農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥化進程與纖維素類物質降解研究

周月明，雷陽明，夏家?guī)洠未喝?/p>

（1.中國科學院　重慶綠色智能技術研究院，重慶　400714；2.重慶大學　城市建設與環(huán)境工程學院，重慶　400044；3.重慶工商大學　環(huán)境與資源學院，重慶　400067）

近年，農(nóng)業(yè)正朝著集約化和規(guī)模化的方向發(fā)展，破壞了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)已有的廢棄物循環(huán)利用模式，形成了大量隨意堆積的農(nóng)業(yè)廢棄物，主要包括家畜糞尿、果皮、菜葉、秸稈等[1-2]，其中作物秸稈就地焚燒，畜禽糞便與腐爛果蔬隨意丟棄，既污染環(huán)境，又浪費資源[3-4]。堆肥化技術即利用微生物的轉化作用，將這些廢物轉化為營養(yǎng)豐富的土壤肥料，具有效率高、成本低、污染低等多方面優(yōu)點，已經(jīng)成為重要的農(nóng)業(yè)廢物資源化利用技術之一[5]。

秸稈、糞便等廢物中含有大量木質素及纖維素類物質，此類物質由β-D-葡萄糖以β-1，4-糖苷鍵連接而成，鍵與鍵之間化學性質穩(wěn)定，且氫鍵和非共價鍵連接構成微纖絲，微纖絲有規(guī)律地排列成空間結構，這種長期進化出的復雜結構可以保護植物的整體性，也增加了纖維素類物質的難降解性，阻礙堆肥化進程[6]。

通過添加纖維素降解菌劑，使基質中的微生物協(xié)同作用，產(chǎn)生大量纖維素降解酶，將秸稈以及柑橘渣中的纖維素類物質降解，轉化為易于植物吸收的小分子多糖，提高堆肥產(chǎn)品質量。

李瑞鵬[7]以秸稈與奶牛場廢棄物為堆肥原料，通過60 d的堆肥處理，產(chǎn)品達到無害化要求，50℃持續(xù)時間10 d，高溫有利于堆肥產(chǎn)品的腐熟，并且不同處理組中纖維素酶活性隨堆肥反應呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，最大值達到27.1 U，這與溫度變化趨勢基本一致，另外，堆肥物料有機碳的降解和熱值減少亦呈現(xiàn)出顯著的正相關[8]。

田偉[9]以牛糞與秸稈為堆肥原料，在112 d的堆肥周期內，水分、揮發(fā)性固體物質、全碳的含量均逐漸降低，并且都在前42 d降低的幅度最大，這與有機質損失率的研究結果相一致，在前42 d有機質的損失最多，達到了43.8%。在堆肥第42 d纖維素酶的酶活達到最大值85.7 U之后有所降低，在整個高溫階段，纖維素酶的酶活均處于較高水平。進入降溫階段后，由于纖維素被大量分解，纖維素酶的酶活也逐漸下降，纖維素的降解趨勢與堆肥化進程基本一致[10]。

本文以秸稈、柑橘渣以及動物糞便為堆肥原料，通過考查溫度、pH、含水率、水溶性有機碳、總養(yǎng)分等指標的變化規(guī)律，綜合評價堆肥化進程；并且探索堆肥化過程中總纖維素含量與酶活性變化的相關性，找到影響堆肥品質的因素以及纖維素降解的關鍵酶，為農(nóng)業(yè)廢棄物快速資源化利用提供技術支持和理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　試驗材料

實驗原料：秸稈、收集自重慶市榮昌縣高田村的糞便及采自附近某小型柑橘榨汁廠的柑橘皮渣。堆肥菌劑：如金菌劑（北京康源綠洲有限公司），主要成分為釀酒酵母及植物乳桿菌等。原料主要成分見表1。

