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摘 要： 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)
《三種單一類型園林廢棄物集約化制肥效果研究》論文發(fā)表期刊：《湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)》；發(fā)表周期：2021年12期
《三種單一類型園林廢棄物集約化制肥效果研究》論文作者信息：宋良紅（1971-），男，河南鄭州人，高級工程師，主要從事園林植物引種、保育等方面的研究。
摘要：選取3種單一類型園林廢棄物(枯枝類、落葉類、草屑類)為試驗材料，添加不同比例的豆渣和羊糞，通過高度集約化發(fā)酵設(shè)備進行制肥，在制肥過程的前期(初始混合期)、中期(設(shè)備發(fā)酵后)、末期(完全腐熟后)3個時間階段進行取樣，檢測了有機質(zhì)、pH、養(yǎng)分含量、發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)。結(jié)果表明，草屑類按照豆渣：羊糞：園林廢棄物1：1：8和1：2：7的2種處理表現(xiàn)最好，堆肥時間最短，總養(yǎng)分含量較高，pH適中，發(fā)芽指數(shù)較高，有利于植物生長，堆肥效果好，其中，草屑類按照豆渣：羊糞：園林廢棄物1：1：8更具有經(jīng)濟優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：園林廢棄物;資源化利用;制肥發(fā)酵;發(fā)芽指數(shù)
Abstract: Three kinds of single types of garden wastes (litters, deciduous and grass debris) were selected as experimental materials, and different proportions of soybean residue and sheep manure were added. Fertilization was carried out by highly intensive fermentation equipment. Samples were taken at the early stage (initial mixing stage), middle stage (after equipment fermentation), and late stage (after complete maturity) of the fertilization process. Organic matter, pH, nutrient content and germination index were detected.The results showed that the treatment of soybean dregs : sheep manure: green waste 1: 1: 8 and 1:2:7 had the best performance. Be-cause of the shortest composting time, high total nutrient content, moderate pH and high germination index, they were conducive to plant growth and good composting effect. Among them, the treatment of soybean dregs : sheep manure: green waste 1:1:8 had more economic advantages.
Key words: garden wastes; resource utilization ; fertilizer fermentation ; germination index
園林廢棄物通常指園林植物養(yǎng)護過程中所產(chǎn)生的落葉、草屑、花敗、枯枝以及修剪物等固體廢棄物，也有學(xué)者稱之為園林垃圾[1，2]。園林城市的快速發(fā)展引起園林廢棄物急增，傳統(tǒng)的填埋、焚燒等處置方式已經(jīng)不符合生態(tài)環(huán)保發(fā)展要求，大量的園林廢棄物需要更環(huán)保、更經(jīng)濟的處理方式[3，4]。園林廢棄物中含有豐富的有機質(zhì)和木質(zhì)纖維素等可降解成分[5，6]，通過堆肥處理可轉(zhuǎn)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(yǎng)護費用，推動城市經(jīng)濟綠色循環(huán)發(fā)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(yōu)選出落葉枯枝混合型園林廢棄物堆肥的最優(yōu)堆肥條件。姚文英等[12]在樹葉堆肥發(fā)酵過程中添加不同的發(fā)酵菌劑發(fā)現(xiàn)添加嗜熱側(cè)孢霉的處理在堆體中心溫度、理化性質(zhì)、種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)(GI)等方面均優(yōu)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(shè)備高溫制肥技術(shù)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℀例添加物，探究高溫制肥過程中有機質(zhì)、養(yǎng)分含量等指標(biāo)變化，以期根據(jù)不同類型園林廢棄物制肥的特點優(yōu)選經(jīng)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(chǔ)。
