韓聰穎, 王星怡, 馬永杰, 張雪艷

(1.寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,銀川 750021;2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院,北京 100193 )

中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),各類農(nóng)作物資源十分豐富,伴隨農(nóng)業(yè)快速發(fā)展,農(nóng)業(yè)規(guī)?；黾?農(nóng)業(yè)廢棄物日益增多[1]。農(nóng)業(yè)廢棄物的傳統(tǒng)處理方式包括填埋和焚燒,會(huì)造成嚴(yán)重的水和空氣環(huán)境污染[2]。大量廢棄物需要有效的處理措施才可獲得經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益雙豐收,“零廢物”是解決廢棄物問題的有效途徑[3]。中國(guó)每年農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)量巨大,廢棄物回收利用對(duì)于維持農(nóng)業(yè)循環(huán)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要,也有利于環(huán)境保護(hù)。

農(nóng)業(yè)廢棄資源最主要利用方式是作為燃料和肥料,少部分進(jìn)行基質(zhì)化利用。農(nóng)業(yè)廢棄物中一般含有雜草種子、病原菌等,如不經(jīng)過處理直接使用,容易產(chǎn)生燒苗、二次污染土壤等負(fù)面影響[4]。目前常見的處理措施是堆肥,堆肥是一種生化過程,是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物和家畜糞便資源化利用的有效途徑,好氧堆肥產(chǎn)品微生物豐富,且具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)和生物特性[5]。堆肥材料碳氮比、物理性狀、微生物群落以及養(yǎng)分是評(píng)價(jià)堆肥進(jìn)程與質(zhì)量的重要指標(biāo)[6],然而,堆肥過程伴隨著大量NH3釋放,這會(huì)造成大量的氮損失,使堆肥質(zhì)量下降,污染環(huán)境[7]。

不同添加物質(zhì)可改變堆肥材料結(jié)構(gòu),改變堆肥中微生物的新陳代謝和有機(jī)質(zhì)降解,堆肥常見添加物質(zhì)主要有生物炭、木炭和廢渣等有機(jī)物質(zhì),以及凹凸棒、沸石和過磷酸鈣等無機(jī)物質(zhì)[8],這些添加物質(zhì)有的可吸附氨氣,減少有害氣體釋放,有的成本低,安全無污染。而氣化濾餅由煤和碳組成,經(jīng)水煤氣轉(zhuǎn)化后并未完全反應(yīng),通過水冷過濾的固體殘留廢物,氣化濾餅的表面積和孔徑較大,殘余碳含量和熱值很高[9],占煤燃燒產(chǎn)生的固體廢物的三分之一;且中國(guó)年產(chǎn)量可達(dá)224萬t,如果實(shí)現(xiàn)其資源化利用,對(duì)解決煤礦廢棄資源具有重要意義[10]。氣化濾餅有較高的保水特性,且含有豐富的碳,其含量達(dá)20%～50%,同時(shí)氣化濾餅也含有較多的鉀、磷、硫、鈣等元素,Wang等[11]研究發(fā)現(xiàn)氣化濾餅加入檸條堆肥進(jìn)程后,可有效促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的分解,減少氮素?fù)p失。因此氣化濾餅有可能是一種有效的堆肥添加劑,可用來改善堆肥過程,提高堆肥質(zhì)量。

枸杞是寧夏重要的經(jīng)濟(jì)作物,占中國(guó)栽培面積45%,寧夏百萬畝枸杞核心產(chǎn)區(qū),在冬春兩季整枝修剪會(huì)產(chǎn)生大量枝條,枸杞枝條中的木質(zhì)纖維素含量達(dá)97%以上[12],高含量木質(zhì)纖維素導(dǎo)致其作為飼料品質(zhì)較差,而焚燒又不符合中國(guó)現(xiàn)有政策[13],因此枸杞枝條基質(zhì)化利用是一種解決方式。馮海萍等[14]和曲繼松等[15]從微生物菌劑和C/N調(diào)控等方面研究其對(duì)枸杞枝條基質(zhì)化的影響,結(jié)果表明C/N對(duì)枸杞枝條基質(zhì)化發(fā)酵堆體溫度、養(yǎng)分和腐熟指標(biāo)會(huì)產(chǎn)生顯著的影響,添加外源微生物菌劑可增加枸杞枝條粉腐熟發(fā)酵的物理性狀,但酶菌協(xié)同使用對(duì)環(huán)境要求較高,資源使用較多。而引入氣化濾餅到枸杞堆肥中,是否改善堆肥進(jìn)程,提高堆肥質(zhì)量鮮有研究。

