园林植物废弃物好氧堆肥的研究

彭牡丹，翟晓峰，李诗刚，张 英，严建平，王 慧，刘嘉俊，李化山，叶宇轩

(深圳市铁汉生态环境股份有限公司，广东深圳518040)

1 引言

经济的快速发展导致人类不合理消费的现象日渐严重，有机固体废弃物的产生量呈现逐年增加的趋势［1］。据2006年统计资料显示，我国有机固体废弃物的年产量约占全世界产量的30%左右，并以10%的速度增加。传统的有机固废处理方式在解决空间占用问题的同时，产生了更大的环境问题——空气污染，有机固体废弃物的正确处理已成为一个世界性难题［2］。

随着我国城市化进程的加快，城市绿化覆盖率不断上升，城市绿地面积不断扩大。从绿化面积的不断增加和绿化投资规模的不断加大，随之而来的园林植物废弃物如枯枝落叶、树枝修剪物、草坪修剪物、杂草、种子和残花等的量也越来越大。如北京市2005年年产园林绿化废弃物约195万 t;2006年年产园林绿化废弃物约204万t;2007年年产园林绿化废弃物约236万 t。据《2010～2015年中国化肥市场投资分析及前景预测报告》显示，农业化肥污染是世界上最大的污染之一［3］，由于长期施用化肥，我国的东北黑土区已从开始的富含有机质土壤转变为有机质贫瘠土壤。而且，由于传统化肥的滥用，现在我国大约有1/6的耕地已受到重金属污染，污染土壤面积高达2000万 hm2以上。一方面随着城市绿化面积增大，绿化投资规模增加必然使产生的绿化植物废弃物增多，另一方面土壤的贫瘠化需要大量的有机肥［4］。可见，植物废弃物堆肥是填埋和焚烧等处理方式中兼具生态效益、社会效益和经济效益的处理方式，符合循环经济和节能减排的要求。

堆肥处理过程实质上是微生物分解有机物的作用过程［5］，在微生物分泌酶的作用下，把有机物降解并进一步转化成腐殖质［6］，根据反应过程对氧气量需求的不同，常将堆肥分为好氧和厌氧堆肥两种［7～10］。好氧堆肥是使有机固体废弃物在有氧条件下利用好氧微生物的作用达到有机物分解、腐殖质形成、无害化，转变为有利于土壤性状改良并对作物生长有益和容易吸收利用的有机肥的方法;厌氧堆肥是使有机固体废弃物在厌氧条件下利用厌氧微生物的作用达到稳定化并得到有利用价值的产物。由于高温堆肥可以最大限度的杀灭病原菌，同时对有机质的降解速度快，因此称为现阶段应用最为广泛的堆肥方法，好氧堆肥微生物发酵技术也是最前沿的堆肥发酵技术。

2 材料和方法

2.1 材料

堆肥原料为深圳市园林植物废弃物。EM菌液为日本进口。BEST公司的TM秸秆腐熟剂购自BEST公司，大华酵素菌购自淘宝，未知混料为不同堆肥产品的混合物。

2.2 试验设计

2.2.1 不同菌剂对堆肥升温的影响

试验加对照共5个处理(表1)，原料为25 kg小试堆体。处理4为多温度阶段加菌处理，高温阶段及低温阶段。

表1 不同菌剂添加情况

2.2.2 TM及多阶段加菌对堆肥的影响

将复合菌剂进行添加BEST秸秆腐熟剂(TM)与不添加BEST秸秆腐熟剂的相关对照试验(表2)。原料25 kg+100 mL菌液+100g尿素+2 mLTM+100 mL营养剂。

表2 TM及多阶段加菌处理

2.2.3 园林植物废弃物制堆方法及腐熟测定方法

称取园林植物废弃物750 kg，加入尿素0.5%，翻混制成堆高1m、顶部削平的发酵堆。用表头式温度计从发酵堆顶部垂直插入，深度30 cm，每天定时(上午9:00与下午5:00)测定堆温两次，测完温度后均匀翻堆，翻堆后堆制成原形状，再用三色油布盖住。前一个星期每隔一天给条垛洒水，保持含水率在60%左右。每5d定时采样一次，采样方法:沿堆顶垂直切成剖面，取堆中20～30 cm堆层物料500 g，冷藏，待分析测定用。种子发芽率测定:新鲜堆肥样品用去离子水按土水比1∶10(以干质量计)浸提1 h后，培养皿内垫1张滤纸，均匀放入10颗种子，加入以上浸提滤液5 mL，在25℃黑暗的培养箱中培养48 h后，计算发芽率每个样品做3个重复，同时以去离子水作空白试验。

