不同發(fā)酵菌劑對樹葉基質的堆腐效果

韓星軍 謝振斌 車顯鈺 姚文英 杜紅斌

摘? ?要? ?2018年7—9月，在塔里木大學園藝實驗站以秋季落葉為原材料，加入10%腐熟牛糞，再加入不同發(fā)酵菌劑進行堆腐發(fā)酵，對照不加菌劑，研究不同菌劑對樹葉溫度、理化性質、養(yǎng)分含量、堆腐效果的影響。結果表明，四個處理經高溫堆腐發(fā)酵后均能達到有機物堆腐發(fā)酵腐熟標準;ZT菌劑、強興菌劑和堆肥菌劑均能夠提高堆體起始溫度，可縮短堆腐時間;三種菌劑對樹葉堆體前期溫度影響大，后期溫度影響較小;堆肥菌劑對樹葉基物理性質無明顯影響;ZT菌劑和強興菌劑均能較大程度改善樹葉基理化性質;ZT菌劑和強興菌劑處理的樹葉堆腐發(fā)酵效果最佳，其中“樹葉+10%腐熟牛糞+強興堆肥發(fā)酵菌劑”處理后的樹葉基質基本符合蔬菜育苗基質農業(yè)行業(yè)標準（NY/T2118-2012）要求，對“樹葉+10%腐熟牛糞+ZT秸稈腐熟菌劑”堆腐發(fā)酵后的樹葉基適當降低其EC值也符合蔬菜育苗基質要求。

關鍵詞? ?樹葉基質;發(fā)酵菌劑;發(fā)酵溫度;理化性質;元素含量;堆腐效果

中圖分類號：S141.4? ?文獻標志碼：A? ? DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.25.012

近年來南疆地區(qū)設施農業(yè)迅猛發(fā)展，無土栽培前景廣闊，基質栽培面積迅速擴展，市場需求量很大，但是市場中泥炭、草炭等基質資源有限，短期內不可再生、價格昂貴、南疆異地運輸費用高，極大地限制了其在南疆設施生產中的推廣和使用，有必要探索出一種適用于南疆地區(qū)無土栽培的基質替代物。新疆地域遼闊，植物資源豐富，樹木資源分布區(qū)域廣泛，秋季落葉不僅數量豐富，可再生、再生周期短，生物降解快，是一種非常重要的有機質資源[1]。南疆樹木落葉等植物資源利用率極低且浪費現象突出，要么就地填埋要么焚燒處理，樹葉等開發(fā)利用潛力十分巨大的植物資源沒有得到利用和重視[2]。王景晴研究發(fā)現由枯枝落葉堆肥發(fā)酵后可以提供植物生長所需的腐殖質[3]。籍秀梅研究了以鋸末作為試驗基質，用不同比例的雞糞、尿素與鋸末混合來調節(jié)C/N比，添加生物菌劑，進行堆腐發(fā)酵試驗，篩選出了能替代草炭的無土栽培優(yōu)良基質[4]。本試驗以塔里木大學及阿拉爾市區(qū)秋季落葉（粉碎粒徑5 mm）為原材料，加入10%腐熟牛糞，再加入不同發(fā)酵菌劑（強興堆肥發(fā)酵菌劑、ZT秸稈腐熟菌劑、堆肥發(fā)酵菌劑）進行堆腐發(fā)酵，探究不同發(fā)酵菌劑對樹葉堆腐發(fā)酵的溫度、理化性質、主要營養(yǎng)元素及重金屬、腐熟程度等指標的影響，旨在篩選促進樹葉堆腐發(fā)酵的優(yōu)質菌劑，為研發(fā)出一種理化性質穩(wěn)定、養(yǎng)分含量齊全、便宜實用的無土栽培有機基質提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

