李勇杰，段應賓，王 洋，寧德魯，唐永奉

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

我國是世界煙葉生產(chǎn)第一大國，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］。云南作為全國著名的煙草大省，在煙草生產(chǎn)過程中不可避免地要產(chǎn)生大量的煙草廢棄物，估計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)應用價值高的化學成分，同時含有大量的有機物質、植物生長必需的氮、磷、鉀及微量元素等養(yǎng)分，具有很高的利用價值［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，也會生成一些對植物正常生長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，進一步實現(xiàn)廢棄資源的無害化和資源化，已成為當前國內(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廢棄物處理利用無害化和資源化的有效途徑之一。有機肥生產(chǎn)經(jīng)濟效益的關鍵在于如何加快堆肥升溫速度、縮短堆肥腐熟時間。而接種腐熟劑是加快堆肥升溫、促進發(fā)酵腐熟過程，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)對純煙末堆肥進程的影響。因此，本項目結合云南煙草生產(chǎn)實際，探討不同有機物料腐熟劑對廢棄煙末-腐殖土聯(lián)合堆肥腐熟進程的影響，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 試驗設計

試驗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)。

試驗設置3個處理，分別為T1(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。

試驗在云南省林業(yè)科學院的溫室大棚中進行。堆肥發(fā)酵時間33天。每2天翻堆1次，翻堆時間為早上10：00。

1.2 采樣與測定

分別于試驗第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點采樣法，每處理每次采集3個混合樣，風干磨細備用。

每天上午11：00，用溫度計從堆體頂部垂直向下深插30 cm，測定堆體的溫度，同時也測定當天的環(huán)境溫度。

堆料有機碳的測定采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法;全氮采用濃硫酸-過氧化氫消煮，凱氏定氮法測定［11］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

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

2 結果與分析

2.1 不同腐熟劑對堆肥進程中溫度的影響

溫度是保證堆肥化過程順利進行的重要因素。高溫階段是高溫好氧堆肥處理有機固體廢棄物的關鍵階段［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)生指標合格和堆肥腐熟的重要條件［13］。本試驗的溫度變化如圖1所示，3個處理均在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天時溫度就超過55℃，進入高溫階段，而添加VT和BYM菌的處理間差異不顯著。在第21天溫度開始下降，慢慢地趨近于環(huán)境溫度，在第33天時添加BYM的處理溫度更接近于環(huán)境溫度，即堆肥基本穩(wěn)定。因為當堆體溫度趨近于環(huán)境溫度時，表明有機質的分解接近完全，堆肥可被認為已達穩(wěn)定。

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

2.2 不同腐熟劑對堆肥進程中總有機碳的影響

堆肥過程中有機物質在微生物作用下分解轉化為CO2、水及礦物質等，分解產(chǎn)物又在微生物的作用下合成新的腐殖酸物質。從圖2可以看出，各處理堆料中的總有機碳隨堆肥進程緩緩下降，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了總有機碳的下降。到堆肥結束時處理T3、T2、T1的總有機碳分別下降了 31．86%、26．90%、21．28%。與T1相比，T3的總有機碳下降比例提高了49．72%，T2的總有機碳下降比例提高了26．41%，且處理T3與處理T1的差異達到顯著水平。由此表明添加微生物菌劑 (BYM和VT菌)可調(diào)控煙末-腐殖土聯(lián)合堆肥過程中的碳代謝，促進堆肥過程中有機物質的分解。而兩種腐熟劑中以BYM的效果更顯著。

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

2.3 不同腐熟劑對堆肥進程中全氮含量的影響

堆肥進程中全氮含量的變化如圖3所示。

圖3 不同腐熟劑對堆肥進程中全氮的影響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天波動較大，第15天以后，總體上呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。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%，堆肥結束后，各處理堆肥產(chǎn)品的全氮含量之間的差異達到顯著水平 (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 不同腐熟劑對堆肥進程中碳氮比的影響

