微生物菌剂对茭白秸秆堆肥过程的影响

徐四新，诸海焘，余廷园，蔡树美

（上海市农业科学院生态环境保护研究所，上海201403）

作物秸秆是一种农业废弃物，如果处置不当，可能会成为环境的污染源。堆肥是处理这种废弃物的有效途径之一，但秸秆主要由木质素、纤维素、半纤维素等组成，传统的堆肥时间较长，不利于养分的保存和利用。研究表明，合理地接种外源微生物有利于缩短发酵时间，降低有机物料中的难分解物质，从而提高堆肥的质量［1-4］。本试验通过接种微生物菌剂，研究茭白秸秆在堆肥过程中的主要参数变化，探讨微生物菌剂对茭白秸秆堆肥过程的影响，为提高茭白秸秆有机肥质量提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计与方法

试验材料采用上海青浦生产的茭白秸秆和普通废菌菇渣，其中茭白秸秆先进行粉碎；微生物菌剂采用上海练科有机肥厂生产的含有枯草芽胞杆菌、酵母菌和黑曲霉等微生物的复合粉状菌剂，活菌总数＞1.0×10 cfu/g。试验设加菌剂和不加菌剂（CK）2个处理，接种菌剂处理的堆肥每吨物料添加1 kg微生物菌剂。

试验在上海练科有机肥厂进行，将茭白秸秆和菌菇渣按4∶1均匀混合，堆成底宽约1.2 m、高约0.9 m、长约20 m的肥堆。每2—3 d翻堆1次。一周后，按多点混合法取肥料样品，每隔7 d取一次肥料样品。

1.2 试验参数及测定方法

堆体温度用水银温度计插入堆体中心测定，堆肥5 d后每天早晚测量堆体温度，取其算术平均值描述堆肥过程中的温度变化，同时记录环境的温度；肥料水分用烘干法测定，pH采用pH计测定，测定方法按NY 525—2012标准进行。

肥料电导率（EC）测定：称取肥料样品10 g，加去离子水50 mL，振荡30 min，静置30 min后用电导仪测定。

发芽率测定：称取5.00 g堆肥干样于60℃100 mL的温水中浸提3 h后纱布过滤，吸取5 mL滤液于铺有两张滤纸的培养皿上。在滤纸上均匀摆放50粒青菜种子（蒸馏水发芽试验的发芽率为95.68%），3次重复，放在25℃的培养箱里培养36 h后记录发芽率。

2 结果与分析

2.1 菌剂处理对堆肥温度的影响

好氧堆肥过程中温度变化主要有3个阶段，分别为升温阶段、高温阶段和后熟降温阶段。其中高温阶段是堆肥的关键阶段，大部分有机物在此过程中氧化分解，堆肥物料中几乎所有的致病微生物在此过程中被杀死而达到稳定化［5］。由图1可见，茭白秸秆堆肥5—7 d后，温度迅速上升；10 d后接种菌剂处理的堆温开始超过对照；大约14 d后2个处理均到达高温阶段，此后2个处理的堆温变化趋势基本一致，菌剂处理的堆温达到63.3℃，比对照高8.5℃以上；大约30 d后到达后熟降温阶段，菌剂处理的堆温比对照高11.5℃左右。总的来看，接种微生物菌剂可以明显提高堆肥的温度，加速茭白秸秆腐熟的进程。

图1 茭白秸秆堆肥温度变化曲线Fig.1 The temperature curve of Zizania latifolia straw composting

2.2 菌剂处理对堆肥含水量的影响

堆肥原料水分多少及堆肥过程中水分调控，直接影响堆体结构、通气孔隙及堆肥中微生物代谢等，进而决定了好氧堆肥反应速度快慢、堆肥腐熟程度和堆肥产品质量，是堆肥中最重要的控制条件［6］。由图2可见，随着堆肥的进程，堆体的含水量均呈下降趋势。接种菌剂处理和对照的变化趋势基本一致，无明显差异。

图2 茭白秸秆堆肥含水量变化曲线Fig.2 Themoisture content curve of Zizania latifolia straw com posting

2.3 菌剂处理对堆肥pH的影响

堆肥初期堆体的pH较高，且在相当长的时间内基本保持稳定，这是由于含氮有机物在微生物的作用下生成铵态氮所致；堆肥后期由于硝化作用生成硝态氮以及微生物代谢产生酸而导致pH急剧下降［7］。本次堆肥试验21 d后开始测定堆体的pH。由图3可见，堆肥21 d后，堆体的pH快速下降，接种菌剂处理和对照的变化趋势基本一致，无明显差异。

