孫春梅，曹希金，楊 艷，姜麗華

（1.濰坊市坊子區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 濰坊 261200；2.濰坊信譽(yù)環(huán)境工程有限公司，山東 濰坊 261051；3.濰坊市高密市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 濰坊 261500；4.濰坊市濰城區(qū)軍埠口綜合項(xiàng)目區(qū)管委會(huì)，山東 濰坊 261052）

1.引言

近年來隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，人民對(duì)于衣、食、住、行的要求日益提高，特別是對(duì)于飲食的方面更加講究，逐步從吃飽到吃好、從粗茶淡飯到美味佳肴進(jìn)行轉(zhuǎn)變，而這也直接影響到蔬菜農(nóng)產(chǎn)品需求量的增加，從而使得蔬菜的種植面積和產(chǎn)量呈不斷上升的趨勢(shì)，2018 年全國(guó)蔬菜（不含瓜果）種植面積約2043.89 萬hm2（3.066 億畝），年產(chǎn)量7.035 億t[1]。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織統(tǒng)計(jì)，我國(guó)蔬菜在收獲、采收后處理和貯存、加工包裝、運(yùn)輸和消費(fèi)等不同階段產(chǎn)生的折損比分別為10%、8%、2%、8%和15%，生產(chǎn)流通中的折損比為36.55%（FAO,2011）[2]，由此可知，2018 年我國(guó)蔬菜廢棄物的產(chǎn)生量約為2.57 億t，從FAO 提供的折損比也可以看出，蔬菜廢棄物產(chǎn)生環(huán)節(jié)主要集中在蔬菜的收獲、采收后處理以及消費(fèi)階段。蔬菜的消費(fèi)階段比較分散，且隨著垃圾分類處理的不斷推行，消費(fèi)階段產(chǎn)生的蔬菜廢棄物能夠得到很好的收集和處理，對(duì)環(huán)境的影響較小；而蔬菜的收獲和采收后處理主要集中在蔬菜主產(chǎn)區(qū)，目前這部分蔬菜廢棄物的處理方式主要是廢棄或焚燒，每到蔬菜換季時(shí)節(jié)大量蔬菜廢棄物在田間地頭隨意堆積，極易腐爛發(fā)臭，對(duì)周邊的地表水、地下水以及大氣環(huán)境造成一定污染，更影響了周邊人們的生活質(zhì)量。另一方面，據(jù)分析，蔬菜廢棄物中營(yíng)養(yǎng)豐富，以干基計(jì)算蔬菜廢棄物中的含氮量在3%左右，總磷含量為0.3%-0.5%，鉀含量為1.8%-5.3%，其營(yíng)養(yǎng)成分與常用的天然有機(jī)肥料相當(dāng)[3]，因此如果不對(duì)蔬菜廢棄物加以資源化利用而隨意拋棄是對(duì)資源的一種巨大浪費(fèi)。

針對(duì)蔬菜廢棄物的資源化利用，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行了大量大研究，形成了堆肥、“菜-飼-肥”和“菜-蟲-飼-肥”種養(yǎng)結(jié)合、“菜-炭-肥”還田改土、“菜-沼-肥”能源利用和“菜-菌-肥”綜合利用等多種資源化利用模式[4]，但蔬菜廢棄物產(chǎn)量季節(jié)變化大、收儲(chǔ)運(yùn)成本高等因素限制了其規(guī)?；l(fā)展的程度，因此因地制宜地發(fā)展蔬菜廢棄物資源化利用的方式顯得尤為重要。

坊子區(qū)黃旗堡街道西紅柿小鎮(zhèn)有番茄專業(yè)種植大棚3000畝，在年產(chǎn)番茄15000t 的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生約21000t 的番茄秸稈。據(jù)王鑫等[5]、徐蘇萌等[6]、胡曉婷等[7]的研究表明，番茄秸稈進(jìn)行堆肥處理后作為有機(jī)肥施入土壤中后可以在一定程度上改善番茄的品質(zhì)，這些研究為番茄秸稈堆肥回用提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。本文擬從當(dāng)?shù)貙?shí)際情況出發(fā)，通過改變堆肥原料配比來研究其對(duì)番茄秸稈堆肥的影響，旨在尋求簡(jiǎn)便低耗的處理方式，為當(dāng)?shù)胤呀斩挼馁Y源化利用提供一定的指導(dǎo)。

