三種微生物菌劑對柑橘皮好氧堆肥促生效果的影響

王林林，施 寵，王傳哲，曹 彬，羅文炫，吳梓涵

（新疆農業大學資源與環境學院，新疆烏魯木齊 830052）

柑橘是世界上重要的經濟作物之一[1]。我國是世界上最大的柑橘原產地，柑橘種植面積及產量均居于世界第1 位。2021 年，我國柑橘產量達到5 595.6 萬t[2]。柑橘在食用和加工過程中會產生大量的柑橘皮，占到果實總量的50%以上[3]。柑橘皮通常含有約占95%總固體的有機物，含水量可達90%，且pH 值較低（通常在3.5～5.8），這使柑橘皮很容易腐爛和發酵[4]。通常，柑橘皮的主要去向是焚燒、制備飼料、作為煉制工業中的原料等[5]。但這些傳統的柑橘皮處理方式，存在影響環境、處置成本高昂等問題[6]。因此，隨著柑橘皮總量的增加，開發柑橘皮環保處理方法已經成為一個亟待處理的問題。

堆肥是一種把柑橘皮轉化為農產品的經濟且對環境友好的方式[7]。有研究表明，加入柑橘皮堆肥可以增加土壤的有機質含量，并增強植物對土傳病原體的抗性[8]。近年來，將柑橘皮與其他含有木質纖維素的農業廢棄物進行共同堆肥已成為一種趨勢[9]。然而，由于柑橘皮中原有微生物群落的數量不足且可生物降解性較差，故需要較長的堆肥時間才能獲得成熟的產品[10]。目前，有研究者開始關注堆肥中微生物的生物強化作用，希望借此加速堆肥過程并提高堆肥質量[11]。此次研究分別在柑橘皮堆肥中添加酵素菌劑、EM 菌劑及木霉菌劑后，比較堆肥液對黑麥草種子萌發的影響及固體肥渣對黑麥草植株生長的影響，探討不同微生物菌劑對柑橘皮好氧堆肥產物的促生效果，為通過接種微生物菌劑強化柑橘皮堆肥提供基礎參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試柑橘皮為新疆農業大學校園內水果店、飲品店及校內師生鮮食產生，破碎成約1 cm×1 cm 大小備用。麩皮由烏魯木齊市當地某面粉廠提供。

供試菌劑有EM 菌劑，購自杭州果優生態環境科技有限公司；酵素菌劑，購自淮安大華生物科技有限公司；木霉菌劑，購自山東木魚石生物科技有限公司。

供試植物為黑麥草（Lolium perenne），購于烏魯木齊市農資店。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

1）堆肥試驗。試驗于2023 年5—6 月在室內高60 cm、直徑35 cm 的堆肥桶中進行，平均室溫23 ℃，設計不添加菌劑的自然堆肥為對照（T1），以添加酵素菌劑（T2）、EM 菌劑（T3）及木霉菌劑（T4）為堆肥試驗的4 個處理組。每組處理設3 個重復，共計堆肥12 桶，每桶加入柑橘皮3 kg，按照柑橘皮鮮質量與麩皮干質量1.5∶1.0 的比例加入麩皮調節碳氮比，并加入Ca(OH)210 g調節pH值。每桶按2%堆體質量的量接種微生物菌劑并混合均勻，每桶堆料的碳氮比約為25，pH 值約為7.0，水分含量約為60%。每隔5 d對堆體進行1次翻堆，確保堆料得到充足的氧氣。

2）堆肥液對黑麥草種子萌發的影響試驗。在30 d堆肥結束后，將收集到的堆肥滲濾液通過0.22 μm 針頭式過濾器過濾，滅菌后供種子萌發試驗用。將堆肥結束后的固體肥渣自然風干供后續盆栽試驗用。使用75%酒精溶液浸泡黑麥草種子5 min 進行表面消毒后，用無菌水洗滌3～5 次，放置于有雙層濾紙的培養皿中，每皿放置20粒黑麥草種子。將各處理產生的堆肥液分別稀釋10、20、50、100 倍，稀釋后加入培養皿中，每皿10 mL，并以添加等量蒸餾水的處理為對照組（CK1），每組處理的每個稀釋倍數設5 個重復。置于恒溫箱在黑暗25 ℃的條件下萌發7 d。