因此本試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同比例氣化濾餅添加量,探究氣化濾餅在枸杞枝條堆肥腐熟過程中對(duì)其理化性質(zhì)、養(yǎng)分以及氣體排放的影響,明確氣化濾餅對(duì)枸杞枝條堆肥碳氮轉(zhuǎn)化、堆肥質(zhì)量以及堆肥養(yǎng)分富集的貢獻(xiàn),為寧夏地區(qū)枸杞枝條和氣化濾餅資源化利用提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 堆肥裝置

試驗(yàn)堆肥裝置由堆肥罐、培養(yǎng)箱、冷凝罐和空氣泵(圖1)組成。堆肥罐的高度為30 cm,直徑為15 cm,體積為4 L,在罐底部上方5 cm處安裝了一個(gè)有許多小孔(直徑1.5 mm)的篩網(wǎng),堆肥材料放在篩網(wǎng)上方。底部的小孔用于輸入蒸餾水和空氣(通風(fēng)5 min,間歇30 min),堆肥罐置于恒溫培養(yǎng)箱中。冷凝罐中放置兩個(gè)250 mL玻璃瓶來收集堆肥氣體中的NH3和CO2。

圖1 堆肥裝置及其組件的示意圖

1.2 堆肥材料和采樣

試驗(yàn)于寧夏園藝產(chǎn)業(yè)園進(jìn)行,共持續(xù)50 d,堆肥材料有氣化濾餅、雞糞和枸杞枝條。枸杞枝條被切成0.5～1.0 cm的碎片,然后與雞糞復(fù)配,雞糞和枸杞枝條復(fù)配后的C/N為25∶1,氣化濾餅按照質(zhì)量比0%(G0)、6.25%(G6.25)、12.5%(G12.5)、25%(G25)、50%(G50)和100%(G100)與雞糞和枸杞枝條二次復(fù)配。氣化濾餅收集于寧夏寧東神華寧煤業(yè)集團(tuán)有限公司(38°2′15″N, 106°39′25″E),雞糞收集于寧夏中衛(wèi)市的雞養(yǎng)殖場(chǎng)(36°6′34″N, 104°17′13″E),枸杞枝條收集于寧夏銀川市的寧夏林場(chǎng)(38°08′19″N, 105°49′31″E)。表1為3種原材料的物理化學(xué)特性。該試驗(yàn)共6個(gè)處理,每個(gè)處理3次重復(fù),每個(gè)重復(fù)3個(gè)堆肥罐,共18個(gè)堆肥罐。

表1 堆肥原料基本物理化學(xué)性質(zhì)

在堆肥過程中,堆肥罐的溫度使用培養(yǎng)箱控制在55 ℃,冷凝罐的溫度控制在4 ℃(放置于 4 ℃冰箱)。每周進(jìn)行2次翻堆,堆肥的含水量保持在60%左右。分別在堆肥的第0、7、14、21、28、35、42和49天取樣,采用五點(diǎn)取樣法收集堆肥樣品100 g,分析測(cè)試樣品的pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和種子發(fā)芽指數(shù)。將樣品風(fēng)干、研磨,過2 mm篩后,測(cè)定樣品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度。在堆肥時(shí)每周收集兩次氣體排放,NH3使用硼酸(H3BO4)收集,CO2使用NaOH收集,計(jì)算堆肥的氣體排放。

1.3 堆肥化學(xué)性質(zhì)分析

堆肥的溫度由溫度記錄儀(QM-ZC-16,河南商丘傳感器技術(shù)有限公司)通過溫度探頭直接測(cè)量。在堆肥過程中,每30 min監(jiān)測(cè)1次堆肥溫度,計(jì)算日平均溫度。

堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)(GI)按如下方法計(jì)算[16]。

分別稱取待測(cè)堆肥試樣10 g,置于150 mL錐形瓶中,按固液比1∶10加入100 mL蒸餾水置于振蕩器上,調(diào)節(jié)振蕩頻率180 r·min-1,室溫下振蕩浸提30 min,取下靜置0.5 h后,取上清液過濾,收集浸提液搖勻后供試。在培養(yǎng)皿中墊兩張濾紙,均勻放入15粒大小基本一致、飽滿的黃瓜種子,加入堆肥浸提液5 mL,蓋上培養(yǎng)皿蓋,在溫度為25 ℃、濕度80%的培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng) 48 h,分別測(cè)量各堆肥浸提液中黃瓜種子的根長(zhǎng)和發(fā)芽數(shù)量,統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。每個(gè)樣品重復(fù)試驗(yàn)3次,以蒸餾水作對(duì)照。

種子發(fā)芽指數(shù)=(堆肥浸提液培養(yǎng)種子發(fā)芽率×根長(zhǎng))/ (蒸餾水培養(yǎng)種子發(fā)芽率×根長(zhǎng))

使用pH計(jì)和電導(dǎo)率儀(SJ-3F和DDS-307A,中國(guó)上海)測(cè)量pH和電導(dǎo)率。使用凱氏定氮法測(cè)定總氮[17]。使用重鉻酸鹽氧化和滴定法測(cè)定有機(jī)物[18]。用碳酸氫鈉提取并用鉬藍(lán)比色法測(cè)定速效磷。用乙酸銨提取,用火焰光度法測(cè)定速效鉀[19]。采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量[20]。

使用質(zhì)量法計(jì)算堆肥過程中總碳和總氮的損失百分比[21],具體為:

氮損失=(N1×M1-N2×M2)/(N1×M1)×100%

碳損失=(C1×M1-C2×M2)/(C1×M1)×100%

氮固定=(G0氮損失-處理氮損失)/G0氮損失×100%

N1和C1是最初的氮含量和碳含量,N2和C2是最終的氮含量和碳含量,M1和M2是最初和最終的干物質(zhì)重量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

每個(gè)處理每個(gè)參數(shù)測(cè)定3個(gè)重復(fù)。用Microsoft Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分類,SPSS 24.0進(jìn)行相關(guān)性分析,Origin 2018和Canoco 5軟件對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行制圖。將多指標(biāo)降維,轉(zhuǎn)化為主要成分,進(jìn)行主成分分析,綜合得分由以下公式計(jì)算:

j=1,2,…,n

式中:Xj為對(duì)應(yīng)指標(biāo)因子負(fù)荷,Yj為對(duì)應(yīng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值,Ej為對(duì)應(yīng)主成分特征值;Pj為對(duì)應(yīng)主成分方差百分比。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣化濾餅添加對(duì)枸杞枝條堆肥的溫度和化學(xué)性質(zhì)影響

如圖2所示,加入氣化濾餅后,提高了堆肥的溫度并延長(zhǎng)了堆肥的高溫期。各處理在在2 d內(nèi)進(jìn)入高溫期,在堆肥過程中,G0、G6.25、G12.5、G25、G50和G100處理最高溫度分別達(dá)到59.5 ℃、 61.2 ℃、64.9 ℃、65.4 ℃、66.2 ℃、69.1 ℃,表明隨氣化濾餅添加比例增加,堆肥溫度增加,這可能是因?yàn)闅饣癁V餅和枸杞枝條較為細(xì)小,吸水后表面積增加,為微生物活動(dòng)提供充足空間;按照氣化濾餅添加量從低到高,G0、G6.25、G12.5、G25、G50和G100處理高溫期(> 55 ℃)的持續(xù)時(shí)間分別 42 d、44 d、46 d、46 d、46 d、48 d。與G0相比,其他處理高溫時(shí)間按照氣化濾餅添加量從低到高 分別提前2 d、4 d、4 d、4 d、6 d,這可能是氣化 濾餅為微生物的繁殖提供良好條件,促進(jìn)堆肥 進(jìn)程。

