不同腐熟剂对烟末-腐殖土联合堆肥进程的影响*

李勇杰，段应宾，王 洋，宁德鲁，唐永奉

(1．云南省林业科学院，云南 昆明650201;2．云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明650201;3．云南省临沧市林业科学研究所，云南 临沧677000)

我国是世界烟叶生产第一大国，每年烟叶产量450×104～500×104t，其中有近25%的烟叶、烟末等下脚料被废弃，不能用于卷烟生产［1］。云南作为全国著名的烟草大省，在烟草生产过程中不可避免地要产生大量的烟草废弃物，估计每年全省烟草废弃物的数量约60×104t以上［2］。烟草废弃物中含有茄尼醇、烟碱和烟草蛋白等各种生产应用价值高的化学成分，同时含有大量的有机物质、植物生长必需的氮、磷、钾及微量元素等养分，具有很高的利用价值［3］。但这些烟草废弃物如果直接施入土壤，在被土壤微生物分解的同时，也会生成一些对植物正常生长有抑制作用的中间代谢物［4］。因此，如何合理利用烟草废弃物资源，进一步实现废弃资源的无害化和资源化，已成为当前国内外烟草行业专家的重要研究方向。

好氧高温堆肥是目前有机废弃物处理利用无害化和资源化的有效途径之一。有机肥生产经济效益的关键在于如何加快堆肥升温速度、缩短堆肥腐熟时间。而接种腐熟剂是加快堆肥升温、促进发酵腐熟过程，提高堆肥效率的有效措施［5～10］。李少明等［8］研究了微生物腐熟剂 (福贝、定制和榕枫)对纯烟末堆肥进程的影响。因此，本项目结合云南烟草生产实际，探讨不同有机物料腐熟剂对废弃烟末-腐殖土联合堆肥腐熟进程的影响，以期为提高废弃烟末资源化利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验以废烟末和腐殖土作为堆肥的基本原料，以酵素菌BYM和VT菌作为有机物物料腐熟剂。酵素菌BYM和VT菌的添加量分别为1%和0．1%(重量比)。

试验设置3个处理，分别为T1(烟末80%+腐殖土20%);T2(烟末80%+腐殖土20%+VT菌);T3(烟末80%+腐殖土20%+BYM菌)。将堆肥物料充分混合后堆成直径约1 m，高约0．8 m的锥形堆体。

试验在云南省林业科学院的温室大棚中进行。堆肥发酵时间33天。每2天翻堆1次，翻堆时间为早上10：00。

1.2 采样与测定

分别于试验第0天、3天、6天、12天、15天、21天、27天和33天采样，在翻堆充分拌匀后，按5点采样法，每处理每次采集3个混合样，风干磨细备用。

每天上午11：00，用温度计从堆体顶部垂直向下深插30 cm，测定堆体的温度，同时也测定当天的环境温度。

堆料有机碳的测定采用重铬酸钾-浓硫酸外加热法;全氮采用浓硫酸-过氧化氢消煮，凯氏定氮法测定［11］。

1.3 数据处理

采用SPSS 18．0和Excel软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 不同腐熟剂对堆肥进程中温度的影响

温度是保证堆肥化过程顺利进行的重要因素。高温阶段是高温好氧堆肥处理有机固体废弃物的关键阶段［12］，堆体温度在55℃条件下保持3天以上(或50℃以上保持5-7天)，是保证堆肥的卫生指标合格和堆肥腐熟的重要条件［13］。本试验的温度变化如图1所示，3个处理均在3天内温度迅速升高，添加腐熟剂处理上升的速度较快，在第6天时温度就超过55℃，进入高温阶段，而添加VT和BYM菌的处理间差异不显著。在第21天温度开始下降，慢慢地趋近于环境温度，在第33天时添加BYM的处理温度更接近于环境温度，即堆肥基本稳定。因为当堆体温度趋近于环境温度时，表明有机质的分解接近完全，堆肥可被认为已达稳定。

