周新偉++沈明星++王海候++施林林++陸長(zhǎng)嬰++金梅娟

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.126

摘要：研究了微生物菌劑對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物堆腐效率、基質(zhì)育秧質(zhì)量及基質(zhì)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的影響。采用金針菇菇渣、酒糟等廢棄物組成的高溫好氧堆體，研究了微生物菌劑芽孢桿菌添加與否對(duì)水稻育秧基質(zhì)堆腐效率、理化性質(zhì)、基質(zhì)育秧質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益的影響。結(jié)果表明，添加微生物菌劑較不添加微生物菌劑提早腐熟8 d。二者的基質(zhì)理化性狀、育秧質(zhì)量這2種主要指標(biāo)沒(méi)有顯著差異（P<0.05）且均達(dá)國(guó)家農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1534—2007《水稻工廠化育秧技術(shù)要求》中的壯秧標(biāo)準(zhǔn)，在金針菇菇渣、酒糟等廢棄物組成的高溫好氧堆體中添加芽孢桿菌0.33 kg/m3，在1個(gè)面積為 3 432 m2 的基質(zhì)生產(chǎn)車(chē)間，每年可因縮短堆腐時(shí)間而增產(chǎn)21.5%，新增利潤(rùn)57 084.5 元。

關(guān)鍵詞：堆肥；微生物菌劑；農(nóng)業(yè)廢棄物；水稻育秧基質(zhì)；經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類(lèi)號(hào)： S141.4；X71文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）10-0434-04

收稿日期：2015-08-04

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃（編號(hào)：2012BAD14B12-03）；江蘇省科技支撐計(jì)劃（編號(hào)：BE2013334）；江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[編號(hào)：CX（14）2105]；江蘇省蘇州市科技支撐計(jì)劃 （編號(hào)：SNG201349）。

作者簡(jiǎn)介：周新偉（1971—），男，江蘇蘇州人，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究。E-mail：zxw0512@163.com。

通信作者：沈明星，研究員，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)研究。E-mail：smxwwj@163.com。好氧堆腐（堆肥）是一種處理固體有機(jī)廢棄物并實(shí)現(xiàn)廢棄物無(wú)害化、資源化的有效方法，廣泛應(yīng)用于有機(jī)肥、基質(zhì)等生產(chǎn)中。傳統(tǒng)的堆肥法堆肥腐熟的時(shí)間常需2個(gè)月，堆制過(guò)程中周?chē)鷲撼綦y聞，污水流淌，蚊蠅滋生，成為農(nóng)業(yè)環(huán)境中重要的污染源。因此如何縮短堆制時(shí)間，使新鮮固體有機(jī)廢棄物快速腐熟，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中急待解決的問(wèn)題。由于傳統(tǒng)堆肥腐熟過(guò)程主要是一個(gè)由自然微生物參與的生理生化過(guò)程，因而有可能利用添加外源微生物來(lái)加速該過(guò)程。接種微生物促進(jìn)堆肥腐熟的機(jī)理有：（1）提高堆肥初期微生物的群體，增強(qiáng)微生物的降解活性；（2）縮短達(dá)到高溫期的時(shí)間；（3）接種分解有機(jī)物質(zhì)能力強(qiáng)的微生物[1]。但是，在生產(chǎn)實(shí)踐中縮短堆制天數(shù)的差異極大，有縮短2～3 d的，也有縮短28 d的[1]，另一方面，由于微生物菌劑等成本的增加，有的經(jīng)濟(jì)效益提高，有的卻反而下降[2]。機(jī)插水稻是江蘇省目前采用的主要栽培技術(shù)，目前的機(jī)插水稻育秧主要采用營(yíng)養(yǎng)土育秧與非土育秧的方式，后者由于節(jié)省勞力、防止破壞土層、秧盤(pán)輕便、利于工廠化培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展更快，筆者采用金針菇菇渣、酒糟等農(nóng)業(yè)固體廢棄物為原料，研究了微生物菌劑添加對(duì)縮短基質(zhì)堆制天數(shù)、堆體理化性質(zhì)變化及育秧質(zhì)量的影響，并分析了添加生物菌劑對(duì)基質(zhì)生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益的影響，為農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