2.材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

番茄秸稈為坊子區(qū)黃旗堡街道番茄大棚內(nèi)收割后就地自然風(fēng)干三天后的秸稈。

菌渣為濰坊市玉泉洼種植專業(yè)合作市聯(lián)合社蘑菇種植后廢棄的蘑菇渣，并經(jīng)自然風(fēng)干處理。

玉米秸稈取自黃旗堡街道農(nóng)戶。

菌種選用濰坊某有限公司提供的C3009/C 型發(fā)酵菌。

2.2 試驗(yàn)方法及步驟

2.2.1 堆肥設(shè)施

用方木制作兩個(gè)L×B×H=0.5×0.5×1.2（m）的堆肥槽，槽體底部及四周均釘鋼絲網(wǎng)，在安全盛放堆肥物料的同時(shí)確保堆肥槽透氣良好。

2.2.2 物料配比及操作

表2 堆肥配料表

各物料按照表（2）的配比混合均勻后逐層壓實(shí)堆放于堆肥槽中，堆放高度1 m。在堆肥過程中，每隔七天將物料全部倒出、重新混合均勻后再填回各自的堆肥槽。

2.2.3 采樣方法

在堆肥槽四個(gè)角及堆肥中央處各取0.5 Kg，再以四分法縮分后取最終樣品約0.5 Kg 放入自封口袋中立即送至實(shí)驗(yàn)室。因樣品為有機(jī)物，如不能立即干燥處理，須放于4±2℃的冷藏室內(nèi)暫存。

2.2.4 分析方法

用插入型數(shù)顯溫度計(jì)對(duì)堆體中心部3 點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，取其平均值作為該堆體溫度。含水率的測(cè)定用105℃烘干法。pH 值的測(cè)定是將堆肥樣品與去離子水1∶5 混合，充分?jǐn)嚢璨㈧o置30分鐘后用pH 計(jì)測(cè)上清液的pH。全氮的測(cè)定采用凱氏定氮法。有機(jī)碳的測(cè)定采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法。

種子發(fā)芽率。測(cè)定方法如下：稱取5g 新鮮樣，按質(zhì)量體積比（g∶ml）1∶10 用去離子水浸提，震蕩2h，取浸提液離心后過濾，吸取10mL 濾液加到鋪有兩張濾紙的10cm 培養(yǎng)皿中，濾紙上約等距離放入30 粒小白菜籽。然后將培養(yǎng)皿放入25℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)三天，觀察各組種子的發(fā)芽率以及根部生長(zhǎng)情況，另外以蒸餾水代替濾液做參照試驗(yàn)，若試驗(yàn)組的發(fā)芽率為對(duì)照組的90%以上，且根的伸長(zhǎng)不受限制，則該堆肥可視為已達(dá)到腐熟程度。平行做三組，取其平均值。

3.結(jié)果與分析

3.1 堆肥溫度的變化

堆肥的溫度是好氧堆肥的關(guān)鍵參數(shù)，同時(shí)也是判斷堆肥是否達(dá)到無害化要求的重要指標(biāo)之一，其反映了堆肥系統(tǒng)中微生物代謝活動(dòng)產(chǎn)熱積累與散熱平衡[8]。

從圖1 溫度變化可知，兩組堆肥物料從堆肥開始溫度均迅速升高，并分別在第2、3 天進(jìn)入高溫分解階段（溫度＞50℃），堆體溫度大于50℃的天數(shù)分別為：1#樣在3～19d 共17 天，2#樣在2～16d 共15 天，均滿足了堆溫達(dá)到50～55℃以上并維持10d 以上的滅菌標(biāo)準(zhǔn)（GB7959-2012）。

