高尔夫球场草屑循环再利用研究

时佩，黎瑞君，张巨明＊

（1.海南大学应用科技学院，海南 儋州571737；2.华南农业大学农学院，广东 广州510642）

随着我国经济的快速发展，高尔夫球场也随之涌现，全国高尔夫球场截止2009年共有348家，7 772洞［1］，仅深圳就有近20家球场。高尔夫球场在给我们带来经济效益的同时，也对生态环境带来了影响，如农药、肥料等流入河流带来的污染，每天产生的草屑、枯枝落叶等废弃物无法处理，对环境造成污染。1个18洞的高尔夫球场，在生长季节每天可产生2～5t的草屑。目前对草屑的处理方法通常是焚烧或掩埋。这两种方式一方面会对大气产生污染，另一方面会造成资源浪费。然而草屑本身含有大量营养物质，这就为其作为栽培基质提供了可能性。据研究植物组织含有大量的养分，例如，在充足营养水平下狗牙根（Cynodon dactylon）组织营养元素含量为：N（%）4.00～6.00，P（%）0.25～0.60，K（%）1.50～4.00，C（%）0.5～1.0，Mg（%）0.130～0.40，S（%）0.20～0.50，Fe（mg／kg）50～500［2］。尽管这些养分会因为逆境［3］、生育期［4］、及施肥水平［5］而发生一些变化。但从资源角度仍然具有很高的利用价值。如果将高尔夫球场修剪下的大量草屑能够再利用，将对建立可持续发展、生态文明的高尔夫球场有着积极意义。

国内在对废弃物作为草皮基质研究方面相对较多，如张桂馥［6］用脲醛泡沫作为无土草皮栽培基质，多立安和赵树兰［7］利用生活垃圾生产无土草皮毯，朱淑霞等［8］利用不同废弃物（煤渣、锯木屑、污泥、垃圾土、蘑菇土）作为天堂328杂交狗牙根（Cynodon dactylon×C.transvadlensis cv.T－328）草皮基质的研究。但国内对草屑研究相对较少，这主要是因为高尔夫运动在我国发展较迟，针对草屑的研究也相对偏少；另一方面高尔夫球场产生的草屑所造成的环境污染及资源浪费现象还没有引起足够重视。以深圳高尔夫俱乐部为例，球场实际面积为527 266 m2，在草坪草生长盛期每天需要修剪一遍，夏季每天的草屑量可高达200g／m2。若不能将这些草屑有效的利用起来将会造成极大的资源浪费。草屑可通过堆肥加以利用，但草屑C／N较小，约为10，因此在堆肥过程中需要引入C／N高的材料，以调节C／N，减少营养元素流失。魏元帅［9］在利用高尔夫球场草屑堆肥时，利用锯末和稻壳作为调节C／N的材料，最终的发酵产品C／N在合理的范围内，并且2种材料间差异不显著。姚天举等［10］利用草屑和污泥按照1∶5的比例混合后发酵，结果显示，发酵草屑在堆肥中能有效调节堆料的C／N，并为微生物提供初期碳源，污泥中有机质的分解率从最低的8.1%提高到36.0%。

国外对草屑研究相对较早，一方面是由于环保意识很强；另一方面是由于政府部门的监管。Hartin等［11］研究表明，发酵后的草屑不仅含有大量的有机质，而且还含4%的氮、0.5%的磷、2%的钾。Kopp和Guillard［12］研究表明，草屑还田不仅可以提高氮的回收率，而且可以明显地提高草坪质量。Colbaugh等［13］研究表明，草屑循环利用可以降低病害的发生。

目前国内外利用草屑与有机物混合进行堆肥的研究尚不多见。据研究利用稻秆与鸡粪混合发酵制作堆肥，随着鸡粪量的加入，堆肥中的氮、磷、有机质含量随之增高，堆肥的品质也得到明显提高［14］。本研究以高尔夫球场修剪下的草屑为原料，与鸡粪按不同比例混合后加入菌剂进行发酵。试验测定发酵过程基质的理化性质，最后将发酵物与沙混合后作为草坪基质进行生长试验，探讨草屑与有机物混合发酵技术及发酵物作为草坪生长基质的可能性，为我国高尔夫球场草屑的合理利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验始于2009年11月5日，在深圳高尔夫俱乐部备草区进行，球道草为海滨雀稗2000（Paspalumvaginatumcv.Sea Isle 2000），果岭草为天堂328杂交狗牙根。鸡粪有机肥为深圳光明农场生产，有机质含量≥35%，菌剂为成都合成生物科技有限公司生产的生物菌剂“瑞莱特”，主要成分为：酵母菌、霉菌、细菌（产品名）。