表1　堆肥原料主要成分Table 1　Main ingredients of compost material

DNS試劑：稱取3，5-二硝基水楊酸（C7H4N2O7）7.3 g，置于1 000 mL燒杯中，加600 mL蒸餾水，逐漸加入氫氧化鈉（NaOH）10.0 g，在50℃水浴中攪拌溶解，再依次加入酒石酸鉀鈉（C4O6H4KNa） 192.0 g，苯酚（C6H5OH） 2.5 g，無水亞硫酸鈉（Na2SO3）5.0 g，混勻，冷卻至室溫，定容至1 000 mL，過濾，于棕色瓶中保存，暗處放置7天后使用。

中性洗滌劑：稱取乙二胺四乙酸二鈉（EDTA·2H2O）18.6 g和硼酸鈉（Na2B4O7·10H2O）6.8 g，放入1 000 mL燒杯中，加200 mL蒸餾水，加熱溶解，依次加入十二烷基磺酸鈉（C12H25NaO4S）30 g和乙二醇乙醚（C4H10O2）10 mL，再稱取磷酸氫二鈉（Na2HPO4）4.56 g，于另一燒杯中，加入200 mL蒸餾水微熱溶解，將兩燒杯內液體混合，定容至1 000 mL，pH范圍為6.9～7.1，一般不需要調節(jié)pH。

釩鉬酸銨試劑：A液，稱取25.0 g鉬酸銨溶于400 mL水中；B液，稱取1.25 g偏釩酸銨溶于300 mL沸水中，冷卻后加250 mL硝酸，冷卻。邊攪拌邊將A液緩緩注入B液中，用水稀釋至1 L，混勻，貯于棕色瓶中。

1.2　試驗設計

將秸稈切成5 cm小段，秸稈與糞便、柑橘皮渣質量按照4∶1∶5比例混勻，添加菌劑，控制含水率在60%左右。試驗共設2個處理，接種菌劑（A組），不接種菌劑（B組）處理，每個處理設3個平行。添加菌劑處理按照菌料質量比1∶1000（w/w）添加菌劑，各處理將發(fā)酵原料置于500×400×300塑料整理箱中，整理箱四壁均勻分布孔徑80 mm圓孔，用于通風，每天中午12點測定堆體中心溫度，在中溫及高溫階段，每2 d翻堆一次，在降溫階段，每3 d翻堆一次，共持續(xù)40 d。分別于第0 d，3 d，12 d，20 d，30 d，40 d取樣，測定羧甲基纖維素 酶（Carboxymethyl Cellulase,CMCase）， 漆 酶（Laccase），濾紙酶（Filter Paper Lyase,FPase）活性，總纖維素（Total Fiber，TF），總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O），微生物數(shù)量，pH與含水率等指標。

1.3　測定項目與方法

1.3.1　粗酶液制備

取10 g堆肥樣品浸入100 mL蒸餾水中，震蕩培養(yǎng)4 h，靜置30 min，隨后用紗布過濾，于4℃，8 000 r/min的離心機內離心20 min，取上清液作為粗酶液，測量其酶活性[11]。酶活性測定中，每個試驗處理均設置以蒸餾水代替粗酶液的對照組，每個處理重復3次。

1.3.2　漆酶活性（Laccase）

以2，2-聯(lián)氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽（C18H24N6O6S4，ABTS）為底物。取2.5 mL濃度為0.1 mol/L的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液（pH 5.0）和0.3 mL濃度為1 mmol/L的ABTS置于比色管中，另取酶液0.2 mL，組成3 mL反應體系，反應15 min。于λ=420 nm處測吸光度值。酶活性定義：每分鐘氧化1μmol ABTS所需的酶量定義為一個酶活力單位，單位為U。氧化產(chǎn)物的消光系數(shù)為3.6×104mol/（L·cm）[5]。

1.3.3　濾紙酶活性（FPase）

稱取30 mg剪碎的濾紙，置于比色管中，依次加入0.8 mL乙酸-乙酸鈉緩沖液（pH 4.8）和0.2 mL粗酶液?；靹蚝?，置于50℃恒溫水浴鍋中，反應30 min，取出冷卻至室溫，加入0.5 mL DNS顯色劑，置于沸水浴中5 min，取出冷卻至室溫，加蒸餾水定容至10.0 mL，在540 nm處測吸光度[12]。酶活性定義：每分鐘水解濾紙產(chǎn)生1μmol葡萄糖所需酶量為一個酶活力單位，單位為U。

