C/N對(duì)陶粒強(qiáng)化蔬菜廢棄物好氧堆肥過(guò)程和產(chǎn)品品質(zhì)的影響

摘" " 要：蔬菜廢棄物的結(jié)構(gòu)性差不利于堆肥處理。用陶粒做結(jié)構(gòu)調(diào)理劑，研究C/N對(duì)陶粒強(qiáng)化蔬菜廢棄物好氧堆肥過(guò)程的影響。試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，用玉米粉調(diào)節(jié)蔬菜廢棄物的C/N，SP1、SP2、SP3的初始C/N分別為15、20、25，不加陶粒的SP4的C/N為20。結(jié)果表明，SP4 50 ℃以上僅持續(xù)2 d，SP1～SP3持續(xù)8～16 d，陶粒有利于蔬菜廢棄物堆肥升溫，能明顯加快堆肥進(jìn)程。SP2升溫速度最快且溫度最高，60 ℃以上4 d，有機(jī)質(zhì)的降解率為21.82%，也顯著高于其他組。SP1、SP2、SP3最終的pH分別為8.46、8.19、8.00，EC值分別為3.85、3.78、3.79 mS·cm-1，C/N均小于14。SP2和SP3最終種子發(fā)芽指數(shù)分別為101.1%和91.4%，達(dá)到腐熟要求，而SP1僅為56.7%，未完全腐熟。且SP2、SP3相比SP1，有效提高了產(chǎn)品的總氮含量，最終總氮含量分別為初始值的1.42、1.55倍。綜上所述，蔬菜廢棄物加陶粒堆肥，初始C/N為20是最優(yōu)條件，有利于加快有機(jī)質(zhì)的降解和穩(wěn)定過(guò)程，延長(zhǎng)堆肥高溫期，保證產(chǎn)品的安全性。

關(guān)鍵詞：好氧堆肥；蔬菜廢棄物；C/N；陶粒；氮損失

中圖分類號(hào)：S63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-2871（2024）12-149-08

收稿日期：2024-06-06；修回日期：2024-10-10

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51508367，51908380）

作者簡(jiǎn)介：朱" " 穎，女，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境污染控制理論與技術(shù)。E-mail：yingzhu0531@outlook.com

通信作者：梅" " 娟，女，副教授，主要研究方向?yàn)楣腆w廢棄物資源化技術(shù)。E-mail：susie_mei@163.com

Effects of C/N on aerobic composting process and product quality of ceramic-enriched vegetable wastes

ZHU Ying1， MEI Juan1，2， ZHENG Ao1， CHEN Quan1， WU Jiao1

（1. Department of Environmental Science and Engineering， Suzhou University of Science and Technology， Suzhou 215009， Jiangsu， China; 2. Jiangsu Key Laboratory of Environmental Science and Engineering， Suzhou 215009， Jiangsu， China）

Abstract： The poor structural properties of vegetable wastes are not favorable for their composting process. In this study， the effect of C/N on the aerobic composting process of pottery-enhanced vegetable waste was investigated by using pottery as a structural conditioner. The experiment was set up with four treatments， adjustment of C/N of vegetable wastes with cornstarch. The initial C/N of SP1， SP2， and SP3 were 15， 20， and 25， respectively， and the C/N of SP4 without ceramics was 20. The results showed that SP4 above 50 ℃ lasted only 2 d， SP1-SP3 lasted 8-16 d. Ceramic pellets are beneficial to vegetable waste compost warming， which can significantly accelerate the composting process. SP2 had the fastest and highest warming speed and temperature， above 60 ℃ for 4 d， and the degradation rate of organic matter was 21.82%， which was also significantly higher than the other groups. The final pH of SP1-SP3 were 8.46， 8.19 and 8.00， and the EC value was 3.85， 3.78 and 3.79 mS·cm-1， and the C/N was less than 14， of which the final seed germination indices of SP2 and SP3 were 101.1% and 91.4%， respectively， which reached the requirement of decomposition， and the GI value of SP1 was only 56.7%， which was not fully decomposed. And SP2 and SP3 effectively increased the total nitrogen content of the products compared with SP1， and the final total nitrogen content was 1.42 and 1.55 times of the initial value， respectively. This study showed that vegetable waste plus ceramic compost with initial C/N 20 was the optimal condition， which was conducive to accelerating the degradation and stabilization process of organic matter， and the high heap temperature could ensure the safety of the product.