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2.0-2.5cm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(nóng)戶。發(fā)酵菌劑采用鄭州云茂實業(yè)有限公司的YM-ZF-A系列發(fā)酵設(shè)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(nèi)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(shè)置6個處理，如表1所示，每個處理重復(fù)3次。每個堆肥處理按照固定成分配比后，將含水量調(diào)節(jié)至50%~60%，通過系列集約化發(fā)酵設(shè)備(鄭州云茂實業(yè)有限公司的YM-ZF-A系列發(fā)酵設(shè)備)進行30min高溫滅菌，按照堆體質(zhì)量添加 0.5% 發(fā)酵專用菌，進行初次發(fā)酵。該系列設(shè)備包括進料機、出料機、園林廢棄物處理機、生物質(zhì)熱風(fēng)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(fā)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(fā)酵溫度變化。在發(fā)酵前期(初始混合期)、發(fā)酵中期(設(shè)備發(fā)酵后)、發(fā)酵末期(腐熟完成后)測定有機質(zhì)、pH、全氮、全磷、全鉀。在發(fā)酵末期進行發(fā)芽指數(shù)測定。
1.3項目測定
全氮采用HS0，-H，0，消煮-凱氏定氮法測量;全磷采用HS0，-HNO，消煮-鉬錦抗比色法測量;全鉀采用HS0，-HNO，消煮-火焰光度法測量，具體操作按照中國有機肥標(biāo)準(zhǔn)NY525-2012進行[1);有機質(zhì)和pH用YN-8000智能綜合檢測儀測定;發(fā)芽指數(shù)(G)計算公式[]為G=[(堆肥處理的種子發(fā)芽率x種子根長)(去離子水處理的種子發(fā)芽率×種子根長)】x100%。
1.4 數(shù)據(jù)處理
試驗數(shù)據(jù)用Excel，SPSS統(tǒng)計軟件進行分析。
2結(jié)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(wěn)定化和無害化的重要參數(shù)(1，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(zhì)含量相關(guān)[)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(shè)備將物料進行了高溫滅菌和微生物發(fā)酵處理，有助于堆體快速升溫。
堆肥周期內(nèi)從T1到T6處理，均能維持55℃以上高溫10d以上，其中T1處理和T2處理持續(xù)時間較長，分別維持27.25 d，其次是TS處理維持20d，而T3，T4，T6處理維持高溫時間較短，分別是12、14.13d，TI和T2這2個處理主要是由枯枝類構(gòu)成，而枯枝類中含有較多難降解的有機物質(zhì)，因此增加了發(fā)酵時間。
6個處理達到腐熟所需時間依次表現(xiàn)為TI>T2>T3-T4>T5>T6，表明草屑類(TS.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5350d。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(fā)酵時間基本一致。
2.2不同物料配比對園林廢棄物堆肥
pH的影響pH的變化是反映堆肥過程的重要參數(shù)，適宜的pH能夠使微生物有效地發(fā)揮作用，而pH太高或者太低，都會影響堆肥效率和質(zhì)量[1)。從表3可以看出，經(jīng)過集成化設(shè)備快速發(fā)酵之后，不同處理pH均有所上升，而T3處理出現(xiàn)了略微下降，這可能與微生物活動產(chǎn)生有機酸有關(guān)。發(fā)酵末期與發(fā)酵前期相比各處理pH均呈上升趨勢，TI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(huán)境中，對微生物活動更有利。發(fā)酵末期各處理pH表現(xiàn)為T6>T4> T2，TS>T3>TI，表明同一配比條件下，pH大小表現(xiàn)為草屑類>落葉類>枯枝類。
2.3不同物料配比對園林廢棄物堆肥有機質(zhì)的影響
6個處理有機質(zhì)含量變化如表4所示，各處理有機質(zhì)含量變化相似，均呈下降趨勢。通過高效集成化設(shè)備發(fā)酵后，各處理有機質(zhì)含量雖然均有所下降，但是下降量較小。與發(fā)酵前期相比，發(fā)酵末期各處理下降程度較大，其中，T3.T4、T5T6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T1T2下降程度相對較低，分別下降了13.5616.96個百分點。表明落葉類和草屑類可降解有機質(zhì)較多，在整個發(fā)酵腐熟過程中大量有機質(zhì)被分解。
本研究發(fā)酵末期，各處理有機質(zhì)含量表現(xiàn)為T2>TI>т4>т3>T6>TS，T2>T1，Т4>т3，т6>T5，表明發(fā)酵末期，同一類型堆肥中，豆渣和羊糞含量較多時有機質(zhì)含量較高;同一配比中，有機質(zhì)含量表現(xiàn)為 T2>T4>T6，T1>T3>T5，表明在同一配℀中，枯枝類含有較高的有機質(zhì)，草屑類有機質(zhì)含量較低。