3）固體肥渣對黑麥草植株生長的影響試驗。將堆肥固體肥渣與普通商品花卉土以1∶4的體積比均勻混合，置于高11 cm、直徑21 cm 的花盆中，以無固體肥渣的處理為對照（CK2），每盆培植20株黑麥草，每個處理3個重復，期間給予正常管理。

1.2.2 測量指標

在整個堆肥過程中每2 d 分別在10:00 和16:00 用溫度計插入堆體中心測量溫度，將二者平均值作為當天的堆體溫度。在種子萌發試驗過程中，每天觀察種子萌發數，試驗結束后使用游標卡尺測量芽長，并根據公式（1）至公式（3）分別計算黑麥草種子的發芽率（Gr）、發芽勢（Gp）（發芽勢統一采用第5 d的發芽數計算）、發芽指數（Gi）[12]。在盆栽試驗過程中，待植株生長3 個月后，每盆隨機選取10 株植株用軟尺測量地上部分高度，用游標卡尺測量葉片寬度及莖粗。將植株剪去根系保留地上部分，先在105 ℃殺青30 min，然后于70 ℃烘干12 h 至質量恒定后，稱其干質量。

式中：n種子發芽數，粒；n1為供試種子發芽高峰數，粒；N為供試種子總數，粒；nt為不同時間的發芽數，粒；t為相應發芽日數，d。

1.3 數據處理

采用Excel 2016 軟件進行數據整理，采用SPSS 23.0軟件進行單因素方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同微生物菌劑對柑橘皮好氧堆肥溫度的影響

溫度是反映堆肥過程最直接、最敏感的指標[13]。由表1 可知，在堆肥過程中，T2、T3、T4處理堆體最高溫度顯著高于T1處理（p＜0.05），T3、T4處理堆體平均溫度顯著高于T1處理（p＜0.05），T3處理堆體平均溫度與最高溫度最高，分別高于T1處理23.43%、30.43%。各處理堆體達到最高溫度的速度順序為T2=T4＞T3＞T1，且T2、T3、T4處理堆體均有≥40 ℃的持續天數，而T1處理堆體最高溫度并未達到40 ℃。結果表明，柑橘皮好氧堆肥中添加微生物菌劑相較于自然堆肥能提高堆肥溫度，但添加菌劑的3 個處理對堆體溫度的影響差異并不顯著（p＞0.05）。

表1 三種微生物菌劑對柑橘皮好氧堆肥溫度的影響

2.2 堆肥液對黑麥草種子萌發的影響

由表2可知，T1、T2、T3、T4處理的堆肥液在稀釋10、20 倍的條件下，黑麥草種子的發芽率、發芽勢均顯著低于CK1（p＜0.05）。在稀釋50 倍的條件下，T4處理發芽率為82.00%，發芽指數為16.24，分別較CK1提高23.62%、42.33%，且顯著高于其他處理組及其他稀釋倍數（p＜0.05）；T2與T3處理發芽指數顯著高于CK1（p＜0.05），但二者之間差異并不顯著。在稀釋100 倍的條件下，T3處理芽長顯著高于CK1（p＜0.05）。結果表明，添加菌劑的處理T2、T3、T4組的堆肥液分別在稀釋50 倍與100 倍的條件下均對黑麥草種子的萌發有不同程度的促生作用，其中添加木霉菌劑的T4處理的堆肥液在稀釋50倍的條件下，較添加酵素菌劑的T2與添加EM 菌劑的T3處理組顯著促進了黑麥草的發芽率與發芽指數（p＜0.05），可能是由于木霉菌劑降解纖維素的能力更強，使堆肥腐熟得更加徹底。