在堆肥初期，2#堆體的升溫比1#堆體快、且2#堆體的溫度也比1#堆體的溫度高。究其原因應(yīng)該是因?yàn)?#堆體添加的菌渣中本身就有能夠促進(jìn)秸稈分解的微生物菌群，從而更好地促進(jìn)了秸稈的分解。從堆體高溫分解段持續(xù)的時(shí)間來看，1#堆體持續(xù)的時(shí)間比2#堆體持續(xù)的時(shí)間要長(zhǎng)，這也從另一個(gè)方面證實(shí)了菌渣的添加有利于秸稈的分解，縮短了堆肥時(shí)間。

3.2 堆肥過程中含水率的變化

在堆肥過程中，堆體的水分含量不但是維持微生物活性的重要因素，而且水分的蒸發(fā)散射對(duì)堆體的溫度還具有一定的調(diào)節(jié)作用，是好氧堆肥中需要控制的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。

從圖2 可以看出，堆肥初期堆體的含水率均有上升的趨勢(shì)，推測(cè)其原因可能為堆肥初期微生物活躍劇烈，導(dǎo)致有機(jī)物在分解過程中產(chǎn)生了部分水分，且堆體堆積得比較密實(shí)從而使得物料水分的蒸散速率小于分解產(chǎn)水率，從而造成含水率上升。在第一次翻堆時(shí)，沒有過于壓實(shí)堆體，翻堆后的體積比翻堆前大約15%，含水率上升的趨勢(shì)沒有再發(fā)現(xiàn)。

2#堆體的含水率一直比1#堆體的含水率要高，導(dǎo)致這一結(jié)果的原因可能有兩方面：一方面是2#堆體因?yàn)榫拇嬖趯?dǎo)致堆體比1#堆體更為密實(shí)，這在一定程度上影響了水分的散失；另一方面菌渣本身的保水性也遠(yuǎn)大于秸稈。

3.3 堆肥過程中pH 的變化

微生物只有在適宜的pH 條件下才能維持正常的活性，因此堆肥體系需要維持一定的pH 值范圍。由于本試驗(yàn)的目的是尋求一種簡(jiǎn)便低耗的堆肥方式，故在堆肥過程中未對(duì)pH 進(jìn)行人為干預(yù)。

從圖3 可以看出，在整個(gè)堆肥過程中兩組堆體的pH 均在5.5～8.5 之間，滿足《固體有機(jī)廢物堆肥化設(shè)備與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)要求。

堆肥過程中兩組堆體的pH 值均呈現(xiàn)下降后上升的趨勢(shì)，其原因應(yīng)該是在堆肥初期微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生大量有機(jī)酸從而導(dǎo)致pH 下降，等反應(yīng)進(jìn)入高溫階段后反應(yīng)產(chǎn)生的有機(jī)酸被最終分解成CO2和H2O，其中CO2逸出堆體、有機(jī)酸的酸度得以消除，同時(shí)含氮有機(jī)物經(jīng)微生物氨化和礦化作用水解成氨氮，使得pH 逐步升高，并最終保持基本穩(wěn)定。

3.4 堆肥過程中C/N 的變化

C/N 是判斷腐熟度的一個(gè)重要參數(shù)，未腐熟的堆肥駛?cè)胪寥酪蚱銫/N 比過高會(huì)發(fā)生爭(zhēng)奪土壤中氮元素的現(xiàn)象，導(dǎo)致“氮饑餓”，不利于植物生長(zhǎng)；C/N 比過低，氮元素超出微生物需要，則會(huì)產(chǎn)生氨中毒。普遍認(rèn)為，堆肥的C/N 值在20 以下，可認(rèn)為腐熟[9]。

從圖4 可以看出，在堆肥過程中兩組堆體的C/N 比均呈現(xiàn)隨時(shí)間變小的趨勢(shì)，并最終基本趨于穩(wěn)定。2#堆體的C/N 值比1#堆體的C/N 值下降速度更快，且提前約5 天低于20，最終2#堆體的C/N 值也比1#要低。這應(yīng)該也是因?yàn)?#堆體添加的菌渣中存在能夠促進(jìn)秸稈分解的微生物菌群，從而使得2#堆體有機(jī)物的分解更加迅速、更徹底。

