三種單一類型園林廢棄物集約化制肥效果研究

宋良紅，王 珂，李小康，楊志恒，王志毅

（鄭州植物園，鄭州 450052）

園林廢棄物通常指園林植物養護過程中所產生的落葉、草屑、花敗、枯枝以及修剪物等固體廢棄物，也有學者稱之為園林垃圾［1，2］。園林城市的快速發展引起園林廢棄物急增，傳統的填埋、焚燒等處置方式已經不符合生態環保發展要求，大量的園林廢棄物需要更環保、更經濟的處理方式［3，4］。園林廢棄物中含有豐富的有機質和木質纖維素等可降解成分［5，6］，通過堆肥處理可轉化成有機肥料［7］，這種處理方式能夠促進資源再利用，降低園林養護費用，推動城市經濟綠色循環發展［8-10］。

近年來，園林廢棄物資源化利用研究傾向于混合型物料堆肥。其中，李雅君等［11］通過添加菌劑和動物糞便優選出落葉枯枝混合型園林廢棄物堆肥的最優堆肥條件。姚文英等［12］在樹葉堆肥發酵過程中添加不同的發酵菌劑發現添加嗜熱側孢霉的處理在堆體中心溫度、理化性質、種子發芽率和發芽指數（GI）等方面均優于對照和加入微生物菌劑的處理。但目前利用不同類型園林廢棄物通過集成化設備高溫制肥技術的研究較少。本研究以3種單一類型園林廢棄物為制肥原料，通過不同比例添加物，探究高溫制肥過程中有機質、養分含量等指標變化，以期根據不同類型園林廢棄物制肥的特點優選經濟適宜的制肥配比與制肥模式，為不同類型園林廢棄物的資源利用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗依托鄭州植物園園林廢棄物處理中心，收集的園林廢棄物分為草屑類、落葉類和枯枝類。將草屑類與落葉類分別粉碎成粒徑為1.0～5.0 mm的顆粒，枯枝類先粗粉成2.0～2.5 cm的顆粒，然后細粉成1.0～5.0 mm的顆粒。羊糞、豆渣均購買于鄭州植物園附近的農戶。發酵菌劑采用鄭州云茂實業有限公司的YM-ZF-A系列發酵設備專用菌，專用菌包括5種細菌（肺炎克雷伯菌、假單胞菌、嗜麥芽窄食單胞菌、熱纖梭菌、芽孢桿菌）和11種真菌（康氏木霉、黃綠木霉、木霉、里氏木霉、交鏈孢屬、無孢菌群、硬內囊霉屬、曲霉屬、黑曲霉、擬莖點霉屬、斜臥青霉）。

1.2 方法

試驗始于7月，地點位于鄭州植物園。設置6個處理，如表1所示，每個處理重復3次。每個堆肥處理按照固定成分配比后，將含水量調節至50%～60%，通過系列集約化發酵設備（鄭州云茂實業有限公司的YM-ZF-A系列發酵設備）進行30 min高溫滅菌，按照堆體質量添加0.5%發酵專用菌，進行初次發酵。該系列設備包括進料機、出料機、園林廢棄物處理機、生物質熱風爐，可完成自動攪拌、升溫、滅菌、進料、出料等過程，集約化程度高。出倉堆置成直徑2.0～3.0 m、高1.2 m的椎體。在堆肥發酵期間每天上午10：00、下午2：00讀取堆體溫度，取平均值，記錄發酵溫度變化。在發酵前期（初始混合期）、發酵中期（設備發酵后）、發酵末期（腐熟完成后）測定有機質、pH、全氮、全磷、全鉀。在發酵末期進行發芽指數測定。

表1 不同類型園林廢棄物堆肥發酵配方

1.3 項目測定

全氮采用H2SO4-H2O2消煮-凱氏定氮法測量；全磷采用H2SO4-HNO3消煮-鉬銻抗比色法測量；全鉀采用H2SO4-HNO3消煮-火焰光度法測量，具體操作按照中國有機肥標準NY525—2012進行［13］；有機質和pH用YN-8000智能綜合檢測儀測定；發芽指數（GI）計算公式［14］為GI=［（堆肥處理的種子發芽率×種子根長）/（去離子水處理的種子發芽率×種子根長）］×100%。

