起爆剂和微生物菌剂对蔬菜废弃物堆肥效果的影响

蔡尽忠 林婉英 何少贵 朱 玲 易书营 王燕云*

（1厦门华厦学院检验科学与技术系，福建厦门 361024；2厦门市环境监测工程技术研究中心，福建厦门361024）

我国是农业大国，蔬菜作为重要的农作物，仅2016年的产量就达到8.0 亿 t（中华人民共和国统计局，2017），且每年以10%左右的速度增长（喻景权，2011）。蔬菜的高产也带来了大量的蔬菜废弃物，这些蔬菜废弃物如果不经过处理就随意丢弃，容易变质腐烂，污染环境。堆肥是人为利用细菌、真菌、放线菌等微生物将可生物降解的有机物转化成腐殖质的过程，是一种无害化处理蔬菜废弃物的方法，可使其得到有效的资源化利用（Yogev et al.，2010）。在蔬菜废弃物堆肥中添加水分调节剂、疏松剂、pH调理剂、微生物菌剂等初始物料方面已经有了大量的研究（Ke et al.，2010；劳德坤等，2015；Vandecasteele et al.，2016；常瑞雪 等，2017），但是对于起爆剂应用于蔬菜废弃物堆肥的研究却鲜有报道（王丽英 等，2014）。

起爆剂是糖、蛋白质以及微生物容易利用的化学物质，可以增加堆肥起始期微生物的活性，使堆肥反应的速度加快，达到“起爆”的效果（李国学和张福锁，2000）。起爆剂的添加使堆肥中能被初期低温微生物利用的营养物质变得丰富，加快微生物的繁殖速度，从而加速堆肥化进程（李国学 等，2003）。本试验以添加玉米秸秆辅料的蔬菜废弃物作为原料，以葡萄糖作为起爆剂，探究添加起爆剂和微生物菌剂对蔬菜废弃物堆肥过程中温度、含水率、C/N、pH、电导率（EC）、发芽指数（GI）等方面的影响，从而为蔬菜废弃物资源化利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

堆肥的原料为收集自厦门市集美区菜市场的芹菜、大白菜、胡萝卜、花椰菜废弃物，玉米秸秆辅料采自集美区农田，物料性质见表1。蔬菜废弃物经过4 d暴晒，使水分下降到70%～75%。蔬菜废弃物和玉米秸秆辅料均经过粉碎机粉碎成1～2 cm小段。试验于2018年4～5月在厦门华厦学院检验科学与技术系微生物科研实验室进行。起爆剂葡萄糖购自苏州群龙化工有限公司。微生物菌剂由环境与公共健康微生物课题组分离自蔬菜废弃物，主要为芽孢杆菌、放线菌、霉菌和酵母菌，活菌数为1.3×108CFU·g-1。

表1 堆肥原料的化学性质

1.2 试验设计

试验设4个处理：对照V0（蔬菜废弃物+玉米秸秆）、V1（V0+微生物菌剂）、V2（V0+微生物菌剂+起爆剂）、V3（V0+起爆剂），起爆剂的添加量为10 g·kg-1（FW），微生物菌剂的添加量为0.5 g·kg-1（FW），每个处理3次重复。添加玉米秸秆是为了调节堆肥物料的C/N、水分含量以及原料孔隙率。所有处理的C/N都调节为25，含水率调节为60%左右。将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）进行堆肥，通气量为 0.1 L·min-1，且为连续通风，每5 d翻堆1次。

1.3 采样和测定方法

1.3.1 样品的采集与保存 在堆肥过程的0、3、6、10、15、20、25、30 d取样，分别于堆体的上、中、下层多点取样，混合后分成3份，一份风干粉碎后待用，一份用于测定含水率，一份存于4 ℃冰箱备用。

