蔡盡忠 林婉英 何少貴 朱 玲 易書營 王燕云*

（1廈門華廈學(xué)院檢驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)系，福建廈門 361024；2廈門市環(huán)境監(jiān)測工程技術(shù)研究中心，福建廈門361024）

我國是農(nóng)業(yè)大國，蔬菜作為重要的農(nóng)作物，僅2016年的產(chǎn)量就達(dá)到8.0 億 t（中華人民共和國統(tǒng)計(jì)局，2017），且每年以10%左右的速度增長（喻景權(quán)，2011）。蔬菜的高產(chǎn)也帶來了大量的蔬菜廢棄物，這些蔬菜廢棄物如果不經(jīng)過處理就隨意丟棄，容易變質(zhì)腐爛，污染環(huán)境。堆肥是人為利用細(xì)菌、真菌、放線菌等微生物將可生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)的過程，是一種無害化處理蔬菜廢棄物的方法，可使其得到有效的資源化利用（Yogev et al.，2010）。在蔬菜廢棄物堆肥中添加水分調(diào)節(jié)劑、疏松劑、pH調(diào)理劑、微生物菌劑等初始物料方面已經(jīng)有了大量的研究（Ke et al.，2010；勞德坤等，2015；Vandecasteele et al.，2016；常瑞雪 等，2017），但是對于起爆劑應(yīng)用于蔬菜廢棄物堆肥的研究卻鮮有報道（王麗英 等，2014）。

起爆劑是糖、蛋白質(zhì)以及微生物容易利用的化學(xué)物質(zhì)，可以增加堆肥起始期微生物的活性，使堆肥反應(yīng)的速度加快，達(dá)到“起爆”的效果（李國學(xué)和張福鎖，2000）。起爆劑的添加使堆肥中能被初期低溫微生物利用的營養(yǎng)物質(zhì)變得豐富，加快微生物的繁殖速度，從而加速堆肥化進(jìn)程（李國學(xué) 等，2003）。本試驗(yàn)以添加玉米秸稈輔料的蔬菜廢棄物作為原料，以葡萄糖作為起爆劑，探究添加起爆劑和微生物菌劑對蔬菜廢棄物堆肥過程中溫度、含水率、C/N、pH、電導(dǎo)率（EC）、發(fā)芽指數(shù)（GI）等方面的影響，從而為蔬菜廢棄物資源化利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

堆肥的原料為收集自廈門市集美區(qū)菜市場的芹菜、大白菜、胡蘿卜、花椰菜廢棄物，玉米秸稈輔料采自集美區(qū)農(nóng)田，物料性質(zhì)見表1。蔬菜廢棄物經(jīng)過4 d暴曬，使水分下降到70%～75%。蔬菜廢棄物和玉米秸稈輔料均經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎成1～2 cm小段。試驗(yàn)于2018年4～5月在廈門華廈學(xué)院檢驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)系微生物科研實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。起爆劑葡萄糖購自蘇州群龍化工有限公司。微生物菌劑由環(huán)境與公共健康微生物課題組分離自蔬菜廢棄物，主要為芽孢桿菌、放線菌、霉菌和酵母菌，活菌數(shù)為1.3×108CFU·g-1。

表1 堆肥原料的化學(xué)性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個處理：對照V0（蔬菜廢棄物+玉米秸稈）、V1（V0+微生物菌劑）、V2（V0+微生物菌劑+起爆劑）、V3（V0+起爆劑），起爆劑的添加量為10 g·kg-1（FW），微生物菌劑的添加量為0.5 g·kg-1（FW），每個處理3次重復(fù)。添加玉米秸稈是為了調(diào)節(jié)堆肥物料的C/N、水分含量以及原料孔隙率。所有處理的C/N都調(diào)節(jié)為25，含水率調(diào)節(jié)為60%左右。將充分混合好的物料在60 cm×50 cm×30 cm的泡沫箱中（每箱物料25 kg）進(jìn)行堆肥，通氣量為 0.1 L·min-1，且為連續(xù)通風(fēng)，每5 d翻堆1次。

1.3 采樣和測定方法

1.3.1 樣品的采集與保存 在堆肥過程的0、3、6、10、15、20、25、30 d取樣，分別于堆體的上、中、下層多點(diǎn)取樣，混合后分成3份，一份風(fēng)干粉碎后待用，一份用于測定含水率，一份存于4 ℃冰箱備用。

