劉宇　席運官　高麗　和麗萍　李麗娜　楊濤明

摘要：為滿足有機農(nóng)業(yè)相對閉環(huán)的物質(zhì)循環(huán)體系對有機肥的需求，對有機種植背景下蔬菜廢棄物的堆肥效果進行初步研究。采用腐殖土和鴿子糞堆肥，并用10%、20%和30%的有機蔬菜廢棄物對腐殖土進行替換。結(jié)果表明，20%和30%廢棄蔬菜替代量堆肥處理組的速效養(yǎng)分與對照組相比均有所提高;堆肥結(jié)束后剩余總養(yǎng)分含量隨蔬菜廢棄物添加比例的提高而逐漸增加，表現(xiàn)為30%廢棄蔬菜替代量處理組>20%廢棄蔬菜替代量處理組>10%廢棄蔬菜替代量處理組>對照組;新鮮蔬菜廢棄物添加比例越高，有機質(zhì)含量下降幅度越大，其中30%廢棄蔬菜替代量處理組下降幅度最大，與堆肥前相比有機質(zhì)含量下降38.1%。

關(guān)鍵詞：有機農(nóng)業(yè);蔬菜廢棄物;堆肥;有機肥;堆肥養(yǎng)分

中圖分類號：S141.4;X712文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2021）01-0182-04

作者簡介：劉宇（1992—），女，黑龍江哈爾濱人，碩士，主要從事重金屬污染土壤修復(fù)研究。E-mail：1520079591@qq.com。

通信作者：席運官，博士，研究員，主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境保護與有機農(nóng)業(yè)研究。E-mail：xyg@nies.org。

現(xiàn)代常規(guī)農(nóng)業(yè)雖然大大加快了勞動生產(chǎn)效率，但因大量農(nóng)藥化肥使用所帶來的問題逐漸走入困境，其給生態(tài)環(huán)境和土地持續(xù)生產(chǎn)力所帶來的負面影響正受到越來越多的關(guān)注。在這種背景下，有機農(nóng)業(yè)逐漸走入大眾的視線[1-2]。與現(xiàn)代常規(guī)農(nóng)業(yè)不同，有機農(nóng)業(yè)提倡封閉體系中的內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)，過程中不添加外來化學(xué)產(chǎn)品，這在改善生態(tài)環(huán)境以及保障食品安全上有重要的意義。

我國是蔬菜生產(chǎn)大國，其產(chǎn)值在種植業(yè)中僅次于糧食[3]。近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，采用有機模式種植蔬菜的面積逐年增多。截至2018年，有機蔬菜生產(chǎn)面積達到了4.2萬hm2，同期處于轉(zhuǎn)換期的蔬菜生產(chǎn)面積為2.6萬hm2[4]。與此同時，大量的蔬菜廢棄物所帶來的環(huán)境問題日趨嚴重，而且蔬菜廢棄物無法及時利用，也造成了資源的極大浪費。有研究表明，目前解決蔬菜廢棄物問題的有效途徑是堆肥處理[5]。張相鋒等用蔬菜廢棄物、石竹和雞舍廢物進行堆肥，20d后獲得的堆肥品質(zhì)良好[6];王亞利等發(fā)現(xiàn)，施用蔬菜廢棄物堆肥的雞毛菜，相較于施用商品有機肥的雞毛菜，株高和葉面積都有顯著增加，且其中的氮、磷、鉀、鈣和鎂元素的含量也有顯著提高[7]。有機農(nóng)業(yè)須要在一個相對閉環(huán)的體系里進行物質(zhì)循環(huán)，且有機生產(chǎn)中所需物質(zhì)的全部或大部分均來自有機農(nóng)場[8]。目前，我國有機種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)分離，依靠有機種植業(yè)內(nèi)部養(yǎng)分循環(huán)往往很難滿足生產(chǎn)需求，外購的商品有機肥或畜禽糞便作為主要養(yǎng)分來源，須通過有機認證或經(jīng)認證機構(gòu)許可。研究有機農(nóng)場蔬菜廢棄物堆肥化，既可以解決廢棄蔬菜所帶來的污染問題，同時也保證了有機農(nóng)業(yè)對于有機肥原料來源的要求，實現(xiàn)有機農(nóng)業(yè)封閉體系的物質(zhì)循環(huán)，為有機農(nóng)業(yè)的發(fā)展注入新的動力。