樹葉基堆腐發(fā)酵試驗于2018年7—9月在塔里木大學園藝實驗站進行，試驗主要原材料為塔里木大學及阿拉爾市區(qū)秋季落葉、10%已腐熟的牛糞，試驗所使用的3種發(fā)酵菌劑分別為強興堆肥發(fā)酵菌劑（簡稱強興菌劑）、ZT秸稈腐熟菌劑（簡稱ZT菌劑）、堆肥發(fā)酵菌劑（簡稱堆肥菌劑），發(fā)酵菌劑基本簡介見表1。

1.2 方法

1.2.1 試驗處理

試驗采用隨機區(qū)組設計，設T1、T2、T3和CK4個處理，T1、T2、T3分別為強興菌劑、ZT菌劑、堆肥菌劑，即在樹葉材料中按照25 g·m-3的比例分別加入3種發(fā)酵菌劑，拌和有機肥（10%腐熟牛糞）進行堆腐發(fā)酵;CK為不加菌劑的對照組，即直接采用樹葉基質和10%腐熟牛糞進行堆腐發(fā)酵。每處理重復3次。處理方法：將收集好的已曬干的樹葉粉碎成0.5 cm粒徑，把3種粉狀菌劑分別均勻地灑在已粉碎好的樹葉上，再按體積比加入10%的腐熟牛糞，加水迅速翻堆，保證菌劑與樹葉基質充分混合，發(fā)酵堆體的水分保持60%左右，手掌捏緊能成團，指縫溢水而不滴，撒手落地即松散為宜[5]，發(fā)酵堆體呈直徑為120 cm、高度80 cm的圓錐體。以“草炭+珍珠巖（體積比1∶1）”為標準。

1.2.2 堆腐發(fā)酵

在堆腐發(fā)酵過程中，隨著溫度的上升，堆體內部水分逐漸減少，內部氧氣逐漸消耗至不足，試驗根據發(fā)酵堆體溫度變化，一周翻堆1次，通過“里翻外、外翻里”翻堆處理進行加水通氣，含水量保持在60%左右，保證堆體水分適宜和空氣流通，使其充分發(fā)酵。為降低雨水對發(fā)酵堆體內水分和溫度的影響，防止水分和溫度發(fā)生劇烈變化，在堆體上覆蓋透明塑料薄膜，每翻堆一次更換一次薄膜，薄膜上適當扎小孔來維持空氣循環(huán)。當發(fā)酵后的基質成棕黑色、無臭味，質感松軟、有微小團粒，發(fā)酵堆體溫度與堆外趨于一致時，即為發(fā)酵完成[6]。

1.2.3 項目測定

取發(fā)酵完成之后的樹葉基質樣品測定理化性質及養(yǎng)分含量。

1.2.3.1發(fā)酵堆體溫度測定

將溫度測試點定于發(fā)酵堆體上部，每個堆體插入3個數顯溫度計在堆體40 cm深處記錄其溫度，每天10：00、14：00和19：00三個時間段記錄堆體溫度，取同期3個數顯溫度計的算術平均值來描述發(fā)酵堆體溫度變化，同時測定10：00、14：00和19：00三個時間段的堆外溫度。

1.2.3.2樹葉基質物理性質測定指標及方法

堆腐發(fā)酵完成后，在堆體中心及四周部位30～40 cm處采集約500 g樣品，均勻混合，待基質自然風干后，粉碎過篩處理，測定其理化性質和養(yǎng)分狀況。樹葉基固體基質物理性質的測定依據郭世榮[6]的測定方法進行：取已知體積（V）為30 cm3的鋁盒稱重（W0），加滿風干樹葉基質稱重（W1），然后加入蒸餾水浸泡，靜置24 h后稱重（W2），把鋁盒中水分自然瀝干稱重（W3）。分別按以下公式計算各處理的物理性狀。