圖2 堆肥過程中溫度、pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的變化

所有處理pH隨發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng),呈現(xiàn)先增加后下降最后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。添加氣化濾餅各處理初始pH高于G0,且pH隨添加氣化濾餅量的增加而增加。隨著堆肥時(shí)間的延長(zhǎng),G25、G50和G100在第12天pH上升并達(dá)到最大值,較堆肥初升高1.8%～6.5%,之后各處理pH有小幅度下降并保持穩(wěn)定,這是由于堆肥初期大量氨氣生成,后期隨著有機(jī)質(zhì)分解生成有機(jī)酸,因此pH先增后降。有機(jī)質(zhì)含量隨堆肥的進(jìn)程呈下降趨勢(shì),除G25外,其他各處理有機(jī)質(zhì)含量在前7 d呈現(xiàn)迅速下降,之后下降趨于緩慢,而G25處理在前35 d呈緩慢下降,但在35～42 d較之前相比下降速度變快,最終所有處理趨于平緩,到堆肥結(jié)束, G12.5和G25下降最多,表明氣化濾餅添加量增加,促進(jìn)了堆肥的好氧發(fā)酵速度,這可能是因?yàn)闅饣癁V餅含水量較高,而高濕可增加堆肥的發(fā)酵速度。

在堆肥過程中,全氮含量除G100外,其他處理前7 d都會(huì)小幅度下降,隨后所有處理都呈現(xiàn)上升趨勢(shì),前期下降是由于氮?dú)獾膿]發(fā),后期上升則是氮的濃縮效應(yīng)。堆肥初期,除了G6.25處理外,其他處理全氮含量都低于G0處理。隨著堆肥的完成,除G50和G100外,各處理全氮含量都高于G0處理,總氮含量最高的是G12.5處理,達(dá)1.66%,這可能是全氮多來源于有機(jī)質(zhì)的分解,高碳低氮的氣化濾餅使堆肥碳氮比失衡,抑制有機(jī)質(zhì)分解。隨著堆肥時(shí)間的增加,各處理的硝態(tài)氮含量先升高后降低再升高。堆肥初期,各處理硝態(tài)氮都顯著低于G0處理,隨著堆肥的完成,除G100外各處理硝態(tài)氮都高于G0,這是因?yàn)槲⑸镌谶M(jìn)行硝化作用,其速度隨著堆肥過程中溫度的提高以及pH的降低而增加。堆肥過程中各處理銨態(tài)氮含量總體上呈現(xiàn)先升后降再升高后再降低的趨勢(shì),在第7天時(shí),各處理銨態(tài)氮含量達(dá)最大值,G0、G76.25、G12.5、G25、G50和G100按照氣化濾餅添加從低到高處理依次上升29.1%、7.3%、 8.2%、5.0%、37.7%、 29.6%,且堆肥結(jié)束時(shí),銨態(tài)氮含量按照氣化濾餅添加量從低到高處理依次降低,G50與G100間差異不顯著,銨態(tài)氮會(huì)伴隨著NH3的生成而損失,而溫度和pH影響NH3的生成,由于氣化濾餅呈堿性,所以高質(zhì)量比的氣化濾餅會(huì)導(dǎo)致更多的銨態(tài)氮分解。

2.2 堆肥過程N(yùn)H3和CO2釋放

如圖3-a所示,從堆肥開始,各處理NH3揮發(fā)量顯著增加,第8天時(shí)G50、G100達(dá)到首次峰值且NH3揮發(fā)量顯著高于其他處理。堆肥過程中,NH3釋放總量隨氣化濾餅添加量增加呈先降低后增加的趨勢(shì),G0與G6.25和G25間無顯著差異,G12.5處理釋放量最低,G50和G100釋放量顯著高于其他處理(圖3-b)。圖3-c顯示堆肥過程中CO2的釋放變化,G0、G6.25、G12.5、G25首次峰值在第4 天;而G50、G100的首次峰值則在第6 天。圖3-d顯示CO2累積排放量,G0與G6.25無顯著差異,但顯著低于其他處理,其他處理間無顯著差異。

