番茄秸秆添加不同辅料后的好氧堆肥研究

孙春梅，曹希金，杨 艳，姜丽华

（1.潍坊市坊子区农业农村局，山东 潍坊 261200；2.潍坊信誉环境工程有限公司，山东 潍坊 261051；3.潍坊市高密市农业农村局，山东 潍坊 261500；4.潍坊市潍城区军埠口综合项目区管委会，山东 潍坊 261052）

1.引言

近年来随着我国经济的蓬勃发展，人民对于衣、食、住、行的要求日益提高，特别是对于饮食的方面更加讲究，逐步从吃饱到吃好、从粗茶淡饭到美味佳肴进行转变，而这也直接影响到蔬菜农产品需求量的增加，从而使得蔬菜的种植面积和产量呈不断上升的趋势，2018 年全国蔬菜（不含瓜果）种植面积约2043.89 万hm2（3.066 亿亩），年产量7.035 亿t[1]。根据联合国粮食及农业组织统计，我国蔬菜在收获、采收后处理和贮存、加工包装、运输和消费等不同阶段产生的折损比分别为10%、8%、2%、8%和15%，生产流通中的折损比为36.55%（FAO,2011）[2]，由此可知，2018 年我国蔬菜废弃物的产生量约为2.57 亿t，从FAO 提供的折损比也可以看出，蔬菜废弃物产生环节主要集中在蔬菜的收获、采收后处理以及消费阶段。蔬菜的消费阶段比较分散，且随着垃圾分类处理的不断推行，消费阶段产生的蔬菜废弃物能够得到很好的收集和处理，对环境的影响较小；而蔬菜的收获和采收后处理主要集中在蔬菜主产区，目前这部分蔬菜废弃物的处理方式主要是废弃或焚烧，每到蔬菜换季时节大量蔬菜废弃物在田间地头随意堆积，极易腐烂发臭，对周边的地表水、地下水以及大气环境造成一定污染，更影响了周边人们的生活质量。另一方面，据分析，蔬菜废弃物中营养丰富，以干基计算蔬菜废弃物中的含氮量在3%左右，总磷含量为0.3%-0.5%，钾含量为1.8%-5.3%，其营养成分与常用的天然有机肥料相当[3]，因此如果不对蔬菜废弃物加以资源化利用而随意抛弃是对资源的一种巨大浪费。

针对蔬菜废弃物的资源化利用，国内外许多学者进行了大量大研究，形成了堆肥、“菜-饲-肥”和“菜-虫-饲-肥”种养结合、“菜-炭-肥”还田改土、“菜-沼-肥”能源利用和“菜-菌-肥”综合利用等多种资源化利用模式[4]，但蔬菜废弃物产量季节变化大、收储运成本高等因素限制了其规模化发展的程度，因此因地制宜地发展蔬菜废弃物资源化利用的方式显得尤为重要。

坊子区黄旗堡街道西红柿小镇有番茄专业种植大棚3000亩，在年产番茄15000t 的同时也会产生约21000t 的番茄秸秆。据王鑫等[5]、徐苏萌等[6]、胡晓婷等[7]的研究表明，番茄秸秆进行堆肥处理后作为有机肥施入土壤中后可以在一定程度上改善番茄的品质，这些研究为番茄秸秆堆肥回用提供了坚实的理论基础。本文拟从当地实际情况出发，通过改变堆肥原料配比来研究其对番茄秸秆堆肥的影响，旨在寻求简便低耗的处理方式，为当地番茄秸秆的资源化利用提供一定的指导。

2.材料与方法

2.1 试验材料

番茄秸秆为坊子区黄旗堡街道番茄大棚内收割后就地自然风干三天后的秸秆。

菌渣为潍坊市玉泉洼种植专业合作市联合社蘑菇种植后废弃的蘑菇渣，并经自然风干处理。

玉米秸秆取自黄旗堡街道农户。

菌种选用潍坊某有限公司提供的C3009/C 型发酵菌。

2.2 试验方法及步骤

2.2.1 堆肥设施

用方木制作两个L×B×H=0.5×0.5×1.2（m）的堆肥槽，槽体底部及四周均钉钢丝网，在安全盛放堆肥物料的同时确保堆肥槽透气良好。

2.2.2 物料配比及操作

表2 堆肥配料表

各物料按照表（2）的配比混合均匀后逐层压实堆放于堆肥槽中，堆放高度1 m。在堆肥过程中，每隔七天将物料全部倒出、重新混合均匀后再填回各自的堆肥槽。

2.2.3 采样方法

在堆肥槽四个角及堆肥中央处各取0.5 Kg，再以四分法缩分后取最终样品约0.5 Kg 放入自封口袋中立即送至实验室。因样品为有机物，如不能立即干燥处理，须放于4±2℃的冷藏室内暂存。

