不同腐熟劑對(duì)煙末-腐殖土聯(lián)合堆肥進(jìn)程的影響*

李勇杰，段應(yīng)賓，王 洋，寧德魯，唐永奉

(1．云南省林業(yè)科學(xué)院，云南 昆明650201;2．云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明650201;3．云南省臨滄市林業(yè)科學(xué)研究所，云南 臨滄677000)

我國(guó)是世界煙葉生產(chǎn)第一大國(guó)，每年煙葉產(chǎn)量450×104～500×104t，其中有近25%的煙葉、煙末等下腳料被廢棄，不能用于卷煙生產(chǎn)［1］。云南作為全國(guó)著名的煙草大省，在煙草生產(chǎn)過(guò)程中不可避免地要產(chǎn)生大量的煙草廢棄物，估計(jì)每年全省煙草廢棄物的數(shù)量約60×104t以上［2］。煙草廢棄物中含有茄尼醇、煙堿和煙草蛋白等各種生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值高的化學(xué)成分，同時(shí)含有大量的有機(jī)物質(zhì)、植物生長(zhǎng)必需的氮、磷、鉀及微量元素等養(yǎng)分，具有很高的利用價(jià)值［3］。但這些煙草廢棄物如果直接施入土壤，在被土壤微生物分解的同時(shí)，也會(huì)生成一些對(duì)植物正常生長(zhǎng)有抑制作用的中間代謝物［4］。因此，如何合理利用煙草廢棄物資源，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)廢棄資源的無(wú)害化和資源化，已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外煙草行業(yè)專家的重要研究方向。

好氧高溫堆肥是目前有機(jī)廢棄物處理利用無(wú)害化和資源化的有效途徑之一。有機(jī)肥生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵在于如何加快堆肥升溫速度、縮短堆肥腐熟時(shí)間。而接種腐熟劑是加快堆肥升溫、促進(jìn)發(fā)酵腐熟過(guò)程，提高堆肥效率的有效措施［5～10］。李少明等［8］研究了微生物腐熟劑 (福貝、定制和榕楓)對(duì)純煙末堆肥進(jìn)程的影響。因此，本項(xiàng)目結(jié)合云南煙草生產(chǎn)實(shí)際，探討不同有機(jī)物料腐熟劑對(duì)廢棄煙末-腐殖土聯(lián)合堆肥腐熟進(jìn)程的影響，以期為提高廢棄煙末資源化利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以廢煙末和腐殖土作為堆肥的基本原料，以酵素菌BYM和VT菌作為有機(jī)物物料腐熟劑。酵素菌BYM和VT菌的添加量分別為1%和0．1%(重量比)。

試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理，分別為T(mén)1(煙末80%+腐殖土20%);T2(煙末80%+腐殖土20%+VT菌);T3(煙末80%+腐殖土20%+BYM菌)。將堆肥物料充分混合后堆成直徑約1 m，高約0．8 m的錐形堆體。

試驗(yàn)在云南省林業(yè)科學(xué)院的溫室大棚中進(jìn)行。堆肥發(fā)酵時(shí)間33天。每2天翻堆1次，翻堆時(shí)間為早上10：00。

1.2 采樣與測(cè)定

分別于試驗(yàn)第0天、3天、6天、12天、15天、21天、27天和33天采樣，在翻堆充分拌勻后，按5點(diǎn)采樣法，每處理每次采集3個(gè)混合樣，風(fēng)干磨細(xì)備用。

每天上午11：00，用溫度計(jì)從堆體頂部垂直向下深插30 cm，測(cè)定堆體的溫度，同時(shí)也測(cè)定當(dāng)天的環(huán)境溫度。

堆料有機(jī)碳的測(cè)定采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法;全氮采用濃硫酸-過(guò)氧化氫消煮，凱氏定氮法測(cè)定［11］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18．0和Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同腐熟劑對(duì)堆肥進(jìn)程中溫度的影響