容重=（W1- W0）/V

總孔隙度=（W2-W1）/V×100

通氣孔隙度 =（W2-W3）/V×100

持水孔隙度=總孔隙度-通氣孔隙度

氣水比=通氣孔隙/持水孔隙

上式中，容重單位為g·cm-3，總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度單位為%。

1.2.3.3樹葉基質EC值、pH值測定方法

取發(fā)酵完成風干自然狀態(tài)樹葉基質20 mL，加入去離子蒸餾水100 mL，振蕩浸提10 min，過濾，取濾液用pH計測pH值，用精密電導率儀DDS-320測電導率[6]（EC值單位為mS·cm-1）。

1.2.3.4樹葉基養(yǎng)分及重金屬含量測定

在塔里木大學分析測試中心對堆腐發(fā)酵完成后的樹葉基營養(yǎng)元素（速效氮、速效磷、速效鉀），以及代換性鎂、鈣、有效銅、鐵、鋅、錳和重金屬元素（鉛、鎘、鉻、砷、汞）進行測定。

1.3 數據處理

用Excel 2013進行數據分析、作圖。

2 結果與分析

2.1 不同菌劑處理對堆體溫度的影響

高溫堆腐發(fā)酵過程中，溫度是影響堆腐發(fā)酵過程中微生物生命活動的關鍵因素，堆體中的微生物在發(fā)酵過程中分解有機物同時能夠釋放大量的熱能，促使發(fā)酵堆體溫度上升，溫度也是堆腐發(fā)酵能否順利完成的重要參數之一[7]。堆體發(fā)酵溫度的高低直接影響發(fā)酵反應速率的快慢，當堆體發(fā)酵溫度在50～60 ℃范圍時，對發(fā)酵物的降解有很好的效果，可徹底殺滅蛔蟲卵[8]。

由圖1可以看出，ZT菌劑、強興菌劑、堆肥菌劑處理和CK 發(fā)酵堆體的溫度變化曲線基本趨于一致。在樹葉基堆腐發(fā)酵過程（30 d）中，不同處理的堆體溫度隨著翻堆時間的變化而呈現出“上升-下降-再上升-再下降”波浪型周期性變化。即翻堆時因加水通氣導致大量熱量散失，堆體溫度迅速降低至波谷，翻堆結束后，發(fā)酵仍繼續(xù)進行，堆體溫度又開始迅速升高至波峰并保持相對穩(wěn)定。

在第一次翻堆前一個發(fā)酵周期內即第一升溫發(fā)酵周期（0～7 d），堆體溫度快速上升，第二發(fā)酵周期（7～14 d）進行翻堆處理后，發(fā)酵堆體溫度上升很快，溫度保持一定階段。第三腐熟發(fā)酵周期（14～21 d）進行翻堆處理后，發(fā)酵堆體溫度上升比第二發(fā)酵周期略微緩慢，溫度逐漸降低，堆腐發(fā)酵基質趨于腐熟。第四降溫發(fā)酵周期（21～28 d）進行翻堆處理后，發(fā)酵堆體溫度慢慢提升，較第三發(fā)酵周期升溫緩慢且比第三發(fā)酵周期降溫快，當堆體內部溫度與外界溫度趨于一致，基質呈黑褐色無異味，即發(fā)酵完成。

堆體堆腐發(fā)酵的初始溫度達到40 ℃時可加速堆體升溫，增溫速度最快，堆腐發(fā)酵效率最高[8];堆腐發(fā)酵第一天當中10：00、14：00、19：00測得T1、T2、T3處理堆體起始溫度基本都高于45 ℃，CK堆體起始溫度高于40 ℃，T1（46.6、46.3、46.1 ℃）>T3（45.6、45.6、45.7 ℃）>T2（45.2、45.1、44.8 ℃）>CK（42.6、42.9、43.5 ℃）。堆體起始溫度T1最高，三個菌劑處理皆高于CK、遠高于外界環(huán)境（21.9、21.4、23.0 ℃）。

堆體溫度在第一次翻堆前（0～7 d）上升最快且最高，T1、T2、T3、CK堆體溫度分別在第4 d、4 d、

4 d、8 d迅速上升到最高溫度60.8 ℃、61.3 ℃、61.5 ℃、56.9 ℃，由此可知，CK堆體升溫最慢，且最高溫度低于三個菌劑處理，到達最高溫度耗時最長（8 d）。