金針菇菇渣取自江蘇省太倉(cāng)市食用菌生產(chǎn)企業(yè)，酒糟取自太倉(cāng)新太酒精有限公司，系木薯發(fā)酵的下腳料，細(xì)沙取自太倉(cāng)市食品生產(chǎn)企業(yè)，系清洗土豆的殘余物，基質(zhì)原料的基本情況見(jiàn)表1。微生物菌劑芽孢桿菌采購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院微生物研究所，系固體粉劑，含有效活菌數(shù)≥0.5×108個(gè)/g。堆肥箱是2個(gè)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的正方體塑料箱，箱體長(zhǎng)寬高均為1 m，底板密布直徑2 cm氣孔，呈蜂窩狀分布，并設(shè)有鼓風(fēng)用的通風(fēng)口，側(cè)面設(shè)有取樣孔，頂面設(shè)一活動(dòng)箱蓋。鼓風(fēng)機(jī)是韓松牌HS-550S型高壓旋渦氣泵，供試水稻品種為中熟晚粳的南粳46，水稻播種機(jī)采用云馬自牌流水線播種機(jī)，壯秧劑采購(gòu)自江蘇無(wú)錫坊前杰偉壯秧劑有限公司，含活性物丙酮-乙醇溶解物0.5%～2.0%及氮、磷、鉀（N≥9%、P2O5≥6%、K2O≥4%），育秧盤(pán)為塑料硬盤(pán)，規(guī)格58 cm×28 cm。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1育秧基質(zhì)堆腐試驗(yàn)試驗(yàn)于2014年7—10月在江蘇省蘇州市太倉(cāng)綠豐生物肥料有限公司內(nèi)進(jìn)行，堆腐原料為金針菇菇渣、酒糟、細(xì)沙的混合物，按體積比1 ∶7 ∶2混合，試驗(yàn)設(shè)添加微生物菌劑與不添加微生物菌劑（CK）2 種處理，每處理各3個(gè)重復(fù)（堆肥箱），微生物菌劑加入方法為1 m3堆體原料中加入芽孢桿菌固體粉劑0.333 kg，在堆腐前混料時(shí)均勻加入，堆腐時(shí)間從2014 年7 月29 日至2014 年9 月22 日，共56 d。通過(guò)底部鼓風(fēng)的方法增加氧氣，每天開(kāi)啟鼓風(fēng)機(jī)0.5 h進(jìn)行增氧。各處理在堆腐8 d加水20 kg/m3，堆腐15 d進(jìn)行1次翻堆。堆體初始含水率為60%～65%。

1.2.2育秧試驗(yàn)試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，采用“1.2.1”方法生產(chǎn)的育秧基質(zhì)，設(shè)添加壯秧劑及不加壯秧劑（CK）2種處理，每處理為3個(gè)育秧盤(pán)，壯秧劑添加方法為每 1 m3 基質(zhì)中加入壯秧劑2 kg拌勻。育秧在太倉(cāng)市城廂鎮(zhèn)萬(wàn)豐村海豐農(nóng)場(chǎng)育秧大棚內(nèi)的秧架上進(jìn)行，采用工廠化生產(chǎn)方式，育秧時(shí)間為2014 年5 月28 日至2014 年6 月10 日，共 14 d，播種量為芽谷150 g/盤(pán)，采用云馬自牌自動(dòng)流水線播種機(jī)播種，播種后采用與當(dāng)?shù)毓S化育秧相同的栽培管理方法。

1.3采樣及測(cè)定

1.3.1采樣方法在基質(zhì)原料堆腐后0、7、14、21、28、35、42、49、56 d各采樣1次。在翻堆充分拌勻后，在堆肥箱內(nèi)按5點(diǎn)采樣法采樣。育秧結(jié)束后進(jìn)行秧苗素質(zhì)考察，每盤(pán)取3個(gè)具有代表性的8 cm×8 cm方塊，清點(diǎn)成苗數(shù)；每盤(pán)取20株代表性秧苗，觀察葉齡、葉數(shù)、苗高、莖基粗、根系長(zhǎng)度、根系直徑、根表面積、根體積、根尖數(shù)、葉綠素SPAD值、單株葉面積；每盤(pán)取100株烘干后稱(chēng)質(zhì)量，計(jì)算根冠比；每盤(pán)秧測(cè)定 5處不同點(diǎn)的根系盤(pán)結(jié)力。

