過硫酸鉀強化蔬菜廢棄物好氧堆肥的通風速率優(yōu)化及其微生物特征

梅娟 段恩帥 蘇良湖 李賁 周筱潔

摘要：過硫酸鉀能加快大分子降解，促進堆肥腐熟。在前期確定的過硫酸鉀添加量（1.2%）基礎(chǔ)上，進一步優(yōu)化蔬菜廢棄物堆肥的通風速率，并分析最優(yōu)條件下微生物種群結(jié)構(gòu)的變化。試驗設(shè)置3 個通風速率VR1、VR2、VR4，分別為100、200、400 mL/min，VR1中加入堆體質(zhì)量為15%的陶粒。結(jié)果表明，各組堆肥過程的理化性質(zhì)差別不大，堆體溫度>55? ℃的時間超過8 d，產(chǎn)品C/N為11.3～13.0，GI為91.9%～111.2%，均達到腐熟要求。各組第1天溫度都超過55? ℃，升溫快速，VR1的高溫期溫度高于其他組。堆肥過程中，各組可溶性有機物的紫外－可見吸收光譜特征值SUVA254、SUVA280值不斷增加，最終VR1的特征值最高，堆肥的腐熟化程度較高。蔬菜廢棄物堆肥的優(yōu)勢種群有厚壁菌門（Firmicutes）、放線菌門（Actinobacteriota）、變形菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidota），相對豐度總和達96%以上。對比分析VR1、不加過硫酸鉀的常規(guī)處理（通風速率400 mL/min）發(fā)現(xiàn)，VR1 中Firmicutes的豐度顯著低于常規(guī)處理，而放線菌門的豐度較高。在高溫期，VR1由多樣性的高溫纖維素降解菌種群替代了常規(guī)處理中的優(yōu)勢屬芽孢桿菌屬（Bacillus）。整體上，常規(guī)處理細菌的種群演替滯后于VR1，VR1的堆肥進程更快。本研究證明，添加過硫酸鉀的蔬菜廢棄物在降低通風速率至100 mL/min并且加陶粒時，堆肥仍能夠順利進行，且堆體升溫快速，有助于蔬菜廢棄物堆肥的工藝優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：好氧堆肥；蔬菜廢棄物；通風速率；過硫酸鉀；微生物

中圖分類號：X705? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）24-0203-09

2020年我國的蔬菜產(chǎn)量超過7.2億t，位居世界第一［1］。與此同時也產(chǎn)生了大量的蔬菜廢棄物，其中大多被隨意丟棄或進行填埋處置，造成嚴重的資源浪費和環(huán)境污染［2］。蔬菜廢棄物營養(yǎng)成分高、有機質(zhì)含量豐富，通過好氧堆肥，高溫殺滅其中的蟲卵、病原菌、草籽等，可使廢棄物轉(zhuǎn)化為有機肥，實現(xiàn)資源化利用［3］。

在實際的蔬菜好氧堆肥處理中，往往存在高溫期短，物料降解不充分，進而影響堆肥腐熟度的問題［4］，同時有廢氣排放需要處理。最近的研究發(fā)現(xiàn)，過硫酸鉀用于堆肥可以促進木質(zhì)纖維素等降解，使堆體快速升溫，縮短堆肥周期，并能提高堆肥產(chǎn)品的腐熟度。Wang等發(fā)現(xiàn)，過硫酸鉀用于牛糞好氧堆肥，可以大大提高纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的降解率，并促進溶解性有機質(zhì)（ DOM）的動態(tài)變化，加速腐殖酸的形成［5］。Mei等研究發(fā)現(xiàn)，過硫酸鉀作為強氧化劑，可增加嗜熱木質(zhì)纖維素降解菌的豐度，提高高溫期的最高溫度和持續(xù)時間，減少堆肥過程中的氮素損失［6］。通過前期研究發(fā)現(xiàn)，過硫酸鉀能加速蔬菜廢棄物堆肥的升溫，促進高溫降解過程，添加量為1.2%時效果最好。