2.2.4 分析方法

用插入型数显温度计对堆体中心部3 点进行测量，取其平均值作为该堆体温度。含水率的测定用105℃烘干法。pH 值的测定是将堆肥样品与去离子水1∶5 混合，充分搅拌并静置30分钟后用pH 计测上清液的pH。全氮的测定采用凯氏定氮法。有机碳的测定采用重铬酸钾-硫酸氧化法。

种子发芽率。测定方法如下：称取5g 新鲜样，按质量体积比（g∶ml）1∶10 用去离子水浸提，震荡2h，取浸提液离心后过滤，吸取10mL 滤液加到铺有两张滤纸的10cm 培养皿中，滤纸上约等距离放入30 粒小白菜籽。然后将培养皿放入25℃培养箱中培养三天，观察各组种子的发芽率以及根部生长情况，另外以蒸馏水代替滤液做参照试验，若试验组的发芽率为对照组的90%以上，且根的伸长不受限制，则该堆肥可视为已达到腐熟程度。平行做三组，取其平均值。

3.结果与分析

3.1 堆肥温度的变化

堆肥的温度是好氧堆肥的关键参数，同时也是判断堆肥是否达到无害化要求的重要指标之一，其反映了堆肥系统中微生物代谢活动产热积累与散热平衡[8]。

从图1 温度变化可知，两组堆肥物料从堆肥开始温度均迅速升高，并分别在第2、3 天进入高温分解阶段（温度＞50℃），堆体温度大于50℃的天数分别为：1#样在3～19d 共17 天，2#样在2～16d 共15 天，均满足了堆温达到50～55℃以上并维持10d 以上的灭菌标准（GB7959-2012）。

在堆肥初期，2#堆体的升温比1#堆体快、且2#堆体的温度也比1#堆体的温度高。究其原因应该是因为2#堆体添加的菌渣中本身就有能够促进秸秆分解的微生物菌群，从而更好地促进了秸秆的分解。从堆体高温分解段持续的时间来看，1#堆体持续的时间比2#堆体持续的时间要长，这也从另一个方面证实了菌渣的添加有利于秸秆的分解，缩短了堆肥时间。

3.2 堆肥过程中含水率的变化

在堆肥过程中，堆体的水分含量不但是维持微生物活性的重要因素，而且水分的蒸发散射对堆体的温度还具有一定的调节作用，是好氧堆肥中需要控制的一个关键指标。

从图2 可以看出，堆肥初期堆体的含水率均有上升的趋势，推测其原因可能为堆肥初期微生物活跃剧烈，导致有机物在分解过程中产生了部分水分，且堆体堆积得比较密实从而使得物料水分的蒸散速率小于分解产水率，从而造成含水率上升。在第一次翻堆时，没有过于压实堆体，翻堆后的体积比翻堆前大约15%，含水率上升的趋势没有再发现。

2#堆体的含水率一直比1#堆体的含水率要高，导致这一结果的原因可能有两方面：一方面是2#堆体因为菌渣的存在导致堆体比1#堆体更为密实，这在一定程度上影响了水分的散失；另一方面菌渣本身的保水性也远大于秸秆。

3.3 堆肥过程中pH 的变化

微生物只有在适宜的pH 条件下才能维持正常的活性，因此堆肥体系需要维持一定的pH 值范围。由于本试验的目的是寻求一种简便低耗的堆肥方式，故在堆肥过程中未对pH 进行人为干预。

从图3 可以看出，在整个堆肥过程中两组堆体的pH 均在5.5～8.5 之间，满足《固体有机废物堆肥化设备与技术标准》中的相关要求。

堆肥过程中两组堆体的pH 值均呈现下降后上升的趋势，其原因应该是在堆肥初期微生物分解有机物产生大量有机酸从而导致pH 下降，等反应进入高温阶段后反应产生的有机酸被最终分解成CO2和H2O，其中CO2逸出堆体、有机酸的酸度得以消除，同时含氮有机物经微生物氨化和矿化作用水解成氨氮，使得pH 逐步升高，并最终保持基本稳定。