1.3.2堆體理化、生物指標(biāo)測(cè)定溫度測(cè)定：每天上午 09：00 用溫度計(jì)測(cè)定堆體上、中、下3處溫度后取平均值。含水率測(cè)定：樣品置于105 ℃烘箱烘24 h，烘干水分至恒質(zhì)量，計(jì)算水分含量；含碳量采用重鉻酸鉀-濃硫酸法測(cè)定；N、P含量采用硫酸-雙氧水消煮法測(cè)定；銨態(tài)氮、硝態(tài)氮采用2 mol/L CaCl2溶液1 ∶5浸提，再用流動(dòng)分析儀測(cè)定；EC值：去離子水1 ∶5浸提（體積比），電導(dǎo)儀法測(cè)定；pH值：去離子水1 ∶5浸提（體積比），pH值計(jì)測(cè)定；灰分采用馬弗爐法測(cè)定。種子發(fā)芽指數(shù)測(cè)定：將新鮮堆肥樣品與水按體積比10 ∶1比例混合振蕩0.5 h，上清液經(jīng)濾紙過(guò)濾后待用；把1張濾紙放入干凈無(wú)菌的9 cm培養(yǎng)皿中，濾紙上整齊擺放20粒小白菜（蘇州青）種子；吸取3 mL濾液于培養(yǎng)皿中，在25 ℃、黑暗條件下的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h，測(cè)定種子的發(fā)芽率和根長(zhǎng)，同時(shí)用去離子水作空白對(duì)照。發(fā)芽指數(shù)計(jì)算公式為：GI=（堆肥處理的種子發(fā)芽率×種子根長(zhǎng)）/（對(duì)照的種子發(fā)芽率×種子根長(zhǎng)）×100%。

1.3.3秧苗素質(zhì)測(cè)定育秧14 d后測(cè)定各處理秧苗單位面積成苗率、葉齡、苗高、莖基粗、地上及地下部干物質(zhì)質(zhì)量、根系盤(pán)結(jié)力、根系長(zhǎng)度、根系直徑、根表面積、根體積、根尖數(shù)（采用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)測(cè)定）、根系活力（TTC法）、單株葉面積、葉綠素SPAD值。

2結(jié)果與分析

2.1基質(zhì)堆腐過(guò)程中的溫度變化

溫度是堆肥穩(wěn)定度評(píng)價(jià)最簡(jiǎn)便快捷的物理指標(biāo)，當(dāng)其趨于環(huán)境溫度時(shí)，表明堆肥已穩(wěn)定[3]。基質(zhì)堆肥過(guò)程中溫度的動(dòng)態(tài)變化曲線如圖1所示，在堆肥起始階段，堆體溫度快速上升，堆腐1 d即分別達(dá)到49 ℃及51.2 ℃，添加微生物菌劑處理與對(duì)照均出現(xiàn)了2輪高溫期，添加微生物菌劑處理的2輪連續(xù)50 ℃高溫期累計(jì)達(dá)22 d，而對(duì)照達(dá)23 d，二者差別不大。前37 d內(nèi)對(duì)照比添加微生物菌劑處理的平均溫度高 1.16 ℃，而后37 d添加微生物菌劑的平均溫度高于對(duì)照105 ℃。根據(jù)GB 7959—1987《糞便無(wú)害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，高溫堆肥的高溫期為溫度達(dá)50～55 ℃，持續(xù)5～7 d[4]。本研究堆體均達(dá)到無(wú)害化要求。

2.2發(fā)芽指數(shù)的變化

目前較為公認(rèn)的評(píng)價(jià)有機(jī)固體廢棄物腐熟度的指標(biāo)為種子發(fā)芽指數(shù)（GI），GI值可綜合體現(xiàn)堆肥樣品的低毒性（影響根長(zhǎng)）或高毒性（影響發(fā)芽），被認(rèn)為是最敏感、可靠、有效和最能反映堆肥產(chǎn)品植物毒性、堆肥無(wú)害化和腐熟度參數(shù)的指標(biāo)。Zucconi等認(rèn)為，當(dāng)GI值>80%時(shí)，堆腐完全腐熟[5]。圖2表明，發(fā)芽指數(shù)均呈倒拋物線分布，即先在高位，而后下降到谷底，再上升，這可能是因?yàn)槎迅洗蠓肿釉谄鸪跷幢环纸?，但仍不穩(wěn)定，隨后在微生物作用下分解并釋放有機(jī)酸等有害物質(zhì)，最后進(jìn)一步分解成腐殖質(zhì)為主的無(wú)害物質(zhì)。分析表明，添加微生物菌劑完全腐熟需37.3 d（GI值>80%），未添加微生物菌劑（CK）需45.3 d，添加微生物菌劑較不用微生物菌劑提早腐熟8.0 d。