圖3 堆肥過程中NH3(a)和CO2排放量(b)變化及 NH3(c)和CO2累積排放量(d)

2.3 氣化濾餅添加對(duì)枸杞枝條堆肥的成熟度影響

堆肥是否腐熟的主要變量為碳氮比和種子發(fā)芽指數(shù)。如圖4所示,堆肥過程中整體碳氮比呈下降趨勢(shì),堆肥初期,各處理碳氮比均高于G0,由于氣化濾餅是一個(gè)高碳無氮物料,所以在堆肥完成時(shí),G100的碳氮比為27.66,其他各處理碳氮比在19.87～23.54。碳氮比在25以下認(rèn)為堆肥較為理想,除G100外,其他各處理均達(dá)到要求。圖4為各處理堆肥過程中種子發(fā)芽指數(shù)(GI)變化。GI反映了堆肥的成熟度,隨著堆肥發(fā)酵的進(jìn)行,各處理GI呈上升趨勢(shì)。一般GI達(dá)80%就可認(rèn)為堆肥無害,堆肥完成時(shí),只有G0、G6.25、G12.5達(dá)到GI要求,G25為76.0%,略低于堆肥要求,而G50和G100遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于堆肥安全要求。

圖4 堆肥過程中碳氮比和種子發(fā)芽指數(shù)的變化

2.4 堆肥中養(yǎng)分的損失與累積

速效養(yǎng)分含量是堆肥養(yǎng)分供給的強(qiáng)度指標(biāo)。與堆肥初期相比,堆肥結(jié)束時(shí)的速效磷含量均有顯著增加(表2),與G0相比,G12.5和G25顯著增加6.34%和13.70%,G50和G100顯著降低 32.43%和67.15%,這可能是因?yàn)槎逊手兴傩Я讈碓从谟袡C(jī)磷的礦質(zhì)化作用,有機(jī)磷的礦化速度受溫度、水分條件以及碳氮比影響較大,較大的碳氮比會(huì)使堆肥中的無機(jī)磷被微生物固化。速效鉀含量與速效磷相似,在堆肥結(jié)束后,速效鉀含量都顯著增加,且所有處理的速效鉀含量增加量均顯著高于G0,G50和G100處理擁有較高的速效鉀累積量,這可能是因?yàn)闅饣癁V餅本身有較高的鉀含量以及高水分含量,所以在堆肥過程中有更多的速效鉀浸出和轉(zhuǎn)化。

表2 堆肥后速效磷和速效鉀初、終及凈積累量

表3為各處理堆肥過程中碳和氮的損失以及氮的固定。與G0相比,添加了氣化濾餅后促進(jìn)了有機(jī)碳的分解,且隨著添加量的增加碳損失越多。在6.25%～25%的添加量時(shí),觀察到氮損失的減少和氮固定的增加,在G12.5固定最多,達(dá)到39.8%,氣化濾餅高質(zhì)量比添加的G50和G100增加了氮損失,減少了氮素固定。

表3 堆肥過程中碳氮損失和氮固定

2.5 堆肥過程理化特性、腐熟特性、堆肥肥力指標(biāo)間主成分分析

堆肥的理化指標(biāo)、成熟度及肥力反映了堆肥的產(chǎn)品性和質(zhì)量。表4為堆肥產(chǎn)品各指標(biāo)之間的主成分分析,PC1和PC2分別解釋了70.34%和21.27%的方差。PC1中pH、銨態(tài)氮、CO2、發(fā)芽指數(shù)、速效磷累積、氮固定有較大的正貢獻(xiàn),溫度、有機(jī)質(zhì)、碳氮比、氨氣、碳損失、氮損失貢獻(xiàn)有較大負(fù)貢獻(xiàn)。PC2中速效鉀的累積量有較大的正貢獻(xiàn)。