Key words： Aerobic composting; Vegetable waste; C/N; Ceramic granule; Nitrogen loss

我國(guó)為蔬菜大國(guó)，蔬菜總產(chǎn)量和總使用量均居世界第一位[1]。羅娟等[2]根據(jù)蔬菜產(chǎn)量初步估算2021年全國(guó)蔬菜廢棄物產(chǎn)生量大約有4.39億t，其中可收集的蔬菜廢棄物量約為 3.27億t。目前大部分蔬菜廢棄物被隨意丟棄，不僅造成了資源浪費(fèi)，而且污染環(huán)境。尤其是新鮮的蔬菜廢棄物含水量高，易降解，在放置或填埋等過(guò)程中容易在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的滲濾液和臭氣[3]，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染[4]。而堆肥化處理蔬菜廢棄物的減量化效果能達(dá)到30%～50%，且能夠殺死病原菌、抑制釋放惡臭氣體，因此堆肥化作為無(wú)害化處理和利用蔬菜廢棄物的有效方法越來(lái)越受到人們的關(guān)注[5]。

由于蔬菜廢棄物具有結(jié)構(gòu)性差、含水率較高的特性，因此不適合進(jìn)行直接堆肥。好氧堆肥的最適含水率為40%～70%[6-7]，結(jié)構(gòu)性差且含水率高容易導(dǎo)致堆體厭氧[8]。填充劑可以同時(shí)調(diào)節(jié)堆體的孔隙率和含水率，有研究用木屑、天然沸石等作為調(diào)理劑，均達(dá)到較好的堆肥效果[9-11]。Wang等[12]在污泥堆肥中添加陶粒，發(fā)現(xiàn)陶粒促進(jìn)了有機(jī)物的降解和水分的去除。Deng等[13]在畜禽糞便堆肥中使用火山石和陶粒填料，發(fā)現(xiàn)陶粒去除臭氣、NH3等有害氣體的效果更好。陶粒為惰性材料，堆肥后不損耗，而且粒徑大，易與腐熟的有機(jī)物料分離，便于回收。因此，可將陶粒作為結(jié)構(gòu)調(diào)理劑應(yīng)用到蔬菜廢棄物堆肥中。

堆肥物料的初始C/N在20～40比較適宜。C/N過(guò)低，則微生物生長(zhǎng)繁殖所需的能量來(lái)源受到限制，易導(dǎo)致堆體升溫慢，且氮過(guò)量會(huì)以氨氣的形式釋放，加大氮損失[14]。蔬菜廢棄物因種類的不同而存在C/N差別，如番茄秸稈的C/N為15左右。楊冬艷等[15]為探索蔬菜廢棄物無(wú)害化利用途徑，以番茄秸稈為研究對(duì)象，復(fù)配3種畜禽腐熟有機(jī)肥（雞糞、牛糞、羊糞）進(jìn)行聯(lián)合堆肥，C/N在27且選用羊糞，堆肥后產(chǎn)品總養(yǎng)分含量最高，堆肥腐熟質(zhì)量最佳。尾菜的C/N約為10.7，王哲[16]研究了以尾菜為原料，木糖醇渣、菌渣等作為碳源調(diào)節(jié)C/N，發(fā)現(xiàn)尾菜占比為30%（C/N=24）的堆肥效果最好，隨著蔬菜廢棄物添加比例梯度增大（C/N降低），有機(jī)質(zhì)降解速率降低且高溫持續(xù)時(shí)間縮短。

城市農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的蔬菜廢棄物水分含量高，但又含有肥料所需的營(yíng)養(yǎng)元素，應(yīng)基于其典型組成的C/N特點(diǎn)，對(duì)其C/N進(jìn)行調(diào)整，以確定合適的初始C/N條件。筆者構(gòu)建了適合農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)蔬菜廢棄物組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的高溫好氧堆肥系統(tǒng)，通過(guò)添加陶粒來(lái)改善堆體的結(jié)構(gòu)，增加物料之間的孔隙，并設(shè)定不同的初始C/N條件，分析C/N對(duì)陶粒強(qiáng)化蔬菜廢棄物堆肥效果的影響，以期為優(yōu)化城市農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)蔬菜廢棄物的堆肥化工藝提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2023年8－12月在蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院進(jìn)行。試驗(yàn)材料中的包菜、萵筍皮以及玉米面均來(lái)自蘇州某蔬菜批發(fā)市場(chǎng)，風(fēng)干牛糞和陶粒均購(gòu)買于淘寶。根據(jù)物料的C、N含量，利用玉米面來(lái)調(diào)節(jié)C/N，SP1、SP2、SP3和SP4設(shè)定的C/N分別為15、20、25和20。堆肥原材料基本理化性質(zhì)如表1所示。

