曝氣距離對(duì)植物源廢棄物氣流膜好氧發(fā)酵效率的影響①

張西凱，劉紅軍，王東升，王 蓓，沈宗專，李 榮，沈其榮

曝氣距離對(duì)植物源廢棄物氣流膜好氧發(fā)酵效率的影響①

張西凱1，劉紅軍1，王東升2，王 蓓2，沈宗專1，李 榮1*，沈其榮1

(1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江蘇省固體有機(jī)廢棄物資源化高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省有機(jī)固體廢棄物協(xié)同創(chuàng)新中心/教育部資源節(jié)約型肥料工程技術(shù)研究中心，南京 210095；2 南京市蔬菜科學(xué)研究所，南京 210042)

利用工廠化氣流膜堆肥方式，探究了距離風(fēng)機(jī)不同位置對(duì)堆體中廢棄尾菜配伍蘑菇渣和醋糟發(fā)酵效率的影響。試驗(yàn)將尾菜、醋糟和蘑菇渣按照鮮重比1∶1∶3混合均勻后，放入氣流膜發(fā)酵槽中，覆蓋戈?duì)柲ぃ撞科貧獍l(fā)酵30 d，以靠近風(fēng)機(jī)一側(cè)的終點(diǎn)為0點(diǎn)，分別于距離風(fēng)機(jī)1.5、4.5、9.0、13.5、16.5 m處取樣，測(cè)定了堆肥過程中距風(fēng)機(jī)不同位置的堆體溫度、含水量、pH、碳氮比、發(fā)芽指數(shù)和養(yǎng)分等理化指標(biāo)的變化。結(jié)果表明，堆肥過程中，距離風(fēng)機(jī)不同位置物料間發(fā)酵效果具有一定的差異，至堆肥結(jié)束時(shí)，距離風(fēng)機(jī)近的3個(gè)采樣點(diǎn)(1.5、4.5、9.0 m)的腐熟物料總養(yǎng)分含量大于5%，分別達(dá)到了5.31%、5.20%、5.27%，而距離風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)的2個(gè)采樣點(diǎn)(13.5、16.5 m)腐熟物料總養(yǎng)分含量分別為4.94% 和4.83%；各位點(diǎn)肥料的發(fā)芽指數(shù)分別達(dá)到了102.8%、89.3%、98.0%、82.4% 和85.5%，均在80% 以上。進(jìn)一步的豇豆田間試驗(yàn)結(jié)果表明，相比于施用未腐熟原料，施用各發(fā)酵點(diǎn)的腐熟物料均對(duì)豇豆有增產(chǎn)效果，且施用距離風(fēng)機(jī)近的3個(gè)采樣點(diǎn)的肥料處理效果更優(yōu)，相比化肥處理的增產(chǎn)率分別為1.8%、4.52% 和6.78%。綜上，在氣流膜發(fā)酵工藝中，距離風(fēng)機(jī)不同距離的物料均能發(fā)酵腐熟，距離近的腐熟物料養(yǎng)分含量更高，田間促生效果更優(yōu)異。

堆肥；曝氣距離；尾菜；豇豆；田間試驗(yàn)

尾菜是蔬菜生長(zhǎng)、采收、加工、物流、消費(fèi)等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢棄葉、根、莖和果實(shí)等，也稱“蔬菜廢棄物”[1]。近年來，隨著蔬菜產(chǎn)業(yè)設(shè)施化、規(guī)模化的不斷發(fā)展，在蔬菜產(chǎn)區(qū)蔬菜采收與初加工過程中常伴有大量的尾菜產(chǎn)生，尤其是隨著城鎮(zhèn)居民生活水平的日益提高，凈菜上市增多，大量殘次蔬菜和凈菜加工處理過程中產(chǎn)生的根、葉、莖和果實(shí)等成為尾菜廢棄物。隨意傾倒的尾菜堆積于田間地頭和鄉(xiāng)村道路旁、溝渠內(nèi)，嚴(yán)重污染環(huán)境[2-3]。尾菜含有大量有機(jī)、無機(jī)元素，攜帶病菌蟲卵，如處理不當(dāng)，不僅對(duì)生產(chǎn)、生活、生態(tài)環(huán)境和蔬菜生產(chǎn)產(chǎn)生危害，且造成資源浪費(fèi)，影響蔬菜產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[4-5]。因此，亟待尾菜高效資源化利用技術(shù)工藝。

