不同类型绿化废弃物与羊粪豆渣共肥效果研究

宋良红，王 珂，李小康，杨志恒，刘广甫，王志毅

(郑州植物园，河南 郑州 450052)

随着我国园林事业的快速发展，绿化废弃物的产生量随之剧增，目前绿化废弃物处理的主要方式有焚烧、填埋、堆肥。焚烧和填埋的方式较为传统落后，过程中会产生污染[1]，占用土地资源[2]；而绿化废弃物堆肥处理更利于城市生态建设可持续发展的[3]。

绿化废弃物是指城市园林绿地在养护过程中产生的树叶、草屑、落花、乔灌木修剪物等固体废弃物[4]，具有易获取且来源广泛、质轻、可再生、可生物降解等优点[5]。笔者研究将绿化废弃物的进行分类收集，以枯枝类、落叶类和枯枝落叶混合类为实验材料，分别添加不同比例的豆渣和羊粪制成6种不同的堆肥产品，探究不同类型绿化废弃物与羊粪豆渣共肥过程中理化性质的变化，以期筛选出经济适宜的制肥配比与制肥模式，为不同类型绿化废弃物的资源化利用提供科学的理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试园林绿化废弃物取自河南省中原区郑州植物园，主要是枯枝类、落叶类两种类型。试验依托于郑州植物园绿化废弃物处理中心，将收集的枯枝类、落叶类分别粉碎成1～5 mm的粒径，枯枝类需要先粗粉成2～2.5 cm，然后细粉成1～5 mm的粒径。羊粪、豆渣均来自于郑州植物园附近的农户。发酵菌剂采用郑州云茂实业有限公司的YM-ZF-A系列发酵设备专用菌

1.2 试验方案

按照保持园林绿化废弃物占主体的情况下，设置6个制肥处理实验(表1)，每个处理重复3次。每个处理按照配比混合均匀后送入绿化废弃物发酵设备，将水分调节至50%～60%后升温至80℃高温灭菌30 min，待材料温度降至55℃按照堆体体积添加0.5%发酵专用菌，进行初次发酵。出仓后堆置成直径2～3 m，高1.2 m的椎体进行二次发酵腐熟。在腐熟发酵期间每天上午10点，下午2点读取堆体温度、室温，取平均值，记载发酵温度变化，实验过程保持堆肥材料含水量在55%左右。

表1 不同类型绿化废弃物与羊粪豆渣共肥发酵配方

1.3 实验项目测定及方法

样品采集：在实验过程中的初次发酵前、初次发酵后，二次发酵腐熟后时间点分别进行采样，采用五点法进行采样[6]。

温度测定：用超长温度计测量堆体中心温度，每天上午10点，下午4点，取平均值，同时记录环境温度。实验中其观测指标有机质和pH用YN-8000智能综合检测仪测定；总养分用联合浸提比色法测定；有机碳测定采用高温加热重铬酸钾容量法[7]，EC用SX-650电导率测定仪测定；GI(发芽指数%)参照龚小强方法测定[8]。

1.4 数据分析

实验数据用Excel和Spass20.0统计软件进行分析

2 结果与分析

2.1 不同处理对绿化废弃物发酵过程中温度变化影响

堆肥发酵过程中，物料温度为50～60℃时微生物的繁殖和分解有机物的活动最剧烈，堆肥发酵的效率能达到最高[9]，可以说堆体温度的高低决定着堆肥速度的快慢，所以可将其作为判定堆肥产品是否腐熟的指标之一[10]。从表2中可以看出A1、A3、A4、A5这4个处理的堆体温度在第1天就到达60℃以上高温，分别达到了64.3℃、63.1℃、63.7℃、62.9℃。而A2、A6在第2天也到达60℃以上，分别达到了65.8℃、61.2℃。通常自然堆肥升温至高温期需要3～6 d，经过设备初始发酵后，这6组处理升温速度均高于自然堆肥升温速度，这主要是由于高度集成化设备将物料进行了高温灭菌和微生物处理等过程加速了堆体升温。

