园林废弃物与污泥协同堆肥的绿化应用

巩潇，韦依伶，赵方莹、2

（1.北京圣海林生态环境科技股份有限公司，北京 100083；2.北京林业大学，北京 100083）

园林废弃物与污泥协同堆肥的绿化应用

巩潇1，韦依伶1，赵方莹1、2

（1.北京圣海林生态环境科技股份有限公司，北京 100083；2.北京林业大学，北京 100083）

通过在园林废弃物堆肥中添加不同比例污泥进行混合堆肥实验，研究堆肥过程中温度、pH值等指标变化情况，探究堆肥产物应用于绿化行业的可行性。研究发现：园林废弃物堆肥中添加一定量的污泥，能优化堆肥环境，堆肥效果较好；比例适宜的混合堆肥表现出升温速度、高温期时间、腐熟效率、安全性等方面具有一定优势；目前我国园林废弃物资源化比例较低，混合堆肥产物可作为土壤改良基质进行土地利用，实现资源化利用，促进园林绿化产业发展。

园林废弃物；污泥；堆肥处理；产物应用；土壤改良

近年来，我国园林绿化产业飞速发展，园林废弃物产生量随之快速增长[1]。国内外园林废弃物的资源化处理手段主要有好氧堆肥、厌氧发酵、焚烧发电等。其中堆肥法简单易行，投资成本较低，堆肥产品保留了园林废弃物中大量的有机质和营养成分，作为土壤改良基质施用于土壤可部分替代草炭土和无机肥料[2、3]，在安全、经济和保护生态环境方面具有明显的优势[4]。园林废弃物的碳含量较高，碳氮比高于堆肥过程中最佳碳氮比（25 : 1~35 : 1）[5]，可使用含氮量较高的污泥作为添加剂与调理剂提高堆肥综合利用效果[6]。本文将园林废弃物与污泥以不同比例进行混合，通过混合堆肥实验，研究了园林废弃物的堆肥特性，并探究了堆肥产品在工程绿化中的应用效果。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验所用园林废弃物取自北京市园林绿化植物，实验前已粉碎至粒径约2mm的碎片状态，污泥取自北京市排水集团运至庞各庄污水处理厂的生活污泥，其基本理化性质见表1。

表1 实验材料理化性质

1.2 实验方法

根据园林废弃物（以下图中简称：园林）与污泥（以下图中简称：泥）的不同混合比例共设置了3组实验，混合物料配比见表2。3组实验中添加等量微生物菌剂，调节堆体湿度在60%左右，在内径30cm的花盆内，采用垛堆结构堆肥。花盆以塑料膜封口，置于温室大棚内。

表2 混合物料配比

温度测量：5d/次；采样：7d/次，多点采样混合；翻堆频率：17d/次，同时适当添加水分；实验周期：50d。每一个样品分析设3个重复组，数据取算术平均值。

1.3 分析方法

（1）理化指标：温度、pH、全碳、全氮、硝态氮、铵态氮采用常规理化分析法。

（2）生物指标：种子发芽指数（GI）=（样品的发芽率×样品根长）/（对照的发芽率×对照根长）×100%

数据采用Excel 2003和SPSS数据分析软件分析。

2 结果与分析

2.1 堆体温度随堆肥天数的变化

堆体温度变化情况是判断堆肥发酵程度的重要指标之一，一般认为堆肥温度高于45℃进入高温期[7]。堆肥高温期堆体中的微生物代谢旺盛并迅速繁殖，能快速分解堆料中的有毒物质，降低堆肥的毒性。实践表明，堆肥温度超过60℃并保持3天，堆体中的寄生虫卵、病原微生物和杂草种子即被杀灭[8、9]。

如图1所示，堆肥5d后，实验1的堆体温度快速上升至63℃，并保持55℃以上高温长达30天；实验2的升高较快，5天后堆体温度超过了53℃，50℃以上维持了30天；实验3的升温幅度较小，且持续时间短，第5天后开始缓慢降低，最高温仅为40℃左右，没有高温阶段。