當(dāng)前尾菜資源化利用方式主要包括肥料化、飼料化、基質(zhì)化等，而其中肥料化是最有效也是最普遍的處理方式。好氧發(fā)酵是廢棄物無害化處理和資源化利用的重要方式，目前主要的堆肥工藝為條垛式發(fā)酵和槽式發(fā)酵[6-7]。氣流膜堆肥發(fā)酵工藝，為最近興起的資源化農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥模式，其具有堆肥成本低、堆肥場(chǎng)無臭氣等優(yōu)點(diǎn)，并且氣流膜發(fā)酵過程中，利用濾氣膜將堆體覆蓋，可有效地減少發(fā)酵過程中氨氮的揮發(fā)，減少肥料中營(yíng)養(yǎng)成分的流失[8-9]。目前，氣流膜堆肥發(fā)酵工藝已經(jīng)在不同廢棄物好氧發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥過程中被廣泛利用，但利用其發(fā)酵純植物源廢棄物的研究依然較少。另外，氣流膜發(fā)酵槽中距離風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)近程度對(duì)堆體物料發(fā)酵效率的影響依然缺乏研究。

本研究以廢棄尾菜配伍蘑菇渣和醋糟為原料，研究了氣流膜堆肥發(fā)酵過程中，距離風(fēng)機(jī)不同位置的堆體物料理化性質(zhì)變化特征，以及不同位置的腐熟肥料在田間應(yīng)用中的效果，以期為利用氣流膜堆肥工藝資源化尾菜類廢棄物研制有機(jī)肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 氣流膜堆肥發(fā)酵試驗(yàn)

供試堆肥物料尾菜混合物、蘑菇渣及醋糟由江蘇省太倉(cāng)綠豐農(nóng)業(yè)資源開發(fā)有限公司提供，其基本理化性質(zhì)見表1。堆肥發(fā)酵試驗(yàn)于2020年1月16日到2020年3月5日在上述公司某氣流膜堆肥車間進(jìn)行。

表1 堆肥原料基本理化性質(zhì)

試驗(yàn)時(shí)，將尾菜、醋糟和蘑菇渣按照C/N為 30∶1，鮮重比為1∶1∶3混合均勻，初始含水率調(diào)節(jié)至55% ～ 65%后，砌成條垛狀堆放于發(fā)酵棚內(nèi)，堆體基料長(zhǎng)18 m，寬5 m，高1.9 m。在條垛外覆蓋戈?duì)柲ぃ采w后利用沙袋將條垛周圍壓實(shí)，采用功率為3.7 kW，曝氣量為80 000 L/min的風(fēng)機(jī)底部曝氣發(fā)酵。曝氣頻率根據(jù)溫度自行調(diào)節(jié)，發(fā)酵過程中不翻堆，堆肥30 d后堆體開始降溫，整個(gè)堆肥過程中堆溫50℃以上維持20 d以上。本研究采用的堆肥工藝為氣流膜堆肥工藝，氣流膜高溫好氧堆肥系統(tǒng)的核心設(shè)備是蓋在有機(jī)廢棄物堆上的復(fù)合膜，該膜以聚四氟乙烯為原料經(jīng)膨化拉伸形成的多微孔膜(e-PTFE膜)為核心材料，被夾持在兩層牢固的聚氨酯基材膜(防紫外線和耐腐蝕)中間。用氣流膜覆蓋堆肥后，堆肥內(nèi)的水蒸氣可蒸發(fā)散出，而大分子氣體等無法透過分子膜，有效減少了發(fā)酵過程中臭氣揮發(fā)、營(yíng)養(yǎng)成分流失，增強(qiáng)了肥料品質(zhì)。

堆肥開始時(shí)，在堆體中部安插溫度計(jì)，通過智能控制系統(tǒng)傳輸溫度信息，每天上午9:00 和下午15:00各記錄1次溫度，取平均溫度作為堆體的實(shí)際溫度。堆肥過程中，以靠近風(fēng)機(jī)一側(cè)的終點(diǎn)為0點(diǎn)，分別于距離風(fēng)機(jī)1.5、4.5、9.0、13.5、16.5 m處取樣，分別稱為位置A、B、C、D、E，取樣時(shí)間設(shè)置為堆肥1、3、5、24、27、36、41 d。采樣時(shí)每個(gè)位置，分別從3個(gè)高度(距地面0.6、0.9、1.5 m處)采集等量樣品混合均勻。樣品分成3份，其中2份分別保存于4 ℃和–80 ℃冰箱，另一份自然風(fēng)干粉碎后待用。