1.2 堆肥試驗(yàn)裝置與方法

堆肥反應(yīng)器如圖1所示，主體為50 L的塑料桶，在底部和蓋子上分別設(shè)置一個(gè)進(jìn)氣口和出氣口，并在桶的底部放一個(gè)不銹鋼架來(lái)承托堆肥材料，以保證底部通風(fēng)均勻。然后在堆肥桶周圍包裹保溫材料，這樣可以盡量減少外部環(huán)境溫度對(duì)其產(chǎn)生的影響[17]。

堆肥試驗(yàn)設(shè)置相同的通風(fēng)量和初始含水率，共堆制4組不同的初始C/N，其編號(hào)為分別 SP1、SP2、SP3和SP4，C/N分別為15、20、25和20。SP1～SP3均添加總質(zhì)量15%的陶粒，SP4不添加。包菜、萵筍皮和牛糞為固定干質(zhì)量配比3∶5∶1.6，SP1、SP2和SP3分別在以上混合材料中加入25%、44%和56%的玉米面（干質(zhì)量）。堆體的初始含水率控制在60%，總質(zhì)量控制在4.5～5.0 kg。

試驗(yàn)開始前將包菜和萵筍皮剪碎至3～4 cm，并在晴天進(jìn)行鋪開晾曬來(lái)控制含水率。物料配比按照干質(zhì)量進(jìn)行配比，用玉米面和牛糞調(diào)節(jié)物料C/N，控制初始含水率在60%左右。分別在第1、3、6、10、15、21、28、40 天采用五點(diǎn)取樣法，并對(duì)每個(gè)樣品取3個(gè)平行樣。每次取200 g濕樣，取完樣后進(jìn)行混合，其中100 g鮮樣保放于-20 ℃冰箱中，另外100 g濕樣風(fēng)干后用破碎機(jī)研磨并過(guò)80目樣品篩，保存在干燥的環(huán)境中[18]。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與分析方法

每天上午和下午分別測(cè)量一次溫度，并取平均值。含水率采用105 ℃烘干法[17]。

取濕樣10 g與去離子水按1 g∶10 mL比例混合[19]，室溫振蕩60 min后過(guò)濾，獲得浸提液（Ⅰ）。浸提液（Ⅰ）用來(lái)測(cè)定pH、EC值。用便攜式pH計(jì)測(cè)定pH，用便攜式電導(dǎo)率儀測(cè)定EC值。選用顆粒飽滿、無(wú)破損的白菜種子測(cè)定種子發(fā)芽指數(shù)（germination index，GI）：取10 mL浸提液浸潤(rùn)種子，在25 ℃恒溫下避光培養(yǎng)48 h，測(cè)量種子發(fā)芽數(shù)量和根長(zhǎng)，按照下式計(jì)算GI[20]。以蒸餾水培養(yǎng)作為空白對(duì)照。種子發(fā)芽指數(shù)（GI）/%=（[處理組種子發(fā)芽率×處理組根長(zhǎng)]）/（[空白組種子發(fā)芽率×空白組根長(zhǎng)]）×100。

將浸提液（Ⅰ）在8000 r·min-1條件下離心8 min，再用0.45 μm濾膜過(guò)濾，獲得浸提液（Ⅱ）。浸提液（Ⅱ）稀釋2倍后用紫外分光光度計(jì)在波長(zhǎng)465和665 nm處測(cè)吸光度A465和A665，A465與A655的比值記為E4/E6。浸提液（Ⅱ）稀釋100倍后按照《水質(zhì)氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》[21]對(duì)浸提液中的銨根離子含量進(jìn)行測(cè)定。

用風(fēng)干樣品測(cè)定固體總有機(jī)碳（total organic carbon，TOC）、總氮（total nitrogen，TN）含量。采用NY/T 525—2021《有機(jī)肥料》標(biāo)準(zhǔn)中的凱式定氮法測(cè)定總氮含量[22]，采用馬弗爐灼燒法測(cè)定有機(jī)碳含量[22]，樣品有機(jī)質(zhì)含量（organic matter，OM）按下面式子計(jì)算。

[w（有機(jī)質(zhì)）/%=M2-M3M1×100+0.4771.911]。

式中：M1為樣品質(zhì)量（g）；M2為灼燒前樣品+坩堝質(zhì)量（g）；M3為灼燒后樣品+坩堝質(zhì)量（g）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 SPSS 25. 0軟件進(jìn)行單因素方差分析和相關(guān)性分析，采用 Origin 2017 Pro 軟件繪制變化趨勢(shì)圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過(guò)程中理化參數(shù)的變化