堆体温度变化情况说明在园林废弃物与污泥合理配比可改善堆肥条件，堆体升温涨幅增大、高温期持续时间延长。在翻堆过程中，堆体热量散失，温度有小幅降低，随后又重新上升。由于堆肥过程中需要进行数次翻堆以保证堆体均匀腐熟，因此堆肥周期中的堆体温度变化呈现一段连续性的小幅度升温、降温交替，并在堆肥发酵后期底物逐渐腐熟时逐渐降温，堆体温度在发酵周期中表现为先升高后下降。

自然状态下堆肥腐熟速率较慢、周期较长：1）因为微生物在固体发酵条件下生长，移动性差，当菌群生长点及附近的底物被分解，有机物含量减少时微生物活性随之降低；2）堆肥过程中会产生一些含脂肪酸、胺类、芳香烃和硫化物及氨的臭气，这些气体蓄积在堆体中，对微生物活性有一定抑制作用[10]；3）堆体中心的底料不与空气接触，易形成缺氧环境不利于好氧微生物生长。为提高堆肥效率及效果，通常采用人工翻堆、强制通风等方式调节、优化堆肥工艺帮助缩短堆肥的周期[11]。翻堆后，微生物菌群发生转移，分解底物得到了重新分配，大部分臭气被排出，氧含量得到补充，微生物活性得以提高，产热量增多[12]。经过数次翻堆后，温度不再有明显的回升，主要由于高温阶段底物中易于分解的有机物被大量消耗，大量微生物因此死亡、休眠、分解活动减弱，产热量减少[13]。

2.2 堆肥过程中pH值的变化

堆体pH值是影响微生物生长的重要环境因素，通常情况下，在中性或弱碱性的pH值环境中，微生物生长繁殖最旺盛[14]。图2反映了3组实验堆体pH值在堆肥周期内的变化趋势。

图2 堆肥pH值随堆肥天数的变化

图1 堆体温度随堆肥天数的变化

堆肥前3组实验的pH值相近，均为接近中性，堆肥过程中pH值在6至8的弱酸性至弱碱性区间内波动，堆肥结束后，pH值较之堆肥前略有下降，实验1、2的pH值仍接近中性，实验3的pH值稍低，呈弱酸性。堆肥周期中，堆体pH值变化趋势均表现为先升高后降低，推测是由于在堆肥初期，污泥中易于分解的含氮有机物在微生物的作用下发生氨化反应，反应生成氨气并溶解于堆体水分中，碱性的氨水导致堆体pH值上升呈弱碱性，随着发酵继续，堆体中的氨气释放和在微生物作用下的硝化反应，堆体中氨含量降低，pH值又下降。

对pH和和NH4+含量进行相关性分析，实验1、2、3达到了极显著水平（P<0.05），其相关系数分别达到了0.808、0.756、0.882。

2.3 堆肥过程中TOC（总有机碳）的变化

堆肥过程中，微生物首先利用易于被分解的有机物进行新陈代谢和矿化[15]。图3为3个处理堆肥过程中总有机碳含量及其变化趋势。

图3 堆肥有机碳随堆肥天数的变化

由图3可知，实验1、2、3的有机碳含量在前10d都快速降低，分别降低了38.9%、39.9%和46.6%。实验2在35d时已达到稳定状态，实验1、3在40d后也趋于稳定。

在前期总有机碳迅速下降的过程中，微生物主要消耗堆肥中易于分解的有机物，主要包括可溶性醣、淀粉、有机酸和蛋白质类，堆肥TOC快速降低，然后微生物开始降解半纤维素、纤维素和木质素等难于降解物质[16]，堆肥TOC降低速度放缓，并最终趋于稳定。总有机碳趋于稳定可作为堆肥腐熟度判定条件之一[17]，实验3的TOC值前10d下降最多，实验2的TOC值最早趋于稳定，说明适当比例的污泥对堆肥腐熟效率有促进作用，但含量过高的污泥会对堆肥腐熟效率产生一定阻碍，在实际应用中应控制污泥的用量，避免对堆肥中的微生物产生抑制作用。