发酵后的草屑基质栽培试验采用长方形塑料盆，规格为50cm×30cm×5cm，每盆基质厚度为3cm。草种为兰引Ⅲ号结缕草（Zoysiajaponicacv.Lanyin No.Ⅲ）。

1.2 方法

本研究分2部分。第1部分为草屑与不同比例的鸡粪肥料混合后的发酵试验，共设计4个处理（表1），每个处理3个重复；第2部分为上述发酵堆肥与沙按1∶1混合后作为基质，用兰引Ⅲ号结缕草进行栽培试验，共设置4个处理和对照（纯土），3个重复，共计15盆（表2）。

全氮采用凯氏定氮仪法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，速效磷采用0.05mol／L HCl－0.025 mol／L （1／2H2SO4）法测定，速效钾采用火焰光度法测定，有机碳采用稀释热法测定［15］，草坪草盖度采用针刺法测定，叶绿素测定采用分光光度计法，地上部分生物量用修剪下的草屑干重测定，地下部分生物量用单位面积内活根的干重测定［16］。

植物毒性指标测定。取风干的堆肥样品10g，按1∶10的比例与纯水相互混合，过滤，用过滤液做发芽试验。发芽指数GI＝（堆肥处理的种子发芽率×根长）／（对照处理的种子发芽率×根长）。

堆肥温度测定。从堆垛当天开始，每天测量其温度，直至和环境温度相等。每次在堆体2／3处将温度计插入10cm，测量温度。

试验数据均以平均值表示，用Excel软件进行数据图表分析；用SAS软件进行方差分析，各平均数的多重比较采用邓肯氏新复极差检验法（duncan’s multiple range test，DMRT）。

表2 草屑堆肥基质配比配方Table 2 The ratios of composting medium

2 结果与分析

2.1 草屑发酵过程中理化性质的变化

2.1.1 堆体的温度变化 不同处理间堆体的温度变化较明显（图1），尤其是T1堆体升温较快，最高温度超过50℃，比其他处理提早1～2d，而且高温持续的时间长，并且在整个堆肥过程比其他堆体温度偏高，直到最终和其他堆体温度一致。所有堆体的温度在第15天出现了一个峰值，这是寒流过后，温度回升而造成的，随后持续降温，逐渐平缓。T4的温度始终较低，在13d后，其他堆体的温度逐步下降，T4的温度在寒流过后呈持续上升的趋势。

2.1.2 堆体的pH值变化 堆体pH值的总体变化规律为：T1、T2呈先上升后下降（图2），这可能是由于在发酵过程中产生的氨气导致堆体的pH值升高，随着发酵进行氨气量减少，堆体的pH值又出现下降趋势，其中堆体T2的下降幅度较大。处理T3、T4呈先下降后上升的趋势，这可能是由于加入鸡粪导致pH值不稳定的结果。4种处理在发酵结束后，其pH值基本上维持在7.0左右。

2.1.3 堆体的C／N变化 堆体C／N变化较为明显，在11月13日前呈上升而后急剧下降（图3）。这是因为在发酵初期，微生物生长迅速，有机碳含量增加，导致堆体C／N上升，在堆肥的后期堆体C／N变化不大，处理T4总体变化不明显，堆肥成熟后，堆体C／N稍偏大，T0为25左右，其他处理大于30。

2.1.4 堆体含氮量变化 随着堆体温度上升，处理T1、T2、T3的含氮量呈下降而后逐渐上升的趋势（图4），T4的含氮量总体逐步下降，T2在11月16日以后含氮量则呈急剧上升的趋势。发酵完成后含氮量大小为：T1（1.37%）＞T3（1.22%）＞T2（1.15%）＞T4（1.10%）。