由表2和圖2-A可知，沒(méi)加陶粒的SP4組的堆體最高溫度及高溫時(shí)長(zhǎng)低于其他3組，其升溫4 d后開始降溫，最高溫度為53.6 ℃，50 ℃以上只有2 d，且堆體過(guò)度濕潤(rùn)、有惡臭味，堆肥過(guò)程沒(méi)能順利進(jìn)行。而SP1～SP3都經(jīng)歷了明顯的升溫期、高溫期、降溫期，且升溫速度快，1 d后進(jìn)入高溫期（＞50 ℃），3組的高溫期分別持續(xù)了8、13和16 d。SP1～SP3分別在第10、7、11天達(dá)到最高溫度，分別為57.0、62.3和60.1 ℃。在加陶粒的3組中，SP2升溫最快且持續(xù)了4 d的超高溫期（＞60 ℃），表明C/N為20的初始條件對(duì)微生物的活動(dòng)最有利，更利于物料的快速降解轉(zhuǎn)化。由于SP4升溫失敗，后續(xù)的理化性質(zhì)分析只針對(duì)SP1～SP3。

如圖2-B所示，3組的含水率存在差異，SP1含水率的波動(dòng)最大，SP2和SP3的含水率在前28 d變化趨勢(shì)類似，先升高后降低。從整體上看，隨著堆肥溫度上升，堆體的含水率升高，3組的最高含水率分別為64.2%、65.1%、66.1%，降溫期堆體的含水率逐漸降低，堆肥第28天，含水率分別降至48.9%、42.2%、43.4%，SP1的含水率顯著高于其他兩組，SP2與SP3無(wú)顯著差異。但最終堆體的含水率又升高，這主要是堆肥28 d到結(jié)束沒(méi)有進(jìn)行翻堆處理，導(dǎo)致了堆體水分積累。

如圖2-C所示，各處理的pH都呈現(xiàn)先波動(dòng)增加后穩(wěn)定的變化趨勢(shì)。蔬菜廢棄物堆肥開始的pH較低，3組都處于4.5～5.0。SP1和SP2的pH在前10 d快速增加，均在第10天達(dá)到最大值，分別為8.63、8.46；而SP3處理在堆肥結(jié)束時(shí)才達(dá)到最大值。堆肥結(jié)束時(shí)，SP1～SP3堆體的pH分別為8.50、8.34、8.00，均符合我國(guó)NY/T 525－2021 《有機(jī)肥料》規(guī)定的 pH范圍[23]。

如圖2-D所示，各處理之間的電導(dǎo)率（EC）變化趨勢(shì)類似，SP1的電導(dǎo)率呈先上升后下降的趨勢(shì)，而SP2和SP3呈升-降-升-降的趨勢(shì)。堆肥結(jié)束時(shí)，3組間無(wú)顯著差異。3組處理的EC值為3.78～3.85 mS·cm-1，小于4.00 mS·cm-1，各個(gè)處理的堆肥產(chǎn)品EC值均符合堆肥腐熟的要求[23]。

2.2 堆肥過(guò)程中碳氮元素含量的變化

由圖3可以看出，3個(gè)處理組的銨態(tài)氮（NH4+-N）含量均呈現(xiàn)先波動(dòng)上升后波動(dòng)下降的趨勢(shì)（圖3-A）。堆肥初期，隨著堆體溫度升高，NH4+-N含量上升。在高溫期后，各組的NH4+-N含量逐漸降低。其中SP1和SP2均在第10天左右NH4+-N含量達(dá)到最大值，而SP3在21 d時(shí)NH4+-N含量才達(dá)到最大值。堆肥結(jié)束后，3個(gè)組的NH4+-N含量（ρ）分別為67.5、83.2、90.7 mg·L-1，其中SP1組的NH4+-N含量最低，顯著低于SP2和SP3。SP2和SP3處理的總氮含量呈先升后降的趨勢(shì)，SP1呈升-降-升-降的趨勢(shì)（圖3-B）。堆肥21 d之前，3組的總氮含量不斷升高，尤其在高溫期快速升高，后期總氮含量小幅度下降。堆肥結(jié)束時(shí)，3組處理的總氮含量（w）分別為2.86%、3.10%、2.85%，較其初始值分別增加了18%、42%、55%，說(shuō)明SP2和SP3處理更有利于提高堆肥產(chǎn)品的總氮含量。如圖3-C所示，各處理的總有機(jī)碳（TOC）含量呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，結(jié)合表3數(shù)據(jù)可知，堆肥結(jié)束時(shí)，SP2的有機(jī)質(zhì)含量減少量顯著高于另外2組，最終的TOC含量也最低，表明初始C/N為20條件下有機(jī)質(zhì)的降解和穩(wěn)定化程度最高。如圖3-D所示，SP2和SP3的C/N比的變化趨勢(shì)一致，隨著堆肥進(jìn)程呈下降的趨勢(shì)，而SP1整體上呈降-升-降的趨勢(shì)。堆肥第1天，3組處理的C/N為18.4、21.3、25.7。堆肥前中期3組的C/N快速降低，到了后期，物料的C/N下降緩慢。堆肥結(jié)束后，3組處理的C/N分別為12.8、11.3、13.2。研究認(rèn)為，當(dāng)堆肥C/N小于17時(shí)，堆肥達(dá)到腐熟，所以各組均達(dá)到腐熟要求[24]。