溫度是保證堆肥化過(guò)程順利進(jìn)行的重要因素。高溫階段是高溫好氧堆肥處理有機(jī)固體廢棄物的關(guān)鍵階段［12］，堆體溫度在55℃條件下保持3天以上(或50℃以上保持5-7天)，是保證堆肥的衛(wèi)生指標(biāo)合格和堆肥腐熟的重要條件［13］。本試驗(yàn)的溫度變化如圖1所示，3個(gè)處理均在3天內(nèi)溫度迅速升高，添加腐熟劑處理上升的速度較快，在第6天時(shí)溫度就超過(guò)55℃，進(jìn)入高溫階段，而添加VT和BYM菌的處理間差異不顯著。在第21天溫度開(kāi)始下降，慢慢地趨近于環(huán)境溫度，在第33天時(shí)添加BYM的處理溫度更接近于環(huán)境溫度，即堆肥基本穩(wěn)定。因?yàn)楫?dāng)堆體溫度趨近于環(huán)境溫度時(shí)，表明有機(jī)質(zhì)的分解接近完全，堆肥可被認(rèn)為已達(dá)穩(wěn)定。

圖1 不同腐熟劑對(duì)堆肥進(jìn)程中溫度的影響Fig．1 Effects of microbial inoculant on temperature in composting

2.2 不同腐熟劑對(duì)堆肥進(jìn)程中總有機(jī)碳的影響

堆肥過(guò)程中有機(jī)物質(zhì)在微生物作用下分解轉(zhuǎn)化為CO2、水及礦物質(zhì)等，分解產(chǎn)物又在微生物的作用下合成新的腐殖酸物質(zhì)。從圖2可以看出，各處理堆料中的總有機(jī)碳隨堆肥進(jìn)程緩緩下降，其中以T3的下降比例最大，T2次之，T1最小，表明添加腐熟劑促進(jìn)了總有機(jī)碳的下降。到堆肥結(jié)束時(shí)處理T3、T2、T1的總有機(jī)碳分別下降了 31．86%、26．90%、21．28%。與T1相比，T3的總有機(jī)碳下降比例提高了49．72%，T2的總有機(jī)碳下降比例提高了26．41%，且處理T3與處理T1的差異達(dá)到顯著水平。由此表明添加微生物菌劑 (BYM和VT菌)可調(diào)控?zé)熌?腐殖土聯(lián)合堆肥過(guò)程中的碳代謝，促進(jìn)堆肥過(guò)程中有機(jī)物質(zhì)的分解。而兩種腐熟劑中以BYM的效果更顯著。

圖2 不同腐熟劑對(duì)堆肥進(jìn)程中全碳的影響Fig．2 Effects of microbial inoculant on T-C in composting

2.3 不同腐熟劑對(duì)堆肥進(jìn)程中全氮含量的影響

堆肥進(jìn)程中全氮含量的變化如圖3所示。

圖3 不同腐熟劑對(duì)堆肥進(jìn)程中全氮的影響Fig．3 Effects of microbial inoculant on T-N in composting

由圖3可知，各處理堆料中的全氮含量在堆肥第0-15天波動(dòng)較大，第15天以后，總體上呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)。添加腐熟劑顯著提高了全氮含量的增加。各處理的提高比例大小為:T3＞T2＞T1。與堆肥起始相比，堆肥33天后，處理T2、T3堆料中的全氮含量提高了27．69%、43．84%，堆肥結(jié)束后，各處理堆肥產(chǎn)品的全氮含量之間的差異達(dá)到顯著水平 (p＜0．05)，與T1處理相比，T2和T3處理全氮含量分別提高了25．2%和49．5%。