1.3.4　羧甲基纖維素酶（CMCase）

以0.5%羧甲基纖維素鈉溶液為底物，取2 mL底物溶液于10 mL比色管中，加入粗酶液0.5 mL，50℃水浴反應30 min，再加入3 mL DNS試劑，置于沸水浴中加熱10 min，冷卻至室溫，定容至10 mL，540 nm下測定吸光度[13]。酶活性定義：每分鐘水解羧甲基纖維素鈉產(chǎn)生1μmol葡萄糖所需酶量為一個酶活力單位，單位為U。

1.3.5　總纖維素含量（Total Fiber，TF）

準確稱取1.0 g干樣品記為W，置于直筒燒杯中，分別加入100 mL中性洗滌劑，0.5 mL十氫化萘，0.5 g無水亞硫酸鈉，將燒杯套上冷凝裝置，置于電爐上，盡快煮沸，后保持微沸60 min，注意加水保持刻度在100 mL，煮沸完畢，取下直筒燒杯，將燒杯中的殘渣全部移入玻璃砂芯漏斗，以沸水沖洗漏斗內殘渣，直到濾液為中性。用20 mL丙酮沖洗并抽濾。將玻璃砂芯漏斗置于105℃烘箱中烘4 h后，在干燥器中冷卻30 min后稱重，直至衡重W1。稱重后，將玻璃砂芯漏斗放入馬弗爐中，550℃灰化3 h，在干燥器中冷卻30 min后再次稱重W2。

總纖維素含量計算公式如下：

1.3.6　pH

稱取鮮樣品10.0 g，置于含有90 mL無菌水的無菌干燥錐形瓶中，在120 r/min搖床中震蕩30 min，后靜置10 min，用pH計測定過濾后浸提液的pH。

1.3.7　水溶性有機碳（WSC）

前處理同節(jié)1.3.1，所得粗酶液即為WSC測定母液，稀釋至適當濃度后用總有機碳分析儀測定水溶性有機碳含量[9]。

式中：C為提取液中有機碳濃度；單位為mg/g；G為樣品中水溶性有機物的原始濃度，單位為mg/g；W為固體質量，單位為g；K為吸著系數(shù)，單位為L/g；V為水相體積，單位為L。

1.3.8　總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）

（1）采用凱氏定氮儀測定N含量

將樣品置于CuSO4，K2SO4，H2SO4的混合溶液中消解、稀釋、過濾。將稀釋液進行蒸餾，收集蒸餾產(chǎn)生的NH3，并溶于H3BO3溶液中，最后通過滴定H3BO3溶液來計算樣品中N的含量[5]。

（2）采用H2SO4-H2O2消煮—釩鉬酸銨比色法測定P2O5含量

取試樣1.0 g，加5 mL優(yōu)級純硫酸和1.5 mL 30%過氧化氫溶液，搖勻，瓶口放一彎頸小漏斗，放置過夜。在電爐上緩慢升溫至硫酸冒煙，取下稍冷卻，加15滴過氧化氫溶液，加熱10 min，稍冷后再加5～10滴過氧化氫溶液并分次消煮，直至溶液澄清后，繼續(xù)加熱10 min，除盡剩余的過氧化氫。取下稍冷，小心加水至20 mL，加熱煮沸。取下冷卻，用少量水沖洗彎頸小漏斗，洗液收入原凱氏燒瓶中。將消煮液移入100 mL容量瓶中，加水定容，靜置澄清，作為儲備液。

吸取此儲備溶液10.0 mL于容量瓶中，加水至30 mL，加2滴質量濃度為0.2%的 2，4-二硝基酚指示劑溶液，用10%氫氧化鈉溶液和5%硫酸溶液調節(jié)溶液呈微黃色，加10.0 mL釩鉬酸銨試劑，搖勻，定容至50 mL，用分光光度計于波長440 nm處測定吸光度[14]。