1.4 數據處理

試驗數據用Excel、SPSS統計軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同物料配比對園林廢棄物堆肥溫度的影響

堆肥溫度是堆肥穩定化和無害化的重要參數［15］，其變化反映了堆體微生物活性的變化，這種變化與堆體中可被分解的有機質含量相關［16］。從表2可以看出，6個堆肥處理中，有5個處理的堆體溫度在第1天就達60℃以上，而T2處理在第2天也達60℃以上，表明堆肥處理升溫速度快，高度集成化設備將物料進行了高溫滅菌和微生物發酵處理，有助于堆體快速升溫。

表2 不同處理溫度變化主要指標

堆肥周期內從T1到T6處理，均能維持55℃以上高溫10 d以上，其中T1處理和T2處理持續時間較長，分別維持27、25 d，其次是T5處理維持20 d，而T3、T4、T6處理維持高溫時間較短，分別是12、14、13 d。T1和T2這2個處理主要是由枯枝類構成，而枯枝類中含有較多難降解的有機物質，因此增加了發酵時間。

6個處理達到腐熟所需時間依次表現為T1＞T2＞T3=T4＞T5＞T6，表明草屑類（T5、T6）腐熟速度快，分別用了37、31 d，其次是落葉類（T3、T4），均用了45 d，而枯枝類（T1、T2）腐熟最慢，分別用了53、50 d。草屑類中羊糞、豆渣含量較多時，能夠加速堆腐速度；枯枝類中羊糞和豆渣含量較多時，加速了堆腐速度，但是落葉類中2種比例發酵時間基本一致。

2.2 不同物料配比對園林廢棄物堆肥p H的影響

pH的變化是反映堆肥過程的重要參數，適宜的pH能夠使微生物有效地發揮作用，而pH太高或者太低，都會影響堆肥效率和質量［15］。從表3可以看出，經過集成化設備快速發酵之后，不同處理pH均有所上升，而T3處理出現了略微下降，這可能與微生物活動產生有機酸有關。發酵末期與發酵前期相比各處理pH均呈上升趨勢，T1至T6處理的pH均在7.51～8.44，表明各處理的pH均處在中性或弱堿性環境中，對微生物活動更有利。發酵末期各處理pH表現為T6＞T4＞T2，T5＞T3＞T1，表明同一配比條件下，pH大小表現為草屑類＞落葉類＞枯枝類。

表3 不同處理p H變化

2.3 不同物料配比對園林廢棄物堆肥有機質的影響

6個處理有機質含量變化如表4所示，各處理有機質含量變化相似，均呈下降趨勢。通過高效集成化設備發酵后，各處理有機質含量雖然均有所下降，但是下降量較小。與發酵前期相比，發酵末期各處理下降程度較大，其中，T3、T4、T5、T6處理下降程度較大，分別下降了19.70、17.51、19.36、20.65個百分點，而T1、T2下降程度相對較低，分別下降了13.56、16.96個百分點。表明落葉類和草屑類可降解有機質較多，在整個發酵腐熟過程中大量有機質被分解。

表4 不同處理有機質含量變化（單位：%）

本研究發酵末期，各處理有機質含量表現為T2＞T1＞T4＞T3＞T6＞T5，可 知T2＞T1，T4＞T3，T6＞T5，表明發酵末期，同一類型堆肥中，豆渣和羊糞含量較多時有機質含量較高；同一配比中，有機質含量表現為T2＞T4＞T6，T1＞T3＞T5，表明在同一配比中，枯枝類含有較高的有機質，草屑類有機質含量較低。

2.4 不同物料配比對園林廢棄物堆肥養分的影響

園林廢棄物堆肥腐熟的過程中，氮素的含量變化是評價其成品質量的重要指標［17］。本試驗中發酵末期各處理全氮含量顯著高于發酵前期，全氮含量均呈升高趨勢（表5）。發酵末期各處理全氮含量大小表現為T6＞T5＞T2＞T4＞T3＞T1，T6、T5處理的全氮含量顯著高于其他處理，其次是T2、T4處理，全氮含量最低的是T1、T3處理，表明堆體完全腐熟后，3種單一類型堆肥產品中全氮含量表現為草屑類＞落葉類，草屑類＞枯枝類，羊糞含量較多時全氮含量較高。