表4 主成分的特征值、方差百分比和因子負(fù)荷

從圖5觀察到,G50和G100與其他處理顯著分開,氣化濾餅質(zhì)量比低于25%的處理分布在Y軸左側(cè)二、三象限,G50和G100分布Y軸右側(cè)在第一、四象限。氣化濾餅質(zhì)量比低于25%的處理有較高氮素固定、速效磷累積、GI指數(shù),G50和G100處理有較高的堆肥溫度、氨氣釋放、碳氮損失、速效鉀累積。全氮和氮的固定密切相關(guān),pH和硝態(tài)氮含量、溫度與有機(jī)質(zhì)和碳損失密切相關(guān)(圖5)。對(duì)各處理進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),表明添加質(zhì)量比為12.5%的處理得分顯著高于其他處理,為 0.29,添加量超過12.5%后,得分大幅下降,G50和G100處理綜合得分為負(fù)值(圖5)。

3 討 論

微生物活動(dòng)是堆肥腐熟的前提。溫度是堆肥產(chǎn)品進(jìn)程的體現(xiàn),也是微生物生存的基本,氣化濾餅具有較高的含水量,在堆肥過程中使堆肥材料保持充分的水分含量,并為微生物活動(dòng)提供了必要的條件,促進(jìn)了堆肥的溫度增加,本試驗(yàn)中隨氣化濾餅添加量增加,堆肥材料提前了堆肥進(jìn)入高溫期的時(shí)間,增加了最高溫度,并延長(zhǎng)了堆肥高溫期時(shí)間,這與Ngo等[22]研究結(jié)果一致。另外堆肥材料中粉碎的枸杞枝條和雞糞較為細(xì)小,木質(zhì)纖維在吸水后膨脹形成了更多空間,增加了堆肥材料的表面積和孔隙度,提高堆肥中的氧氣,促進(jìn)微生物生長(zhǎng)[23],從而促使堆肥溫度增加。pH是影響堆肥過程中微生物數(shù)量的重要因素[24],其含量與有機(jī)酸的生成密切相關(guān)。由于氣化濾餅呈堿性,所以添加氣化濾餅后各處理的pH隨氣化濾餅添加量增加而增加。初期pH的升高可能是由于銨態(tài)氮在微生物的作用下形成了NH3,大量NH3累積導(dǎo)致pH升高。隨堆肥時(shí)間增加,有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生大量有機(jī)酸,因此pH隨之開始下降,隨堆肥完成,pH趨于穩(wěn)定,這與張?jiān)讫埖萚25]研究結(jié)果一致。堆肥pH變化除與有機(jī)質(zhì)快速分解產(chǎn)生有機(jī)酸有關(guān)外,還與堆肥中NH3的含量有關(guān),因此pH下降的另一個(gè)原因可能是生成的NH3易揮發(fā),揮發(fā)后NH3濃度下降,pH降低,這與Wang等[26]研究一致。

堆肥的有機(jī)質(zhì)降解率可以直觀地反應(yīng)堆肥過程微生物活性和廢棄物的利用效果。Yu等[27]認(rèn)為高濕可增加堆肥的發(fā)酵速度,本試驗(yàn)氣化濾餅材料具有較高含水量,隨著氣化濾餅添加量增加,促進(jìn)了堆肥的好氧發(fā)酵速度。但當(dāng)氣化濾餅添加量增加到50%時(shí),有機(jī)質(zhì)分解反而下降,這可能是因?yàn)闅饣癁V餅是高碳的物料,使得堆肥材料碳氮比失衡,有機(jī)質(zhì)分解速度下降。有機(jī)質(zhì)分解是碳損失的主要原因,隨氣化濾餅添加量的增加,堆肥整體釋放的CO2也在增加,因此碳損失也隨之增加。堆肥中全氮含量多來源于有機(jī)質(zhì)的分解,氣化濾餅質(zhì)量比的增加使整體堆肥材料碳氮比失衡,抑制了有機(jī)質(zhì)的分解,導(dǎo)致堆肥結(jié)束時(shí)高質(zhì)量比的氣化濾餅添加量的堆肥材料總氮含量低,在低中等質(zhì)量比的氣化濾餅添加量處理中總氮含量較多,G12.5處理最多。王永江等[28]認(rèn)為由于微生物的硝化作用,硝態(tài)氮會(huì)隨著堆肥過程中溫度的提高以及pH的降低而增加,這與本試驗(yàn)研究一致。堆肥結(jié)束時(shí)G100硝態(tài)氮含量低于G0,這可能是因?yàn)榇藭r(shí)G100處理依然還有較高的pH,抑制了微生物的硝化作用。堆肥過程中各處理銨態(tài)氮含量總體上呈現(xiàn)先升后降,再升高后再降低的趨勢(shì),且堆肥過程中各處理銨態(tài)氮含量隨氣化濾餅添加量而降低。銨態(tài)氮會(huì)伴隨著NH3的生成而損失,而溫度和pH影響NH3的生成,由于氣化濾餅呈堿性,所以高質(zhì)量比的氣化濾餅會(huì)導(dǎo)致更多的銨態(tài)氮分解。堆肥中途上升可能是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生有機(jī)酸使得堆肥pH下降,NH3生成減少,后期隨著微生物的固化,銨態(tài)氮又開始下降,這與Bai等[29]研究結(jié)果一致。