式中：c2為顯色液磷濃度，單位μg/mL；V3為顯色液體積，50 mL；D為分取倍數(shù)，定容體積/分取體積（100/10）；m為風干樣質量，單位g；X0為風干樣含水量；2.29表示將P換算成P2O5的因數(shù)；0.000 1為將μg/g換算為質量分數(shù)的因數(shù)。

（3）采用H2SO4-H2O2消煮—火焰光度法測定K2O含量

吸取5.0 mL儲備液于50 mL容量瓶中，定容。在火焰光度計上測定，記錄儀器示值[14]。

式中：c3為測定液K濃度，單位μg/mL；V4為測定體積，50 mL；D為分取倍數(shù)，定容體積/分取體積（100/5）；m為風干樣質量，單位g；X0為風干樣含水量；1.20表示將K換算成K2O的因數(shù)；0.000 1表示將μg/g換算為質量分數(shù)的因數(shù)。

1.3.9　微生物數(shù)量

采用稀釋涂布平板法測定細菌、真菌和放線菌數(shù)量[8]。

1.3.10　含水率

用烘干恒重法測定堆肥樣品的含水率。稱取10 g左右新鮮堆肥樣品置于已知重量平皿中，測定質量，將平皿置于烘箱中60℃烘干12 h，在干燥器中冷卻并稱重。堆肥樣品烘干前后的重量差與新鮮樣品重量的比值即為含水率（%）[15]。

1.4　數(shù)據(jù)處理

試驗所用數(shù)據(jù)均為三組平行數(shù)據(jù)的平均值，采用OriginPro 8.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2　結果與分析

2.1　堆肥過程中理化指標變化

2.1.1　溫度

溫度是堆肥化最直觀也是最重要的參數(shù)，微生物的生長、繁殖都與溫度變化密切相關，有些微生物不適應堆體溫度的變化，數(shù)量逐漸減少，甚至死亡，另一部分微生物則大量繁殖，成為堆體中的優(yōu)勢種群[5]。堆肥過程中溫度變化如圖1所示。

圖1　堆肥過程中溫度變化Fig.1　The changes of temperature during composting

根據(jù)溫度變化堆肥過程分為3個階段，對于添加堆肥菌劑的A組，1～4 d為升溫階段，5～14 d為高溫階段，15～17 d為降溫階段，18～40 d為腐熟階段；對于未添加堆肥菌劑的B組，1～7 d為升溫階段，8～12 d為高溫階段，13～17 d為降溫階段，18～40 d為腐熟階段。在升溫階段，細菌和真菌將簡單有機物（蛋白質、淀粉、多糖等）降解產(chǎn)生大量熱量，由于堆體不易散熱，中心溫度快速上升，達到55℃，進入高溫期，A組高溫期持續(xù)10 d，B組高溫期持續(xù)5 d，由于高溫可殺死堆肥基質中的病原菌等有害物質，因此長時間的高溫可以使堆肥達到衛(wèi)生標準[7]，A組高溫期持續(xù)時間比B組多5 d，且高溫期平均溫度比B組高2.76℃（A組高溫期平均溫度58.22℃，B組高溫期平均溫度55.46℃），A組堆肥進行到第 15 d時溫度迅速降低進入降溫階段，B組第13 d進入降溫階段，這是由于微生物活動減弱，導致堆體溫度逐漸下降，B組先于A組進入降溫階段，這說明添加菌劑的A組微生物活性高于B組，從第18 d開始，A組與B組同時進入腐熟期，此階段溫度波動不大，趨于平穩(wěn)，堆肥實驗結束時堆體溫度接近于室溫。堆體溫度的變化又會通過影響微生物的生長與代謝來影響堆肥進程。