表2 堆肥液對黑麥草種子萌發的影響

2.3 固體肥渣對黑麥草植株生長的影響

由表3 可知，相較于CK2，4 個處理組能顯著提高黑麥草的葉寬、莖粗和地上部分干質量（p＜0.05）。添加菌劑的T2、T3、T4處理的固體肥渣相較于自然堆肥的T1處理能顯著提高黑麥草的株高、莖粗和地上部分干質量（p＜0.05）。添加菌劑的處理中T2與T4處理的莖粗顯著高于T3（p＜0.05），T4處理的地上部分干質量顯著高于T2與T3處理（p＜0.05），且相較CK2提高1.28倍，相較于T1提高0.71 倍。T3處理株高最高、葉寬最寬，分別為28.74 cm 和4.42 mm，較CK2分別提高26.89%和27.38%，但相較T4處理均無顯著性差異。結果表明，堆肥形成的固體肥渣培植黑麥草均有較明顯的促生作用，添加菌劑相較于自然堆肥促生作用更加顯著，且在添加菌劑的處理中，添加木霉菌劑的T4處理有相對更強的促生作用。

表3 固體肥渣對黑麥草植株生長的影響

3 討論

好氧堆肥中主要依靠微生物的分解作用，加入合適的外源微生物菌劑是加快堆肥物料腐熟的主要方式[14]。溫度是堆肥的一個重要因素，熱量是由微生物活動產生的，溫度直觀反映了微生物新陳代謝強度[15-16]。在趙建等的研究中，在堆肥中加入地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）后堆肥最高溫度可以達到73 ℃，實現了柑橘皮渣堆肥物料的快速脫水[17]。魏啟航等研究發現，添加真菌菌劑可以加快堆肥的熱量積累，確保堆肥保持較長時間的高溫，與此次研究中添加微生物菌劑相較于自然堆肥能提高柑橘皮堆肥溫度的結果一致[18]。但在此次研究中，所有處理組的最高溫度均未超過50 ℃，可能是由于堆體體積小，不利于溫度積累。

柑橘皮中有大量的纖維素、半纖維素及木質素等大分子物質，是普通微生物難以降解的[19-20]。因此，高效降解柑橘皮中的纖維素、果膠等物質是柑橘皮好氧堆肥制備有機肥的關鍵。此次研究中雖然添加酵素菌劑、EM 菌劑和木霉菌劑后的堆肥產物都對黑麥草種子萌發和植株生長有一定的促生作用，但添加木霉菌劑堆肥后的堆肥液對黑麥草種子萌發的促進作用最為顯著，且木霉菌劑處理的固體肥渣對黑麥草生長的促進效果也最好。究其原因，可能是因為木霉菌（Trichodermaspp.）作為一種典型的腐生菌，可分泌大量纖維素酶、木質素酶等降解酶，可以高效降解柑橘皮中的纖維素和木質素等大分子有機物[21]。同時，木霉菌可提升其他微生物尤其是細菌的活性，增強整個堆肥系統的代謝活躍性，從而加速堆肥熟化過程[22-23]。總而言之，木霉菌劑可促進柑橘皮中營養成分的高效轉化和釋放，加快堆肥熟化進程，添加木霉菌劑的處理組堆肥液和固體肥渣對黑麥草種子萌發及植株生長的促生效果最好，也側面反映出添加木霉菌劑的處理組最終產出了養分成分更豐富、質量更好的堆肥產品。

此次研究初步證明了木霉菌劑可提高柑橘皮好氧堆肥產品的促生效果，后續可在其基礎上開發更高效、經濟、環保的微生物堆肥制劑，實現柑橘果皮等農業廢棄物的規模化、資源化利用，促進農業可持續發展。

4 結論

柑橘皮堆肥過程中添加微生物菌劑可顯著提高堆肥溫度，加速腐熟。添加木霉菌劑處理的堆肥液在稀釋50倍的條件下能顯著提高黑麥草種子的發芽率與發芽指數（p＜0.05），分別較CK1提高23.62%與42.33%。且用木霉菌劑處理的固體渣培植黑麥草植株可顯著提高其地上部分干質量（p＜0.05），是CK2的2.28 倍，是T1的1.71 倍。故在橘皮堆肥中添加木霉菌劑后所形成的堆肥液及固體肥渣對黑麥草的促生效果最佳。