王 璐，楊淑芳，林志魁，區(qū)仲甜

（中山市海棗椰風景園林工程有限公司，廣東 中山 528400）

人體排泄物里含有寄生蟲、致病細菌和其他微生物，可引起傷寒、腹瀉、血吸蟲病等多種疾病傳播。在我國，尤其在休閑農(nóng)業(yè)園區(qū)，遠離城市，沒有市政管道相連，其人體排泄物只經(jīng)過簡單處理甚至沒有處理就排放到河流等水體中，造成環(huán)境污染，導致休閑農(nóng)業(yè)園蚊蠅滿地，氣味刺鼻，在雨天環(huán)境情況更為惡劣，嚴重影響經(jīng)濟和生態(tài)效益。

休閑農(nóng)業(yè)園區(qū)在養(yǎng)護過程中會產(chǎn)生大量的草坪修剪物、雜草、喬灌木修剪物、枯枝落葉等園林綠化廢棄物［1］。目前國內(nèi)大部分休閑農(nóng)業(yè)園區(qū)的園林綠化廢棄物仍然采用焚燒或填埋等途徑，不僅污染環(huán)境，且造成資源浪費［2］。園林綠化廢棄物中碳素含量較高而氮素含量相對較低，其主要成分以有機質(zhì)為主，多為木質(zhì)素、纖維素、半纖維等難降解物質(zhì)，如將其進行單獨堆肥存在周期長、效率低及難度大等問題。園林綠化廢棄物與動物糞便等堆肥方面的研究已有報道［3-4］，但以休閑農(nóng)業(yè)園區(qū)人體排泄物與園林綠化廢棄物堆肥的研究尚未見報道。由于人體排泄物的氮素含量較高，針對園林綠化廢棄物與人體排泄物的特性，本試驗探究兩者不同的混合比例及添加堆肥菌劑，以期實現(xiàn)休閑農(nóng)業(yè)園兩種廢棄物的最大化利用，并獲得較好的堆肥產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗采用廣東省中山市海棗椰風景園林工程有限公司自主研發(fā)的發(fā)明專利“一種新型休閑農(nóng)業(yè)園區(qū)人體排泄物處理裝置”（已授權實用新型專利，專利號：201610766867.7，圖1）反應器處理后的糞便渣和園林綠化廢棄物為試驗材料。園林綠化廢棄物取自中山市酷酷樂奇果叢林休閑農(nóng)業(yè)園的枯枝落葉、雜草、喬灌木修剪枝等，將園林綠化廢棄物粉碎為粒徑1～2 cm，該園區(qū)常見的植物有刺果番荔枝、無花果、雞蛋花、風鈴木等。園林綠化廢棄物和糞便渣的理化性質(zhì)見表1。微生物堆肥菌劑購自附近的農(nóng)資店。

1.2 試驗方法

試驗于2016年5月在中山市酷酷樂奇果叢林休閑農(nóng)業(yè)園進行，設4個堆肥處理，分別為：T1，園林綠化廢棄物與糞便渣按1∶2混合不加菌劑；T2，園林綠化廢棄物與糞便渣按1∶2混合加菌劑；T3，園林綠化廢棄物與糞便渣按3∶5混合不加菌劑；T4，園林綠化廢棄物與糞便渣3∶5混合加菌劑。菌劑按每30 m2物料加1 kg菌劑混合均勻。

圖1 “一種新型休閑農(nóng)業(yè)園區(qū)人體排泄物處理裝置”結構圖

表1 堆肥材料的理化性質(zhì)

堆肥前，各處理水分調(diào)至65%左右，pH值6.7左右，在堆肥槽中堆成長3 m×寬2 m×高1 m堆體。采用好氧堆肥，人工翻堆的方式，從堆肥開始到溫度上升到60℃左右進行第1次翻堆，其后每隔3 d翻堆1次，到溫度降至38℃左右每隔7 d翻堆1次至堆肥腐熟。堆肥過程中，每天上午10：00、下午15：00分別測定堆體的中部溫度和pH，取平均值，并觀察氣味和顏色的變化。堆肥過程持續(xù)40 d，分別在堆肥1、3、5、12、18、25、30、40 d取樣測定相關指標，每次取樣每層多點取樣混合，并采用3個平行樣進行分析。

1.3 測定指標及方法

溫度：用水銀溫度計進行測量，采用多點測量，測量堆體上、中、下部位溫度，后取平均值。

pH值、EC值與全氮：樣品與去離子水按1∶5（W/V）比例混合，放于搖床上連續(xù)震蕩3 h，取浸提液2 000 r/min離心分離20 min，再經(jīng)濾紙過濾得浸提液待用，使用pH計、電導率儀、H2SO4-H2O消煮-凱氏定氮法測定pH值、EC值與全氮。

