菌劑處理均未檢出汞，堆肥菌劑、對照汞含量極低。

3 結論與討論

本試驗結果顯示，ZT菌劑、強興菌劑和堆肥菌劑均能夠提高堆體起始溫度，有助于發酵前期快速提升樹葉堆體溫度和堆腐速率，ZT菌劑前期提溫效果最快;ZT、強興、堆肥菌劑處理的發酵堆體在最短時間內快速達到最高溫度，可縮短堆體發酵時間，這與席北斗等的研究結果[6]相符。ZT菌劑、強興菌劑、堆肥菌劑對樹葉發酵堆體前期溫度影響大，對堆體后期溫度影響較小;堆肥菌劑對樹葉基物理性質無明顯影響;ZT菌劑和強興菌劑均能較大程度改善樹葉基理化性質;基質的pH值整體都有所上升，堆肥菌劑處理的樹葉基pH值變化幅度最小，腐熟后的樹葉基質pH值全部符合農業部生物有機肥料標準（NY884-2012）的規定。ZT菌劑和堆肥菌劑處理會使樹葉基質的EC值增大，堆肥發酵菌劑發酵后樹葉基速效氮磷鉀含量及其他主要營養元素含量都極高，遠高于標準（草炭、蛭石體積比為1∶1），其中添加了三種菌劑的處理樹葉基速效氮磷鉀含量最大，ZT菌劑、強興菌劑、堆肥菌劑能促進樹葉基有機物質分解積累大量植物所需營養元素，可以為植物生長充分供應所需營養元素，并且有害重金屬含量極低，遠低于農業部生物有機肥料標準限量要求。

“樹葉+10%腐熟牛糞發酵”“樹葉+10%腐熟牛糞+ZT秸稈腐熟菌劑”“樹葉+10%腐熟牛糞+強興堆肥發酵菌劑”和“樹葉+10%腐熟牛糞+堆肥發酵菌劑”這四種處理，分別經高溫堆腐發酵后均能達到有機物堆腐發酵腐熟標準。強興菌劑、ZT菌劑對樹葉堆腐發酵效果最佳，其中“樹葉+10%腐熟牛糞+強興堆肥發酵菌劑”處理后的樹葉基質基本符合蔬菜育苗基質農業行業標準（NY/T2118-2012）要求，對“樹葉+10%腐熟牛糞+ZT秸稈腐熟菌劑”堆腐發酵后的樹葉基適當降低其EC值也符合蔬菜育苗基質。

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（責任編輯：丁志祥）