2.4 堆肥过程中TN（总氮）的变化

图4反映了堆肥中全氮含量的变化情况，在堆肥前15d快速降低，实验1、2、3的全氮含量分别下降了24.7%、33.3%和22.8%，实验1、2、3的全氮含量与有机碳相似，其相关性分别为0.765、0.851和0.753，混合堆肥达到了极显著相关（P<0.05）。

图4 堆肥全氮随堆肥天数的变化

2.5 堆肥过程中-N的变化

图5 堆肥铵化氮随堆肥天数的变化

图6 堆肥硝化氮随堆肥天数的变化

2.6 堆肥种子发芽指数的变化

种子发芽指数（GI）是堆肥腐熟的一个非常重要的生物指标，GI是植物对于堆肥低毒性（植物根长）和高毒性（发芽率）的综合反映[19]。当GI>0.6时，表明堆肥已基本腐熟；当GI>0.8时，表明堆肥已完全腐熟[20]。

图7曲线反映了3个处理的高羊茅发芽指数变化情况，高羊茅在10d前的发芽指数均为零，可见这一阶段的堆肥中含有危害植物的毒性物质，10d后实验1的GI升高较快，并在14天就达到0.15，明显快于另外实验2、3。记录过程中，实验1、2的GI在30天后都达到了0.6，实验3的种子发芽指数则上升缓慢，且一直未达到0.6，实验2的高羊茅种子发芽指数最高达到了0.9，说明在园林废弃物中添加适量污泥，获得的堆肥产品的安全性、利用价值较高，但污泥释放的潜在有毒物质较多，在实际应用中要考虑土壤容纳量等因素适量混合。

（3）实验中，园林废弃物与污泥2∶3的质量比体现的堆肥效果较好。该配比下相对而言总有机碳、总氮的变化趋势较为稳定，中期种子发芽率较高，生长周期较短。

（4）通过调节工艺可实现缩短堆肥周期。例如通过翻堆可增强微生物菌群的移动性，排走对微生物有抑制作用的脂肪酸、胺类、芳香烃和硫化物及氨等化合物气体，减少堆肥中对微生物产生抑制的物质，并能避免堆体内部缺氧，促进好氧微生物的活性。

（5）通过对NH4+-N和NO3--N含量测定，腐熟堆肥中速效氮主要为NO3--N，NH4+-N含量较少，甚至在堆肥腐熟后含量低于堆肥前，可单独将NO3--N含量作为考量园林废弃物堆肥中速效氮含量的指标。

图7 发芽率与堆肥天数的关系

3 结论与分析

（1）通过对堆肥温度、pH、总有机碳、总氮、发芽率等的理化指标分析，从安全性、高效性、产品利用价值上看，园林废弃物与污泥合成堆肥应用是可行的。堆肥的原材料（园林废弃物、污泥）具有产量大、易获取的特点，将其混合堆肥并应用于工程绿化具有较好的环境和经济效益。

（2）园林废弃物与污泥混合堆肥具有升温快、高温维持时间长、腐熟快、安全性高（种子发芽指数很快达到0.6）的优点。

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Greening Application of Garden Wastes and Sludge Compost

GONG Xiao1, WEI Yi-ling1, ZHAO Fang-ying1,2

(1.Beijing Shenghailin Ecological & Environmental Technologies Co., Ltd, Beijing 100083;2.Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

In order to solve the increasing problem of garden wastes year by year, the different proportion mixing compost experiments in garden wastes and sludge are conducted to study the changes of temperature and PH targets in the garden waste composting process and the feasibility of compost products applied in greening industry. The result shows that a certain quantitative sludge in the garden wastes compost can optimize the compost conditions and achieve the better compost result.The proportion appropriate mixing composts have the advantages of warming speed, high temperature period, rotten ef ficiency and high security. At the present, the resource proportions of garden wastes in our country are relatively lower. The garden wastes can use the mixing compost products as a sample of soil ameliorations to carry out the land use and realize the utilization of resource and promote the development of garden greening industry.

garden waste; sludge; compost treatment; product application; soil improvement

X705

A

1006-5377（2017）10-0062-05

北京市科委《农村有机废弃物中小型资源化处理装置研发与示范应用》（Z161100001316008）。