图1 不同腐熟剂对堆肥进程中温度的影响Fig．1 Effects of microbial inoculant on temperature in composting

2.2 不同腐熟剂对堆肥进程中总有机碳的影响

堆肥过程中有机物质在微生物作用下分解转化为CO2、水及矿物质等，分解产物又在微生物的作用下合成新的腐殖酸物质。从图2可以看出，各处理堆料中的总有机碳随堆肥进程缓缓下降，其中以T3的下降比例最大，T2次之，T1最小，表明添加腐熟剂促进了总有机碳的下降。到堆肥结束时处理T3、T2、T1的总有机碳分别下降了 31．86%、26．90%、21．28%。与T1相比，T3的总有机碳下降比例提高了49．72%，T2的总有机碳下降比例提高了26．41%，且处理T3与处理T1的差异达到显著水平。由此表明添加微生物菌剂 (BYM和VT菌)可调控烟末-腐殖土联合堆肥过程中的碳代谢，促进堆肥过程中有机物质的分解。而两种腐熟剂中以BYM的效果更显著。

图2 不同腐熟剂对堆肥进程中全碳的影响Fig．2 Effects of microbial inoculant on T-C in composting

2.3 不同腐熟剂对堆肥进程中全氮含量的影响

堆肥进程中全氮含量的变化如图3所示。

图3 不同腐熟剂对堆肥进程中全氮的影响Fig．3 Effects of microbial inoculant on T-N in composting

由图3可知，各处理堆料中的全氮含量在堆肥第0-15天波动较大，第15天以后，总体上呈现出逐渐增加的趋势。添加腐熟剂显著提高了全氮含量的增加。各处理的提高比例大小为:T3＞T2＞T1。与堆肥起始相比，堆肥33天后，处理T2、T3堆料中的全氮含量提高了27．69%、43．84%，堆肥结束后，各处理堆肥产品的全氮含量之间的差异达到显著水平 (p＜0．05)，与T1处理相比，T2和T3处理全氮含量分别提高了25．2%和49．5%。

2.4 不同腐熟剂对堆肥进程中碳氮比的影响

C/N值是检验肥料腐熟度的一个重要指标，一般堆肥C/N值达到20以下，就可认为腐熟，可以直接施用。堆肥进程中不同处理堆料中C/N的变化如图4所示。从图4可以看出，随着堆肥时间的推移，添加腐熟剂的堆肥产品的C/N呈下降的趋势，并在第33天堆肥结束时小于20，表明添加腐熟剂有助于堆肥C/N的降低，从而加速了堆肥的腐熟进程，且添加微生物菌剂 (BYM和VT菌)处理与未添加处理差异达到显著水平。其中添加VT和BYM菌的处理间差异也达到显著水平。

图4 不同腐熟剂对堆肥进程中C/N值的影响Fig．4 Effects of microbial inoculant on C/N in composting

2.5 不同腐熟剂对堆肥进程中T值的影响

堆料C/N值小于20只是堆肥腐熟的必要条件，而不能反映堆料是否完全腐熟。现有研究认为采用T=(终点C/N)/(初始C/N)来评价堆料的腐熟程度更为合适，认为当T值小于0．6时才算腐熟完全［14］。由图5可以看出，至堆肥21天，添加腐熟剂的T2、T3处理明显降低了T值的下降。堆肥33天后，T2、T3处理的T值小于0．6，而处理T1的T值仍大于0．6，即腐熟不完全。由此表明，添加腐熟剂可以促进烟末-腐殖土的腐熟。

图5 不同腐熟剂对堆肥进程中T值的影响Fig．5 Effects of microbial inoculant on T in composting

2.6 不同腐熟剂对堆肥品质的影响

不同腐熟剂对堆肥品质的影响见表1。

表1 不同腐熟剂对堆肥品质的影响Tab．1 Effects of microbial inoculant on quality of composting

由表1可知，添加腐熟剂显著增加了堆肥中氮、磷、钾等养分的含量，改善了堆肥的品质。与T1处理相比，T2和T3处理全氮含量分别提高了25．2%和49．5%，全磷含量分别提高了60．0%和66．7%，全钾含量分别提高了7．7%和3．9%。其中从添加VT和BYM菌两个处理看，以BYM菌效果更好，但差异未达到显著水平。