表2 不同处理温度变化主要指标

堆肥过程中的高温期(50℃以上)有助于消除堆肥原料中有害生物和水分的去除，保证堆肥产品的安全无害化，达到国家对有机肥产品的要求[11]。研究表明，在物料发酵过程中A1到A6处理均能维持55℃以上高温12 d以上，其中A1和A2持续时间较长，分别维持27 d、25 d，其次是A5、A6处理，分别维持21 d、20 d，最后是A3、A4处理时间较短，分别是12 d、14 d。A1和A2这两个处理主要是由枯枝类构成，且处理中维持55℃以上高温时间最长，这与枯枝类中含有较多的难降解的有机物质有关。

表2中表明6个处理达到腐熟所需时间依次为A1>A2>A5>A6>A3=A4，A1处理堆肥腐熟所需时间最长，腐熟最慢，A3、A4腐熟所需时间最短，腐熟最快速。这表明落叶类与枯枝类和枯枝落叶混合类相比，落叶类发酵配比更具有优势，而绿化废弃物、羊粪、豆饼在第一种配比(8∶1∶1)下表现出一定的优势。

2.2 不同处理对绿化废弃物发酵过程中有机质含量变化的影响

随着堆肥物料温度升高，微生物活动旺盛，使易降解有机质快速分解，生成二氧化碳和水，有机质含量下降明显。研究中6个处理有机质含量变化如图1所示，在发酵腐熟过程中，6个处理有机质含量均有不同程度的下降。在初次发酵后有机质有所下降，但是下降并不明显。经过二次腐熟后，有机质降解较为明显，有机质降解率大小依次为A6>A5>A4>A3>A2>A1，其中A5、A6降解率较为显著，分别为27.38%、30.01%。结果表明枯枝落叶混合类可以更好的促进纤维素、半纤维素和木质素的降解。不论是枯枝类、落叶类还是枯枝落叶混合类型，绿化废弃物、羊粪和豆饼的混合比为7∶2∶1时对分解有机物具有促进作用。

图1 不同处理有机质含量变化

2.3 不同处理对绿化废弃物发酵过程中电导率(EC值)变化的影响

电导率(EC)是评价堆肥安全性的重要指标，其大小与堆肥浸提液的含盐量相关，EC值越高则堆肥含盐量越多，较高的EC值对植物的生长具有一定的抑制作用[12～13]。从图2中可以看出，在整个堆肥过程中各处理的EC值先下降后升高，在堆肥结束后各处理EC值均低于初始混合期。经过设备发酵腐熟后EC值均有明显下降，表明在集成化快速发酵设备能够快速降低EC值，这可能是由于这个过程中随着二氧化碳、氨气快速挥发以及生成腐殖质较多，引起EC值下降。初次发酵后，枯枝落叶混合型的两个处理(A5、A6)EC值下降较为明显，分别下降了3.15 ms·cm-1、3.44 ms·cm-1，其余处理下降幅度均小于0.6 ms·cm-1。二次腐熟后，各处理的EC值对二次腐熟后各处理EC值差异的显著性进行统计分析，利用SPSS软件进行0.05水平的邓肯式(Duncan，S)新复极差检验，结果表明，在羊粪和豆饼配比含量较低时，混合类和落叶类EC值相对较低，更接近植物生长的需求。

图2 不同处理电导率(EC值)变化

2.4 不同处理对绿化废弃物腐熟前后养分的影响

绿化废弃物发酵腐熟过程中，氮素含量直接影响腐熟产品的质量[14]。图3中可以看出，各处理从初次发酵前到二次腐熟后的全氮有所升高。在二次腐熟后，A4、A6的含氮量较其他处理高，其余处理间的差异并不明显；从混合初期到完全腐熟后，各处理的全磷含量均有所增长(图4)，均增加了30%以上，其中A6增长量最大，增加了109%，其次是其A2、A3、A4增长量较大，分别增加了71%、73%、77%；各处理速效钾的上升量较大，均达到了3倍以上(图5)， 其中A4、A6这个两个处理上升幅度较大，速效钾含量分别是初始时期的5.59倍、4.03倍。从总养分来看，在二次腐熟后，各处理的总养分保持在较高水平，其中A1、A2、A4、A6的总养分含量较高，更有利于植物生长，其余处理均能达到6%以上(如图6)，完全符合有机肥国家标准NY525-2002总养分≥4%的要求。