3 结果与分析

3.1 不同菌剂对堆肥的影响

由图1可知，无论是哪种菌剂处理，观察堆肥整体的温度趋势，有一大一小两个起降温阶段，处理1、2、4在堆肥开始后的4 d，温度持续升高，处理3相对升温较慢，在第4 d时温度达到最大，对比处理1与2可知处理1升温速度比2快，综合说来，大华酵素菌升温效果比EM菌液更好，而未知混料的添加对堆肥的整体效果平平，虽比对照的升温效果好，但是仍比不上大华酵素菌和EM菌液。

图1 不同处理对堆肥温度的影响

图2为5个处理在堆肥前两个星期的pH值变化，由图可知，处理1、2、3、4整体的pH值值在前4d都处于快速上升阶段，然后趋向于平衡，对照处理5的pH值上升速度缓慢，可能因为没有加菌剂，因此发酵相对于加了菌剂的滚筒要缓慢。但是在第5 d进行曝气时，堆体温度骤降，停止曝气温度回升，由于园林植物废弃物原料本身孔隙度较大，散热较快，因此曝气或者翻堆次数不宜太多，5～6 d翻一次较合适。

图2 不同处理对堆肥pH值的影响

图3 不同条件对滚筒堆肥温度的影响

图4为滚筒堆肥三个处理的pH值变化，因滚筒翻堆次数较多，pH值波动也比较大，处理1和2添加TM发酵，pH值整体高于不添加TM的处理3，对比温度变化图看来，添加TM腐熟剂一定程度激活混合菌剂的活跃性，促进了堆肥的发酵过程。处理1后期采取滚筒加热的方式促进发酵腐熟，最后的pH值相对处理2处理3下降较快，而且腐熟料的pH值在3个处理中达到最低，更利于有机肥的形成。

图4 不同条件对滚筒堆肥pH值的影响

图5为滚筒堆肥含水率的变化，前一个星期是高温发酵阶段，含水率下降速度较快，之后的发酵温度基本处在50～40℃左右，因此含水率相对于前期较慢。处理1在后期加温阶段含水率下降较快。

图5 不同条件对滚筒堆肥含水率的影响

3.2 TM及多条件控制对滚筒堆肥的影响

由图3可知，处理2不仅升温比处理3快，而且温度也比处理3高，可见TM腐熟剂对于激活堆肥中微生物确实有一定的作用，但同时保温效果没有不加TM的处理好，有利有弊。滚筒1采用加热以及曝气等附加处理，令微生物活跃度大大高于不加热曝气的其它对照，

3.3 园林植物废弃物大垛堆肥温度含水率及pH值的变化

由图6可知，大垛堆体升温非常快，前4 d即可达到70℃高温，但因太高温度不利于微生物发酵，所以该高温阶段勤翻堆，并且多洒水，保证含水率，从而令温度保持在60℃以上长达12 d。不同于小堆体和滚筒发酵，大垛堆肥降温非常缓慢，而且翻堆以后用三色油布覆盖能一定程度保证堆体内外温度的均衡，55℃以上的堆肥温度持续了20 d左右，充分杀害病虫害及虫卵。

图6 大垛堆肥的温度变化

由图7可知条剁自然堆肥的含水率是整体呈下降趋势的，在前两个星期中，为了延长高温期的持续时间，通过洒水保持含水率在50%以上，不再进行水分补充后，堆体含水率降低速率大大增加，在一个月以后基本达到平衡，含水率保持在35%左右。

图7 大垛堆肥含水率的变化

由图8可知，前期堆体迅速升温，高温阶段pH值都处于9.0以上，温度降下来以后微生物群落更加活跃，微生物活动会产酸，因此pH值开始迅速下降，在25 d后降至最低，虽然之后仍有波动，但基本趋于平衡。

图8 大垛堆肥pH值的变化

3.4 发芽率检测

大堆发酵15d以后，对照的种子发芽率为40%，发酵料浸提液发芽率为60%。大堆发酵30d以后，种子在25℃暗处培养48 h，对照的种子发芽率为60%，发酵料浸提液发芽率为90%。与15 d的种子发芽情况对比可以发现，堆肥30 d的种子发芽根长都达到了3 cm以上，而堆肥15 d的种子发芽根长普遍为1～2 cm，可见30 d堆肥原料已完全腐熟，可用于栽培基质或者土壤改良剂等方面。

4 结语

因园林植物废弃物原料木质素及纤维素含量较高，木质素结构复杂难以分解，所以园林植物废弃物堆肥一直存在周期长，腐熟不完全的问题。本研究从基础上得到了好氧堆肥中温度、pH值和含水率的变化过程，为加速堆肥及保护堆肥产品养分方面有一定的作用。工艺参数得到好的控制，堆肥才能有效有序进行，对比发酵后发现，微生物对堆肥有一定的促进作用，但不同的原料应选用合适的发酵菌剂，研究能针对性地降解园林植物废弃物的复合型菌剂很有必要。

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