3 讨论

堆肥快速腐熟受诸多因素的影响，如温度、pH值、C/N等。而堆肥是一个复杂的生物学过程，其中微生物的活动对堆肥物料的分解起着重要作用，成为影响堆肥快速腐熟的重要因子之一。因此，加入适当的外源微生物是加快堆肥腐熟发酵的重要手段［6，8，15］。

温度是堆肥化过程中的一个重要指标。堆肥温度过低会导致有机物分解缓慢，堆肥温度过高则会抑制并杀死部分有益微生物，均不利于有机固体废弃物的堆肥化处理［16］。大量研究表明，在堆肥中添加微生物菌剂，能够加快堆肥发酵速度，缩短发酵堆肥时间，从而加快腐熟进程，提高堆肥效率。本项研究结果也表现出相同的趋势，在烟末高温堆肥腐熟体系中，添加微生物菌剂BYM、VT比不添加微生物菌剂处理堆体温度提前3天达到50℃以上，而且高温持续时间更长。这与霍培书等［17］的研究结论一致。从促进堆肥前期升温速度来看，添加微生物菌剂处理均较对照升温更快，而两种微生物菌剂处理中，BYM菌剂优先于VT菌剂进入高温分解阶段。说明添加微生物菌剂有利于堆体迅速进入高温分解阶段和持续高温分解阶段，加快了烟末堆肥腐熟进程。

有研究表明，接种微生物对堆肥物质的分解作用浓缩了堆肥中的无机营养成分，而且由于水分的散失，堆体质量的下降，使养分含量相对增加，有利于提高堆肥质量［18］。本文研究结果与此相同，添加微生物菌剂的处理到堆肥腐熟时全氮含量均显著高于不添加微生物菌剂处理。从添加VT和BYM菌两个处理看，以BYM菌效果更好，但差异未达到显著水平。堆肥初期堆料中的全氮含量出现波动的原因可能是由于在堆肥过程中有机物的矿化分解、CO2的损失、水分蒸发引起干物质的减少而使全氮含量增加，紧接着温度不断升高后，微生物大量繁殖，活动剧烈，对有机氮的矿化分解能力加强，产生大量的NH+4-N在高温过程中挥发损失而使全氮含量下降［19］。在堆肥后期由于硝化细菌通过硝化作用，使物料中的氮素得以固定，使堆肥产品全氮量呈上升趋势并趋于稳定，这与李少明等［20～21］的研究结果一致。堆肥结束后物料全磷和全钾的增加主要是由于物料经腐熟后，有机物质通过微生物的活动以CO2和H2O的形式散失，加之添加微生物菌剂使物料中微生物活性增强及数量增多，加速了有机质的降解，堆体的体积和质量都将减少，产生浓缩效应，造成全磷和全钾含量在堆肥结束后相对增加。

堆料C/N和T值均是堆肥产品腐熟的重要指标，C/N小于20时标志着有机物料的腐熟化，堆肥过程中随着堆料C/N的下降，T值逐渐减低，当T值下降到小于0．6时，标志着堆料的有机物料达到完全腐熟。本研究中堆肥前期C/N值波动较大，甚至出现较大的提高的原因可能是由于在高温阶段铵态氮挥发损失过大，而分解的有机物相对较小而引起。在本试验条件下，至堆肥结束时，添加微生物菌剂BYM、VT处理的T值显著低于对照，说明添加腐熟剂具有良好的促进腐熟的效果，而添加微生物菌剂BYM处理的T值显著低于添加微生物菌剂VT处理，可以看出不同腐熟剂的作用效果也不同，这可能和接种微生物的量有一定的关系。