通風是影響好氧堆肥降解和腐熟過程的關(guān)鍵因素之一。通風速率過高，會帶走堆體內(nèi)的大量熱量，不利于物料的高溫降解；通風速率過低，不能滿足微生物供氧，影響微生物活性；此外，通風速率還會對堆肥過程的廢氣排放量和堆體的碳氮損失造成影響［7-8］。根據(jù)堆肥原料的不同，不同堆肥研究選用的通風速率差別很大；[JP3]同樣，在關(guān)于蔬菜堆肥的研究中，通風速率的設(shè)定值變化也較大。張陸等在甜瓜秧和雞糞堆肥中選擇的通風速率為0.01 m3/（m3·min）［9］。楊巖等在蔬菜廢棄物堆肥研究中選擇的通風速率為 0.27 m3/（m3·min）［10］。劉文杰等使用60 L堆肥裝置，設(shè)定通風量為25 L/min［11］。本試驗在前期研究確定的過硫酸鉀添加量（1.2%）條件下，按一般通風速率適當遞減通風量，進一步研究蔬菜廢棄物添加過硫酸鉀堆肥體系中，是否可以減少通風速率而不影響堆肥腐熟，旨在減少堆肥過程的動力消耗和廢氣處理量；同時分析最優(yōu)條件下微生物的種群特征，通過與常規(guī)堆肥條件對比分析，探討低通風速率處理蔬菜廢棄物在過硫酸鉀協(xié)同陶粒作用下堆肥體系中微生物種群的變化，以期為蔬菜廢棄物快速好氧堆肥工藝優(yōu)化和蔬菜廢棄物就地堆肥處理技術(shù)的推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和裝置

選取包菜葉、萵筍皮2種產(chǎn)生量較大的蔬菜廢棄物作堆肥材料，這些材料取自蘇州科技大學附近的學府花苑菜市場。用玉米秸稈、玉米粉、風干牛糞、陶粒作堆肥材料的調(diào)理劑，調(diào)節(jié)材料的結(jié)構(gòu)和碳氮比（C/N）。牛糞、秸稈取自于連云港市東海農(nóng)場，玉米粉購自學府花苑菜市場，陶粒購自淘寶網(wǎng)某園藝用品旗艦店，粒徑0.8～1.0 cm，過硫酸鉀（分析純）購于國藥集團化學試劑有限公司。堆肥材料的基本理化性質(zhì)見表1，堆肥反應器選用50 L塑料桶［12］。在桶底部放置不銹鋼架，其上放鐵絲網(wǎng)用于承托堆肥材料并保證通風布氣均勻。桶的底部、頂部分別有進氣孔、排氣孔。堆肥桶周圍包裹保溫材料，防止熱量散失。

1.2 堆肥試驗方法

將各種堆肥材料破碎至2～3 cm備用。按照初始含水率60%、C/N 20混合各種堆肥原料，每個處理混合材料濕質(zhì)量為5.50 kg（含包菜葉2.00 kg、萵筍皮2.00 kg、牛糞0.24 kg、玉米粉 0.58 kg、玉米秸稈0.68 kg），過硫酸鉀的添加量為1.2%（濕基添加量）。參考已有研究的適宜通風速率［12-13］，設(shè)置3個通風速率VR1、VR2、VR4，分別為100、200、400 mL/min，連續(xù)通風。對VR1低通風速率條件的處理，添加濕質(zhì)量15%的陶粒，以保證空氣傳質(zhì)和擴散［14］。研究微生物變化的常規(guī)處理堆肥條件為不加過硫酸鉀，通風速率為400 mL/min。

堆肥周期為50 d，在堆肥后1、3、6、10、15、21、35、50 d翻堆并采集樣品。取樣時，在不同深度多點采集混合，以保證樣品具有代表性。每次取100 g鮮樣于-20? ℃保存；另取100 g鮮樣，風干后破碎，過80目篩，保存用于后續(xù)分析。每個樣品測3個平行樣。

1.3 測定指標與分析方法

用風干樣品測定固體總有機碳（total organic carbon，TOC）含量、總氮（total nitrogen，TN）含量。濕樣用于pH值、電導率（electrical conductance，EC）、種子發(fā)芽指數(shù)（seed germination index，GI）、可溶性有機碳（dissolved organic carbon，DOC）含量、紫外-可見吸收光譜特征值（SUVA254、SUVA280）的測定及微生物多樣性分析。