堆體含水率的測(cè)定：將干凈鋁盒蓋上蓋子放入105 ℃電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱中烘干至恒重，稱重(1)；稱取適量肥料樣品2(精確至0.001 g)平鋪于鋁盒底部，蓋上蓋子放于干燥箱中烘12 h(105 ℃)至恒重后再置于干燥器中1 h，稱重(3)，由公式：含水率(%)=(3–1)/2× 100計(jì)算。每個(gè)樣品設(shè)置5次重復(fù)。

堆體pH和EC的測(cè)定：新鮮樣品和去離子水以1∶10(/)混合，置于水平搖床振蕩2 h，靜置30 min后用pH計(jì)和電導(dǎo)儀測(cè)定。每個(gè)樣品進(jìn)行5次重復(fù)。

堆體全碳、氮、磷、鉀含量的測(cè)定：經(jīng)風(fēng)干、粉碎、細(xì)化、均一化的樣品過100 目篩后用錫箔紙包被，使用元素分析儀(Vario EL, Germany)，通過干燒法進(jìn)行全碳和全氮含量的測(cè)定，C/N = 全碳含量/全氮含量。每個(gè)樣品設(shè)置5次重復(fù)。風(fēng)干樣品過 20目篩參照農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 525—2021《有機(jī)肥料》[10]，用鉬黃法測(cè)定全磷(P2O5)含量，用火焰光度法測(cè)定全鉀(K2O)含量，每個(gè)樣品進(jìn)行5次重復(fù)。

堆體銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的測(cè)定：取新鮮樣品與去離子水以1∶10(/)充分混勻后，置于30 ℃、170 r/min搖床置振蕩24 h后，在4 ℃、12 000 r/min條件下離心10 min，取上清液并用0.45 μm水系濾膜過濾，用連續(xù)流動(dòng)分析儀(Auto Analyzer 3, Germany)測(cè)定銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量，每個(gè)樣品進(jìn)行5次重復(fù)。

腐熟堆肥發(fā)芽指數(shù)的測(cè)定：將腐熟堆肥A、B、C、D、E位置新鮮樣品與去離子水以1∶10(/)混合，置于水平搖床振蕩2 h后過濾；取5 ml濾液加入鋪有濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，每個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)放置20顆獨(dú)行菜()種子，并設(shè)置去離子水空白對(duì)照；將培養(yǎng)皿放置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)3 d后，測(cè)定發(fā)芽種子數(shù)以及根長(zhǎng)，并計(jì)算發(fā)芽指數(shù)：發(fā)芽指數(shù)（%）=[樣品發(fā)芽率(%)×樣品根長(zhǎng)×100]/[對(duì)照發(fā)芽率(%)×對(duì)照根長(zhǎng)]。每個(gè)樣品設(shè)置5次重復(fù)。

1.2 田間試驗(yàn)

田間試驗(yàn)于2020年3—6月在南京市蔬菜科學(xué)研究所橫溪基地的設(shè)施大棚內(nèi)進(jìn)行。供試作物為豇豆，試驗(yàn)共設(shè)計(jì)8個(gè)處理：處理1(CK)：不施肥；處理2(CF)：施用化肥，其中尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀的施用量分別為387.5、1 037.5和275 kg/hm2；處理3 ～處理7(A ～ E)：每小區(qū)施用堆肥試驗(yàn)中A ～ E位置的腐熟肥料6.8 kg；處理8(VW)：每小區(qū)施用未經(jīng)發(fā)酵的尾菜6.8 kg(全氮 12.3 g/kg，未經(jīng)發(fā)酵的尾菜已放置一段時(shí)間，養(yǎng)分與堆肥時(shí)新鮮尾菜有差別；全磷(P2O5)7.3 g/kg；全鉀(K2O) 9.5 g/kg)。為使各施肥處理總養(yǎng)分與處理2相等，處理3 ～ 處理8剩余的養(yǎng)分用化肥補(bǔ)齊。其中，化肥處理基肥施用量分別為尿素(含N 460 g/kg)155 kg/hm2、過磷酸鈣(含P2O5130 g/kg) 1 037.5 kg/hm2和硫酸鉀(含K2O 540 g/kg) 110 kg/hm2，花期追肥的肥料施用量為尿素232.5 kg/hm2、硫酸鉀165 kg/hm2。所有有機(jī)類肥料作為基肥施入，花期施用化肥追肥一次，使總養(yǎng)分與化肥處理相等。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)8 m2，所有小區(qū)隨機(jī)分布。豇豆成熟后測(cè)定全生育期產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用WPS、Origin 2019 b和SPSS 22.0軟件，使用最小顯著差異法 (least significant difference, LSD)進(jìn)行多重比較(<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣流膜堆肥過程中堆體理化性質(zhì)的變化