2.3 堆肥過(guò)程中種子發(fā)芽指數(shù)（GI）和E4/E6的變化

如圖4所示，3組處理的GI均呈前期波動(dòng)、中后期提高的變化趨勢(shì)。堆肥28 d后，SP2和SP3處理的GI均超過(guò)80%，達(dá)到腐熟標(biāo)準(zhǔn)，最終GI分別為101.1%和91.4%，SP2和SP3處理的種子發(fā)芽指數(shù)無(wú)顯著差異。SP1處理的最終GI為56.7%，顯著低于其余2組，堆體產(chǎn)品基本腐熟，但未徹底腐熟；表明初始C/N為15的條件對(duì)蔬菜廢棄物的堆肥過(guò)程不合適。由圖5可知，3組處理的E4/E6呈先波動(dòng)上升后下降的變化趨勢(shì)，堆肥結(jié)束后，3組處理的E4/E6分別從2.42、2.16、2.22增加到6.15、5.82、6.04，說(shuō)明堆體產(chǎn)品腐殖化程度較高。

3 討論與結(jié)論

3.1 C/N對(duì)蔬菜廢棄物堆肥腐熟的影響

在堆肥過(guò)程中，堆肥溫度至關(guān)重要，在合適的溫度條件下，堆肥過(guò)程可以高效、快速和無(wú)害化。在本研究中，沒(méi)添加陶粒的SP4堆肥未升溫成功，這表明蔬菜廢棄物的物料結(jié)構(gòu)性差，不加結(jié)構(gòu)調(diào)理劑堆肥過(guò)程不能順利進(jìn)行。陶粒可以增加物料的孔隙度，有利于氧氣的擴(kuò)散和吸收。而SP1～SP3升溫速度快，且高溫期持續(xù)8～16 d，證明添加陶粒能較好地改善蔬菜廢棄物的孔隙結(jié)構(gòu)，有利于氧氣的供應(yīng)，可以滿足有機(jī)物降解的氧氣需求。同時(shí)溫度也能夠直接反映堆肥過(guò)程中有機(jī)物的降解速率和堆肥的無(wú)害化程度等[25]。好氧堆肥要求溫度在50以上持續(xù)5～7 d，高溫能殺滅物料中的致病菌、蟲卵[26]，SP1～SP3均達(dá)到了此溫度要求，且初始C/N為20對(duì)堆體中有機(jī)物的降解最有利。

控制堆體pH在適宜的范圍內(nèi)能極大地提高堆肥成功率[27]。堆肥初期pH基本都小于5，這主要是微生物對(duì)易降解糖類等物質(zhì)的分解產(chǎn)生的有機(jī)酸造成的[28]。SP1和SP2在升溫過(guò)程中，pH快速升高，這與物料中的有機(jī)氮被大量降解生成NH3有關(guān)[29]。SP1在第3天 pH降至2.66，而SP3在10 d后pH才明顯升高，反映出有機(jī)質(zhì)降解過(guò)程中有機(jī)酸的積累，這對(duì)堆肥順利進(jìn)行是不利的，這與SP1和SP3兩組的升溫速度和堆體溫度均低于SP2相呼應(yīng)，均表明C/N為15和25均會(huì)造成蔬菜廢棄物堆肥初期pH偏低（低于6.5～8.5的最優(yōu)范圍），對(duì)微生物活動(dòng)不利。EC值可以反映堆肥的含鹽量，一般堆肥產(chǎn)品的EC值小于4.00 mS·cm-1時(shí)，對(duì)植物生長(zhǎng)無(wú)毒害作用[30]。本研究的EC值變化趨勢(shì)與周順等[31]研究的變化趨勢(shì)相似。堆肥開始后，隨著堆體中的有機(jī)物不斷降解，鹽分被不斷釋放出來(lái)，同時(shí)堆肥質(zhì)量開始損失，進(jìn)而導(dǎo)致鹽分濃縮，因此EC值開始升高。堆肥第20天至堆肥結(jié)束，隨著溫度的降低，堆體中的微生物釋放礦物鹽的速度變慢且后期腐殖酸等有機(jī)大分子逐漸生成[32]，導(dǎo)致EC值緩慢降低。