堆肥對種子發(fā)芽指數(shù)（GI）：把2張大小合適的定性濾紙放入培養(yǎng)皿中，均勻放入30粒耳葉決明種子，用移液管吸取10 mL浸提液加入培養(yǎng)皿中，放置于25℃下培養(yǎng)箱，黑暗培養(yǎng)48 h，以去離子水為空白對照，3次重復。調(diào)查計算發(fā)芽率、根長，計算發(fā)芽指數(shù)（GI）：

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007和Spass 18.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 堆肥過程中溫度的變化

堆肥過程中溫度變化是影響微生物活性的重要因素，是評價堆肥是否腐熟的重要參數(shù)之一，一般堆體在50℃以上持續(xù)5～6 d，有助于殺死堆肥原料中有害微生物和分解有毒物質(zhì)，最終可使堆肥達到無害化和腐熟［5-6］。由圖2可知，各處理堆肥過程中溫度變化都經(jīng)歷升溫、高溫、降溫及達到穩(wěn)定4個階段，且均在高溫階段（50℃以上）持續(xù)了14 d，其中處理T3升溫最快，在堆肥3 d達到最高溫66℃，T2和T4的最高溫度明顯小于T1和T3，說明添加菌劑有利于控制堆肥過程中溫度過高，這可能是由于堆肥菌劑的快速繁殖抑制了熱細菌類的生長；堆體的最高溫度T1＜T3、T2＜T4，表明處理T3、T4的配比優(yōu)于T1和T2，這可能是處理T3、T4的C/N比T1和T2更有利于堆體溫度的升高；穩(wěn)定階段處理T4的堆肥溫度最低，且較早腐熟，說明堆肥菌劑和合理的原料配比有利于堆肥的快速腐熟。隨著堆肥溫度的下降，40 d后堆肥溫度接近室溫，表明各處理已經(jīng)達到腐熟要求。

圖2 堆肥過程中溫度的變化

2.2 堆肥過程中pH的變化

pH值大小對堆肥微生物生長有重要影響，不但影響微生物的活性強度，同時影響礦物質(zhì)的氧化還原和分解［7］。一般pH值在6.7～9.0范圍內(nèi)堆肥微生物活性較高［8］，而堆肥在腐熟階段呈弱堿性，此時pH值在8.0～9.0范圍內(nèi)［9］。由圖3可知，各處理pH值變化趨勢相似，在堆肥過程中都經(jīng)歷升高-降低-升高，最終基本穩(wěn)定在8.0～8.4之間，均達到了堆肥腐熟的標準。其中，在堆肥5 d升溫期，各處理pH值快速升高，由于微生物分解了原料中的有機物產(chǎn)生了 NH4+［10］，處理 T1、T2的 pH 值明顯小于 T3和T4，表明糞便渣比例的增大提高了堆肥中有機物分解產(chǎn)生較高的氨，而pH值表現(xiàn)為處理T1＞T2、T3＞T4，說明菌劑降低了堆肥中的 pH 值，也就是在堆肥過程中減少了氨的揮發(fā)，從而提高堆肥的肥效［11］；堆肥5 d后各處理的pH值均下降，可能是由于這階段堆肥中氨揮發(fā)、硝化細菌產(chǎn)生較多的H+及小分子有機酸產(chǎn)生等的原因［12］，因而在pH值下降的過程中有加菌劑的處理T2、T4的pH值分別低于T1和T3。

圖3 堆肥過程中pH值的變化

2.3 堆肥過程中電導率的變化

圖4 堆肥過程中EC值的變化

電導率（EC）是評價堆肥安全性的重要指標，其大小與堆肥浸提液的含鹽量相關，EC值越高則堆肥含鹽量越多，有研究表明EC值超過4 000 μS/cm易造成堆肥鹽化而抑制植物的生長［13］。由圖4可知，各處理在堆肥過程中EC值均在1 900 μS/cm以下，符合無害標準，不會對植物產(chǎn)生毒害機理。其中，在堆肥0～5 d的高溫階段，各處理EC值均呈下降趨勢，這是由于有機物的大量降解使得NH3、CO2等氣體的揮發(fā)以及胡敏酸、腐殖質(zhì)含量的增加所致［12］；處理T1、T2各時間點的EC值均小于T3和T4，這是由于糞便渣比例越高，使C/N降低，從而EC值越高［14］；各時間點的 EC 值 T1＞T2、T3＞T4，即添加堆肥菌劑處理的EC值均小于無菌劑的處理，其原因可能是由于在堆肥過程中添加菌劑的生物活性更激烈，產(chǎn)生較多腐殖質(zhì)，致EC值較低［15］。在堆肥后期，各處理的EC值均呈升高趨勢，是由于隨著有機質(zhì)分解產(chǎn)生大量礦質(zhì)鹽分、有機酸分子等致使EC值逐漸升高［16］。