2.4 菌剂处理对堆肥电导率（EC）值的影响

电导率（EC）值反映了浸提液中可溶性盐的含量，主要是由有机酸盐类和无机盐等组成［8-9］。由图4可见，堆体的EC值先缓慢下降，再逐渐上升，最后缓慢下降并达到平衡。接种菌剂处理和对照相比，堆体EC值变化的趋势基本一致，但接种菌剂处理的变化幅度大于对照，这可能由于菌剂处理增加了有机物质的分解速度，短时内产生了较多的有机酸盐和无机盐等物质，从而增加了堆体EC值变化的幅度。

图3 茭白秸秆堆肥pH变化曲线Fig.3 The pH curve of Zizania latifolia straw com posting

图4 茭白秸秆堆肥EC值变化曲线Fig.4 The EC curve of Zizania latifolia straw com posting

2.5 菌剂处理堆肥对发芽率的影响

堆肥的有机物降解过程中产生许多种类的中间产物，未腐熟堆肥中富含低分子量的有机酸、多酚等植物生长抑制物质。这些物质随着堆肥的进程逐渐转化消失。通过植物种子发芽试验，能快速地测定植物生长抑制物质的降解情况［10］。由图5可见，在堆肥开始后，产生的抑制物质较多，青菜种子的发芽率只有6%—7%；随着抑制物质逐步减少，发芽率逐渐增加，在堆肥后2—3周内，接种菌剂处理的堆肥中间抑制产物增加较快，抑制作用明显，发芽率低于对照。堆肥后期，随着堆肥发酵过程的完成，2个处理的发芽率基本一致，均在94%以上。

图5 茭白秸秆堆肥发芽率变化曲线Fig.5 The germ ination rate curve of Zizania latifolia straw composting

3 结论与讨论

堆肥材料中的主要物质是较难降解的纤维素，接种菌剂可使堆体中微生物的总数增加，迅速形成优势菌群，加快堆肥的发酵速度［11］。本试验表明，接种菌剂可以明显提高茭白秸秆堆肥的温度；由于接种菌剂增加了有机物质的分解速度，短时间内产生了较多的有机酸盐和无机盐等物质，从而增大了堆体EC值的变化幅度；在堆肥前期，由于菌剂处理的堆肥中间抑制产物增加较快，抑制作用明显，青菜种子的发芽率低于对照，堆肥后期2个处理的发芽率无明显差异。总的来看，接种菌剂可明显提高茭白秸秆堆肥的温度，加快茭白秸秆中有机物质的分解速度，加速茭白秸秆腐熟的进程，有利于堆肥质量的提高。

［1］李国学，黄懿梅，姜华.不同堆肥材料及引入外源微生物对高温堆肥腐熟度影响的研究［J］.应用与环境生物学报，1999，5（增刊1）：139-142.

［2］庞金华，程平宏，余延园.两种微生物制剂对猪粪堆肥的效果［J］.农业环境保护，1998，17（2）：71-73.

［3］席北斗，刘鸿亮，孟伟，等.高效复合微生物茵群在垃圾堆肥中的应用［J］.环境科学，2001，22（5）：122-125.

［4］田慧，肖启明，谭周进，等.纤维素分解茵的分离及腐解稻草的研究［J］.湖南农业大学学报（自然科学版），2006，31（1）：49-52.

［5］罗泉达.C/N比值对猪粪堆肥腐熟的影响［J］.闽西职业技术学院学报，2008，10（1）：113-115.

［6］鲍艳宇，陈佳广，颜丽，等.堆肥过程中基本条件的控制［J］，土壤通报，2006，37（1）：164-170.

［7］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.

［8］李春萍，李国学，李玉春，等.北京市南宫隧道仓不同区间垃圾堆肥腐熟度的模糊评价［J］.农业工程学报，2007，23（2）：201-206.

［9］郭春铭，荣湘民，韩永亮，等.微生物菌剂对生猪养殖垫料堆肥腐熟效果的研究［J］.湖南农业科学，2011（7）：52-56.

［10］李国学.用水芹菜种子发芽特性评价污泥堆肥腐熟度和生理毒性［J］.中国农业大学学报，1999，4（增刊）：109-116.

［11］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.