種子發(fā)芽指數(shù)（GI）可以反映堆肥的腐熟度，同時(shí)堆肥產(chǎn)品的植物毒性也可以通過(guò)GI來(lái)衡量[33]。當(dāng)GI≥50.0%時(shí)，堆肥產(chǎn)品對(duì)農(nóng)作物基本沒(méi)有毒性，堆肥基本腐熟[19]；當(dāng)GI≥70.0%時(shí)，堆肥對(duì)農(nóng)作物的毒性基本消失，達(dá)到腐熟標(biāo)準(zhǔn)[34]。堆肥初期存在有機(jī)酸累積現(xiàn)象，不利于種子的發(fā)芽，因此初期的GI值低且變化波動(dòng)大。在高溫期，隨有機(jī)質(zhì)的降解，pH上升，GI值也隨之上升。堆肥后期，SP2和SP3處理的GI值顯著高于SP1，表明C/N為15的條件對(duì)堆肥過(guò)程不利，影響堆肥的最終腐熟。

E4/E6是堆肥產(chǎn)品的水溶性有機(jī)物在波長(zhǎng)465和665 nm兩個(gè)吸光度下的比值，代表苯環(huán)Ｃ骨架的聚合程度，用于表征有機(jī)物的穩(wěn)定性[19]。研究認(rèn)為，當(dāng)堆肥C/N小于17時(shí)，堆肥達(dá)到腐熟，所以各組均達(dá)到腐熟要求[35]。E4/E6越小，說(shuō)明有機(jī)質(zhì)聚合程度越大[36]。Li等[37]在研究中發(fā)現(xiàn)，E4/E6值呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明堆體的腐質(zhì)化程度升高。因此在升溫和高溫期堆體腐質(zhì)化程度升高。周玉等[38]研究認(rèn)為，翻堆對(duì)堆體E4/E6影響顯著。在本研究中，在降溫階段對(duì)堆體翻堆次數(shù)減少，導(dǎo)致堆體的含水率上升，不利于有機(jī)酸向大分子腐殖酸的轉(zhuǎn)化，E4/E6有小幅度下降。

3.2 C/N對(duì)蔬菜廢棄物堆肥碳氮元素轉(zhuǎn)化的影響

在堆肥化過(guò)程中，碳素和氮素是堆肥微生物的基本能量來(lái)源。堆體NH4+-N含量與堆體的溫度和pH息息相關(guān)[39]。在升溫和高溫前期，堆體有機(jī)物快速礦化和氨化，產(chǎn)生NH3溶于水生成NH4+-N[40]，NH4+-N含量急速上升；在高溫和高pH的作用下氨化生成NH3揮發(fā)[41]，NH4+-N含量快速下降并趨于平穩(wěn)。其中SP1和SP2處理的堆體均在第10天左右處于高溫前期，NH4+-N含量達(dá)到最大值；而SP3堆體在第13天溫度達(dá)到最高并且高溫期一直持續(xù)至第18天，因此SP3在第21天時(shí)NH4+-N含量才達(dá)到最大值。足夠的有機(jī)質(zhì)含量確保了堆肥過(guò)程能夠持續(xù)產(chǎn)熱，并提供足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供微生物分解有機(jī)質(zhì)。在高溫期，微生物活動(dòng)加強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)分解導(dǎo)致大量的碳素以氣體形式排出，所以TOC含量大幅度降低；進(jìn)入腐熟階段后，微生物活性減弱，有機(jī)質(zhì)和TOC（總有機(jī)碳）含量降幅減小。碳氮元素的轉(zhuǎn)化決定了物料總氮含量和C/N的變化。衡量堆肥產(chǎn)品品質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)之一就是總氮的含量。總體上看，3組處理的總氮含量前期明顯增加后期略降低。在堆肥前期，由于微生物活性強(qiáng)，干物質(zhì)降解損失速率和碳素的損失率高于氮素?fù)p失速率，出現(xiàn)氮的濃縮效應(yīng)使總氮含量升高，C/N快速降低[42]。在高溫條件下，有機(jī)氮降解產(chǎn)生氨氮以氨的形式揮發(fā)造成氮損失，因此高溫期后物料的總氮含量略降低，C/N比下降緩慢。綜合堆肥產(chǎn)品的總氮含量和較初始總氮的增加量，C/N為20和25有利于提高堆肥產(chǎn)品的總氮含量。