2.1.2　pH

如圖2所示，在整個堆肥過程中，A組pH從初始的7.07迅速降低到第3 d的6.53，微生物快速分解堆肥基質中的有機物，產(chǎn)生大量的有機酸，pH值較低；隨著堆肥化的進行，有機酸被分解，pH值逐漸變大，第20 d達到最大值8.16，在堆肥的腐熟期稍有降低，第40 d達到7.78。與A組相比，B組pH在第3 d降低為6.71，隨后逐漸升高，在第30 d達到最大值7.80，腐熟后期略有降低，這說明堆肥初期A組產(chǎn)酸能力強于B組，隨著堆肥化的進行微生物分解有機酸的能力也強于B組，即添加菌劑的A組微生物活性高于B組。本次堆肥過程中的pH維持在6.53～8.16，與Bernal報道的堆肥最適pH 5.5～8.0基本吻合[16]。

圖2　堆肥過程中pH變化曲線Fig.2　The changes of pH during composting

2.1.3　含水率

水分是微生物進行新陳代謝及反應的介質，堆體中可降解的物質只有先溶于水才能被微生物吸收并利用。另外，微生物只有不斷從環(huán)境中吸收水分才能維持自身生長繁殖并降解纖維素[5]。從圖3中可以看出，物料初始含水率為60.6%，隨著堆肥化的進行，含水率不斷降低，到堆肥化結束時，A組的含水率為29.5%，堆肥過程中含水率下降了31.1%，其中22.5%的水分是在堆肥的第1～12 d散失；堆肥結束時B組含水率為38.1%，下降了22.7%，其中15.7%的水分是在堆肥的第1～12 d散失，A組與B組在堆肥13 d以后水分散失速率較低，這與堆體中心溫度變化相一致，含水率降低會使物料與空氣的接觸面積變大，加快堆體中熱量和水分的散失，從而降低微生物新陳代謝與產(chǎn)酶能力，使腐熟速率變慢。A組最終含水率低于B組，再次說明A組微生物活性高于B組，更多的水分被微生物用于代謝與降解。

圖3　含水率變化曲線Fig.3　The changes of moisture content during composting

2.1.4　水溶性有機碳（WSC）

WSC是堆肥微生物最直接的碳源，可被微生物直接利用來合成自身物質，WSC的變化反映堆肥微生物的活躍水平[10]。WSC的含量變化是動態(tài)的，當基質降解速率低于利用速率時，堆肥體系中的WSC含量就上升，相反就會降低[9]。如圖4所示，WSC在堆肥前期略有上升，A組由開始的222.14 mg/kg上升到最高的239.60 mg/kg干樣，B組由開始的220.45 mg/kg上升到最高的230.12 mg/kg干樣，堆肥初期部分細菌和真菌種群能夠較快適應堆肥環(huán)境，并產(chǎn)生相關酶，這些酶使有機物從堆肥物料上脫落并將其降解，產(chǎn)生大量WSC。隨著堆體中微生物的繼續(xù)生長繁殖，對碳源、氮源等營養(yǎng)物質的需求越來越大，WSC被迅速利用，合成大量的酶，將難降解有機質逐漸降解，導致堆體WSC在堆肥后期迅速降低[17]，A組低至70.35 mg/kg，B組低至86.97 mg/kg。

圖4　水溶性碳水化合物（WSC）變化曲線Fig.4　The changes of WSC during composting

2.2　總纖維含量（TF）

纖維素、半纖維素與木質素靠分子間共價鍵與非共價鍵緊密相連，形成植物細胞壁，三者可占植物細胞干重的90%以上[18]，由于其結構復雜，很難被降解。如圖5所示，在堆肥升溫階段，TF含量略有降低，A組降解率為3.43 g/（kg·d），B組降解率為0.33 g/（kg·d）；在高溫及降溫階段，A組TF含量降低了11.60%，B組TF含量降低了7.59%，A組降解率為6.44 g/（kg·d），B組降解率為4.46 g/（kg·d）；在腐熟階段，TF降解率有所降低，A組降解率為3.40 g/（kg·d），B組降解率為2.69 g/（kg·d），A組TF最終含量為15.70%，B組TF最終含量為22.08%，由此可見，添加菌劑的A組對纖維素類的降解優(yōu)于不加菌劑的B組。

