不同类型园林废弃物堆肥过程中理化性质的动态变化

王瑞莹+周童+万可+王从梅+王宇东+韩国华+巢宇杰+王波

摘 要：为资源化利用数量日益膨大的园林废弃物，设计不同类型园林废弃物堆肥试验以研究其在堆肥过程中温度、pH值、有机碳和全氮含量的動态变化特征。结果表明：园林废弃物在堆肥过程中，堆料温度呈现先上升后下降，翻堆后再上升继而再下降的趋势；pH值呈现持续上升趋势，与后期相比，前期上升速率相对较快；有机碳含量呈现逐渐下降的趋势，但下降幅度不大；全氮含量保持逐渐上升的趋势。

关键词：园林废弃物；堆肥；理化性质变化

中图分类号：S141.4 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.11.023

Abstract： In order to make use of the increasing number of garden wastes， the different types of garden waste composting experiment were designed to study the dynamic characteristics of temperature， pH value， organic carbon and total nitrogen in composting process. The results showed that the temperature of the reclaimed waste in the process of composting increased first and then decreased， and increased again after turning over and then decreased. The pH value showed a continuous upward trend. Compared with the later stage， and the content of organic carbon showed a decreasing trend， but the decrease was not significant. The content of total nitrogen was kept increasing.

Key words： garden waste；compost；changes in physical and chemical properties

园林废弃物（Garden waste）是指在城市绿化美化进程中，产生的枯枝、落叶、花败及其他绿化修剪物等[1]。然而，随着城市绿化在我国的快速发展，各个城市产生的园林废弃物的量也随之增大[2]，填埋和焚烧的传统处置方法造成严重的环境污染和资源浪费，已无法适应当今城市的发展要求。园林废弃物含有丰富的有机质，研究表明，园林废弃物通过堆肥处理后将有机碳物质转化为有机营养物或腐殖质[3]，不仅可以减少污染，而且还能改善土壤结构，提高土壤肥力，同时也能节约资源，美化城市景观，降低绿地维护成本，实现节能减排，带动经济循环发展[4-5]。园林废弃物作为一种废弃材料，它的再利用也体现了一定的生态原则[6]，可使废弃资源得到循环利用。

目前，有关园林废弃物堆肥方面的研究越来越多，但大多数方法是采用混合物料进行堆肥 [7-9] 。由于不同种类和不同部位园林废弃物的理化性质存在明显差异，而利用不同类型园林废弃物的堆肥研究却较少。本研究以不同类型园林废弃物为堆肥原料，探究在堆肥过程中其物理化性质的动态变化特征，以期为今后针对不同园林废弃物的特点研发适宜的堆肥处理模式，促进其资源化利用不同类型园林废弃物提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

堆肥原料由常州市新北区绿化服务处提供，经机器粉碎后粒径为0.5～1 cm，其具体类别和基本性质见表1。试验所用的菌剂为有机肥起爆菌剂，由江阴市联业生物科技有限公司生产，其菌种主要为解淀粉芽孢杆菌、酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、哈茨木霉等。

1.2 试验方法

堆肥试验在温室大棚内进行，将不同类型园林废弃物分别放置在长、宽、高均为1 m的堆肥发酵池中进行堆肥发酵试验，堆肥的初始条件是将初始含水率调节至55%左右，并通过添加尿素调节C/N至25/1～30/1，按照堆体质量的0.5%添加外源微生物菌剂，同时按照堆体质量3%添加鸡粪。发酵过程中每日上午10点记录堆体温度、气温，定时对含水率进行监控，并保证含水率在50%～55%之间，观察堆料颜色和气味变化。在堆肥发酵过程中，当堆体温度下降至35 ℃左右并稳定2～3 d后及时进行翻堆。

1.3 样品采集、制备与测定

1.3.1 样品采集与制备 分别在堆肥开始的第0，7，14，21，28，35，42天取样，每次分别于堆肥的上、中和下部共采10个点，每点采样200 g，混合均匀后采用四分法取样300 g，在105 ℃烘箱中烘至恒重，磨碎后过孔径0.25 mm筛，用于测定各项理化性质指标，包括pH值、EC值、有机碳质量分数和全氮含量。

1.3.2 测定方法与数据处理 有机碳含量采用重铬酸钾氧化法测定，全氮采用凯式定氮法[9]测定。将样品采用固液质量体积比1∶10混合，振荡30 min后过滤取滤液，使用S220K型台式pH计、DDS-11A型数显电导率仪测定滤液中的pH值和EC值。

数据分析和图表制作使用Excel。

2 结果与分析

2.1 堆肥过程中温度变化

堆肥温度是表征堆肥稳定度的重要参数，堆肥温度变化反映了堆体微生物活动的变化[10]。由图1可知，不同种类园林废弃物堆肥温度变化略有差异，香樟树枝和广玉兰树枝在堆肥一开始就达到50 ℃以上的高温，而法国冬青树枝在整个堆肥过程中最高温度仅为43.5 ℃，这可能是由于不同种类植物园林废弃物成分具有差异。香樟树枝与另外两种植物树枝废弃物相比，高温阶段持续时间较长，整个堆肥腐熟过程所需时间也更长，但3种植物园林废弃物堆肥温度总体变化趋势相似，最后阶段接近室温且变化不大，可以判断3种不同植物堆肥处理达到腐熟度指标。endprint

