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    三種單一類型園林廢棄物集約化制肥效果研究

    2021-07-15 04:46:12宋良紅李小康楊志恒王志毅
    湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年12期
    關(guān)鍵詞:草屑羊糞豆渣

    宋良紅,王 珂,李小康,楊志恒,王志毅

    (鄭州植物園,鄭州 450052)

    園林廢棄物通常指園林植物養(yǎng)護(hù)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(jì)的處理方式[3,4]。園林廢棄物中含有豐富的有機(jī)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(jī)肥料[7],這種處理方式能夠促進(jìn)資源再利用,降低園林養(yǎng)護(hù)費(fèi)用,推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)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?jī)A向于混合型物料堆肥。其中,李雅君等[11]通過添加菌劑和動(dòng)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(duì)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,通過不同比例添加物,探究高溫制肥過程中有機(jī)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(diǎn)優(yōu)選經(jīng)濟(jì)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(yàn)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2.0~2.5 cm的顆粒,然后細(xì)粉成1.0~5.0 mm的顆粒。羊糞、豆渣均購(gòu)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(shí)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(xì)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(diǎn)霉屬、斜臥青霉)。

    1.2 方法

    試驗(yàn)始于7月,地點(diǎn)位于鄭州植物園。設(shè)置6個(gè)處理,如表1所示,每個(gè)處理重復(fù)3次。每個(gè)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(shí)業(yè)有限公司的YM-ZF-A系列發(fā)酵設(shè)備)進(jìn)行30 min高溫滅菌,按照堆體質(zhì)量添加0.5%發(fā)酵專用菌,進(jìn)行初次發(fā)酵。該系列設(shè)備包括進(jìn)料機(jī)、出料機(jī)、園林廢棄物處理機(jī)、生物質(zhì)熱風(fēng)爐,可完成自動(dòng)攪拌、升溫、滅菌、進(jìn)料、出料等過程,集約化程度高。出倉(cāng)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(cè)定有機(jī)質(zhì)、pH、全氮、全磷、全鉀。在發(fā)酵末期進(jìn)行發(fā)芽指數(shù)測(cè)定。

    表1 不同類型園林廢棄物堆肥發(fā)酵配方

    1.3 項(xiàng)目測(cè)定

    全氮采用H2SO4-H2O2消煮-凱氏定氮法測(cè)量;全磷采用H2SO4-HNO3消煮-鉬銻抗比色法測(cè)量;全鉀采用H2SO4-HNO3消煮-火焰光度法測(cè)量,具體操作按照中國(guó)有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)NY525—2012進(jìn)行[13];有機(jī)質(zhì)和pH用YN-8000智能綜合檢測(cè)儀測(cè)定;發(fā)芽指數(shù)(GI)計(jì)算公式[14]為GI=[(堆肥處理的種子發(fā)芽率×種子根長(zhǎng))/(去離子水處理的種子發(fā)芽率×種子根長(zhǎng))]×100%。

    1.4 數(shù)據(jù)處理

    試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel、SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 不同物料配比對(duì)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)[15],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(jī)質(zhì)含量相關(guān)[16]。從表2可以看出,6個(gè)堆肥處理中,有5個(gè)處理的堆體溫度在第1天就達(dá)60℃以上,而T2處理在第2天也達(dá)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(jìn)行了高溫滅菌和微生物發(fā)酵處理,有助于堆體快速升溫。

    表2 不同處理溫度變化主要指標(biāo)

    堆肥周期內(nèi)從T1到T6處理,均能維持55℃以上高溫10 d以上,其中T1處理和T2處理持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),分別維持27、25 d,其次是T5處理維持20 d,而T3、T4、T6處理維持高溫時(shí)間較短,分別是12、14、13 d。T1和T2這2個(gè)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(jī)物質(zhì),因此增加了發(fā)酵時(shí)間。

    6個(gè)處理達(dá)到腐熟所需時(shí)間依次表現(xiàn)為T1>T2>T3=T4>T5>T6,表明草屑類(T5、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53、50 d。草屑類中羊糞、豆渣含量較多時(shí),能夠加速堆腐速度;枯枝類中羊糞和豆渣含量較多時(shí),加速了堆腐速度,但是落葉類中2種比例發(fā)酵時(shí)間基本一致。

