娃娃菜尾菜堆肥发酵菌筛选

马彦霞 蒯佳琳 张俊峰 于庆文

摘要：為筛选出适宜娃娃菜尾菜堆肥用混合发酵菌剂，促进尾菜肥料化利用，选用5种有机肥生产常用发酵菌剂，以娃娃菜尾菜和羊粪为原料，研究了不同发酵菌剂对堆肥温度、pH、含水率、C/N、全氮及有机质含量的影响。结果表明，采用亨坤有机肥发酵剂处理后，娃娃菜尾菜堆肥升温最快，处理后第4天达到56.1 ℃，第12天达到最高温度66.2 ℃，且高温天数持续了12 d。堆肥结束时，亨坤发酵菌剂处理的堆肥含水率最小（29.5%），降幅达54.7%；全氮含量最大（16.8 g/kg），增幅为98.4%；C/N最小（14.8），降幅为51.0%；有机质含量最低（320.0 g/kg），降幅为51.9%，降解率最高（51.8%），尾菜腐熟效果最好。综合考虑各项指标，堆肥结束时亨坤发酵菌剂处理的可塑性指数最大，发酵效果最佳，最适于娃娃菜尾菜与羊粪混合发酵制备有机肥。

关键词：娃娃菜尾菜；羊粪；混合堆肥；发酵菌剂；筛选

中图分类号：S141.4；S634.1           文献标志码：A          文章编号：2097-2172（2024）05-0470-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.05.015

Screening of Compost Fermentation Agent for Mini Chinese

Cabbage Tail Vegetables

MA Yanxia， KUAI Jialin， ZHANG Junfeng， YU Qingwen

（Vegetable Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： In order to screen suitable mixed fermentation agents for composting of mini Chinese cabbage tail vegetables and promote the fertilizer utilization of tail vegetables， 5 kinds of commonly used fermentation agents for organic fertilizer production were selected， and mini Chinese cabbage tail vegetables and sheep manure were used as raw materials. The effects of different fermentation agents on composting temperature， pH， moisture content， C/N， total nitrogen and organic matter contents were studied. The results showed that after the treatment of Hengkun organic fertilizer fermentation agent， the composting temperature of mini Chinese cabbage tail vegetablesincreased the fastest， reaching 56.1 ℃ on the fourth day after treatment， reaching the highest temperature of 66.2 ℃ on the 12th day， and the days above the high temperature lasted for 12 days. At the end of composting， the moisture content of compost treated with Hengkun fermentation agent was the smallest（29.5%） with a decrease of 54.7%. The total nitrogen content was the largest（16.8 g/kg） with an increase of 98.4%. The C/N was the lowest（14.8） with a decrease of 51.0%. The content of organic matter was the lowest （320.0 g/kg）， the degradation rate was the highest， and the rotten effect of tail vegetables was the best. Considering all the indexes， at the end of composting， the plasticity index of Hengkun fermentation agent treatment was the largest， and the fermentation effect was the best， which was most suitable for the preparation of organic fertilizer by fermentation of mini Chinese cabbages mixed with sheep manure.

Key words： Mini Chinese cabbage tail vegetable; Sheep manure; Mixed composting; Fermentation agent; Screening

近年来，甘肃省大力发展丝路寒旱农业，高原夏菜产业发展迅速。娃娃菜（Brassica pekinensis）是高原夏菜主栽蔬菜种类，也是河西冷凉灌区实现乡村振兴的重要产业［1 - 2 ］。然而，随着种植面积的快速发展和人们对精品蔬菜的追求，娃娃菜在采收、销售和初加工过程中会产生大量尾菜，且产生时间集中，加之尾菜含水量极高，极易腐烂变质产生恶臭，招引蚊虫鼠蚁，严重污染环境，尾菜已成为阻碍娃娃菜产业健康发展的瓶颈。