4 结论

烟末-腐殖土联合堆肥进程中，添加有机物料腐熟剂可加速对堆料的有机物质分解，提高堆料的全氮固定，提高堆料的腐熟程度，但不同腐熟剂的效果有所差异，添加BYM菌和VT菌的堆料有机碳含量分别降了31．86%、26．90%;添加BYM菌和VT菌的堆料全氮含量分别提高了27．69%、43．84%;堆肥33天后，添加腐熟剂的处理的C/N值小于20、T值小于0．6，促进了废烟末-腐殖土的快速腐熟。

［1］董占能，白聚川，张皓东．烟草废弃物资源化［J］．中国烟草科学，2008，29(1):39-42．

［2］彭靖里，马敏象，吴绍情，等．论烟草废弃物的综合利用技术及其发展前景［J］．中国资源综合利用，2001(8):18-20．

［3］竹江良，刘晓琳，李少明，等．两种微生物菌剂对烟草废弃物高温堆肥腐熟进程的影响［J］．农业环境科学学报，2010，29(1):194-199．

［4］黄国锋，吴启堂，孟庆强，等．猪粪堆肥化处理的物质变化及腐熟度评价［J］．华南农业大学学报，2002，23(3):1-4．

［5］徐 智，毛昆明，汤 利，等．榕风对西番莲果渣高温堆肥过程中氮变化的影响［J］．云南农业大学学报，2005，20(6):800-803．

［6］徐 智，汤 利，李少明，等．微生物菌剂福贝对西番莲果渣高温堆肥过程中氮变化的影响［J］．农业环境科学学报，2006，25(增刊):621-624．

［7］许晓英，李 季．复合微生物菌剂在污泥高温好氧堆肥中的应用［J］．中国生态农业学报，2006，14(3):64-66．

［8］李少明，汤 利，范茂攀，等．不同微生物腐熟剂对烟末高温堆肥腐熟进程的影响［J］．农业环境科学学报，2008，27(2):783-786．

［9］张金金，刘爱民，陈金凤，等．不同菌剂处理下猪粪和牛粪堆肥前期性质变化［J］．资源开发与市场，2010(6):481-484．

［10］沈根祥，尉 良，钱晓雍，等．微生物菌剂对农牧业废弃物堆肥快速腐熟的效果及其经济性评价［J］．农业环境科学学报，2009，28(5):1048-1052．

［11］鲍士旦．土壤农化分析［M］．北京:中国农业出版社，2000．

［12］李少明，邓文祥，郭亚妮，等．微生物菌剂对烟末堆肥理化性状及种子发芽指数的影响［J］．云南农业大学学报，2007，22(5):706-709．

［13］中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所，四川省疾病预防控制中心，河南省疾病预防控制中心，等．GB 7959-2012，粪便无害化卫生标准［S］．北京:中国标准出版社，2012．

［14］MORELl T L，COLIN F，GERMON J C，et al．In composting of agricultural and other wastes［M］．London and New York:Elsevier Applied Science Publishers，1985:56-72．

［15］徐 智，汤 利，李少明，等．两种微生物菌剂对西番莲果渣高温堆肥腐熟进程的影响［J］．应用生态学报，2007，18(6):1270-1274．

［16］李 季，彭生平．堆肥工程实用手册［M］．北京:化学工业出版社，2005．

［17］霍培书，陈雅娟，程旭艳，等．添加VT菌剂和有机物料腐熟剂对堆肥的影响［J］．环境工程学报，2013(6):2339-2343．

［18］孙晓华，罗安程，仇 丹．微生物接种对猪粪堆肥发酵过程的影响［J］．植物营养与肥料学报，2004，10(5):557-559．

［19］INOKO A，K MIYAMAT SU，K SUGAHARA，et al．On some organic constituents of city refuse composts produced in Japan［J］．Soil Science and Plant Nutrition，1979，25:225-234．

［20］李少明，郭亚妮，陈成卫，等．废弃烟末高温堆肥中氮变化研究［J］．云南农业大学学报，2008，23(1):109-112．

［21］BISHOP P L，GODFREY C．Nitrogen transformations during sludge composting［J］．Biocycle，1983，24:34-39．