图1 堆体的温度变化Fig.1 Temperature change during composting

图2 堆体的pH值变化Fig.2 pH change during composting

图3 堆体C／N的变化Fig.3 C／N change during composting

图4 堆体氮含量的变化Fig.4 N content change during composting

2.1.5 植物毒性指标分析 植物毒性指标反映了各堆体在发酵成熟后，所含的一些有害物质对植物生长发育的影响。T4与其他3个处理间差异显著（图5），T4值大于0.70，T1、T2、T3值均在0.65左右，这说明T4对植物的生长发育影响最小。

2.1.6 各堆体养分分析 不同的堆体发酵后其pH值均大于7.0（表3）。全氮含量T1（1.91%）大于其他各个处理。全磷、全钾含量相差不大；有机质含量T3大于其他处理，为14.15%，T1最小，仅为10.75%。各个处理的C／N均在30左右。

2.2 草屑发酵后的混合基质对草坪生长的影响

2.2.1 不同发酵基质对兰引Ⅲ号结缕草密度的影响不同处理对兰引Ⅲ号结缕草密度的影响，从1月24日测量结果可以看出，各个处理间差异不显著（表4）；在以后的测量中，处理T20、T30与其他处理间差异显著，T30密度达到108.00枝／100cm2，CK 仅为78.33枝／100cm2。

图5 植物毒性指标分析Fig 5 The analysis of composts phytotoxicity

表3 各堆体养分分析Table 3 The analysis of composts nutrient

表4 不同发酵基质对兰引Ⅲ号结缕草密度的影响Table 4 Effects of different composting medium on density 枝条数 Shoots／100cm2

2.2.2 不同发酵基质对兰引Ⅲ号结缕草盖度的影响 不同处理对盖度的影响在2月7日前，处理间差异不显著（表5），在此之后，处理间开始出现差异，T30、T20、CK的盖度与其他处理间差异显著。

2.2.3 不同发酵基质对兰引Ⅲ号结缕草叶绿素含量的影响 栽培基质对兰引Ⅲ号结缕草叶绿素含量的影响表现为：在2月21日，各个处理间差异不显著（表6），在以后的3次测量中，处理T20、T30与对照间差异显著，叶绿素含量较高，颜色比较绿。

2.2.4 不同发酵基质对兰引Ⅲ号结缕草地上部分生物量的影响 T30的生物量在整个生长过程中明显高于T0、T10、T20及对照（CK），处理T10在2月21日前生物量最低，后期高于T0及对照（CK）。4月4日测量结果显示，生物量大小是T30＞ T20＞ T10＞ T0＞对照（CK），T30（1.12g／盆）为对照CK（0.14g／盆）的8倍（表7），出现生长低谷（2月21日），是由于低温对植物生长的影响。

表5 不同发酵基质对兰引Ⅲ号结缕草盖度的影响Table 5 Effects of different composting medium on coverage %

表6 不同发酵基质对兰引Ⅲ号结缕草叶绿素含量的影响Table 6 Effects of different composting medium on chlorophyll content mg／g

表7 不同发酵基质对兰引Ⅲ号结缕草地上部分生物量的影响Table 7 Effects of different composting medium on aboveground biomass g／盆Pot

2.2.5 不同发酵基质对兰引Ⅲ号结缕草地下部分生物量的影响 不同的处理间对地下部分生物量影响较为明显，处理T30、CK、T10、T20间差异不显著，但与T0间差异显著（图6），其大小顺序为：T30（7.56g／100cm2）＞CK（7.32g／100cm2）＞T10（6.79g／100 cm2）＞T20（6.35g／100cm2）＞T0（4.06g／100cm2）。

图6 不同发酵基质对兰引Ⅲ号结缕草地下部分生物量的影响Fig.6 Effects of different composting medium on underground biomass