使用電子測溫計實時監(jiān)測堆體溫度，測溫計的防水探頭置于堆肥材料的中部。每天09：00和 18：00 記錄堆體溫度和環(huán)境溫度。樣品含水率采用105? ℃ 烘干法測定［12］。

取濕樣10 g與去離子水按1 g ∶10 mL的比例混合，室溫振蕩30 min后過濾，獲得浸提液Ⅰ。 浸提液Ⅰ用于測定pH值、EC值、GI。pH值、EC值分別用雷磁pHS-3C便攜式pH計、雷磁DDB-303A便攜電導率儀測定［12］。選用顆粒飽滿、無破損的白菜種子測定GI：取10 mL浸提液浸潤種子，在 25? ℃ 恒溫下避光培養(yǎng)48 h，測量種子發(fā)芽數(shù)量和根長，按照式（1）計算GI［15］。以蒸餾水培養(yǎng)作為空白對照。

將浸提液Ⅰ在7 000 r/min條件下離心 7 min，再用0.45 μm濾膜過濾，獲得浸提液Ⅱ。將 浸提液Ⅱ稀釋50倍，用流動分析儀（Vario TOC select，Elementar，德國）測定DOC含量。同時使用紫外分光光度儀測定浸提液Ⅱ稀釋10倍后在波長254、280 nm處的吸光度D254 nm、D280 nm，D254 nm、D280 nm與DOC含量的比值記為SUVA254、SUVA280［16］。

固體樣品的TOC、TN含量分別按照NY/T 525—2021《有機肥料》標準中的重鉻酸鉀容量法、凱式定氮法測定。樣品的碳氮比（C/N）是TOC（總有機碳）與TN（總氮）的比值。

1.4 微生物多樣性分析

對高溫期溫度最高的VR1和常規(guī)堆肥組，在堆體溫度變化明顯的堆肥后3、6、10、15、21 d取樣，分析細菌種群多樣性。樣品DNA的提取使用土壤DNA提取試劑盒（Omega Bio-Tek，Inc.，美國）。選用引物515F（5′-GTGCCAGCMGCCGCGG-3′）和806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′），擴增16S RNA的V4區(qū)域。PCR反應體系為Trans Start Fast Pfu DNA Polymerase 20 μL。PCR反應條件為：95? ℃預變性 3 min；95? ℃變性30 s，53? ℃退火30 s，72? ℃延伸 45 s，共29個循環(huán)；72? ℃延伸10 min。樣品測序由上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司完成，高通量測序使用Illumina MiSeq平臺進行（Majorbio Bio Pharm Technology Co.，Ltd.）。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 25.0軟件進行單因素方差分析和相關(guān)性分析，顯著性差異設(shè)定為P<0.05。采用Origin 2021Pro軟件繪制變化趨勢圖。微生物群落的多樣性和差異性分析在Majorbio在線云平臺（www.majorbio.com）上完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過程理化參數(shù)的變化

2.1.1 溫度變化 4組處理的溫度變化規(guī)律類似（圖1）。堆肥初期，4組均快速升溫，堆肥后 1 d溫度均超過55? ℃，高溫期（＞45? ℃）持續(xù)12 d左右。堆肥后10～15 d，堆體溫度快速降低，之后逐漸接近室溫。 VR1、VR2、VR4的最高溫出現(xiàn)在堆肥后4 d，分別為67.3、64.3、65.8? ℃；VR1的溫度最高，VR2的略低。常規(guī)處理于堆肥后 7 d達到最高溫度 64.1? ℃。4組處理55? ℃以上時間在8 d左右，達到了堆肥化標準（GB/T 36195—2018《畜禽糞便無害化處理技術(shù)規(guī)范》）的腐熟要求。