1材料與方法

1.1試驗地點和供試材料

試驗于2019年4—7月在云南省昆明市盤龍區(qū)滇源街道有機種植基地內(nèi)進行，試驗地位于25°29′N，102°87′E，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均降水量為1000.5mm，年平均氣溫為14.9℃。

本次試驗堆肥原料為鴿子糞，有機生產(chǎn)廢棄蔬菜和腐殖土。腐殖土采集于附近山林，含腐爛的枯枝落葉的表層土。有機生產(chǎn)廢棄蔬菜是生產(chǎn)過程中不符合產(chǎn)品標準而廢棄的蔬菜，切成長為5cm左右的小段用于堆肥試驗。各堆肥原料基本性質(zhì)見表1。微生物菌劑采用河南省沃寶生物科技有限公司提供的堆肥專用微生物菌劑（有效微生物含量≥1×1010個/g）。

1.2堆肥試驗

堆肥試驗始于2019年4月30日，在有機種植基地的堆肥廠進行。堆肥廠采用的堆肥配方為鴿子糞和腐殖土（質(zhì)量比為1∶[KG-*3]1）。本試驗采用不同量的廢棄蔬菜對腐殖土進行替換，具體堆肥配方如表2所示。每個堆肥處理用料共計400kg。各處理堆制時，將鴿子糞、腐殖土和蔬菜廢棄物按表2設(shè)置的比例分別充分混勻。稱取40g菌劑干粉，與20kg水充分混勻后，在堆肥混勻過程中均勻噴施到堆肥材料中。微生物菌劑添加量為0.01%（質(zhì)量比），使堆體微生物含量不低于106個/g。添加微生物菌劑后，將堆體的含水量調(diào)至65%左右，充分攪拌均勻。采用靜態(tài)高溫堆腐，堆制成基座約2m寬、1.5m高的圓錐體。堆肥過程中，每3d進行1次翻拋，堆肥周期為68d。堆肥過程中，分別在第7、第21、第49、第63天收集堆肥樣品。將堆體平均分為上、中、下3層，每層每次采樣選擇3個點，每個點從堆肥外層和內(nèi)層各取約200g樣品，混勻。將堆肥樣品風(fēng)干磨細后，分別過100目和20目篩用于理化性質(zhì)的測定。

1.3測定項目

堆肥溫度測定：每天09：00采用熱電偶雙金屬溫度計（型號：wb-036）從堆體四周垂直插入（距離地面30cm），記錄堆體溫度，所得平均值為最終堆體溫度。

含水率的測定采用105℃烘干稱質(zhì)量法。有機肥樣品養(yǎng)分含量采用NY[KG*3]525—2012《有機肥料》的方法測定?？偟坎捎冒胛⒘縿P氏定氮法測定;總磷含量采用鉬銻抗顯色法測定;堿解氮含量采用堿解擴散法測定;速效磷和有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化法測定。總鉀和速效鉀含量采用原子吸收光譜儀測定。碳氮比（C/N）計算方法為總碳與總氮的比例。

1.4數(shù)據(jù)分析

利用Excel2017和SPSS19.0進行數(shù)據(jù)處理分析，采用OriginPro2016繪制圖片。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理堆肥過程中溫度的變化特征