图3 不同处理全氮含量变化

图4 不同处理全磷含量变化

图5 不同处理全钾含量变化

图6 二次腐熟后不同处理总养分含量

2.5 不同处理对绿化废弃物发芽指数影响

发芽指数(GI)是通过检验堆肥产品对植物发芽是否产生抑制作用来评价堆肥产品无害化、稳定化程度的指标，是检验堆肥腐熟度的有效方法[12]。许多研究表明，当GI达50%以上时就可认为对种子无害，GI达到80%以上时可认为堆肥已经腐熟[15]。笔者研究表明，所有处理二次发酵腐熟后的GI值在85%以上(如图7)。其中发芽指数由大到小依次为A1>A5>A2>A6>A3>A4且A1>A2，A3>A4，A5>A6，可知，绿化废弃物与羊粪、饼肥的比例在8∶1∶1时能够提高绿化废弃物的堆肥腐熟度，枯枝类和枯枝落叶混合类更具有优势。

图7 不同处理腐熟后发芽指数

2.6 不同处理对绿化废弃物T值影响

图8 不同处理腐熟后T值

T值是﹝(C/N)终点/(C/N)起点﹞的比值，可作为堆肥腐熟度的评价指标。有研究提出，当T值小于0.6时堆肥达到腐熟[16]。研究表明，不同处理的堆肥产品均达到了腐熟标准，T值均在0.6以下。不同处理的T值大小为A2>A1，A4>A3，A5>A6,可见，绿化废弃物与羊粪、饼肥的比例在8∶1∶1时对降低T值有促进作用，优化了碳氮比，促进了碳的消耗。

3 讨论与结论

研究将枯枝类、落叶类和枯枝落叶混合类三种类型绿化废弃物分别添加两种比例的羊粪和豆饼后进行高度集约化发酵堆肥，在堆腐过程中理化性质变化趋势相似。笔者研究中6个处理经过集成化设备进行初次发酵后，均能在2 d内快速达到高温60℃，且 A1到A6处理均能维持55℃以上高温12 d以上，然而达到堆体腐熟所需时间则不同，A1处理腐熟所需时间最长，腐熟最慢，A3、A4腐熟所需时间最短，腐熟最快速。这表明落叶类与枯枝类和枯枝落叶混合类相比，落叶类的两种配比能加速堆肥腐熟进度，而同一类型中绿化废弃物、羊粪与豆饼在配比(8∶1∶1)下表现出一定的优势。

6个处理在堆肥过程中有机质含量均有不同程度的下降，枯枝落叶类(A5、A6)有机质降解较为明显，表明枯枝落叶类可以更好地促进纤维素的降解。6个处理堆肥过程中全氮、全磷、全钾有所升高，其中A4、A6在二次腐熟后含氮量较高；A6的含磷量增长量最大；各处理速效钾的增量均达到了3倍以上，其中A4、A6这个两个处理上升幅度较大。从总养分来看，二次腐熟后各处理的总养分均能达到6%以上，其中A1、A2、A4、A6的总养分含量较高，更有利于植物生长。

在堆肥结束后6个处理EC值均低于初始混合期，枯枝落叶类(A3)和落叶类(A5)EC值相对较低，更接近植物生长的需求。所有处理二次发酵腐熟后GI值在85%以上，T值在0.6以下，达到了有机肥标准，笔者研究发现绿化废弃物与羊粪、饼肥的比例在8∶1∶1时能够提高绿化废弃物的堆肥腐熟度，降低了T值，减少了对植物的毒性，其中枯枝类和枯枝落叶类更具有优势。

综合各种指标的研究分析，从堆肥进度上，落叶类按照绿化废弃物：羊粪：豆饼配比为8∶1∶1和7∶2∶ 1(A3、A4)的处理具有明显优势，堆肥时间最短，pH适中，发芽指数、T值、养分含量均符合要求，有利于植物生长；堆肥产品质量上，枯枝类按照绿化废弃物：羊粪：豆饼配比为8∶1∶1(A1)的处理具有明显优势，总养分和发芽率较高，pH值、T值、EC值符合有机肥要求，有利于植物生长；从经济适用性考虑，枯枝类和落叶类按照绿化废弃物：羊粪：豆饼配比为8∶1∶1(A1、A3)的处理具有明显优势，发芽率较高，养分含量丰富，对植物毒害作用小，堆肥时间适宜，且需要的羊粪含量较低，更加加具有经济适用性。