2.1.2 pH值和EC值的變化 由圖2-a可知，不同通風速率組的pH值變化規(guī)律一致，數(shù)值接近。堆肥的pH值呈先上升后緩慢下降的趨勢，VR1、VR2、VR4這3個處理組的pH值由起始的5.0～5.3上升至35 d時的8.77～9.03，再緩慢降至 7.8～8.2；常規(guī)處理的pH值由起始的4.77上升至35 d時的9.23，再緩慢降至8.14。堆肥結(jié)束后，各組pH值均達到了成熟堆肥產(chǎn)品的要求［17］。由圖2-b可知，堆肥期間的EC值呈先上升再波動下降的趨勢，VR1、VR2、VR4這3組的EC值由初始的1.95～2.35 mS/cm，升至堆肥結(jié)束時的3.67～3.88 mS/cm，常規(guī)處理的EC值由起始的1.6 mS/cm上升至21 d的3.88 mS/cm，再緩慢降至3.17 mS/cm。通常堆肥的EC值小于4.00 mS/cm時，對植物生長無毒害作用［18］。因此，所有處理的產(chǎn)品EC值均符合堆肥腐熟的要求。

2.2 堆肥過程中碳、氮元素的變化

由圖3-a可知，各組的總有機碳（TOC）含量整體呈下降趨勢，VR1、VR2、VR4這3個處理組的TOC含量由堆肥前期最高的435.00～465.60 g/kg降至最終的378.85～402.66 g/kg，常規(guī)處理的TOC由前期最高的471.65 g/kg降至最終的405.22 g/kg。各組間TOC含量差異不顯著（P>0.05）。由圖3-b可知，各組的水溶性有機碳（DOC）含量整體呈下降趨勢，VR1、VR2、VR4這3組由初始的1.65～2.11 g/kg下降至0.76～1.21 g/kg。常規(guī)處理的DOC含量由初始的1.90 g/kg下降至最終的 1.51 g/kg。由圖3-c可知，各組的總氮（TN）含量整體呈先降低再升高的趨勢。在堆肥后0～5 d，VR1、VR2、VR4這3[JP3]個處理組的TN含量由初始的25.96～28.97 g/kg下降至21.98～23.15 g/kg后，最終上升至結(jié)束時的31.08～34.25 g/kg。在堆肥后0～10 d，常規(guī)處理的TN含量由初始的22.58 g/kg上升至33.23 g/kg后，下降至結(jié)束時的30.08 g/kg。由圖3-d可知，各組的碳氮比（C/N）都有明顯降低的趨勢，VR1、VR2、VR4這3組的C/N由初始的13.9～15.5降到堆肥結(jié)束時的11.3～13.0，常規(guī)處理的C/N由初始的17.4下降至結(jié)束時的13.5。一般研究認為，當堆肥C/N小于17時，堆肥達到腐熟［19］，可見本研究中各組堆肥均達到腐熟要求。

2.3 堆肥腐熟度指數(shù)的變化

2.3.1 種子發(fā)芽指數(shù)變化 由圖4可知，除了在堆肥過程中的異常高值外，各組的種子發(fā)芽指數(shù)（GI）隨堆肥的進行逐漸升高。VR1、VR2、VR4這3組的GI從初始的10.0%～30.8%升至堆肥結(jié)束時的91.9%～111.2%，常規(guī)處理的GI由初始的10.0%上升至結(jié)束時的82.1%。

2.3.2 水溶性有機物的紫外-可見光譜特性 由圖5可知，在堆肥過程中，各處理DOM的紫外-可見吸收光譜特征值SUVA254、SUVA280的變化規(guī)律一致，均呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，組間差異不顯著（P>0.05）。其中SUVA254從最初的0.144～0.229上升至堆肥結(jié)束時的0.458～0.626（圖5-a）；SUVA280從初始的0.126～0.196上升至堆肥結(jié)束時的0.400～0.528（圖5-b）。