2.4不同物料配比對園林廢棄物堆肥養(yǎng)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(zhì)量的重要指標(biāo)[")。本試驗中發(fā)酵末期各處理全氮含量顯著高于發(fā)酵前期，全氮含量均呈升高趨勢(表5)。發(fā)酵末期各處理全氮含量大小表現(xiàn)為T6>T5> T2>T4>T3>TI1，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TI、T3處理，表明堆體完全腐熟后，3種單一類型堆肥產(chǎn)品中全氮含量表現(xiàn)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。
發(fā)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(fā)酵前期的7.76.6.70倍，其次是T4，全鉀含量是發(fā)酵前期的6.59倍，其余處理的上升量均達3倍以上。發(fā)酵末期，各處理全鉀含量表現(xiàn)為T6>TS，T2>TI，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(fā)酵前期到發(fā)酵末期，各處理的全磷含量均有所增長。發(fā)酵末期各處理全磷含量表現(xiàn)為T6>TS，T2> TI，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(yǎng)分來看，發(fā)酵末期，各處理總養(yǎng)分都有不同程度的提升，總養(yǎng)分均在6.00% 以上，達到有機肥國家標(biāo)準(zhǔn) NY525—2002 總養(yǎng)分≥ 4% 的要求。其中，T5、T6 處理總養(yǎng)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(fā)芽指數(shù)的影響
由圖 1 可知，6 個處理的發(fā)芽指數(shù)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(biāo)準(zhǔn) NY525—2002 要求，對植物害作用較小。6個處理中，T1>T2，T3>T4，T5>T6，表明 3 種單一類型堆肥產(chǎn)品中，在豆渣羊糞含量較低時對植物的害性較小，種子的發(fā)芽指數(shù)較高，其中，T5處理的發(fā)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(fā)，堆肥效果較好。
3小結(jié)與討論
有研究表明，堆體溫度通常在開始的3-5d，從環(huán)境溫度上升到60℃以上高溫[1]，本試驗中3種類型綠化廢棄物均能通過集成化發(fā)酵設(shè)備在1-2d內(nèi)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(TS和T6處理)腐熟最快，在堆肥時間上占有優(yōu)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(zhì)有關(guān)。本研究中各處理在發(fā)酵過程中維持55℃高溫時間均較長，這可能與堆肥發(fā)酵期間夏季高溫有關(guān)。
堆肥發(fā)酵過程中pH的變化是影響堆體內(nèi)微生物活性和衡量堆肥腐熟質(zhì)量的重要參數(shù)1，本研究中各處理發(fā)酵過程中pH呈上升趨勢，這與王瑞瑩等[1)的研究結(jié)果一致。本試驗發(fā)酵末期各處理的pH均在7.51-8.44，處于弱堿環(huán)境，能夠為微生物活動與生存提供適宜的pH環(huán)境[1)
龔小強等[2研究表明，添加牛糞可提高纖維素和木質(zhì)素的降解率，增加堆肥產(chǎn)品中氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的含量。本試驗各處理的有機質(zhì)含量均呈下降趨勢，發(fā)酵末期，同一類型中羊糞含量多的處理，有機質(zhì)含量下降幅度最大，且堆肥產(chǎn)品中氮、磷、鉀等營養(yǎng)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(xiàn)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(9等研究園林廢棄物堆肥過程中樹葉類氮、磷、鉀養(yǎng)分含量高于枯枝類的結(jié)果相一致。
發(fā)芽指數(shù)是評價腐熟度的常用參數(shù)，種子發(fā)芽指數(shù)體現(xiàn)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(fā)芽指數(shù)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(fā)芽指數(shù)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(yōu)勢，堆肥時間最短，總養(yǎng)分含量較高，pH適中，發(fā)芽指數(shù)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(jié)約一定的成本，生產(chǎn)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(fā)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。
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