C/N值是檢驗肥料腐熟度的一個重要指標，一般堆肥C/N值達到20以下，就可認為腐熟，可以直接施用。堆肥進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，隨著堆肥時間的推移，添加腐熟劑的堆肥產(chǎn)品的C/N呈下降的趨勢，并在第33天堆肥結束時小于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程，且添加微生物菌劑 (BYM和VT菌)處理與未添加處理差異達到顯著水平。其中添加VT和BYM菌的處理間差異也達到顯著水平。

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

2.5 不同腐熟劑對堆肥進程中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)有研究認為采用T=(終點C/N)/(初始C/N)來評價堆料的腐熟程度更為合適，認為當T值小于0．6時才算腐熟完全［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煙末-腐殖土的腐熟。

圖5 不同腐熟劑對堆肥進程中T值的影響Fig．5 Effects of microbial inoculant on T in composting

2.6 不同腐熟劑對堆肥品質的影響

不同腐熟劑對堆肥品質的影響見表1。

表1 不同腐熟劑對堆肥品質的影響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。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菌兩個處理看，以BYM菌效果更好，但差異未達到顯著水平。

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。而堆肥是一個復雜的生物學過程，其中微生物的活動對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?shù)耐庠次⑸锸羌涌於逊矢彀l(fā)酵的重要手段［6，8，15］。

溫度是堆肥化過程中的一個重要指標。堆肥溫度過低會導致有機物分解緩慢，堆肥溫度過高則會抑制并殺死部分有益微生物，均不利于有機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)酵堆肥時間，從而加快腐熟進程，提高堆肥效率。本項研究結果也表現(xiàn)出相同的趨勢，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天達到50℃以上，而且高溫持續(xù)時間更長。這與霍培書等［17］的研究結論一致。從促進堆肥前期升溫速度來看，添加微生物菌劑處理均較對照升溫更快，而兩種微生物菌劑處理中，BYM菌劑優(yōu)先于VT菌劑進入高溫分解階段。說明添加微生物菌劑有利于堆體迅速進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程。

有研究表明，接種微生物對堆肥物質的分解作用濃縮了堆肥中的無機營養(yǎng)成分，而且由于水分的散失，堆體質量的下降，使養(yǎng)分含量相對增加，有利于提高堆肥質量［18］。本文研究結果與此相同，添加微生物菌劑的處理到堆肥腐熟時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菌兩個處理看，以BYM菌效果更好，但差異未達到顯著水平。堆肥初期堆料中的全氮含量出現(xiàn)波動的原因可能是由于在堆肥過程中有機物的礦化分解、CO2的損失、水分蒸發(fā)引起干物質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，活動劇烈，對有機氮的礦化分解能力加強，產(chǎn)生大量的NH+4-N在高溫過程中揮發(fā)損失而使全氮含量下降［19］。在堆肥后期由于硝化細菌通過硝化作用，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并趨于穩(wěn)定，這與李少明等［20～21］的研究結果一致。堆肥結束后物料全磷和全鉀的增加主要是由于物料經(jīng)腐熟后，有機物質通過微生物的活動以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及數(shù)量增多，加速了有機質的降解，堆體的體積和質量都將減少，產(chǎn)生濃縮效應，造成全磷和全鉀含量在堆肥結束后相對增加。

堆料C/N和T值均是堆肥產(chǎn)品腐熟的重要指標，C/N小于20時標志著有機物料的腐熟化，堆肥過程中隨著堆料C/N的下降，T值逐漸減低，當T值下降到小于0．6時，標志著堆料的有機物料達到完全腐熟。本研究中堆肥前期C/N值波動較大，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)損失過大，而分解的有機物相對較小而引起。在本試驗條件下，至堆肥結束時，添加微生物菌劑BYM、VT處理的T值顯著低于對照，說明添加腐熟劑具有良好的促進腐熟的效果，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系。

4 結論

煙末-腐殖土聯(lián)合堆肥進程中，添加有機物料腐熟劑可加速對堆料的有機物質分解，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，促進了廢煙末-腐殖土的快速腐熟。