2.4 堆肥過程中微生物種群的變化

2.4.1 門水平的種群變化和演替 由表2可知，樣品的測序文庫覆蓋率均超過0.99，測序結(jié)果代表樣本的真實情況。CK的Ace指數(shù)和Chao指數(shù)呈波動變化，而VR1整體呈增加的變化規(guī)律。與CK相比，過硫酸鉀的添加減少了VR1堆肥初期的細菌物種數(shù)量，但堆肥后6 d VR1的物種數(shù)量均比CK高。根據(jù)Shannon指數(shù)可知，2組群落多樣性在降溫期都開始顯著增加。CK的群落多樣性先增加后減小，VR1的群落多樣性整體呈增加的趨勢并在堆肥后期明顯高于CK。而Simpson指數(shù)則有不同的變化規(guī)律，2組群落從堆肥后6 d開始均降低，顯現(xiàn)出部分種群的優(yōu)勢度增大的趨勢。

2組在門水平的優(yōu)勢種群主要有厚壁菌門（Firmicutes）、放線菌門（Actinobacteriota）、變形菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidota），相對豐度總和達96%以上（圖6）。高溫期，2組群落的種群結(jié)構(gòu)差異顯著。厚壁菌門是常規(guī)處理在高溫期的最優(yōu)勢種群，堆肥后3、6 d的相對豐度分別為81.7%、98.9%。而在堆肥后3 d，放線菌門為VR1群落的最優(yōu)勢種群（58.5%）；堆肥后6 d，厚壁菌門變?yōu)槠浣^對優(yōu)勢種群（92.5%）。2組群落的堆體溫度從堆肥后10 d開始下降，組間的種群結(jié)構(gòu)差異隨之變小。整體上，降溫后厚壁菌門的相對豐度降低，逐漸降至30%以下；放線菌門、變形菌門、擬桿菌門的相對豐度增加，放線菌門穩(wěn)定在35%以上，變形菌門在堆肥后21 d的相對豐度增至33%。擬桿菌門的相對豐度較低，除了VR1群落在堆肥后 21 d，其余均低于11.4%。

2.4.2 屬水平的種群變化和演替 常規(guī)處理和VR1在高溫期的優(yōu)勢屬完全不同，降溫期2組優(yōu)勢種群的多樣性增加，且優(yōu)勢種群的組間差別變小（圖7）。高溫期，常規(guī)處理組Bacillus占絕對優(yōu)勢，堆肥后3、6 d的相對豐度分別為68.8%、92.6%，其他屬的豐度均很低。Bacillus（Firmicutes）是重要的嗜熱分解菌，具有廣泛的生化活性，通常是堆肥全過程的優(yōu)勢種群［20-21］。高溫期，VR1中細菌優(yōu)勢種群的多樣性大大高于對照。堆肥后3 d的優(yōu)勢種群包括Saccharopolyspora、norank_f_Pseudonocardiaceae、Rhodococcus、Gordonia、Thermopolyspora、 Bacillus、Saccharomonospora。VR1堆肥后6 d的優(yōu)勢種群變?yōu)镕irmicutes（92.5%），而且VR1中Firmicutes的多樣性明顯高于常規(guī)處理組。除了芽孢桿菌屬，優(yōu)勢屬還包括Symbiobacterium、Ureibacillus、Caldibacillus、Aeribacillus、Planifilum、Thermobacillus、unclassified_c_Clostridia，均屬于Firmicutes。

堆體溫度降低后，2組群落的種群結(jié)構(gòu)差別變小。高溫雙岐菌屬（Thermobifida）在2組群落中都是最優(yōu)勢種群，在VR1堆肥后15 d的相對豐度高達49.1%，對Thermobifida更有利。在常規(guī)處理中，Thermobifida相對豐度較高且有波動（6.9%～26.3%），其他的優(yōu)勢種群在降溫期演替的順序為：由堆肥后10 d的Bacillus、 Aeribacillus、 Caldibacillus變?yōu)槎逊屎?5 d的Bacillus、Saccharomonospora、Saccharopolyspora，再變?yōu)槎逊屎?1 d的Saccharomonospora、Pseudoxanthomonas、Bacillus。