2.4 不同腐熟劑對(duì)堆肥進(jìn)程中碳氮比的影響

C/N值是檢驗(yàn)肥料腐熟度的一個(gè)重要指標(biāo)，一般堆肥C/N值達(dá)到20以下，就可認(rèn)為腐熟，可以直接施用。堆肥進(jìn)程中不同處理堆料中C/N的變化如圖4所示。從圖4可以看出，隨著堆肥時(shí)間的推移，添加腐熟劑的堆肥產(chǎn)品的C/N呈下降的趨勢(shì)，并在第33天堆肥結(jié)束時(shí)小于20，表明添加腐熟劑有助于堆肥C/N的降低，從而加速了堆肥的腐熟進(jìn)程，且添加微生物菌劑 (BYM和VT菌)處理與未添加處理差異達(dá)到顯著水平。其中添加VT和BYM菌的處理間差異也達(dá)到顯著水平。

圖4 不同腐熟劑對(duì)堆肥進(jìn)程中C/N值的影響Fig．4 Effects of microbial inoculant on C/N in composting

2.5 不同腐熟劑對(duì)堆肥進(jìn)程中T值的影響

堆料C/N值小于20只是堆肥腐熟的必要條件，而不能反映堆料是否完全腐熟?，F(xiàn)有研究認(rèn)為采用T=(終點(diǎn)C/N)/(初始C/N)來(lái)評(píng)價(jià)堆料的腐熟程度更為合適，認(rèn)為當(dāng)T值小于0．6時(shí)才算腐熟完全［14］。由圖5可以看出，至堆肥21天，添加腐熟劑的T2、T3處理明顯降低了T值的下降。堆肥33天后，T2、T3處理的T值小于0．6，而處理T1的T值仍大于0．6，即腐熟不完全。由此表明，添加腐熟劑可以促進(jìn)煙末-腐殖土的腐熟。

圖5 不同腐熟劑對(duì)堆肥進(jìn)程中T值的影響Fig．5 Effects of microbial inoculant on T in composting

2.6 不同腐熟劑對(duì)堆肥品質(zhì)的影響

不同腐熟劑對(duì)堆肥品質(zhì)的影響見(jiàn)表1。

表1 不同腐熟劑對(duì)堆肥品質(zhì)的影響Tab．1 Effects of microbial inoculant on quality of composting

由表1可知，添加腐熟劑顯著增加了堆肥中氮、磷、鉀等養(yǎng)分的含量，改善了堆肥的品質(zhì)。與T1處理相比，T2和T3處理全氮含量分別提高了25．2%和49．5%，全磷含量分別提高了60．0%和66．7%，全鉀含量分別提高了7．7%和3．9%。其中從添加VT和BYM菌兩個(gè)處理看，以BYM菌效果更好，但差異未達(dá)到顯著水平。

3 討論

堆肥快速腐熟受諸多因素的影響，如溫度、pH值、C/N等。而堆肥是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程，其中微生物的活動(dòng)對(duì)堆肥物料的分解起著重要作用，成為影響堆肥快速腐熟的重要因子之一。因此，加入適當(dāng)?shù)耐庠次⑸锸羌涌於逊矢彀l(fā)酵的重要手段［6，8，15］。

溫度是堆肥化過(guò)程中的一個(gè)重要指標(biāo)。堆肥溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致有機(jī)物分解緩慢，堆肥溫度過(guò)高則會(huì)抑制并殺死部分有益微生物，均不利于有機(jī)固體廢棄物的堆肥化處理［16］。大量研究表明，在堆肥中添加微生物菌劑，能夠加快堆肥發(fā)酵速度，縮短發(fā)酵堆肥時(shí)間，從而加快腐熟進(jìn)程，提高堆肥效率。本項(xiàng)研究結(jié)果也表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)，在煙末高溫堆肥腐熟體系中，添加微生物菌劑BYM、VT比不添加微生物菌劑處理堆體溫度提前3天達(dá)到50℃以上，而且高溫持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。這與霍培書(shū)等［17］的研究結(jié)論一致。從促進(jìn)堆肥前期升溫速度來(lái)看，添加微生物菌劑處理均較對(duì)照升溫更快，而兩種微生物菌劑處理中，BYM菌劑優(yōu)先于VT菌劑進(jìn)入高溫分解階段。說(shuō)明添加微生物菌劑有利于堆體迅速進(jìn)入高溫分解階段和持續(xù)高溫分解階段，加快了煙末堆肥腐熟進(jìn)程。