在持續(xù)30 d的堆腐發(fā)酵過程中，4個處理堆體的中高溫發(fā)酵溫度（45～50 ℃）持續(xù)的天數基本維持在5～12 d，其中T1（12 d）持續(xù)時間最長，CK（5 d）持續(xù)時間最短。堆體的高溫發(fā)酵溫度（>50 ℃）持續(xù)天數為19 d（CK）、9 d（T1）、9 d（T2）、10 d（T3），即CK長于三個菌劑處理，T1、T2、T3差異不明顯。

2.2 不同菌劑處理對堆體物理性質的影響

從圖2可知，總孔隙度、通氣孔隙度 、持水孔隙度T1、T2處理高于CK，T3和CK無差異。T1的總孔隙度接近標準，通氣孔隙度低于標準，持水孔隙度高于標準;T2的持水孔隙度高于標準，其余都低于標準;T3、CK的總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度都低于標準。除了T3、CK的持水孔隙度低于規(guī)定數值外，T1、T2、T3、CK的物理性質基本都符合蔬菜育苗基質農業(yè)行業(yè)標準（NY/T2118-2012）要求。

本試驗結果，ZT菌劑、強興菌劑、堆肥菌劑、CK及標準的容重分別為0.45、0.40、0.43、0.43及0.35 g·cm-3，可見三個菌劑處理和對照的容重相差不大，且皆高于標準，滿足蔬菜育苗基質農業(yè)行業(yè)標準（NY/T2118-2012）要求;ZT菌劑、強興菌劑、堆肥菌劑、CK及標準的氣水比分別為0.30、0.35、0.44、0.44及0.79，可見三個菌劑處理和對照的氣水比均低于標準，處于蔬菜育苗基質標準最適宜范圍（0.25～0.50）。

2.3 不同菌劑處理對堆體化學性質的影響

許多研究者指出，pH值可以作為堆肥腐熟度評價參考指標之一。堆腐發(fā)酵的原材料大多數都呈弱酸性或中性，pH值在6.5～7.5范圍內。堆腐發(fā)酵完成后堆肥的pH值一般呈弱堿性，pH值在8～9[9]。本試驗結果，堆腐發(fā)酵后ZT菌劑、強興菌劑、堆肥菌劑和CK的pH值分別為8.12、8.04、7.88和8.31，三個菌劑處理和對照的pH值均大于未經處理的原樹葉（6.40），基本上都呈弱堿性，可見堆腐發(fā)酵后各處理pH值符合腐熟評價指標，也符合農業(yè)部生物有機肥料標準（NY884-2012）規(guī)定的“有機物經腐發(fā)酵腐熟后，pH值應在5.5～8.5范圍”。

大多數作物適宜生長的EC值范圍在0.5～3.0 mS/cm[10-11]。本試驗結果，ZT菌劑、強興菌劑、堆肥菌劑和CK的EC值分別為5.57、1.87、5.08、0.70 mS/cm，可見強興菌劑和CK的EC值在適宜作物生長范圍之內。

2.4 不同菌劑處理樹葉基質堆體的營養(yǎng)元素含量

由表2可見，三個菌劑處理的速效N、速效P含量均明顯高于對照和標準，同時對照高于標準，其中以堆肥菌劑速效N最高，達176.75 mg·kg-1，強興菌劑速效P最高，達269.57 mg·kg-1;速效K含量強興菌劑低于對照，ZT菌劑最高，達1 142.34 mg·kg-1，處理和對照均高于標準，同時對照高于標準。