3 討論

3.1 通風速率對堆肥過程理化性質(zhì)的影響

本研究參考已有研究，選用常規(guī)通風速率為400 mL/min［12-13］，與其他蔬菜堆肥研究相比，通風速率偏低。劉文杰等在對蔬菜廢棄物的堆肥研究中，對18～24 kg物料的通風量設(shè)為25 L/min［11］。本試驗結(jié)果表明，在添加1.2%過硫酸鉀條件下，200 mL/min通風條件也能順利升溫，只是高溫期溫度稍低，而通風速率100 mL/min加陶粒的溫度是3組中最高的。這可能與低通風速率和陶粒的添加有關(guān)，低通風速率減少了熱量散失，而陶粒增加物料的孔隙率，有利于空氣在堆肥物料中的擴散［14，22］，確保低通風速率條件下降解過程對氧氣的需求。在提高材料孔隙率條件下，添加1.2%過硫酸鉀，在降低通風速率75%時，物料降解仍能順利進行，而且能實現(xiàn)堆體快速升溫。常規(guī)處理的最高溫度低于其他處理，且溫度峰值的出現(xiàn)明顯滯后于其他處理，表明過硫酸鉀能在一定程度上加速物料進入高溫期。

堆肥物料的容重間接反映了堆體的孔隙度，因此容重對堆體的透氣性影響極大。容重越大，孔隙度越小，堆體內(nèi)的氧氣輸送受阻，越不利于提高堆肥效率。本研究堆肥物料的初始容重估算為 0.16～0.22 g/cm3。秦翠蘭等在牛糞堆肥研究中測定的容重變化范圍為0.4～1.3 g/cm3，初始容重為0.8～1.2 g/cm3［23］。相較于此研究，本研究物料的初始容重較小，孔隙較大，空氣擴散條件好，對低通風速率條件較為適宜。

堆肥過程中，pH值會隨著物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和微生物的活動而變化，同時也是影響堆肥進行的重要因素。pH值過高或過低，都不利于堆體中微生物的生長，pH值在6.5～8.5比較合適。各處理組起始的pH值在5.0～5.3之間，為弱酸性，可能是由于初始微生物降解糖類等易降解物質(zhì)，產(chǎn)生大量的有機酸，使得pH值下降［24］。堆肥的前6 d，VR1、VR2、VR4的pH值均快速上升，這是由于高溫階段，物料劇烈分解使大量有機氮礦化和有機酸降解而造成的；而常規(guī)處理在堆肥后3 d的pH值降低，與其他3組處理顯著不同（P<0.05），表明添加過硫酸鉀有利于避免易腐有機物高溫降解初期的酸化問題，有利于堆肥順利升溫。堆肥后35 d，堆肥進入腐熟階段，微生物礦化作用減弱，硝化細菌開始活躍，將銨態(tài)氮通過硝化作用轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮，pH值又有所降低［25］。

堆肥產(chǎn)品的EC值能夠反映產(chǎn)品中的鹽含量。堆肥前期有機物被不斷降解，銨鹽、硝酸鹽等不斷釋放，同時由于物料降解引起質(zhì)量損失，導致鹽分濃縮，最終使堆肥的EC值升高。整體上EC值表現(xiàn)為VR2＞VR4＞VR1，降低通風速率可降低堆肥過程中物料的EC值，最終產(chǎn)品的EC值差別不大（P>0.05）。常規(guī)處理的EC值整體低于其他3組，是因為沒有添加過硫酸鉀，鹽含量低。整體上，降低通風量對堆肥過程的進行和理化性質(zhì)的變化沒有不利影響。

3.2 堆肥過程中碳、氮元素的變化

隨著有機質(zhì)被微生物降解和利用，堆肥物料中碳含量會逐漸降低［26］。各組初始的總有機碳含量（TOC）較高，這可能是由于初期物料還處于原始結(jié)構(gòu)狀態(tài)，不易風干，導致相同風干時間條件下，初始樣品的含水率偏高，造成總有機碳（TOC）的計算結(jié)果偏低。

可溶性有機碳含量（DOC）是反映堆肥穩(wěn)定性的重要參數(shù)之一。DOC是能夠被微生物利用、合成自身生命體的最直接碳源，強烈影響著堆肥分解過程。堆肥中后期出現(xiàn)DOC升高和波動現(xiàn)象，可能是由物料中纖維素等難降解組分引起的。有研究認為，有些DOC是腐殖酸形成的前體物，腐殖酸的形成會使堆肥后期的DOC含量降低［25］。在堆肥過程中，VR1的DOC含量基本上低于其他組。堆肥結(jié)束時，各組DOC含量小于初始含量，分別為0.757、1.157、1.208 g/kg，均達到堆肥穩(wěn)定標準化（＜17 g/kg）［27］。