娃娃菜尾菜中含有丰富的有机质、氮、磷、钾等营养元素［3 ］，是可利用的有机肥料来源。尾菜的堆肥方式有好氧堆肥和厌氧堆肥。研究表明，好氧堆肥更适合于尾菜堆肥化的利用［4 ］。好氧堆肥条件下，添加微生物菌剂可加速堆肥进程、缩短堆肥时间、提高堆肥效率［5 ］。接种微生物菌可调控堆肥过程中的碳氮代谢，减少氮素以氨气的形态挥发并控制臭味的产生，从而提高堆肥产品品质。党升荣等［6 ］研究表明，施用RW菌种尾菜腐熟剂可提高尾菜残叶的腐烂率；韩星军等［7 ］发现，向堆体中添加微生物菌剂能加快堆肥腐熟进程；邢伟杰等［8 ］报道，微生物发酵菌可显著减少堆肥过程产生的恶臭气味，且复合菌株的抑臭效率远高于单一菌株。本研究选择5种有机肥生产常用发酵菌剂，研究了发酵过程中堆肥温度、pH、含水率、C/N、全氮及有机质含量对不同菌剂的响应，以期筛选出适宜娃娃菜尾菜发酵的优良菌剂，为生产以娃娃菜尾菜为原料的高品质有机肥提供支持。

1   材料与方法

1.1   试验材料

堆肥材料：娃娃菜尾菜收集自甘肃省农业科学院永昌试验站试验田。娃娃菜收获后，尾菜在田间晾晒3～5 d，用秸秆粉碎机将其剪切至5 cm备用。

辅料：羊粪和玉米芯购自当地农户，晾晒风干，用粉碎机粉碎备用，用来调节堆肥的水分；尿素用来调节碳氮比。

微生物发酵菌剂：供试发酵菌剂5种（代号为T1～T5），均为目前市场有机肥生产的主流产品，采用说明书的最大菌剂发酵用量，控制发酵底物质量一致，取相应分取倍数的菌剂加入物料，各菌剂用量与物料量均符合说明书的最佳发酵比例。供试菌剂登记信息及主要成分见表1。

1.2   试验设计

试验于2022年7 — 9月在甘肃省农业科学院永昌试验站进行。共设置6个处理，其中T1～T5分别为添加5种发酵菌剂处理，以不添加外源菌剂处理为对照（CK）。根据各菌剂使用说明及尾菜量计算该菌剂添加量。先将切碎的娃娃菜尾菜与羊粪按质量比2∶1的比例混匀，再按试验设计将适量菌剂倒入玉米芯，拌匀后加入生物除臭发酵剂［微生物肥（2009）准字（0532）号］，再与尾菜和羊粪混合均匀，使含水量达到65%左右，C/N为30∶1（C/N=有机碳/全氮）。然后装入有单向排气阀的发酵袋（60 cm×110 cm），每袋30 kg，置于自然通风处发酵，重复3次。7月17日装袋，8月31日发酵结束。堆肥腐熟度用物理学指标（温度、颜色及气味）和化学指标（C/N和T值）进行评价。

1.3   测定项目与方法

物理学指标：利用BOBO温湿度计实时监测袋中心温湿度，温度达到50 ℃后，将袋内混合物翻动1次，此后温度每达到或超过50 ℃时进行翻动。堆肥结束后肉眼观察颜色，用鼻嗅气味。

化学指标：装袋后第7天开始取袋底部、中部、上部样品混合，参照NY 525 — 2012的方法测定pH、含水率及养分含量等指标。其中pH采用饱和浸提法（基质∶水=1∶5，V/V），用pH计测定；含水率用烘干法测定；全氮、有机质和有机碳分别采用凯氏定氮法、重铬酸钾容量法和重铬酸钾容量法—外加热法测定。每7 d测定1次。利用C/N和T值评价堆肥腐熟程度，当C/N降至15～20时，堆肥腐熟［9 ］；T=（终点C/N）/（初始C/N），当T < 0.6时堆肥腐熟［10 ］。

尾菜与羊粪混合物对不同发酵菌剂处理的响应程度用可塑性指数表示，参考Valladares等［11 ］的方法计算，计算公式为：

PI =（Vmax- Vmin）/Vmax。

式中，PI表示可塑性指数，Vmax表示某一指标的最大值，Vmin表示某一指标的最小值。

1.4   数据统计与分析

采用Microsoft Exce1 2010对试验数据进行整理和统计分析，利用SPSS 23.0进行方差分析。

2   结果与分析

2.1   不同菌剂对尾菜发酵过程中温度、 颜色和气味的影响

不同菌剂处理下各个时期温度的变化规律相似，均呈先升高后降低的趋势（图1）。尾菜发酵前期，各处理的温度均呈迅速上升状态，其中处理T3升温最快，处理后4 d就超过了50 ℃，达56.1 ℃；12 d达到最高温度66.2 ℃。处理T1、T2、T4、T5分别在处理后18、16、17、20 d达到峰值，最高温分别为59.6、60.6、62.9、55.3 ℃。CK处理17 d后达到最高温度54.8 ℃。