圖5 堆肥過程中全氮含量的變化

2.4 堆肥過程中全氮含量的變化

堆肥中氮素含量影響堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量，氮素是植物生長過程中重要的營養(yǎng)元素。如果堆肥過程中處理方式不當，會造成氮素損失較多，致使堆肥嚴重缺氮，將這種缺氮的堆肥施用于土壤中，不僅肥效不高，而且還會奪取土壤中的氮素，從而導致土壤營養(yǎng)的失衡［17］。一般而言，在堆肥的過程中氨氣的揮發(fā)會使得氮素損失，全氮減少。由圖5可知，各處理的氮素含量總體呈上升趨勢，其中堆肥0～12 d各處理的全氮含量迅速上升，這一方面是由于微生物在這期間活動激烈，使得大量CO2和有機物礦化的損失及H2O的產(chǎn)生，另一方面是由于氮素的降解速率小于碳素的降解速率；堆肥12 d后各處理全氮含量均呈先下降后上升再下降趨勢，可能是因為高溫及pH的作用，造成氨大量揮發(fā)，使得全氮下降。而上升階段則是由于堆肥進入降溫期，氨的損失減少，使得總氮含量上升。在各時間段中，處理T1的全氮含量均小于T2，T3小于T4，這是由于處理T2、T4加入了菌劑，使得堆肥中有機質(zhì)降解導致“濃縮效應”的加劇，從而使堆肥全氮含量增加。處理T1、T2全氮含量均小于T3和T4，這是由于糞便渣的增加，使堆肥的氮含量也隨著增加。

2.5 堆肥過程中種子發(fā)芽指數(shù)的變化

堆肥過程中會產(chǎn)生對植物有害作用的有機分解中間產(chǎn)物，如多酚、NH3和腐殖酸等，對植物生長起抑制作用，隨著堆肥的進程，這些有害物質(zhì)逐漸被降解。通過種子對堆肥毒性的敏感性測定，不但可以檢測堆肥中毒性產(chǎn)物的發(fā)展，而且能有效檢驗堆肥腐熟度［18］。種子的發(fā)芽指數(shù)（GI）是測定堆肥腐熟度的重要指標之一，通常認為GI＞50%對種子基本無毒害且堆肥已達到腐熟，GI＞80%說明堆肥的植物毒性完全消失且堆肥完全腐熟［19］。由圖6可知，4個處理的耳葉決明種子GI值變化趨勢基本相同，均呈先升后降再升的變化趨勢，其中在堆肥0～3 d各處理的GI值呈上升趨勢；堆肥3～12 d，各處理GI值呈下降趨勢，這是由于在這堆肥升溫期，有機物被微生物降解產(chǎn)生大量有機酸和銨離子等抑制決明種子發(fā)芽；至堆肥25 d，各處理GI值大于50%，說明這時期基本腐熟；堆肥30 d，各處理GI值大于80%，表明這時堆肥完全腐熟。堆肥18 d后，GI值表現(xiàn)為處理T2＞T1、T4＞T3，且T3＞T1、T4＞T2，說明園林綠化廢棄物與糞便渣的比例以及有無添加菌劑影響堆肥的腐熟周期，這與馮紅梅等［20］的研究結果一致。

圖6 堆肥過程中種子發(fā)芽指數(shù)的變化

3 結論

有研究表明，堆肥材料含水量必須在50%以上，但當含水量過高時會造成起始升溫慢，微生物生成率低［21］。休閑農(nóng)業(yè)園的糞池中含水量較高，本試驗利用經(jīng)過處理的糞便渣，減少了含水量，從而便于堆肥前將堆體含水量控制在65%左右。將園林綠化廢棄物與糞便渣混合配比堆肥，不同比例混合對于堆肥效果具有顯著影響，其中與園林綠化廢棄物與糞便渣按3∶5的質(zhì)量比混合堆肥較好。在園林綠化廢棄物與糞便渣適合的比例基礎上，加入菌劑有利于縮短堆肥的周期，減少有害物質(zhì)，促進堆體的全氮含量的增多，提高種子的發(fā)芽指數(shù)。為了實現(xiàn)園林綠化廢棄物與糞便渣的最大化處理，并獲得較好的堆肥效果，建議選用T4處理，即園林綠化廢棄物與糞便渣3∶5混合加入菌劑，菌劑按30 m2物料加入1 kg菌劑混合進行堆肥。堆肥結束時，各處理的溫度。pH、EC、全氮及GI值均符合堆肥腐熟的標準，對決明種子發(fā)芽無毒害作用，且達到了腐熟。

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