3 讨论

3.1 添加有机物质对草屑发酵的影响

有研究表明，堆肥温度的变化与微生物代谢活性相关［17］。试验结果表明，辅料鸡粪有机肥加入后，所有处理的堆体发酵温度呈现初期急剧升高然后逐步降低的趋势，但温度升高的幅度在不同处理间有差异，以T1堆体升温较快，最高温度超过50℃，而且高温持续的时间长，而后依次为T2、T3和T4，显然这与发酵堆体草屑的比例有关，草屑比例越大堆体的温度越高，说明微生物更容易利用草屑作为碳源。从中也可以看出，堆体中外源有机质加入的多少并没有对发酵温度产生促进作用，这可能是因为外源有机质分解缓慢，还没有给微生物提供足够的碳源。李国学等［18］采用猪粪、稻壳鸡粪、稻壳再添加W＝0.5%的快速发酵菌剂，能加速稻壳堆肥腐熟，显著缩短发酵时间，一般堆制14～21d即发酵成熟。本研究结果表明，草屑堆肥在21d后的堆温和外界气温相同，发酵基本完成。

发酵过程中堆体的pH值在发酵中期各处理差异明显，但到后期各处理的pH值趋于一致，均在7.5左右，较为理想。各个处理在发酵后碳氮比约30，Golueke［19］认为堆肥在腐熟后其碳氮比应小于20，但张一刚［20］提出：对于农用废弃物（碳氮比小于20）碳氮比不适宜作为腐熟度参考指标。碳氮比对草屑发酵的影响还需要进一步的研究。

通过对发酵后草屑的营养分析，随着鸡粪有机肥加入，有机质含量增加很多，但其他养分含量差别较小。Michael等［21］研究表明鸡粪在发酵过程中氮含量会因为NH3挥发而出现下降的趋势。本研究结果表明，氮含量在前期下降明显，后期则出现先升后降的趋势。根据土壤养分分级标准［22］，草屑混合发酵后的有机质含量比最高级别5级（甚丰富）高2倍以上，全氮含量相当于5级（甚丰富）的5倍，全磷含量相当于5级（甚丰富）的2倍，全钾含量相当于3级（中等）水平，总体上草屑混合发酵后养分含量十分丰富。

Zucconi等［23］研究表明，未腐熟的堆肥提取剂对种子的发芽有抑制作用。本研究种子发芽试验表明，发酵后的草屑在一定程度上会抑制种子出芽，T20、T30的影响相对较小，T0、T10的影响相对较大。一般认为当植物毒性指标大于0.5时，发酵基本成熟［23］。本研究草屑发酵后植物毒性指标均大于0.5，表明发酵已经成熟。

3.2 发酵后的草屑产品对兰引Ⅲ号结缕草生长的影响

利用发酵后的草屑作为兰引Ⅲ号结缕草栽培基质的试验结果表明，不同的堆肥处理对兰引Ⅲ号结缕草外观质量有明显的影响，其颜色与对照（CK）颜色之间差异显著；鸡粪有机肥含量相对较大的处理T20、T30，其密度、盖度、地上部分生物量要好于处理T0、T10，但T20、T30之间差异不显著。Hartin等［11］研究表明，草屑发酵后使用可以明显提高土壤有机质含量。Kopp和Guillard［12］研究表明，将草屑回田利用，可使氮的有效率从52%提到71%，并且可以明显地促进草坪草生长，减少氮肥使用。堆肥的栽培试验结果也表明兰引Ⅲ号结缕草的地上部分生物量呈逐渐增大的趋势，其生物量大小为：T30＞T20＞T10＞T0，但T20、T30之间的差异并不明显。

3.3 草屑与鸡粪有机肥混合发酵品质及可行性分析

草屑与鸡粪有机肥混合发酵，发酵成熟需要21d，发酵过程中鸡粪有机肥对发酵物的理化性质，如温度、pH值、C／N、含氮量有一定影响，但对最终发酵产物品质的影响并不大。加入鸡粪后，草屑发酵产物除有机质含量显著增加外，pH值、C／N、氮、磷、钾等有效养分含量变化并不明显。

草屑发酵时加入鸡粪有机肥的量以20%为宜。添加20%、30%鸡粪的处理，其盖度相对其他处理可以提前15d左右达到90%以上，其密度显著大于其他处理和对照。但2个处理间指标差异并不显著。因此从成本方面考虑，草屑发酵加入20%鸡粪有机肥即可。

草屑与鸡粪混合发酵后作为草坪栽培基质是可行的。本试验结果表明，混合发酵产物pH适中，养分含量丰富，使用安全，可作为有机改良基质使用，其与沙混合构成的基质可以明显提高草坪的成坪速度，对盖度、密度、颜色、生物量等都有促进作用。

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