圖5　總纖維素含量(TF)變化曲線Fig.5　The changes of TF during composting

2.3　堆肥過程中相關酶活性變化

2.3.1　漆酶活性（Laccase）

Laccase在微生物降解木質素中發(fā)揮著關鍵作用。如圖6所示，Laccase酶活在堆肥過程中變化劇烈，對于添加菌劑的A組，在升溫階段酶活迅速升高至146.7 U，并在高溫及降溫階段穩(wěn)定在146.70～150.79 U之間，在腐熟期，Laccase活性迅速降低，堆肥結束時Laccase活性為30.14 U。B組呈現(xiàn)出與A組基本相同的變化趨勢，但B組高溫及降溫階段酶活性比A組低12.28 U，這是由于B組高溫階段溫度低于A組導致的。Roberts等[19]人報道大腸桿菌（E.coli）的Laccase最適宜反應溫度為55℃，來自天藍色鏈霉菌（S.coelicolor）的Laccase最適溫度為80℃[20]，所以Laccase活性在堆肥升溫期及高溫期迅速升高并維持在150 U上下，主要由于功能微生物在這一階段快速增殖且產(chǎn)酶能力較強，當堆體溫度降至30℃左右，微生物產(chǎn)酶能力被抑制，已有Laccase被底物不斷利用，導致Laccase活性迅速降低，這與TF含量呈現(xiàn)出一致的變化趨勢。

圖6　漆酶（Laccase）活性變化曲線Fig.6　The changes of laccase activity during composting

2.3.2　濾紙酶活性（FPase）

FPase可以降解非水溶性纖維素，其活性可以反映堆肥體系降解纖維素與半纖維素的能力[21]。如圖7所示，在堆肥升溫期與高溫期，A組與B組FPase活性都隨著堆肥進程迅速增大，在第12 d達到最大，分別為102.22 U和87.45 U，這是因為微生物產(chǎn)酶能力及酶活性都隨溫度的升高而升高，當堆肥進入降溫階段及腐熟階段后，酶活性隨著溫度的降低而降低，F(xiàn)Pase活性對溫度變化較為敏感。

2.3.3　羧甲基纖維素酶（CMCase）

CMCase以可溶性纖維素為底物，將其水解成還原性的寡糖，是纖維素酶系的主要成分[12]。如圖8所示，A組與B組中CMCase活性先隨反應進程不斷升高，到第12 d時達到最大值，分別為A組350.56 U，B組320.19 U，后又逐漸降低，到第30 d時，A組CMCase活性為203.12 U，B組CMCase活性為200.08 U，之后A組酶活略有降低，B組酶活維持不變。由于CMCase以可溶性纖維素為底物，不同于FPase和Laccase，所以CMCase酶活在堆肥后期依舊保持較高的活性，推測是堆肥后期，堆體內仍然有一定濃度的可溶性纖維素類物質，所以依舊保持了一定的酶活，且堆肥后期（第30～40 d），A組酶活性降低了17.32 U，B組基本保持不變，這可能與含水率的變化有關，A組含水率由30.0%降低為29.5%，B組含水率則維持在38%上下，含水率降低導致可溶性纖維素減少，在誘導效應的作用下，相應酶活性也降低。

2.3.4　TF與Laccase，F(xiàn)Pase，CMCase相關性

將圖5至圖8中TF值變化與3種酶活性變化趨勢做相關性分析，發(fā)現(xiàn)TF與Laccase，F(xiàn)Pase，CMCase活性相關性分別為0.836 7，0.760 8，0.389 3，這說明TF變化與Laccase活性顯著相關（R2＞0.8），與FPase活性相關（R2＞0.6），所以Laccase及FPase活性可以反映總纖維素的降解效果。