微生物在堆肥過程中通過新陳代謝分解有機物，產(chǎn)生大量的熱，使堆體溫度升高[9]，在微生物的作用下，堆體會經(jīng)歷升溫、高溫和降溫等3個階段[10-11]。可借助堆肥溫度的變化判斷堆肥進程。如圖1所示，各處理堆體的溫度總體變化趨勢相似。本試驗中4個處理升溫階段較短。堆置第2天，4個處理堆體的溫度均迅速上升至50℃以上。GB7959—2012《糞便無害化衛(wèi)生要求》中規(guī)定，糞便無害化須要維持發(fā)酵溫度50℃以上超過5d。GMA、GMB、GMC和GMD處理堆體溫度超過50℃的天數(shù)分別為31、29、30、30d，結(jié)果表明，本試驗堆肥處理均符合堆肥的標準。有研究表明，一些病原微生物會在堆肥溫度高于55℃時死亡[12]。GMA、GMB、GMC和GMD處理堆體溫度超過55℃的天數(shù)分別為23、20、23、21d。

2.2不同處理堆肥過程中pH值的變化特征

堆肥過程中，堆體的pH值變化會受到微生物分解活動的影響。如圖2所示，本試驗堆肥過程中，4個處理的pH值均呈弱堿性，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。前人研究發(fā)現(xiàn)，pH值升高是由于有機氮被微生物分解后形成銨態(tài)氮所致[13]。而堆肥中后期，微生物礦化作用減弱，硝化細菌開始活躍，將銨態(tài)氮通過硝化作用轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮，pH值降低。廢棄蔬菜中含有大量的有機氮，本研究發(fā)現(xiàn)，隨著廢棄蔬菜添加比例的升高，堆體的pH值也逐漸升高。蔬菜廢棄物添加量為30%的GMD處理在堆肥各階段，pH值均明顯高于其他3個處理。添加量為20%的GMC處理次之。而添加量為10%的GMB處理與GMA處理在堆肥各階段pH值沒有明顯差異。這可能是由于蔬菜添加量較少，對堆肥過程中的pH值影響不大造成的。

2.3不同處理堆肥過程中有機質(zhì)含量的變化特征

有機質(zhì)的分解可以為微生物生長繁殖、新陳代謝提供能量[14]，有機物在微生物的作用下最后會轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定腐殖質(zhì);一般而言，隨著堆肥的進行，有機質(zhì)含量會逐漸下降，且其降解過程主要集中在高溫階段[15-16]。如圖3所示，堆肥過程中各處理有機質(zhì)含量均呈下降趨勢。與起始堆肥相比，堆肥結(jié)束后GMA、GMB、GMC和GMD處理有機質(zhì)含量分別降低31.6%、33.3%、37.0%、38.1%，GMA的有機質(zhì)含量最高，其次是GMB、GMC和GMD處理。隨著新鮮廢棄蔬菜添加比例的提高，有機質(zhì)含量下降比例越高。新鮮廢棄蔬菜中含有大量的易分解有機物，在好氧堆肥過程中被微生物降解，導(dǎo)致堆肥有機質(zhì)含量下降較高。堆肥結(jié)束后，GMA、GMB、GMC和GMD處理有機質(zhì)含量（以干基計）分別為27.4%、25.7%、24.6%、22.4%。

2.4不同處理堆肥過程中速效養(yǎng)分含量的變化特征

如圖4-A和圖4-B所示，堆肥過程中堿解氮和速效磷的含量總體呈先升高后降低的趨勢。前20d呈上升趨勢，可能是由于堆肥初期堆肥溫度逐漸升高，含氮和含磷有機物礦化增加造成的[17]。隨著堆肥的進行，有機氮和有機磷含量的減少，以及微生物的同化作用導(dǎo)致后期堿解氮和速效磷含量逐漸減少[18]。堆肥結(jié)束后，GMD處理的堿解氮和速效磷含量最高，GMC處理的次之;與對照處理GMA相比，GMD和GMC處理堿解氮含量分別提高了8.31%、2.77%，速效磷含量分別提高了196.6%、94.1%;GMB處理與GMA處理堿解氮和速效磷含量均無明顯差異。