從圖中可以看出，1#堆體在堆肥20 天后其C/N 值降低到20 以下，且20 天以后C/N 值變化很小，所以我們認(rèn)為在此次試驗(yàn)中1#堆體在20 天內(nèi)即達(dá)到腐熟狀態(tài)；2#堆體在堆肥15天后其C/N 值降低到20 以下，且15 天以后C/N 值變化不大，所以我們認(rèn)為在此次試驗(yàn)中2#堆體在15 天內(nèi)即達(dá)到腐熟狀態(tài)。

3.5 感官指標(biāo)

第一次翻堆時(shí)，大部分物料呈黃綠色或淡黃色，堆體底部和內(nèi)部的有少量白色菌絲、且2#堆體內(nèi)部的菌絲明顯多于1#堆體；堆體內(nèi)部物料表面有明顯的水汽，1#堆體體積均減少到初始的80%左右、2#堆體體積減少到初始體積的75%左右；兩組堆體均有少量臭味氣體散發(fā)；

第二次翻堆時(shí)，1#、2#堆體大部分物料變?yōu)榛液谏⒍洋w內(nèi)部物料變得疏松、干燥，堆體中有明顯的菌絲分布；1#堆體體積減少到初始體積的55%左右，2#堆體體積減少到初始體積的50%左右；兩組堆體均依然有臭味氣體散發(fā)、但比第一次翻堆時(shí)要小很多；

第三次翻堆時(shí)，兩組堆體的物料全部變?yōu)榛液谏?，整體變得疏松、易碎，無臭味，堆體體積相交第二次翻堆時(shí)變化不大；

第四次翻堆時(shí)，兩組堆體的物料全部變?yōu)榛液谏?，整體變得疏松、易碎，無臭味，堆體體積相交第三次翻堆時(shí)變化不大。

3.6 種子發(fā)芽率

由于堆肥產(chǎn)品最終是要最為有機(jī)肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，因而種子發(fā)芽率對(duì)認(rèn)為是一種簡(jiǎn)單有效的反應(yīng)堆肥產(chǎn)品毒性大小的腐熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)。

從圖5 可以看出，在堆肥開始前兩組堆肥的種子發(fā)芽率均在60%以上，而在第一次翻堆時(shí)兩組堆肥的種子發(fā)芽率均不足40%，當(dāng)腐熟之后的種子發(fā)芽率均在90%以上，這也直接證明了堆肥過程中抑制植物生長(zhǎng)的毒素物質(zhì)生成及消失。這也同時(shí)表明如果將秸稈直接埋地將會(huì)對(duì)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的負(fù)面作用，所以番茄秸稈的農(nóng)業(yè)回用最好是腐熟后在進(jìn)行。

4.結(jié)語

本試驗(yàn)在盡可能減少人為控制和干擾的情況下進(jìn)行了30d的堆肥試驗(yàn)，通過對(duì)溫度、含水率、pH、C/N、種子發(fā)芽率以及各種感官指標(biāo)的分析，獲得以下結(jié)論：

番茄秸稈在好氧堆肥時(shí)能夠達(dá)到GB7959-2012 固定的高溫滅菌標(biāo)準(zhǔn)，堆肥過程中含水率呈現(xiàn)小幅上升然后再逐步下降的趨勢(shì)。

堆肥過程中pH 呈小幅下降，然后再回升的趨勢(shì)，堆肥結(jié)束后其pH 在8 左右，滿足《固體有機(jī)廢物堆肥化設(shè)備與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)要求。

在初始堆肥C/N 在25 左右的情況下，堆肥結(jié)束后其C/N在19 左右。

在添加特種發(fā)酵劑的情況下，番茄秸稈為主料添加少許玉米秸稈在好氧堆肥的情況下，20d 即可腐熟，腐熟時(shí)間較短。有條件的情況下還可以在堆肥時(shí)添加適量菌渣，能夠在一定程度上縮短堆肥時(shí)間。

若番茄秸稈不經(jīng)腐熟直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)會(huì)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的抑制作用。

由上我們可以認(rèn)為，對(duì)番茄秸稈進(jìn)行好氧堆肥，是一種經(jīng)濟(jì)有效的番茄秸稈資源化利用方式，值得在番茄產(chǎn)區(qū)推廣使用。