綜上所述，在添加陶粒的情況下，蔬菜廢棄物的初始C/N 為20和25時(shí)，堆肥均達(dá)到腐熟，而當(dāng)C/N為15時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)僅為56.7%，堆體未完全腐熟。與SP1相比，SP2和SP3處理的最終總氮含量分別為初始值的1.42、1.55倍，均有利于提高堆肥產(chǎn)品的總氮含量，但SP2升溫最快且超高溫期長(zhǎng)，有機(jī)質(zhì)的降解率高達(dá)21.82%。因此C/N為20的初始條件對(duì)微生物的活動(dòng)最有利，更利于物料的快速降解轉(zhuǎn)化。因此，在實(shí)際操作過(guò)程中，建議在蔬菜廢棄物好氧堆肥中添加陶粒且控制初始C/N為20，此條件不僅最有利于微生物活動(dòng)，也更加有利于蔬菜廢棄物快速降解轉(zhuǎn)化。研究結(jié)果為蔬菜廢棄物的資源化利用提供了新思路。

參考文獻(xiàn)

[1] WANG Z Y，LI D，GRUDA S N，et al．Fertilizer application rate and nutrient use efficiency in Chinese greenhouse vegetable production[J]．Resources，Conservation and Recycling，2024，203：107431．

[2] 羅娟，趙立欣，于佳動(dòng)，等．我國(guó)蔬菜廢棄物利用研究進(jìn)展[J]．中國(guó)瓜菜，2024，37（3）：1-8．

[3] 韓雪，常瑞雪，杜鵬祥，等．不同蔬菜種類的產(chǎn)廢比例及性狀分析[J]．農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2015，32（4）：377-382．

[4] 龔建英，田鎖霞，王智中，等．微生物菌劑和雞糞對(duì)蔬菜廢棄物堆肥化處理的影響[J]．環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，6（8）：2813-2817．

[5] 黃鼎曦，陸文靜，王洪濤．農(nóng)業(yè)蔬菜廢物處理方法研究進(jìn)展和探討[J]．環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002，3（11）：38-42．

[6] NAKAYAMA A，NAKASAKI K，KUWAHARA F，et al．A lumped parameter heat transfer analysis for composting processes with aeration[J]．Journal of Heat Transfer-transactions of the Asme，2007，129（7）：902-906．

[7] LIN Y P，HUANG G H，LU H W，et al．Modeling of substrate degradation and oxygen consumption in waste composting processes[J]．Waste Management，2008，28（8）：1375-1385．

[8] 周亞文，張宇航，沈玉君，等．初始含水率對(duì)人糞污好氧堆肥腐熟及微生物群落結(jié)構(gòu)變化的影響[J]．環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2022，16（12）：4108-4120．

[9] 肖祖飛，李剛，陳欣瑤，等．不同類型外加碳源對(duì)制藥污泥堆肥過(guò)程中青霉素降解的影響[J]．環(huán)境化學(xué)，2018，37（8）：1728-1737．

[10] ZORPAS A A，LOIZIDOU M．Sawdust and natural zeolite as a bulking agent for improving quality of a composting product from anaerobically stabilized sewage sludge[J]．Bioresource Technology，2008，99（16）：7545-7552．

[11] XIAO R，AWASTHI M K，LI R H，et al．Recent developments in biochar utilization as an additive in organic solid waste composting：A review[J]．Bioresource Technology，2017，246：203-213．

[12] WANG X K，ZHENG G D，CHEN T B，et al．Application of ceramsite and activated alumina balls as recyclable bulking agents for sludge composting[J]．Chemosphere，2019，218：42-51．

[13] DENG L H，XU J X，LI Y X，et al．Deodorization of the off-gas from livestock manure aerobic composting tank using biotrickling filters and its mechanism[J]．Biochemical Engineering Journal，2022，181：108409．

[14] 程花，張紅星，閆暉敏，等．沉水植物堆肥可行性研究[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（29）：258-259．

[15] 楊冬艷，王丹，桑婷，等．番茄秸稈堆肥添加量對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)及根系形態(tài)的影響[J]．江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2024，46（1）：60-67.

[16] 王哲．蔬菜廢棄物不同混配比例對(duì)堆肥進(jìn)程的影響及產(chǎn)品應(yīng)用[D]．山東泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2020．

[17] MEI J，JI K，SU L H，et al．Effects of FeSO4 dosage on nitrogen loss and humification during the composting of cow dung and corn straw[J]．Bioresource Technology，2021，341：125867．

[18] 吳夢(mèng)婷，化學(xué)添加劑控制牛糞好氧堆肥氮損失效果的研究[D]．江蘇蘇州：蘇州科技大學(xué)，2021．

[19] 陳活虎，何品晶，呂凡，等．腐熟堆肥接種對(duì)蔬菜廢物中高溫好氧降解過(guò)程的影響[J]．環(huán)境化學(xué)，2006（4）：444-448．