1.3.2 測定項(xiàng)目與方法 每天上午10：00和下午16：00用水銀溫度計(jì)測量堆體中心點(diǎn)的溫度，測量3次取平均值，同時測量環(huán)境溫度。將樣品在105℃烘箱烘干至恒重，測定含水率。樣品的全碳和全氮含量測定參照NY 525—2012有機(jī)肥測定標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行（中華人民共和國農(nóng)業(yè)部，2012），C/N=總碳含量/總氮含量。取10 g鮮樣，按樣品和去離子水1∶10（m/V）混合，在室溫下?lián)u床振蕩2 h后，過濾。分別用校準(zhǔn)過的梅特勒FE20K型pH計(jì)和瑞士萬通856型電導(dǎo)率測定儀測定濾液的pH值和電導(dǎo)率（EC）。移取濾液5 mL，加入到底部鋪有濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，以加入5 mL去離子水作為空白對照。每個培養(yǎng)皿內(nèi)放置20 粒黃瓜種子（園豐1號），置于 25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng) 3 d后，測定發(fā)芽種子數(shù)以及根長。每個處理3次重復(fù)。按照王若斐等（2017）的方法測定發(fā)芽指數(shù)（GI）。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進(jìn)行整理，用SPSS 18.0軟件進(jìn)行方差分析和差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過程中溫度的變化

堆體溫度是判斷堆肥是否已經(jīng)達(dá)到無害化要求的重要參數(shù)之一，也是影響堆肥品質(zhì)的重要指標(biāo)（龔建英 等，2012）。整個堆肥過程的溫度變化如圖1所示，4個處理的溫度都呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，最終下降到跟環(huán)境接近后趨于穩(wěn)定。對照V0在堆肥后9 d溫度達(dá)到了最高溫度53.8 ℃，整個堆肥過程沒有達(dá)到溫度≥55 ℃的高溫階段溫度要求。添加了起爆劑和（或）微生物菌劑的處理均達(dá)到了高溫階段溫度要求，與對照差異顯著。處理V1、V2、V3分別在堆肥后的8、5、6 d達(dá)到了最高溫度68.8、72.5 ℃和67.8℃，并且維持在60 ℃以上的高溫天數(shù)分別為10、12、9 d。在升溫速率、最高溫度和高溫天數(shù)方面，V2＞V1＞V3處理，說明同時添加起爆劑和微生物菌劑的處理堆肥效果最好。在降溫期，V0、V1、V3處理趨于一致，V2處理溫度達(dá)到穩(wěn)定低溫的時間比其他處理提前2 d，說明同時添加起爆劑和微生物菌劑可以加快蔬菜廢棄物堆肥化進(jìn)程，縮短堆肥周期。

圖1 堆肥過程中溫度的變化

2.2 堆肥過程中含水率的變化

水分可以反映微生物的活躍程度，微生物的代謝需要消耗大量的水分，使水分急劇減少；同時，微生物的代謝也會使堆肥的溫度升高，加快水分的蒸發(fā)。由圖2可知，各處理的堆肥水分均呈現(xiàn)下降趨勢。在堆肥開始的0～3 d，水分下降速率中等，3～10 d水分下降速率加快，之后變慢。3～10 d水分快速下降可能與微生物快速繁殖、堆肥溫度高使水分蒸發(fā)加快有關(guān)。從各處理含水率總體下降幅度可以看出，堆肥過程中V0、V1、V2、V3處理的水分下降幅度分別為11.1%、23.1%、26.4%和18.4%，V1、V2、V3處理的水分下降幅度明顯高于V0，說明添加起爆劑和（或）微生物菌劑有利于降低蔬菜廢棄物堆肥的含水率，使堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)提高。結(jié)合圖1可知，V2處理由于堆肥時溫度較高，高溫天數(shù)也較長，水分下降幅度明顯大于V1和V3處理，進(jìn)一步說明同時添加起爆劑與微生物菌劑的處理比只添加起爆劑或微生物菌劑的處理更有利于降低蔬菜廢棄物堆肥的含水率，從而獲得較低水分含量的堆肥產(chǎn)品。

圖2 堆肥過程中含水率的變化

2.3 堆肥過程中C/N的變化

微生物在生長代謝過程中碳源被利用，最終以CO2形式排出，氮源則作為合成微生物細(xì)胞原料而留在堆肥中，因此在堆肥的過程中C/N逐漸下降（殷士學(xué)，2012）。由圖3可知，隨著堆肥的進(jìn)行，各處理的C/N都逐漸下降，下降幅度表現(xiàn)為V2＞V1＞V3＞V0，V0處理在整個堆肥過程的C/N比一直明顯高于其他處理。堆肥結(jié)束后V0、V1、V2和V3處理的C/N分別為20.31、17.93、16.58和18.52，V2與V1、V3處理具有顯著性差異。說明同時添加起爆劑與微生物菌劑處理最有利于降低蔬菜廢棄物堆肥的C/N，提高堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)，避免堆肥產(chǎn)品施用后與農(nóng)作物出現(xiàn)爭氮問題。