隨著堆肥的進行，各組的總氮（TN）含量呈現(xiàn)較大的波動。高溫期，各組TN含量先降低再升高。高溫期TN含量的降低可能與有機氮的快速降解有關(guān)，有機氮降解產(chǎn)生的氨態(tài)氮在高溫條件下以氨的形式揮發(fā)，使TN含量降低。堆肥后期，微生物降解利用木質(zhì)纖維素，干物質(zhì)降解損失，濃縮效應使物料的TN含量又增加［28-29］。堆肥結(jié)束時，產(chǎn)品的TN含量增加明顯（P<0.05），比初始含量提高20%左右。VR1最終的TN含量低于其他組，這可能與其高溫條件和高孔隙率導致的氨揮發(fā)有關(guān)。

3.3 通風速率對堆肥腐熟的影響

種子發(fā)芽指數(shù)（GI）是綜合評價堆肥產(chǎn)品腐熟的指標。當GI達到腐熟要求時，堆肥產(chǎn)品對植物生長的毒性已消除。與牛糞秸稈等材料的堆肥過程相比，本研究GI達到腐熟要求的時間較晚，這可能是堆肥原料的性質(zhì)差異造成的［12，30］。堆肥結(jié)束時，各組GI分別為97.5%、111.2%、91.9%，均達到NY/T 525—2021《有機肥料》GI大于70%的腐熟要求。堆肥中后期，VR1的GI高于VR2、VR4，且3組處理的GI均高于常規(guī)處理，此工藝條件對堆肥產(chǎn)品的植物毒性沒有不利影響。

水溶性有機物DOM的紫外-可見吸收光譜特性被證明可以用于評價堆肥的腐熟度［31］。本研究選擇紫外-可見吸收光譜特征值SUVA254、SUVA280來評判堆肥的腐熟度。SUVA254與有機物中C—C鍵化合物組成有關(guān)，而SUVA280則受有機物芳構(gòu)化程度及分子量大小影響，二者的值越大，腐殖化程度越高［32］。隨著堆肥的進行，各組SUVA254、SUVA280不斷增加，表明各組在堆肥的中后期腐殖化程度不斷提高。婁義晟等對雞糞和稻殼混堆的研究表明，SUVA254、SUVA280值的增加與堆體的穩(wěn)定性呈正相關(guān)，可作為堆肥腐熟的輔助性評價指標［33］。按照此腐熟標準判斷，本研究堆肥結(jié)束時各組的SUVA254、SUVA280均呈上升趨勢，表明堆肥的腐熟度提高。VR1最終的SUVA254、SUVA280高于VR2、VR4，表明在該條件下堆肥的腐熟化程度較高。

3.4 微生物種群差異性分析

VR1和常規(guī)處理在細菌種群的多樣性和種群結(jié)構(gòu)方面均有明顯差異。VR1增加了細菌的豐富度和多樣性，且高溫期的優(yōu)勢種群與常規(guī)處理不同。

在門的水平，2組群落中Firmicutes、Actinobacteriota的差異顯著。VR1中Firmicutes的相對豐度明顯低于常規(guī)處理。尤其在高溫期開始，VR1群落在堆肥后3 d的Firmicutes相對豐度只有26.7%，而常規(guī)處理為81.7%。而VR1對Actinobacteriota的生長和活動有利，Actinobacteriota是VR1的最優(yōu)勢種群，除堆肥后6 d外，相對豐度達35%～70%。Actinobacteriota可以通過分泌相關(guān)酶來降解木質(zhì)纖維素，是堆肥過程的主要種群之一，其數(shù)量一般在高溫期過后增加，被認為是堆肥腐熟的指示菌［34］。而VR1在高溫期Actinobacteriota也有很高的相對豐度（堆肥后3 d為58.5%）。