图2反映了植物树枝和树叶的园林废弃物堆肥温度的变化，从中可以看出，树枝和树叶堆肥腐熟所需的总时间基本相同，堆肥过程中变化趋势相似，树枝在高温阶段能达到的最高温度略高于树叶。

2.2 堆肥过程中pH值变化

由图3可知，3种不同植物园林废弃物的pH值在堆肥初期和中期总体呈现上升趋势，而中后期pH值增长缓慢，有所下降后又在末期有小幅增长。法国冬青树枝在堆肥过程中的pH值始终高于香樟树枝和广玉兰树枝，3种不同园林废弃物pH 值表现为：法国冬青树枝>广玉兰树枝>香樟树枝。树叶和树枝在堆肥过程中pH值的变化趋势相似（图4），总体呈上升趋势，整个过程中树叶的pH值略高于树枝。

2.3 堆肥过程中有机碳含量变化

园林废弃物中有机质含量丰富，通过堆肥发酵处理可将园林废弃物中的有机碳物质降解转化为有机营养物或腐殖质[11]。由图5可知，3种不同植物的园林废弃物在堆肥过程中有机碳含量较为稳定，变化不明显，但总体均呈现略微下降的趋势，广玉兰树枝有机碳含量降幅最高，从初始的41.43%下降到38.33%。

由图6可以看出，树枝在初始和堆肥后期的有机碳含量均高于树叶，整个堆肥过程中二者有机碳含量也较为稳定，最终略有下降。

2.4 堆肥过程中全氮含量变化

在园林废弃物堆肥腐熟的过程中，氮素的含量变化是评价其成品质量的重要指标。堆肥过程中氮素的转化十分复杂，主要包括氮素的固定和氮素释放[12]。

由图7可知，在本试验中，堆肥后期全氮含量显著高于初始阶段，全氮含量总体呈逐渐升高的趋势。3种不同植物园林废弃物的全氮含量变化趋势相似，堆肥初期高温阶段均呈现快速上升趋势，堆肥中期3种植物园林废弃物的全氮含量稍有差异，而在堆肥后期又逐渐趋于一致。树枝与树叶园林废弃物在堆肥过程中全氮含量的变化趋势基本相同（图8），而树叶的氮素含量在整个堆肥过程中均高于树枝。

3 结论与讨论

不同种类园林废弃物在堆肥腐熟的过程中理化性质的变化虽不尽相同，但大体趋势相似。香樟树枝作为堆肥原料进行堆肥腐熟所需时间要多于法国冬青和广玉兰树枝，高温阶段持续时间也较长，树枝与树叶作为堆肥原料相比，二者发酵腐熟所需时间基本相同。园林废弃物一般3～5 d温度上升至50 ℃进入高温阶段[13]，在本试验中除法国冬青树枝以外其他所有堆肥原料在堆肥开始第1～2天就可达到50 ℃以上温度，这可能是由于本试验在温室大棚内进行，堆肥初期正值夏季炎热，较高气温对堆体造成影响，加快了堆体升温。堆肥过程中，堆体pH值是影响微生物活性和衡量堆肥腐熟质量的重要参数[14]。一般认为，中性或弱碱性是最适宜堆肥发酵过程中微生物生存的环境。本试验中pH值总体呈上升趋势，堆肥前期上升较快，而中后增长缓慢，甚至有所下降，末期又有小幅增长，可能是由于中后期阶段堆肥原料基本腐化，堆体逐渐紧实，局部缺氧，微生物进行无氧呼吸而积累了部分有机酸导致pH值降低，随着末期堆肥的进行，局部产生的少量有机酸被分解，pH值有所升高[12]。

在园林废弃物堆肥化过程中，碳素和氮素的含量變化对发酵腐熟的影响至关重要。在堆肥过程中，往往伴随着有机碳物质的降解，微生物会将不稳定的有机物质分解转化为二氧化碳、水、矿物质、腐殖酸等物质并为自身提供必要的生长物质[15]，总有机碳含量也会因此减少。本试验中有机碳含量变化总体呈现减少的趋势，但较为缓慢。由于园林废弃物与普通农业废弃物或生活垃圾相比，含有大量木质素、纤维素等难分解的物质，且堆肥原料颗粒粗糙，比表面积小，微生物含量也较少，因此，降解速度与普通农业废弃物堆肥相比较为缓慢[12]。

堆肥处理过程中氮素的含量变化是评价其成品质量的重要指标，本试验中全氮含量变化呈现上升趋势，尤其在堆肥初期阶段上升较快。在堆肥初始阶段，有机质在微生物的作用下矿化成简单的蛋白质，并放出NH3，在堆肥开始一周内NH4+-N 首先达到最大浓度[16]，硝化、反硝化作用较弱[17]。因硝化、反硝化微生物一般不是嗜热菌，所以在前期高温阶段很难发生硝化和反硝化作用，因此，堆体中全氮含量在该阶段上升较快。在堆肥后期，堆体温度接近气温时发生硝化作用，同时氨的挥发、硝态氮的反硝化作用等均会引起氮素的损失，故此阶段全氮含量变化趋于平缓，甚至有部分下降。

本试验还发现，植物不同部位有机碳和氮素含量有差异，堆肥腐熟效果也不尽相同，树叶作为堆肥原料，氮素含量要高于树枝，腐熟效果更好。

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