三個菌劑處理和對照的鋅、銅、鐵、錳、鎂、鈣含量均明顯高于標準。菌劑處理的銅、錳、鈣含量高于對照，鋅、鐵含量低于對照;鎂含量強興菌劑最高，ZT菌劑最低，堆肥菌劑和對照居中且差異極小。鋅、銅、鐵、錳、鎂和鈣含量的最大值分別為對照（151.03 mg·kg-1）、ZT菌劑（32.34 mg·kg-1）、對照（10 777.81 mg·kg-1）、ZT菌劑（45.86 mg·kg-1）、強興菌劑（12 130.47 mg·kg-1）和強興菌劑（70 024.99 mg·kg-1）。

2.5 不同菌劑處理樹葉基質堆體的重金屬元素含量

由表3可見，三個菌劑處理和對照的重金屬元素含量均遠低于農業(yè)部生物有機肥料標準（NY884-2012）重金屬限量要求。鉛含量強興菌劑最高（10.93 mg·kg-1），ZT菌劑最低（2.16 mg·kg-1）;鎘含量對照最高（12.65 mg·kg-1），三個菌劑處理相近;鉻含量強興菌劑最高（0.30 mg·kg-1），ZT菌劑和堆肥菌劑最低（0.08 mg·kg-1）;砷含量ZT菌劑最高（5.18 mg·kg-1），對照最低（4.18 mg·kg-1）。ZT菌劑、強興菌劑處理均未檢出汞，堆肥菌劑、對照汞含量極低。

3 結論與討論

本試驗結果顯示，ZT菌劑、強興菌劑和堆肥菌劑均能夠提高堆體起始溫度，有助于發(fā)酵前期快速提升樹葉堆體溫度和堆腐速率，ZT菌劑前期提溫效果最快;ZT、強興、堆肥菌劑處理的發(fā)酵堆體在最短時間內快速達到最高溫度，可縮短堆體發(fā)酵時間，這與席北斗等的研究結果[6]相符。ZT菌劑、強興菌劑、堆肥菌劑對樹葉發(fā)酵堆體前期溫度影響大，對堆體后期溫度影響較小;堆肥菌劑對樹葉基物理性質無明顯影響;ZT菌劑和強興菌劑均能較大程度改善樹葉基理化性質;基質的pH值整體都有所上升，堆肥菌劑處理的樹葉基pH值變化幅度最小，腐熟后的樹葉基質pH值全部符合農業(yè)部生物有機肥料標準（NY884-2012）的規(guī)定。ZT菌劑和堆肥菌劑處理會使樹葉基質的EC值增大，堆肥發(fā)酵菌劑發(fā)酵后樹葉基速效氮磷鉀含量及其他主要營養(yǎng)元素含量都極高，遠高于標準（草炭、蛭石體積比為1∶1），其中添加了三種菌劑的處理樹葉基速效氮磷鉀含量最大，ZT菌劑、強興菌劑、堆肥菌劑能促進樹葉基有機物質分解積累大量植物所需營養(yǎng)元素，可以為植物生長充分供應所需營養(yǎng)元素，并且有害重金屬含量極低，遠低于農業(yè)部生物有機肥料標準限量要求。

“樹葉+10%腐熟牛糞發(fā)酵”“樹葉+10%腐熟牛糞+ZT秸稈腐熟菌劑”“樹葉+10%腐熟牛糞+強興堆肥發(fā)酵菌劑”和“樹葉+10%腐熟牛糞+堆肥發(fā)酵菌劑”這四種處理，分別經高溫堆腐發(fā)酵后均能達到有機物堆腐發(fā)酵腐熟標準。強興菌劑、ZT菌劑對樹葉堆腐發(fā)酵效果最佳，其中“樹葉+10%腐熟牛糞+強興堆肥發(fā)酵菌劑”處理后的樹葉基質基本符合蔬菜育苗基質農業(yè)行業(yè)標準（NY/T2118-2012）要求，對“樹葉+10%腐熟牛糞+ZT秸稈腐熟菌劑”堆腐發(fā)酵后的樹葉基適當降低其EC值也符合蔬菜育苗基質。

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（責任編輯：丁志祥）