［1］董占能，白聚川，張皓東．煙草廢棄物資源化［J］．中國煙草科學，2008，29(1):39-42．

［2］彭靖里，馬敏象，吳紹情，等．論煙草廢棄物的綜合利用技術及其發(fā)展前景［J］．中國資源綜合利用，2001(8):18-20．

［3］竹江良，劉曉琳，李少明，等．兩種微生物菌劑對煙草廢棄物高溫堆肥腐熟進程的影響［J］．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2010，29(1):194-199．

［4］黃國鋒，吳啟堂，孟慶強，等．豬糞堆肥化處理的物質變化及腐熟度評價［J］．華南農(nóng)業(yè)大學學報，2002，23(3):1-4．

［5］徐 智，毛昆明，湯 利，等．榕風對西番蓮果渣高溫堆肥過程中氮變化的影響［J］．云南農(nóng)業(yè)大學學報，2005，20(6):800-803．

［6］徐 智，湯 利，李少明，等．微生物菌劑福貝對西番蓮果渣高溫堆肥過程中氮變化的影響［J］．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2006，25(增刊):621-624．

［7］許曉英，李 季．復合微生物菌劑在污泥高溫好氧堆肥中的應用［J］．中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2006，14(3):64-66．

［8］李少明，湯 利，范茂攀，等．不同微生物腐熟劑對煙末高溫堆肥腐熟進程的影響［J］．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2008，27(2):783-786．

［9］張金金，劉愛民，陳金鳳，等．不同菌劑處理下豬糞和牛糞堆肥前期性質變化［J］．資源開發(fā)與市場，2010(6):481-484．

［10］沈根祥，尉 良，錢曉雍，等．微生物菌劑對農(nóng)牧業(yè)廢棄物堆肥快速腐熟的效果及其經(jīng)濟性評價［J］．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2009，28(5):1048-1052．

［11］鮑士旦．土壤農(nóng)化分析［M］．北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2000．

［12］李少明，鄧文祥，郭亞妮，等．微生物菌劑對煙末堆肥理化性狀及種子發(fā)芽指數(shù)的影響［J］．云南農(nóng)業(yè)大學學報，2007，22(5):706-709．

［13］中國疾病預防控制中心環(huán)境與健康相關產(chǎn)品安全所，四川省疾病預防控制中心，河南省疾病預防控制中心，等．GB 7959-2012，糞便無害化衛(wèi)生標準［S］．北京:中國標準出版社，2012．

［14］MORELl T L，COLIN F，GERMON J C，et al．In composting of agricultural and other wastes［M］．London and New York:Elsevier Applied Science Publishers，1985:56-72．

［15］徐 智，湯 利，李少明，等．兩種微生物菌劑對西番蓮果渣高溫堆肥腐熟進程的影響［J］．應用生態(tài)學報，2007，18(6):1270-1274．

［16］李 季，彭生平．堆肥工程實用手冊［M］．北京:化學工業(yè)出版社，2005．

［17］霍培書，陳雅娟，程旭艷，等．添加VT菌劑和有機物料腐熟劑對堆肥的影響［J］．環(huán)境工程學報，2013(6):2339-2343．

［18］孫曉華，羅安程，仇 丹．微生物接種對豬糞堆肥發(fā)酵過程的影響［J］．植物營養(yǎng)與肥料學報，2004，10(5):557-559．

［19］INOKO A，K MIYAMAT SU，K SUGAHARA，et al．On some organic constituents of city refuse composts produced in Japan［J］．Soil Science and Plant Nutrition，1979，25:225-234．

［20］李少明，郭亞妮，陳成衛(wèi)，等．廢棄煙末高溫堆肥中氮變化研究［J］．云南農(nóng)業(yè)大學學報，2008，23(1):109-112．

［21］BISHOP P L，GODFREY C．Nitrogen transformations during sludge composting［J］．Biocycle，1983，24:34-39．