2.4　堆肥過程中堆體微生物數(shù)量變化

如表2所示，堆肥前后A組細菌數(shù)量降低了1.09×109cfu/g，真菌數(shù)量降低了8.50×102cfu/g，放線菌數(shù)量降低了1.27×105cfu/g；B組細菌數(shù)量降低了8.90×108cfu/g，真菌數(shù)量降低了5.30×102cfu/g，放線菌數(shù)量降低了9.20×104cfu/g。細菌、真菌、放線菌的數(shù)量隨著溫度升高逐漸降低，在第12 d即高溫期后期降至最低，隨著堆肥進入降溫期及腐熟期，微生物數(shù)量又呈現(xiàn)出上升趨勢，這主要是溫度變化導致的，堆肥過程中有害微生物被抑制作用，數(shù)量降低，有益微生物大量生長，成為堆肥過程的主導微生物，并且A組中微生物總量的減少值高于B組，再次印證較高的溫度有利于抑制堆體中的有害微生物，大大提高堆肥產(chǎn)品的品質。

表2　堆肥過程中微生物數(shù)量的變化Table 2　The changes of microbial quantity during composting

2.5　總養(yǎng)分

總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）是微生物生長的重要營養(yǎng)物質，也是堆肥產(chǎn)品質量的評價標準。如圖9所示，總養(yǎng)分含量隨著堆肥進程逐漸增加，A組增加了1.58%，B組增加了1.24%。有機質在堆肥過程中被微生物分解利用，部分有機氮轉化成氨氮和硝氮，氨氮進一步分解，以氨氣的形式散失到空氣中，使總質量有一定的損失；而P素和K素性質穩(wěn)定，盡管P素與K素存在不同形態(tài)間的轉化，但不會揮發(fā)損失[22-23]，所以綜合N，P，K的變化趨勢，總養(yǎng)分含量略有升高。

圖9　堆肥過程中總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）含量變化Fig.9　The changes of N+P2O5+K2O during composting

2.6　堆肥產(chǎn)品品質分析

農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)過40 d的堆肥處理后，各項指標變化如表3所示，pH由7.0左右上升到7.7～7.8，A組與B組保持一致。A組含水率降低了29.5%，B組含水率下降了22.7%，較低的含水率有利于有機肥的長期保存，A組優(yōu)于B組。A組WSC含量降低了151.79 mg/kg，B組WSC含量降低了133.48 mg/kg，A組添加功能菌劑，微生物活性強，利用WSC的能力也強，所以A組WSC降低值高于B組。A組TF降低了19.42%，B組TF降低了13.06%，A組對纖維素的降解率更高。A組細菌、真菌、放線菌菌落數(shù)分別低于B組2.1×108cfu/g、2.5×102cfu/g、3.2×104cfu/g，并且A組N+P2O5+K2O含量高于B組0.34%，所以，A組所得堆肥產(chǎn)品品質優(yōu)于B組。

表3　堆肥前后主要成分對比Table 3　Comparison of main components before and after composting

3　結論

（1）堆肥過程中，物料顏色逐漸加深，變?yōu)樯詈稚?，堆肥初期堆體散發(fā)惡臭，有大量蚊蠅圍繞，隨堆體溫度升高并保持穩(wěn)定，惡臭及蚊蠅逐漸消失，堆體逐漸失水，堆體表面呈現(xiàn)干涸狀，堆至40 d，獲得堆肥產(chǎn)品。

（2）添加菌劑有助于推動堆肥進程，微生物的快速大量增殖可以促進堆體提前進入高溫期，并維持較高的溫度（最高溫度60.3℃），持續(xù)較長的時間（10 d），使含水率、總養(yǎng)分、總纖維素、可溶性碳水化合物等指標都優(yōu)于對照組，并且較高溫度抑制了有害微生物的繁殖，促進了堆肥化進程，提高了堆肥產(chǎn)品質量。

（3）總纖維素含量與Laccase，F(xiàn)Pase，CMCase活性相關性分別為0.836 7，0.760 8，0.389 3，這說明Laccase及FPase活性可以反映纖維素的降解效果，相關性較強，Laccase可以降解木質素，F(xiàn)Pase可以降解不溶性纖維素及半纖維素，CMCase可以降解可溶性纖維素及半纖維素，也就是說，以固態(tài)纖維素類為降解底物的酶，其活性可以反映總纖維素類物質的降解效果。

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