2.3堆體的理化指標(biāo)

2種處理的理化性狀變化見(jiàn)圖3，含水率隨時(shí)間變化不大，均在60%左右，但由于添加微生物菌劑的初始含水率高于對(duì)照，因此其含水率堆腐期間一直高于對(duì)照；微生物菌劑對(duì)堆腐的pH值影響不大，二者基本保持同步，直到堆腐結(jié)束時(shí)穩(wěn)定在72左右；2種處理的EC值均由堆前的0.64、0.75 mS/cm 先升高到14 d的0.8 mS/cm左右，然后逐漸下降到0.5 mS/cm左右，二者變化趨勢(shì)相同，最終差異不顯著（P<0.05），EC值表示堆肥中可溶性鹽的高低，表明隨著堆肥的進(jìn)程，在微生物的作用下大量有機(jī)物降解為可溶性鹽類(lèi)或腐殖質(zhì)。堆體的起始C/N值為24左右，隨后均不斷下降，49 d時(shí)穩(wěn)定在20左右，2個(gè)處理間在各階段基本沒(méi)有顯著差異（P<0.05）。C/N是最常用的堆肥腐熟度評(píng)價(jià)方法之一。一些研究者認(rèn)為，堆體的C/N從最初的25～30降低到20以下時(shí)，即可認(rèn)為堆肥已基本腐熟[6]。添加微生物菌劑與對(duì)照的NH4+-N/NO3--N從堆肥前的329.0、370.5，在7 d內(nèi)迅速下降，添加微生物菌劑的在21 d時(shí)下降到0.1以下，對(duì)照在35 d下降到0.1以下，可見(jiàn)添加微生物菌劑的NH4+-N/NO3--N下降速度快于對(duì)照。這是由于堆體初始時(shí)的 NO3--N 含量低，導(dǎo)致堆料中NH4+-N/NO3--N值較高，隨著堆腐的進(jìn)行，NO3--N含量逐漸增加，NH4+-N含量降低，使NH4+-N/NO3--N迅速下降。Bernai等研究認(rèn)為堆肥中NH4+-N/NO3--N小于0.16可以認(rèn)為已達(dá)腐熟[7]。

2.4基質(zhì)育秧對(duì)秧苗地上及地下部分生長(zhǎng)的影響

對(duì)添加及未添加微生物菌劑（對(duì)照）的育秧基質(zhì)的基本理化分析結(jié)果（表2）表明，二者影響基質(zhì)應(yīng)用的主要性狀差異均不顯著，并均在合理范圍內(nèi)，表明添加微生物菌劑與否沒(méi)有明顯影響基質(zhì)的基本理化性狀。采用2種育秧基質(zhì)在工廠化育秧大棚中進(jìn)行育秧，14 d后考察秧苗生長(zhǎng)狀況，處理間的單位面積成苗數(shù)、葉齡、莖基粗、單株鮮質(zhì)量、單株干質(zhì)量、單株葉面積、葉片SPAD值均無(wú)顯著差異（P<0.05），對(duì)照國(guó)家農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水稻工廠化育秧技術(shù)要求》（NYT 1534—2007）中壯秧標(biāo)準(zhǔn)（小苗）[8]，除了葉齡略低外，2種處理的其他指標(biāo)均達(dá)壯秧標(biāo)準(zhǔn)，葉齡較小可能與本試驗(yàn)育秧時(shí)間較短有關(guān)（表3）。

對(duì)2種處理的根系生長(zhǎng)指標(biāo)及生理活性測(cè)定結(jié)果表明，單株的根系長(zhǎng)度、根系直徑、根表面積、根體積、根尖數(shù)、根系盤(pán)結(jié)力均無(wú)顯著差異（P<0.05）（表4）。