3.4 堆肥过程中C/N 的变化

C/N 是判断腐熟度的一个重要参数，未腐熟的堆肥驶入土壤因其C/N 比过高会发生争夺土壤中氮元素的现象，导致“氮饥饿”，不利于植物生长；C/N 比过低，氮元素超出微生物需要，则会产生氨中毒。普遍认为，堆肥的C/N 值在20 以下，可认为腐熟[9]。

从图4 可以看出，在堆肥过程中两组堆体的C/N 比均呈现随时间变小的趋势，并最终基本趋于稳定。2#堆体的C/N 值比1#堆体的C/N 值下降速度更快，且提前约5 天低于20，最终2#堆体的C/N 值也比1#要低。这应该也是因为2#堆体添加的菌渣中存在能够促进秸秆分解的微生物菌群，从而使得2#堆体有机物的分解更加迅速、更彻底。

从图中可以看出，1#堆体在堆肥20 天后其C/N 值降低到20 以下，且20 天以后C/N 值变化很小，所以我们认为在此次试验中1#堆体在20 天内即达到腐熟状态；2#堆体在堆肥15天后其C/N 值降低到20 以下，且15 天以后C/N 值变化不大，所以我们认为在此次试验中2#堆体在15 天内即达到腐熟状态。

3.5 感官指标

第一次翻堆时，大部分物料呈黄绿色或淡黄色，堆体底部和内部的有少量白色菌丝、且2#堆体内部的菌丝明显多于1#堆体；堆体内部物料表面有明显的水汽，1#堆体体积均减少到初始的80%左右、2#堆体体积减少到初始体积的75%左右；两组堆体均有少量臭味气体散发；

第二次翻堆时，1#、2#堆体大部分物料变为灰黑色、堆体内部物料变得疏松、干燥，堆体中有明显的菌丝分布；1#堆体体积减少到初始体积的55%左右，2#堆体体积减少到初始体积的50%左右；两组堆体均依然有臭味气体散发、但比第一次翻堆时要小很多；

第三次翻堆时，两组堆体的物料全部变为灰黑色，整体变得疏松、易碎，无臭味，堆体体积相交第二次翻堆时变化不大；

第四次翻堆时，两组堆体的物料全部变为灰黑色，整体变得疏松、易碎，无臭味，堆体体积相交第三次翻堆时变化不大。

3.6 种子发芽率

由于堆肥产品最终是要最为有机肥用于农业生产中，因而种子发芽率对认为是一种简单有效的反应堆肥产品毒性大小的腐熟度评价指标。

从图5 可以看出，在堆肥开始前两组堆肥的种子发芽率均在60%以上，而在第一次翻堆时两组堆肥的种子发芽率均不足40%，当腐熟之后的种子发芽率均在90%以上，这也直接证明了堆肥过程中抑制植物生长的毒素物质生成及消失。这也同时表明如果将秸秆直接埋地将会对作物的生长产生一定的负面作用，所以番茄秸秆的农业回用最好是腐熟后在进行。

4.结语

本试验在尽可能减少人为控制和干扰的情况下进行了30d的堆肥试验，通过对温度、含水率、pH、C/N、种子发芽率以及各种感官指标的分析，获得以下结论：

番茄秸秆在好氧堆肥时能够达到GB7959-2012 固定的高温灭菌标准，堆肥过程中含水率呈现小幅上升然后再逐步下降的趋势。

堆肥过程中pH 呈小幅下降，然后再回升的趋势，堆肥结束后其pH 在8 左右，满足《固体有机废物堆肥化设备与技术标准》中的相关要求。

在初始堆肥C/N 在25 左右的情况下，堆肥结束后其C/N在19 左右。

在添加特种发酵剂的情况下，番茄秸秆为主料添加少许玉米秸秆在好氧堆肥的情况下，20d 即可腐熟，腐熟时间较短。有条件的情况下还可以在堆肥时添加适量菌渣，能够在一定程度上缩短堆肥时间。

若番茄秸秆不经腐熟直接应用于农业生产会对农作物的生长产生一定的抑制作用。

由上我们可以认为，对番茄秸秆进行好氧堆肥，是一种经济有效的番茄秸秆资源化利用方式，值得在番茄产区推广使用。