    2.2 不同物料配比對(duì)園林廢棄物堆肥p H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(huì)影響堆肥效率和質(zhì)量[15]。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(dòng)產(chǎn)生有機(jī)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(shì),T1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(duì)微生物活動(dòng)更有利。發(fā)酵末期各處理pH表現(xiàn)為T6>T4>T2,T5>T3>T1,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。

    表3 不同處理p H變化

    2.3 不同物料配比對(duì)園林廢棄物堆肥有機(jī)質(zhì)的影響

    6個(gè)處理有機(jī)質(zhì)含量變化如表4所示,各處理有機(jī)質(zhì)含量變化相似,均呈下降趨勢(shì)。通過高效集成化設(shè)備發(fā)酵后,各處理有機(jī)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、T5、T6處理下降程度較大,分別下降了19.70、17.51、19.36、20.65個(gè)百分點(diǎn),而T1、T2下降程度相對(duì)較低,分別下降了13.56、16.96個(gè)百分點(diǎn)。表明落葉類和草屑類可降解有機(jī)質(zhì)較多,在整個(gè)發(fā)酵腐熟過程中大量有機(jī)質(zhì)被分解。

    表4 不同處理有機(jī)質(zhì)含量變化(單位:%)

    本研究發(fā)酵末期,各處理有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為T2>T1>T4>T3>T6>T5,可 知T2>T1,T4>T3,T6>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(shí)有機(jī)質(zhì)含量較高;同一配比中,有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為T2>T4>T6,T1>T3>T5,表明在同一配比中,枯枝類含有較高的有機(jī)質(zhì),草屑類有機(jī)質(zhì)含量較低。

    2.4 不同物料配比對(duì)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(píng)價(jià)其成品質(zhì)量的重要指標(biāo)[17]。本試驗(yàn)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(shì)(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>T1,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T1、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(shí)全氮含量較高。

    表5 不同處理堆肥前后的養(yǎng)分變化 (單位:%)

    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(shì),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(dá)3倍以上。發(fā)酵末期,各處理全鉀含量表現(xiàn)為T6>T5,T2>T1,T4>T3,這表明同一類型中,豆渣和羊糞含量較多時(shí)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(zhǎng)。發(fā)酵末期各處理全磷含量表現(xiàn)為T6>T5,T2>T1,T4>T3,表明同一類型中豆渣和羊糞含量較多時(shí),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(dá)到有機(jī)肥國(guó)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(zhǎng)。

    2.5 不同物料配比對(duì)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(gè)處理的發(fā)芽指數(shù)均在80%以上,表明6個(gè)處理均已完全腐熟,且達(dá)到有機(jī)肥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)NY525—2002要求,對(duì)植物毒害作用較小。6個(gè)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(shí)對(duì)植物的毒害性較小,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(duì)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。

    圖1 腐熟后不同處理發(fā)芽指數(shù)

    3 小結(jié)與討論

    有研究表明,堆體溫度通常在開始的3~5 d,從環(huán)境溫度上升到60℃以上高溫[18],本試驗(yàn)中3種類型綠化廢棄物均能通過集成化發(fā)酵設(shè)備在1~2 d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(T5和T6處理)腐熟最快,在堆肥時(shí)間上占有優(yōu)勢(shì),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(jī)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(shí)間均較長(zhǎng),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)[17],本研究中各處理發(fā)酵過程中pH呈上升趨勢(shì),這與王瑞瑩等[19]的研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)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?yàn)槲⑸锘顒?dòng)與生存提供適宜的pH環(huán)境[17]。

    龔小強(qiáng)等[20]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(yíng)養(yǎng)元素的含量。本試驗(yàn)各處理的有機(jī)質(zhì)含量均呈下降趨勢(shì),發(fā)酵末期,同一類型中羊糞含量多的處理,有機(jī)質(zhì)含量下降幅度最大,且堆肥產(chǎn)品中氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素的含量相對(duì)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[19]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(píng)價(jià)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(gè)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(duì)較高,對(duì)植物毒害性較低,有利于植物生長(zhǎng),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(shì),堆肥時(shí)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(zhǎng),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(jìn)行集成化發(fā)酵堆肥最為適宜,制肥時(shí)間可選擇在春季或者秋季,可避免過度高溫和低溫對(duì)制肥帶來影響。

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