2.1.1 溫度和含水量 溫度是反映堆肥腐熟發(fā)酵的一個(gè)重要指標(biāo)，從圖1中可以看出，堆肥溫度均經(jīng)歷了3個(gè)階段(升溫、高溫和降溫)。在堆肥開始后，溫度便開始迅速上升，3 d時(shí)達(dá)到52.1 ℃，5 d時(shí)達(dá)到67 ℃，并且堆體溫度在60 ℃以上持續(xù)了20 d以上。

由圖1中可以看出，堆體中各位置的含水率基本呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，比較堆肥開始與結(jié)束時(shí)的含水率，其中堆體位置D下降幅度最大，從72.72%下降到43.22%，位置C下降幅度最小，從71.53%下降到60.42%。

圖1 堆肥過程中的溫度和含水率變化

2.1.2 pH和EC 由圖2可知，距風(fēng)機(jī)不同距離的樣品，pH變化規(guī)律有所差異，在27 d時(shí)，各位置間pH差異最大；在堆肥結(jié)束時(shí)，各位置pH較堆肥開始均有所上升，靠近曝氣設(shè)備的A、B、C三個(gè)位置的pH分別是從7.08上升到7.70、從7.08上升到7.71和從7.12上升到7.79，遠(yuǎn)離曝氣設(shè)備的D和E兩個(gè)位置的pH分別從7.16上升到7.82和從7.2上升到7.6。

由圖2還可知，各位置的EC值基本呈現(xiàn)先小幅度下降，然后升高，最后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，堆肥結(jié)束時(shí)各位置較堆肥開始均有小幅度升高，位置E的上升幅度最大，從2.15 mS/cm上升到3.24 mS/cm，且該位置EC值一直略高于其他位置。

圖2 堆肥過程中pH和EC的變化

2.1.3 C/N比 由圖3可知，在堆肥的過程中，堆體的C/N比一直呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，至堆肥結(jié)束，A、B、C、D和E五個(gè)位置的C/N比分別降低到11.45、10.8、11.36、13.23和11.24，較堆肥開始時(shí)分別降低了60.02%、64.03%、59.69%、53.51% 和59.33%。

圖3 堆肥過程中C/N比的變化

2.1.4 銨態(tài)氮和硝態(tài)氮 A、B、C、D、E五個(gè)位置的銨態(tài)氮呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在5 d時(shí)都達(dá)到最高值，分別為2.74、4.14、2.96、3.67、4.17 g/kg，位置B和E的銨態(tài)氮含量較高，并且各處理間差異最大；與堆肥開始時(shí)相比，堆肥結(jié)束時(shí)各位置的銨態(tài)氮含量分別下降了71.36%、72.11%、57.05%、68.13%和68.25%(圖4)。各位置的硝態(tài)氮含量均呈現(xiàn)逐漸升高趨勢(shì)，在整個(gè)堆肥過程中，位置E的硝態(tài)氮含量略微高于其他位置，但差異不明顯；至堆肥結(jié)束時(shí)，各位置的硝態(tài)氮含量分別為0.41、0.40、0.42、0.40、0.43 g/kg(圖4)。

2.1.5 全氮、全磷和全鉀 由表2可以看出，堆肥過程中各位置的養(yǎng)分含量均有所增加，堆肥結(jié)束時(shí)，A ～ E位置的肥料總養(yǎng)分含量分別達(dá)到了5.31%、5.20%、5.27%、4.94% 和4.83%，其中位置A肥料的總養(yǎng)分含量(N+P2O5+K2O)最高。