[20] YANG Y，WANG G Y，LI G X，et al．Selection of sensitive seeds for evaluation of compost maturity with the seed germination index[J]．Waste Management，2021，136：238-243．

[21] 劉君，于月.納氏試劑分光光度法測(cè)定氨氮前處理探討及改進(jìn)[J].山西化工，2024，44（3）：62-63．

[22] MEI J，LI B，SU L H，et al．Effects of potassium persulfate on nitrogen loss and microbial community during cow manure and corn straw composting[J]．Bioresource Technology，2022，363：127919．

[23] 中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部．有機(jī)肥料：NY/T 525－2021[S]．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2021．

[24] 梅娟，段恩帥，蘇良湖，等．過(guò)硫酸鉀強(qiáng)化蔬菜廢棄物好氧堆肥的通風(fēng)速率優(yōu)化及其微生物特征[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2023，51（24）：203-211.

[25] 王權(quán)．添加劑對(duì)豬糞好氧堆肥過(guò)程的影響及其機(jī)制研究[D]．陜西楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2018．

[26] WANG Q，WANG Z，AWASTHI M K，et al．Evaluation of medical stone amendment for the reduction of nitrogen loss and bioavailability of heavy metals during pig manure composting[J]．Bioresource Technology，2016，220：297-304．

[27] 姜新有，王曉東，周江明，等．初始pH值對(duì)畜禽糞便和菌渣混合高溫堆肥的影響[J]．浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，28（9）：1595-1602．

[28] 丁杰，郝艷，侯佳奇，等．接種抗酸化復(fù)合菌對(duì)餐廚廢棄物堆肥酸化緩解及腐殖化的影響[J]．環(huán)境科學(xué)研究，2016，29（12）：1887-1894．

[29] GUO X X，LIU H T，WU S B．Humic substances developed during organic waste composting：Formation mechanisms，structural properties，and agronomic functions[J]．Science of the Total Environment，2019，662：501．

[30] LI R H，WANG J J，ZHANG Z Q，et al．Nutrient transformations during composting of pig manure with bentonite[J]．Bioresource Technology，2012，121：362-368．

[31] 周順，李洋，張冠智，等．添加劑對(duì)番茄莖稈好氧堆肥發(fā)酵過(guò)程及氮素?fù)p失的影響[J]．中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2024，29（3）：79-86．

[32] 郭振勝，張可意，冀薇，等．園林廢棄物與污泥混合堆肥的理化性質(zhì)變化規(guī)律研究[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2023，51（20）：57-62．

[33] ZHAN Y B，ZHANG Z Y，MA T N，et al．Phosphorus excess changes rock phosphate solubilization level and bacterial community mediating phosphorus fractions mobilization during composting[J]．Bioresource Technology，2021，337：125433．

[34] WANG G Y，KONG Y L，YANG Y，et al．Superphosphate，biochar，and a microbial inoculum regulate phytotoxicity and humification during chicken manure composting[J]．Science of the Total Environment，2022，824：153958．

[35] WANG L X，LI Y X，PRASHER S O，et al．Organic matter，a critical factor to immobilize phosphorus，copper，and zinc during composting under various initial C/N ratios[J]．Bioresource Technology，2019，289：121745．

[36] GRESSEL N，MCGRATH A E，MCCOLL J G，et al．Spectroscopy of aqueous extracts of forest litter．I：Suitability of methods[J]．Soil Science Society of America Journal，1995，59（6）：1723-1731．

[37] LI G，ZHU Q H，JIANG Z W，et al．Roles of non-ionic surfactant sucrose ester on the conversion of organic matters and bacterial community structure during composting[J]．Bioresource Technology，2020，308（prepublish）：123279.

[38] 周玉，趙曉松，李國(guó)學(xué)，等．翻堆工藝對(duì)0～15 mm垃圾堆肥腐熟度空間變異影響研究[J]．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，28（6）：1288-1292．

[39] XU P，SHU L L，YANG Y Y，et al．Microbial agents obtained from tomato straw composting effectively promote tomato straw compost maturation and improve compost quality[J]．Ecotoxicology and Environmental Safety，2024，270：115884．

[40] AWASTHI M K，WANG Q，HUANG H，et al．Influence of zeolite and lime as additives on greenhouse gas emissions and maturity evolution during sewage sludge composting[J]．Bioresource Technology，2016，216：172-181．

[41] 劉龍，孔德國(guó)，周嶺，等．生物炭粒徑對(duì)豬糞好氧堆肥中養(yǎng)分影響[J]．節(jié)水灌溉，2023（12）：34-40．

[42] 程豐．外源添加劑減少好氧堆肥過(guò)程氮素?fù)p失的效果研究[D]．江蘇無(wú)錫：江南大學(xué)，2021．