1.3.2 测定项目与方法 每天上午10：00和下午16：00用水银温度计测量堆体中心点的温度，测量3次取平均值，同时测量环境温度。将样品在105℃烘箱烘干至恒重，测定含水率。样品的全碳和全氮含量测定参照NY 525—2012有机肥测定标准方法进行（中华人民共和国农业部，2012），C/N=总碳含量/总氮含量。取10 g鲜样，按样品和去离子水1∶10（m/V）混合，在室温下摇床振荡2 h后，过滤。分别用校准过的梅特勒FE20K型pH计和瑞士万通856型电导率测定仪测定滤液的pH值和电导率（EC）。移取滤液5 mL，加入到底部铺有滤纸的培养皿内，以加入5 mL去离子水作为空白对照。每个培养皿内放置20 粒黄瓜种子（园丰1号），置于 25 ℃恒温培养箱中培养 3 d后，测定发芽种子数以及根长。每个处理3次重复。按照王若斐等（2017）的方法测定发芽指数（GI）。

1.3.3 数据处理 试验数据采用Excel 2010软件进行整理，用SPSS 18.0软件进行方差分析和差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 堆肥过程中温度的变化

堆体温度是判断堆肥是否已经达到无害化要求的重要参数之一，也是影响堆肥品质的重要指标（龚建英 等，2012）。整个堆肥过程的温度变化如图1所示，4个处理的温度都呈现先升高后降低的趋势，最终下降到跟环境接近后趋于稳定。对照V0在堆肥后9 d温度达到了最高温度53.8 ℃，整个堆肥过程没有达到温度≥55 ℃的高温阶段温度要求。添加了起爆剂和（或）微生物菌剂的处理均达到了高温阶段温度要求，与对照差异显著。处理V1、V2、V3分别在堆肥后的8、5、6 d达到了最高温度68.8、72.5 ℃和67.8℃，并且维持在60 ℃以上的高温天数分别为10、12、9 d。在升温速率、最高温度和高温天数方面，V2＞V1＞V3处理，说明同时添加起爆剂和微生物菌剂的处理堆肥效果最好。在降温期，V0、V1、V3处理趋于一致，V2处理温度达到稳定低温的时间比其他处理提前2 d，说明同时添加起爆剂和微生物菌剂可以加快蔬菜废弃物堆肥化进程，缩短堆肥周期。

图1 堆肥过程中温度的变化

2.2 堆肥过程中含水率的变化

水分可以反映微生物的活跃程度，微生物的代谢需要消耗大量的水分，使水分急剧减少；同时，微生物的代谢也会使堆肥的温度升高，加快水分的蒸发。由图2可知，各处理的堆肥水分均呈现下降趋势。在堆肥开始的0～3 d，水分下降速率中等，3～10 d水分下降速率加快，之后变慢。3～10 d水分快速下降可能与微生物快速繁殖、堆肥温度高使水分蒸发加快有关。从各处理含水率总体下降幅度可以看出，堆肥过程中V0、V1、V2、V3处理的水分下降幅度分别为11.1%、23.1%、26.4%和18.4%，V1、V2、V3处理的水分下降幅度明显高于V0，说明添加起爆剂和（或）微生物菌剂有利于降低蔬菜废弃物堆肥的含水率，使堆肥产品的品质提高。结合图1可知，V2处理由于堆肥时温度较高，高温天数也较长，水分下降幅度明显大于V1和V3处理，进一步说明同时添加起爆剂与微生物菌剂的处理比只添加起爆剂或微生物菌剂的处理更有利于降低蔬菜废弃物堆肥的含水率，从而获得较低水分含量的堆肥产品。

图2 堆肥过程中含水率的变化

2.3 堆肥过程中C/N的变化

微生物在生长代谢过程中碳源被利用，最终以CO2形式排出，氮源则作为合成微生物细胞原料而留在堆肥中，因此在堆肥的过程中C/N逐渐下降（殷士学，2012）。由图3可知，随着堆肥的进行，各处理的C/N都逐渐下降，下降幅度表现为V2＞V1＞V3＞V0，V0处理在整个堆肥过程的C/N比一直明显高于其他处理。堆肥结束后V0、V1、V2和V3处理的C/N分别为20.31、17.93、16.58和18.52，V2与V1、V3处理具有显著性差异。说明同时添加起爆剂与微生物菌剂处理最有利于降低蔬菜废弃物堆肥的C/N，提高堆肥产品的品质，避免堆肥产品施用后与农作物出现争氮问题。