圖3 堆肥過程中C/N的變化

2.4 堆肥過程中pH值和EC值的變化

pH為中性或者弱堿性的條件下最適合微生物生長，pH太高或者太低都會影響堆肥化進(jìn)程。如圖4所示，在堆肥的前6 d各處理pH值均快速升高，之后緩慢下降，最后逐漸趨于穩(wěn)定。堆肥結(jié)束時，V0、V1、V2和V3處理的pH值分別為8.61、8.48、8.38和8.46，添加起爆劑和（或）微生物菌劑的處理的pH值均低于對照V0，且V2處理最低。各處理的pH在堆肥過程中均處于適宜微生物生長的范圍內(nèi)。

電導(dǎo)率與堆體中可溶性鹽含量成正比，可溶性鹽含量過高會對作物產(chǎn)生毒害作用，當(dāng)EC值高于4.0 mS·cm-1時會抑制作物生長（鮑士旦，2000）。由圖5可知，各處理的前期EC值先緩慢降低，但降幅不大，中期快速升高，最后趨于穩(wěn)定。V0、V1、V2和V3處理最終EC值分別為3.47、3.58、3.56 mS·cm-1和3.51 mS·cm-1，各處理之間差異不顯著，均處于適宜作物生長的EC值范圍內(nèi)（＜4.0 mS·cm-1）。

圖4 堆肥過程中pH值的變化

圖5 堆肥過程中EC值的變化

2.5 堆肥過程中發(fā)芽指數(shù)的變化

堆肥的最終目的是無害化處理蔬菜廢棄物，使其得到有效的資源化利用，因此僅用物理化學(xué)指標(biāo)來評價堆肥的質(zhì)量是不夠的，發(fā)芽指數(shù)是評價堆肥質(zhì)量最直接的指標(biāo)，一般認(rèn)為GI＞80%表示堆肥完全腐熟，對作物沒有毒性（Tiquia et al.，2002）。由圖6可知，堆肥過程中各處理的GI逐漸增大，V1、V2和V3處理的GI增加速率明顯高于V0處理，說明添加起爆劑和（或）微生物菌劑的處理比對照能更快得到腐熟的堆肥產(chǎn)品。至堆肥結(jié)束，V0、V1、V2和V3處理最終GI分別為52.8%、87.4%、96.7%和78.2%，僅V1、V2處理的堆肥產(chǎn)品達(dá)到完全腐熟程度，V0、V3處理的堆肥產(chǎn)品未達(dá)到完全腐熟。V2處理在堆肥15 d后的GI達(dá)到84.7%，最先進(jìn)入腐熟期，堆肥結(jié)束后GI值為96.7%，其他處理均未達(dá)到90%，說明同時添加起爆劑和微生物菌劑有利于加快蔬菜廢棄物堆肥的腐熟進(jìn)程，縮短堆肥周期。

圖6 堆肥過程中發(fā)芽指數(shù)的變化

3 結(jié)論與討論

為了研究起爆劑和微生物菌劑對蔬菜廢棄物堆肥效果的影響，以蔬菜廢棄物加玉米秸稈為對照，設(shè)置添加起爆劑、微生物菌劑，以及二者同時添加對堆肥過程中溫度、含水率、C/N、pH、電導(dǎo)率（EC）、發(fā)芽指數(shù)（GI）的變化，研究發(fā)現(xiàn)：

① 與對照V0相比，添加起爆劑或微生物菌劑的各處理均能提高堆體的溫度，使堆體溫度達(dá)到≥55 ℃的高溫階段溫度要求，降低含水率和C/N，提高發(fā)芽指數(shù)，縮短堆肥周期，提高堆肥產(chǎn)品品質(zhì)。

② 同時添加起爆劑和微生物菌劑的處理在堆體升溫速率、最高溫度、高溫天數(shù)、含水率降幅、降低C/N、提高發(fā)芽指數(shù)方面均優(yōu)于其他處理。在pH值和EC值變化方面，4種處理差異不顯著?？傮w堆肥效果表現(xiàn)為：V2＞V1＞V3＞V0。

本試驗(yàn)僅比較了添加起爆劑和微生物菌劑對蔬菜廢棄物堆肥效果的影響，今后應(yīng)進(jìn)一步深入研究起爆劑、微生物菌劑適宜的添加量，以及聯(lián)合其他添加劑來進(jìn)一步提高蔬菜廢棄物堆肥效果，更好地實(shí)現(xiàn)蔬菜廢棄物資源化利用。