2.1.6 發(fā)芽指數(shù) 種子發(fā)芽指數(shù)能有效反映堆肥產(chǎn)品質(zhì)量，完全腐熟的堆肥產(chǎn)品中小分子有機(jī)酸和酚類等抑制種子發(fā)芽的有毒有害物質(zhì)較少，植物種子能順利發(fā)芽，而未完全腐熟的堆肥產(chǎn)品的種子發(fā)芽指數(shù)較低。由圖5可知，在堆肥結(jié)束時(shí)，各位置物料的發(fā)芽指數(shù)分別為102.8%、89.3%、98.0%、82.4% 和85.5%，均達(dá)到了80% 以上。

2.2 不同位置腐熟物料對(duì)田間豇豆產(chǎn)量的影響

田間試驗(yàn)不同處理對(duì)豇豆產(chǎn)量的影響如表3所示，可見，A處理比CK處理每公頃增產(chǎn)1 167 kg，增產(chǎn)率為33.15%；比VW處理每公頃增產(chǎn)437 kg，增產(chǎn)率為10.28%；比CF處理每公頃增產(chǎn)83 kg，增產(chǎn)率為1.80%。B處理比CK處理每公頃增產(chǎn)1 292 kg，增產(chǎn)率為36.70%；比VW處理每公頃增產(chǎn)562 kg，增產(chǎn)率為13.22%；比CF處理每公頃增產(chǎn)208 kg，增產(chǎn)率為4.52%。C處理比CK處理每公頃增產(chǎn)1 396 kg，增產(chǎn)率為39.66%；比VW處理每公頃增產(chǎn)666 kg，增產(chǎn)率為15.67%；比CF處理每公頃增產(chǎn)312 kg，增產(chǎn)率為6.78%。D和E處理的產(chǎn)量同樣高于VW處理，但略低于CF處理。由此可見，相比于施用原料，施用各發(fā)酵點(diǎn)的腐熟物料均對(duì)豇豆有增產(chǎn)效果，且施用距離風(fēng)機(jī)近的3個(gè)采樣點(diǎn)的肥料效果更優(yōu)。

圖4 堆肥過程中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的變化

表2 堆肥過程中不同位置取樣點(diǎn)養(yǎng)分含量的變化(%)

注：所有結(jié)果以干重計(jì)；同行不同小寫字母代表不同位置堆肥養(yǎng)分在<0.05水平下差異顯著。

(柱圖上方不同小寫字母表示不同位置堆肥間差異在P<0.05水平顯著)

3 討論

本研究采用氣流膜堆肥方式開發(fā)尾菜配伍輔料的高效堆肥工藝，探究了曝氣距離對(duì)尾菜配伍輔料發(fā)酵的影響。對(duì)堆肥而言，溫度是影響微生物活動(dòng)和堆肥腐熟的重要因素，堆肥過程中溫度的變化反映了微生物活性的變化，進(jìn)而能很好地反映堆肥的進(jìn)程[11-12]。本試驗(yàn)中，堆肥溫度能達(dá)到60 ℃以上，且堆肥過程中60 ℃以上持續(xù)的時(shí)間超過20 d，可以滿足堆肥殺滅大多數(shù)病原菌的要求[13]，也滿足堆肥無害化要求[14]。堆體各位置物料含水率均呈下降趨勢(shì)，這是由于堆肥過程中的高溫和通氣作用伴隨著熱量和氣體揮發(fā)以及微生物的分解作用造成水分損失[15]。本研究中距離風(fēng)機(jī)13.5 m處的物料含水率下降幅度最大，而距離風(fēng)機(jī)9.0 m處的物料含水率在堆肥結(jié)束時(shí)相較最初只是小幅下降，表明曝氣距離對(duì)堆肥的效果是有一定影響的，堆體兩端的含水率下降幅度更大，中部下降幅度最小。