图3 堆肥过程中C/N的变化

2.4 堆肥过程中pH值和EC值的变化

pH为中性或者弱碱性的条件下最适合微生物生长，pH太高或者太低都会影响堆肥化进程。如图4所示，在堆肥的前6 d各处理pH值均快速升高，之后缓慢下降，最后逐渐趋于稳定。堆肥结束时，V0、V1、V2和V3处理的pH值分别为8.61、8.48、8.38和8.46，添加起爆剂和（或）微生物菌剂的处理的pH值均低于对照V0，且V2处理最低。各处理的pH在堆肥过程中均处于适宜微生物生长的范围内。

电导率与堆体中可溶性盐含量成正比，可溶性盐含量过高会对作物产生毒害作用，当EC值高于4.0 mS·cm-1时会抑制作物生长（鲍士旦，2000）。由图5可知，各处理的前期EC值先缓慢降低，但降幅不大，中期快速升高，最后趋于稳定。V0、V1、V2和V3处理最终EC值分别为3.47、3.58、3.56 mS·cm-1和3.51 mS·cm-1，各处理之间差异不显著，均处于适宜作物生长的EC值范围内（＜4.0 mS·cm-1）。

图4 堆肥过程中pH值的变化

图5 堆肥过程中EC值的变化

2.5 堆肥过程中发芽指数的变化

堆肥的最终目的是无害化处理蔬菜废弃物，使其得到有效的资源化利用，因此仅用物理化学指标来评价堆肥的质量是不够的，发芽指数是评价堆肥质量最直接的指标，一般认为GI＞80%表示堆肥完全腐熟，对作物没有毒性（Tiquia et al.，2002）。由图6可知，堆肥过程中各处理的GI逐渐增大，V1、V2和V3处理的GI增加速率明显高于V0处理，说明添加起爆剂和（或）微生物菌剂的处理比对照能更快得到腐熟的堆肥产品。至堆肥结束，V0、V1、V2和V3处理最终GI分别为52.8%、87.4%、96.7%和78.2%，仅V1、V2处理的堆肥产品达到完全腐熟程度，V0、V3处理的堆肥产品未达到完全腐熟。V2处理在堆肥15 d后的GI达到84.7%，最先进入腐熟期，堆肥结束后GI值为96.7%，其他处理均未达到90%，说明同时添加起爆剂和微生物菌剂有利于加快蔬菜废弃物堆肥的腐熟进程，缩短堆肥周期。

图6 堆肥过程中发芽指数的变化

3 结论与讨论

为了研究起爆剂和微生物菌剂对蔬菜废弃物堆肥效果的影响，以蔬菜废弃物加玉米秸秆为对照，设置添加起爆剂、微生物菌剂，以及二者同时添加对堆肥过程中温度、含水率、C/N、pH、电导率（EC）、发芽指数（GI）的变化，研究发现：

① 与对照V0相比，添加起爆剂或微生物菌剂的各处理均能提高堆体的温度，使堆体温度达到≥55 ℃的高温阶段温度要求，降低含水率和C/N，提高发芽指数，缩短堆肥周期，提高堆肥产品品质。

② 同时添加起爆剂和微生物菌剂的处理在堆体升温速率、最高温度、高温天数、含水率降幅、降低C/N、提高发芽指数方面均优于其他处理。在pH值和EC值变化方面，4种处理差异不显著。总体堆肥效果表现为：V2＞V1＞V3＞V0。

本试验仅比较了添加起爆剂和微生物菌剂对蔬菜废弃物堆肥效果的影响，今后应进一步深入研究起爆剂、微生物菌剂适宜的添加量，以及联合其他添加剂来进一步提高蔬菜废弃物堆肥效果，更好地实现蔬菜废弃物资源化利用。