鉀作為植物生長發(fā)育過程中不可缺少的營養(yǎng)元素之一，可以激發(fā)酶的活性，然后通過酶催化植物體內(nèi)的蛋白合成、光合作用等生命活動[19]。如圖4-C所示，堆肥過程中速效鉀含量的變化趨勢與堿解氮和速效磷不同。隨著堆肥的進行，4個處理速效鉀含量均呈增加的趨勢。在各個采樣時間段，GMD和GMC速效鉀的含量均明顯高于GMA和GMB處理。堆肥結(jié)束后，GMD和GMC處理的速效鉀含量分別比對照處理提高了57.4%、31.3%。

2.5不同處理堆肥結(jié)束后的總養(yǎng)分含量

堆肥結(jié)束后，各處理的總養(yǎng)分含量如圖5所示。4個處理總氮、總磷和總鉀含量總體趨勢基本一致。隨著蔬菜替代比例的增加，堆肥結(jié)束后剩余總養(yǎng)分含量逐漸增加，表現(xiàn)為GMD>GMC>GMB>GMA。如圖5-A所示，GMD、GMC和GMB處理總氮含量與對照相比分別提高了26.7%、7.5%、3.1%。其中，GMD處理顯著高于GMA處理?？偭缀咳鐖D5-B所示，GMD、GMC和GMB[JP3]處理分別比對照GMA處理提高了49.1%、38.8%、2.33%。其中，GMD和GMC處理顯著高于GMA處理?？傗浐咳鐖D5-C所示，GMD、GMC和GMB處理分別比對照GMA處理提高了13.3%、14.3%、2.23%，但各處理之間均無顯著性差異。

3討論與結(jié)論

本研究在鴿子糞和腐殖土（質(zhì)量比為1∶[KG-*3]1）堆肥中，分別采用10%、20%和30%的廢棄蔬菜等量替代堆肥中的腐殖土，發(fā)酵過程中堆體溫度超過50℃的天數(shù)分別為29、30、30d，各處理均達到《糞便無害化衛(wèi)生要求》中須要維持發(fā)酵溫度50℃以上天數(shù)的規(guī)定。各處理堆體溫度超過55℃的天數(shù)分別為23、20、23、21d，有助于殺滅堆肥原料中的病原菌。

堆肥過程中，各處理的pH值均呈先上升后下降的趨勢，堆肥產(chǎn)物均呈弱堿性。其中30%廢棄蔬菜替代量堆肥處理pH值變化范圍最大，為7.78～8.62，最小值與最大值相差0.84;20%廢棄蔬菜替代量堆肥處理次之，為7.45～7.93，最小值與最大值相差0.48。

各處理有機質(zhì)含量隨堆肥的進行均呈下降趨勢，各處理堆肥結(jié)束后與起始相比，有機質(zhì)含量分別降低了31.6%、33.3%、37.0%、38.1%。隨著新鮮廢棄蔬菜添加比例的提高，有機質(zhì)含量下降幅度逐漸增大。

本研究堆肥結(jié)束后，30%和20%廢棄蔬菜替代量堆肥處理堿解氮、速效磷和速效鉀含量與對照處理相比分別提高了8.31%和2.77%、196.6%和94.1%、57.4%和31.3%。總氮、總磷和總鉀含量分別比對照提高了26.7%和7.5%、49.1%和38.8%、13.3%和14.3%。10%廢棄蔬菜替代量堆肥處理與對照處理均無顯著性差異。

總的來說，本試驗采用30%廢棄蔬菜替代量替代腐殖土與鴿子糞進行堆肥發(fā)酵，總養(yǎng)分含量優(yōu)于對照處理。但有機質(zhì)含量相對較低，后期須對堆肥配方進一步優(yōu)化。

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