pH是影響堆肥腐熟的重要因素，堆肥最合適的pH在5.5 ～ 8.0[16]，過高或過低的pH均會(huì)抑制微生物活性[17]。本研究發(fā)現(xiàn)，所有堆體pH 均在堆肥初期升高，隨后開始出現(xiàn)下降，至后期趨于穩(wěn)定。這是由于隨著堆肥進(jìn)行，蛋白質(zhì)水解氨化，揮發(fā)的部分氨造成堿性環(huán)境；堆肥后期，隨著氨的揮發(fā)、蛋白質(zhì)有機(jī)物的徹底降解以及硝化作用的進(jìn)行，pH 逐漸降低，這一結(jié)果與姜繼韶等[18]研究結(jié)果一致。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，曝氣距離對(duì)pH未產(chǎn)生顯著的影響。電導(dǎo)率(EC)反映了肥料中水溶性鹽離子含量，一定范圍內(nèi)溶液含鹽量與EC正相關(guān)[19]。在整個(gè)堆肥過程中，各位置EC都呈現(xiàn)了先下降后略微上升最終保持穩(wěn)定的趨勢(shì)，這與Cáceres等[20]的研究結(jié)果一致，且本研究還發(fā)現(xiàn)距離風(fēng)機(jī)最遠(yuǎn)處對(duì)EC的提升最顯著。

表3 田間試驗(yàn)不同處理對(duì)豇豆產(chǎn)量的影響

注：CK，不施肥處理；CF，化肥處理；VM，施用堆肥原料處理；A ～ E，施用A ～ E位置腐熟堆肥處理。表中同列不同小寫字母表示處理間差異在<0.05水平顯著。

在堆肥過程中，各位置的銨態(tài)氮含量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，這是由于在堆肥前期，蛋白質(zhì)、氨基酸等很容易分解，釋放出大量的銨態(tài)氮，而使堆體中銨態(tài)氮的含量快速上升；而在堆肥后期，硝化細(xì)菌受高溫的抑制作用減弱，將銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮[21-22]，因此后期銨態(tài)氮含量減少，硝態(tài)氮相應(yīng)呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)。另外，距離風(fēng)機(jī)距離較遠(yuǎn)時(shí)，銨態(tài)氮的變化幅度更大，但對(duì)硝態(tài)氮未產(chǎn)生顯著影響。堆肥過程中，干物質(zhì)以CO2的形式損耗，在堆肥結(jié)束時(shí)，堆體各位置的C/N比均下降到20以下，可以認(rèn)為均已達(dá)到腐熟狀態(tài)[23-24]，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，曝氣距離對(duì)C/N比未產(chǎn)生顯著影響。

Zucconi 等[25]指出許多植物種子在堆肥原料和未腐熟堆肥萃取液中生長(zhǎng)受到抑制，而在腐熟堆肥中生長(zhǎng)得到促進(jìn)，一般發(fā)芽指數(shù)大于50% 即可認(rèn)為有機(jī)肥腐熟。本試驗(yàn)中，氣流膜堆肥各個(gè)位置的腐熟肥料發(fā)芽指數(shù)均超過了80%，因此可以認(rèn)定各位點(diǎn)的堆肥均已腐熟。

各取樣點(diǎn)的全氮、全磷和全鉀含量比堆肥初始時(shí)均有所增加，這是由于微生物的活動(dòng)導(dǎo)致堆肥的總干物質(zhì)量下降和部分養(yǎng)分釋放的緣故[26]。至堆肥結(jié)束時(shí)，不同位置堆肥總養(yǎng)分具有微弱差異，其中靠近曝氣風(fēng)機(jī)的3個(gè)取樣點(diǎn)的總養(yǎng)分含量(N+P2O5+K2O)分別達(dá)到了5.31%、5.20%、5.27%，均高于農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 525—2021《有機(jī)肥料》標(biāo)準(zhǔn)[10]，且靠近風(fēng)機(jī)的取樣點(diǎn)(0 ～ 12 m)養(yǎng)分含量更高。

田間試驗(yàn)結(jié)果表明，首先，尾菜在經(jīng)過腐熟之后用作肥料施用效果遠(yuǎn)比尾菜直接還田好。尾菜經(jīng)過堆肥后，高溫可以殺死寄生蟲卵和病原菌，減少對(duì)植物的危害。尾菜直接還田主要適用于一年兩茬且木質(zhì)化程度較低的蔬菜，并且不能選擇會(huì)與作物發(fā)生連作障礙的尾菜，否則會(huì)使土壤的理化性質(zhì)發(fā)生改變，甚至發(fā)生植物自毒作用[27-28]。其次，A、B、C三個(gè)位置的堆肥對(duì)于豇豆的促生效果要好于化肥處理，尤其是B、C兩個(gè)位置的堆肥。何浩等[29]研究發(fā)現(xiàn)，在等養(yǎng)分條件下，以有機(jī)肥替代部分化肥施用時(shí)，相較只施化肥的處理，玉米的產(chǎn)量有顯著的提升，并且當(dāng)有機(jī)肥替代率為16% 時(shí)，促生效果要好于有機(jī)肥替代率為8% 的處理。侯紅乾等[30]利用有機(jī)肥替代70%、50%、30% 的化肥對(duì)水稻生長(zhǎng)進(jìn)行研究，結(jié)果表明當(dāng)有機(jī)肥替代率為70% 時(shí)，水稻產(chǎn)量最高。說明在等養(yǎng)分的條件下，有機(jī)肥養(yǎng)分含量高，對(duì)作物產(chǎn)量有更好的促進(jìn)作用。