2.5添加生物菌劑對(duì)基質(zhì)生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益的影響分析

按蘇州市太倉(cāng)綠豐生物肥料有限公司運(yùn)行的1個(gè)面積為3 432 m2的基質(zhì)生產(chǎn)車(chē)間（車(chē)間長(zhǎng)78 m，寬44 m）計(jì)算，基質(zhì)采用條垛式高溫堆肥方式生產(chǎn)，其中1/4面積用作后熟，1/4用作原料貯存，其余1/2面積用于條垛式高溫堆肥，基質(zhì)條垛高1.1 m，基部寬2.8 m，1個(gè)車(chē)間1個(gè)堆制周期內(nèi)同時(shí)可堆制5個(gè)條垛，共計(jì)975 m3。對(duì)比2種堆腐方法，添加微生物菌劑的條垛周期為37.3 d，不加微生物菌劑的條垛周期為 45.3 d，每年該車(chē)間通過(guò)縮短堆腐周期可以增產(chǎn)1 686.8 m3，較不加微生物菌劑增產(chǎn)21.5%（表5）。按本試驗(yàn)使用芽孢桿菌0.33 kg/m3，市場(chǎng)價(jià)12 元/kg計(jì)，則每1 m3增加微生物菌劑成本3.96 元。該車(chē)間1年可因縮短堆腐周期增產(chǎn)而增加毛利潤(rùn)63 768 元，去除新增加微生物菌劑成本6 680.5 元，使用此項(xiàng)技術(shù)每個(gè)車(chē)間可新增利潤(rùn)57 084.5 元。

3結(jié)論

在堆肥的初期加入微生物菌劑可以促進(jìn)堆肥腐熟，縮短堆制周期，這一點(diǎn)已被大多數(shù)學(xué)者證實(shí)[1]，然而在此問(wèn)題上一直存在爭(zhēng)議，一種觀點(diǎn)認(rèn)為堆肥原料中本身含有大量的微生物種類(lèi)和數(shù)量，只要環(huán)境條件適宜，就會(huì)快速增長(zhǎng)，而且添加的微生物又會(huì)增加堆肥成本和降低堆肥的營(yíng)養(yǎng)成分；而另一種觀點(diǎn)認(rèn)為向堆肥中添加微生物菌劑可以增加堆肥中有效的微生物數(shù)量，延長(zhǎng)堆肥高溫持續(xù)時(shí)間，加快堆肥中的有機(jī)物的分解，從而縮短堆肥進(jìn)程[9]。沈根祥等通過(guò)牛糞與秸稈高溫好氧堆肥，對(duì)添加微生物菌劑的堆肥處理與不添加微生物菌劑的常規(guī)堆肥處理進(jìn)行比較后認(rèn)為，添加微生物菌劑后，雖然堆肥產(chǎn)品年產(chǎn)量增加了20%，但是由于在目前微生物菌劑和堆肥產(chǎn)品的價(jià)格體系下，堆肥生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益并沒(méi)有隨之提高，導(dǎo)致其利潤(rùn)反而降低了28%[2]。本試驗(yàn)研究了微生物菌劑對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物堆腐效率、基質(zhì)育秧質(zhì)量及基質(zhì)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的影響。結(jié)果表明，在金針菇菇渣、酒糟等廢棄物組成的高溫好氧堆體中，添加微生物菌劑芽孢桿菌較不添加微生物菌劑提早腐熟8 d，每個(gè)基質(zhì)生產(chǎn)車(chē)間因提高堆腐效率而增產(chǎn)21.5%，扣除微生物菌劑成本后每個(gè)車(chē)間可新增利潤(rùn) 57 084.5元/年，并且水稻基質(zhì)育秧的主要質(zhì)量指標(biāo)達(dá)國(guó)家農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1534—2007《水稻工廠化育秧技術(shù)要求》中的壯秧標(biāo)準(zhǔn)（小苗）。在金針菇菇渣、酒糟等廢棄物組成的高溫好氧堆體中添加芽孢桿菌0.33 kg/m3，在1個(gè)面積為3 432 m2的基質(zhì)生產(chǎn)車(chē)間，每年可因縮短堆腐時(shí)間而增產(chǎn)21.5%，新增利潤(rùn)57 084.5 元。

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