碳氮比和種子發(fā)芽指數(shù)是判斷堆肥腐熟度的重要因素。一般認(rèn)為GI超過80%則認(rèn)為堆肥產(chǎn)品沒有毒性,本試驗(yàn)中, GI表明堆肥結(jié)束氣化濾餅添加量不超過25%的沒有毒性,添加量50%和100%的堆肥有一定的毒性,這可能是高劑量的氣化濾餅添加會(huì)引起堆肥pH和電導(dǎo)率增加,這會(huì)抑制堆肥速度,造成堆肥腐熟度不足,具有一定的毒性。堆肥過程中整體碳氮比呈下降趨勢(shì),堆肥初期,各處理碳氮比均高于G0,可能是由于氣化濾餅是一個(gè)低氮高碳物料,所以在堆肥完成時(shí),G100具有最高的碳氮比。碳氮比超過30對(duì)堆肥質(zhì)量產(chǎn)生不良影響,在25以下認(rèn)為堆肥較為理想,本試驗(yàn)中除G100外,其他各處理均較為理想。

速效養(yǎng)分含量是堆肥養(yǎng)分供給的強(qiáng)度指標(biāo)。本試驗(yàn)中與堆肥初期相比,堆肥結(jié)束時(shí)的速效磷含量均有顯著增加,這可能是因?yàn)槎逊手兴傩Я讈碓从谟袡C(jī)磷的礦質(zhì)化作用,有機(jī)磷的礦化速度受溫度、水分條件以及碳氮比影響較大,較大的碳氮比會(huì)使堆肥中的無機(jī)磷被微生物固化,這與本試驗(yàn)結(jié)果一致[30]。速效鉀含量與速效磷相似,由于速效鉀浸出和轉(zhuǎn)化[11],在堆肥結(jié)束后,速效鉀含量都顯著增加,本試驗(yàn)中G50和G100處理擁有較高的速效鉀累積量,這可能是因?yàn)闅饣癁V餅本身有較高的鉀含量以及高水分含量,有利于浸出。

本研究結(jié)果為氣化濾餅和枸杞枝條堆肥利用提供理論依據(jù),旨在通過不同比例堆肥利用以探究合理堆肥比例,減少工農(nóng)業(yè)廢棄物,獲得更優(yōu)質(zhì)的堆肥產(chǎn)品,促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展,關(guān)于氣化濾餅其它利用方式還需進(jìn)一步探究。

4 結(jié) 論

添加氣化濾餅使枸杞枝條堆肥提前2 d進(jìn)入堆肥高溫期,并延長(zhǎng)高溫期2～6 d;氣化濾餅質(zhì)量比50%及以下添加量促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解,且 6.25%～25%添加處理增加氮素固定;氣化濾餅添加可促進(jìn)堆肥過程中速效磷和速效鉀的釋放,且速效磷含量隨氣化濾餅添加量增加呈先增加后降低趨勢(shì);過量氣化濾餅添加(50%及以上)降低了堆肥發(fā)芽指數(shù),增加了氨氣和二氧化碳的釋放。主成分綜合得分表明,G12.5處理的綜合得分最高,因此 G12.5處理在加速堆肥進(jìn)程,提高堆肥腐熟度和提升肥力,減少碳氮損失上表現(xiàn)最優(yōu)。