在屬的水平，常規(guī)處理組高溫期Bacillus占絕對優(yōu)勢（相對豐度68.8%～92.6%）。Bacillus（Firmicutes）是重要的嗜熱分解菌，具有廣泛的生化活性，通常是堆肥全過程的優(yōu)勢種群［35］。而VR1在堆肥后 3 d的優(yōu)勢種群多為嗜熱放線菌，其中最優(yōu)勢種群Saccharopolyspora的相對豐度為27.4%。VR1對高溫放線菌有利，這可能由于堆肥初期過硫酸鉀能夠氧化易降解有機酸，使堆肥材料的pH值快速升高（見“2.1.2”節(jié)），有利于放線菌的繁殖。VR1在堆肥后6 d的優(yōu)勢種群變?yōu)镕irmicutes（92.5%），但其中除了Bacillus，還包括Symbiobacterium、Ureibacillus等多種高溫耐熱菌，這些屬具有纖維素、半纖維素降解功能，有利于有機氮、有機酸快速降解［36-37］。VR1在高溫期Bacillus的相對豐度不超過10%，遠低于常規(guī)處理組的70%～90%。與常規(guī)處理組相比，VR1在高溫期的Bacillus種群明顯受到抑制（圖8），其他纖維素半纖維素降解高溫厚壁菌及有機物快速降解菌取代了Bacillus。這種變化可能是堆肥初期過硫酸鉀對有機物氧化降解造成的。過硫酸鉀對有機物的分解取代Bacillus種群的功能，減少Bacillus的降解基質(zhì)，抑制其生長和活動。

2組對比發(fā)現(xiàn)，VR1與常規(guī)處理組的優(yōu)勢種群更替順序一致，但常規(guī)處理的種群演替滯后于VR1，表明VR1的堆肥進程更快，可以促進物質(zhì)降解和腐熟。由于VR1的處理包括1.2%過硫酸鉀、15%陶粒和100 mL/min通風速率，三者協(xié)同作用，單一因素對微生物的影響還需要進一步探究。

4 結(jié)論

蔬菜廢棄物在添加1.2%過硫酸鉀的條件下堆肥50 d，通風速率100、200、400 mL/min的組間理化性質(zhì)差別不大。各組高溫期（＞45? ℃）持續(xù)13 d左右，產(chǎn)品pH值為7.8～8.2，EC值為3.67～3.88 mS/cm，C/N為11.3～13.0，GI為91.9%～111.2%，均達到腐熟，符合NY/T 525—2021《有機肥料》的要求。

各處理組均升溫較快，堆肥后 1 d溫度都超過了 55? ℃。VR1的高溫期溫度略高于另外2組，表明添加1.2%過硫酸鉀并提高材料孔隙率條件下，通風速率為100 mL/min時堆肥仍能順利進行，而且升溫速度快。VR1最終的TN含量低于其他組，這可能與其高溫條件和高孔隙率導致的氨揮發(fā)有關(guān)。隨著堆肥的進行，各組DOM的SUVA254、SUVA280值整體均不斷增加，表明堆肥的腐熟度提高。

蔬菜廢棄物堆肥的優(yōu)勢種群在門水平有Firmicutes、Actinobacteriota、Proteobacteria、Bacteroidota，相對豐度總和達96%以上。添加過硫酸鉀對Firmicutes、Actinobacteriota影響明顯，尤其在堆肥初期降低了Firmicutes的豐度，而對Actinobacteriota的生長和活動有利。堆肥后3 d，常規(guī)處理中的優(yōu)勢種群是Bacillus，而VR1為多種高溫纖維素降解菌種群。整體上，常規(guī)處理中微生物的種群演替滯后于VR1，VR1的堆肥進程更快，VR1條件有利于有機質(zhì)的降解和腐熟。由于VR1處理添加1.2%過硫酸鉀、15%陶粒并選用低通風速率100 mL/min，單一因素對微生物的影響還不夠明晰。今后的研究需要在單因素試驗的基礎(chǔ)上，進一步探究過硫酸鉀、陶粒及通風速率單獨作用下對蔬菜廢棄物堆肥過程微生物的影響。

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