有研究表明，接種微生物對(duì)堆肥物質(zhì)的分解作用濃縮了堆肥中的無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分，而且由于水分的散失，堆體質(zhì)量的下降，使養(yǎng)分含量相對(duì)增加，有利于提高堆肥質(zhì)量［18］。本文研究結(jié)果與此相同，添加微生物菌劑的處理到堆肥腐熟時(shí)全氮含量均顯著高于不添加微生物菌劑處理。從添加VT和BYM菌兩個(gè)處理看，以BYM菌效果更好，但差異未達(dá)到顯著水平。堆肥初期堆料中的全氮含量出現(xiàn)波動(dòng)的原因可能是由于在堆肥過(guò)程中有機(jī)物的礦化分解、CO2的損失、水分蒸發(fā)引起干物質(zhì)的減少而使全氮含量增加，緊接著溫度不斷升高后，微生物大量繁殖，活動(dòng)劇烈，對(duì)有機(jī)氮的礦化分解能力加強(qiáng)，產(chǎn)生大量的NH+4-N在高溫過(guò)程中揮發(fā)損失而使全氮含量下降［19］。在堆肥后期由于硝化細(xì)菌通過(guò)硝化作用，使物料中的氮素得以固定，使堆肥產(chǎn)品全氮量呈上升趨勢(shì)并趨于穩(wěn)定，這與李少明等［20～21］的研究結(jié)果一致。堆肥結(jié)束后物料全磷和全鉀的增加主要是由于物料經(jīng)腐熟后，有機(jī)物質(zhì)通過(guò)微生物的活動(dòng)以CO2和H2O的形式散失，加之添加微生物菌劑使物料中微生物活性增強(qiáng)及數(shù)量增多，加速了有機(jī)質(zhì)的降解，堆體的體積和質(zhì)量都將減少，產(chǎn)生濃縮效應(yīng)，造成全磷和全鉀含量在堆肥結(jié)束后相對(duì)增加。

堆料C/N和T值均是堆肥產(chǎn)品腐熟的重要指標(biāo)，C/N小于20時(shí)標(biāo)志著有機(jī)物料的腐熟化，堆肥過(guò)程中隨著堆料C/N的下降，T值逐漸減低，當(dāng)T值下降到小于0．6時(shí)，標(biāo)志著堆料的有機(jī)物料達(dá)到完全腐熟。本研究中堆肥前期C/N值波動(dòng)較大，甚至出現(xiàn)較大的提高的原因可能是由于在高溫階段銨態(tài)氮揮發(fā)損失過(guò)大，而分解的有機(jī)物相對(duì)較小而引起。在本試驗(yàn)條件下，至堆肥結(jié)束時(shí)，添加微生物菌劑BYM、VT處理的T值顯著低于對(duì)照，說(shuō)明添加腐熟劑具有良好的促進(jìn)腐熟的效果，而添加微生物菌劑BYM處理的T值顯著低于添加微生物菌劑VT處理，可以看出不同腐熟劑的作用效果也不同，這可能和接種微生物的量有一定的關(guān)系。

4 結(jié)論

煙末-腐殖土聯(lián)合堆肥進(jìn)程中，添加有機(jī)物料腐熟劑可加速對(duì)堆料的有機(jī)物質(zhì)分解，提高堆料的全氮固定，提高堆料的腐熟程度，但不同腐熟劑的效果有所差異，添加BYM菌和VT菌的堆料有機(jī)碳含量分別降了31．86%、26．90%;添加BYM菌和VT菌的堆料全氮含量分別提高了27．69%、43．84%;堆肥33天后，添加腐熟劑的處理的C/N值小于20、T值小于0．6，促進(jìn)了廢煙末-腐殖土的快速腐熟。

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