4 結(jié)論

1)堆肥過程中，距離風(fēng)機(jī)不同位置物料發(fā)酵效果具有一定的差異，但至堆肥結(jié)束時(shí)，各位置物料均能腐熟。

2)至氣流膜堆肥結(jié)束時(shí)，所有位置樣品養(yǎng)分含量均高于初始養(yǎng)分含量和農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 525—2021《有機(jī)肥料》)，且靠近風(fēng)機(jī)3個(gè)取樣點(diǎn)的腐熟物料總養(yǎng)分高于距離較遠(yuǎn)的2個(gè)取樣點(diǎn)。

3)腐熟物料對(duì)田間豇豆的促生效果優(yōu)于未腐熟原料。

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Effect of Aeration Distance on Aerobic Fermentation Efficiency of Plant Wastes in Air Flow Membrane Fermentation Process

ZHANG Xikai1, LIU Hongjun1, WANG Dongsheng2, WANG Bei2, SHEN Zongzhuan1, LI Rong1*, SHEN Qirong1

(1 Jiangsu Provincial Key Lab of Solid Organic Waste Utilization/Jiangsu Collaborative Innovation Center of Solid Organic Wastes/Educational Ministry Engineering Center of Resource-Saving Fertilizers, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 2 Nanjing Institute of Vegetable Science, Nanjing 210042, China)

In this study, the effects of different locations away from the fan on the fermentation efficiency of vegetable wastes mixed with mushroom residue and vinegar residue in aerobic-membrane composting reactor were investigated. Vegetable wastes, vinegar residue and mushroom residue were mixed in a fresh weight ratio of 1∶1∶3, transferred into aerobic-membrane composting reactor, covered with gas flow membrane, and aerated via the bottom of pile body for 30 days. Samples were collected from 1.5, 4.5, 9.0, 13.5 and 16.5 m positions away from the fan to evaluate the variations of physicochemical properties such as temperature, water content, pH, C/N ratio, germination index and nutrient contents in these samples during the composting. The results showed that during composting, differences of the fermentation efficiency at different locations away from the fan were observed to some extent. Total nutrient contents of decaying materials at 1.5, 4.5 and 9.0 m away from the fan were higher than 5% with the values of 5.31%, 5.20% and 5.27%, respectively; however, the total nutrient contents of decaying materials at 13.5 m and 16.5 m away from the fan were less than 5%, only 4.94% and 4.83%, respectively. At the end of composting, the germination index of decaying materials at each site were all above 80%, with the values of 102.8%, 89.3%, 98.0%, 82.4% and 85.5%, respectively. The results of field experiment showed that compared with application of raw materials, amended with decaying materials increased cowpea yields, especially for treatments added with decaying materials collected from 1.5 m, 4.5 m and 9.0 m sites away from fan, the yields of which increased by 1.8%, 4.52% and 6.78%, respectively, compared with chemical fertilizer treatment. To sum up, this study observed that in the air flow membrane composting process, materials at different locations away from the fan can be fermented, and the decaying materials closer to the fan have higher nutrient contents and better plant growth promotion effect in the field condition.

Composting; Aeration distance; Vegetable waste; Cowpea; Field experiment

S141.4

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.02.011

張西凱, 劉紅軍, 王東升, 等. 曝氣距離對(duì)植物源廢棄物氣流膜好氧發(fā)酵效率的影響. 土壤, 2022, 54(2): 291–297.

江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目(CX(19)2026)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFD0500201)資助。

(lirong@njau.edu.cn)

張西凱(1997—)，男，山東臨沂人，碩士研究生，主要研究領(lǐng)域?yàn)檗r(nóng)業(yè)資源利用與新型肥料。E-mail: 497712489@qq.com