表5 不同處理堆肥前后的養分變化 （單位：%）

發酵末期，3種單一類型園林廢棄物全鉀含量均呈上升趨勢，其中，T6、T5全鉀含量上升幅度較大，分別是發酵前期的7.76、6.70倍，其次是T4，全鉀含量是發酵前期的6.59倍，其余處理的上升量均達3倍以上。發酵末期，各處理全鉀含量表現為T6＞T5，T2＞T1，T4＞T3，這表明同一類型中，豆渣和羊糞含量較多時全鉀含量較高。

從發酵前期到發酵末期，各處理的全磷含量均有所增長。發酵末期各處理全磷含量表現為T6＞T5，T2＞T1，T4＞T3，表明同一類型中豆渣和羊糞含量較多時，全磷含量較高。從總養分來看，發酵末期，各處理總養分都有不同程度的提升，總養分均在6.00%以上，達到有機肥國家標準NY525—2002總養分≥4%的要求。其中，T5、T6處理總養分含量處于較高水平，更有利于植物生長。

2.5 不同物料配比對園林廢棄物堆肥腐熟度發芽指數的影響

由圖1可知，6個處理的發芽指數均在80%以上，表明6個處理均已完全腐熟，且達到有機肥國家標準NY525—2002要求，對植物毒害作用較小。6個處理中，T1＞T2，T3＞T4，T5＞T6，表明3種單一類型堆肥產品中，在豆渣羊糞含量較低時對植物的毒害性較小，種子的發芽指數較高，其中，T5處理的發芽率處于相對較高水平，表明豆渣羊糞含量較低的草屑類更有利于種子萌發，堆肥效果較好。

圖1 腐熟后不同處理發芽指數

3 小結與討論

有研究表明，堆體溫度通常在開始的3～5 d，從環境溫度上升到60℃以上高溫［18］，本試驗中3種類型綠化廢棄物均能通過集成化發酵設備在1～2 d內快速提升堆肥溫度至60℃以上，明顯縮短堆體升溫過程。本研究中草屑類（T5和T6處理）腐熟最快，在堆肥時間上占有優勢，而落葉類和枯枝類處理腐熟較慢，這可能與落葉類和枯枝類中存在較多難降解的有機質有關。本研究中各處理在發酵過程中維持55℃高溫時間均較長，這可能與堆肥發酵期間夏季高溫有關。

堆肥發酵過程中pH的變化是影響堆體內微生物活性和衡量堆肥腐熟質量的重要參數［17］，本研究中各處理發酵過程中pH呈上升趨勢，這與王瑞瑩等［19］的研究結果一致。本試驗發酵末期各處理的pH均在7.51～8.44，處于弱堿環境，能夠為微生物活動與生存提供適宜的pH環境［17］。

龔小強等［20］研究表明，添加牛糞可提高纖維素和木質素的降解率，增加堆肥產品中氮、磷、鉀等營養元素的含量。本試驗各處理的有機質含量均呈下降趨勢，發酵末期，同一類型中羊糞含量多的處理，有機質含量下降幅度最大，且堆肥產品中氮、磷、鉀等營養元素的含量相對較高。本研究中，同一配比條件下，氮、磷、鉀含量均表現為草屑類較高，其次是落葉類，而枯枝類含量最低，這與王瑞瑩［19］等研究園林廢棄物堆肥過程中樹葉類氮、磷、鉀養分含量高于枯枝類的結果相一致。

發芽指數是評價腐熟度的常用參數，種子發芽指數體現腐熟堆肥毒性的降低情況，本研究表明草屑類、落葉類、枯枝類的6個處理種子發芽指數均在80%以上，且每種類型中第一種配比，即豆渣：羊糞：枯枝類為1∶1∶8的發芽指數相對較高，對植物毒害性較低，有利于植物生長，堆肥效果較好。其中，草屑類（T5、T6處理）的2種處理具有明顯優勢，堆肥時間最短，總養分含量較高，pH適中，發芽指數符合要求，有利于植物生長，堆肥效果好。草屑類中的T5處理豆渣羊糞含量較低，可節約一定的成本，生產中草屑類按照豆渣：羊糞：園林廢棄物1∶1∶8的比例進行集成化發酵堆肥最為適宜，制肥時間可選擇在春季或者秋季，可避免過度高溫和低溫對制肥帶來影響。