不同菌剂处理中，处理T1～T5高于50 ℃的天数分别有11、11、14、12、9 d，各处理高于50 ℃的天数分别持续了7、8、12、9、5 d（表2），而CK整个发酵过程中高于50 ℃的天数只有4 d。可见，添加菌剂能够让尾菜堆肥更快地达到高温期，且能提升高温期的堆体温度，延长持续的高温时间，从而加速堆肥的腐熟化进程。堆肥颜色是判断其腐熟程度的重要指标。从表2可以看出，處理T2、T3、T4的颜色呈黑褐色，而处理T1、处理T5与CK的颜色呈淡褐色。堆肥结束时，处理T2、T3、T4无刺激性气味，处理T1、T5有轻微刺激性气味，而CK则有臭味。

2.2   不同菌剂对尾菜堆肥过程中含水率和pH的影响

图2分析了娃娃菜尾菜中添加不同菌剂处理后堆肥含水率和pH的变化情况。从图2A可以看出，不同处理堆肥过程中的含水率均呈逐步下降的趋势，添加菌剂的处理含水率均低于CK。添加菌剂处理42 d后堆肥的含水率显著低于CK（P < 0.05），表现为CK ＞ T5 ＞ T1 ＞ T2 ＞ T4 ＞ T3；与处理前相比，处理T3（29.5%）下降幅度最大，达54.7%，且显著低于其他处理（P < 0.05）。处理初期，堆肥pH呈下降趋势，7 d后开始升高，其中处理T1、T3均在处理后14 d出现峰值，pH分别为7.45、7.62；处理T2、T4、T5均在处理后21 d出现峰值，pH分别为7.56、7.66、7.60。处理后42 d时，处理T3堆肥的pH最小，但与CK差异不显著（图2B）。

2.3   不同菌剂对尾菜堆肥过程中全氮及有机质含量的影响

由图3A可知，尾菜堆肥过程中全氮含量除CK呈逐渐升高的趋势外，其他处理均呈先降低再升高的趋势。处理42 d后，添加菌剂处理的堆肥全氮含量显著高于CK（P < 0.05），且处理T3（16.8 g/kg）显著高于其他处理（P < 0.05），较CK高33.0%，全氮含量表现为T3 ＞ T4 ＞ T2 ＞ T1 ＞ T5 ＞ CK。与堆肥初期相比，处理T3的全氮含量增幅最大（98.4%），处理T5最小。

如图3B可见，娃娃菜尾菜堆肥过程中，有机质含量呈逐渐降低的趋势。堆肥结束时，所有处理的有机质含量均存在显著差异（P < 0.05）。处理后42 d，处理T1～T5的有机质含量从堆肥初期的663、668、665、662、667 g/kg，分别降低至402、355、320、343、434 g/kg，不同菌剂处理的有机质降解率分别为39.4%、46.9%、51.8%、48.3%、34.9%。与CK相比，添加菌剂后尾菜堆肥的有机质含量更低、降解率更高，其中处理T3的有机质含量最低，说明处理T3有机质降解率最高，尾菜腐熟效果最好。

2.4   不同菌剂对尾菜堆肥过程中C/N的影响

图4A分析了不同菌剂对尾菜堆肥过程中C/N的影响。不同菌剂处理下的C/N的变化趋势基本相同。堆肥后7 d内C/N降速较慢，然后进入快速下降期，21 d后降速变缓。堆肥初期不同处理的C/N差异较小，7 d后各处理间差异逐渐增大。整个堆肥过程中，所有处理的C/N均呈下降趋势，但添加菌剂处理的C/N下降速度大于CK。堆肥结束时，所有添加菌剂处理的C/N均显著低于CK（P <0.05），且处理T2、T3、T4间差异不显著。添加菌剂的5个处理C/N均小于20，其中处理T2、T3、T4均小于15，达到了完全腐熟的标准，而CK的C/N较高，未完全腐熟。

图4B显示，堆肥结束后处理T1～T5的T值均显著低于CK（P <0.05），分别为0.62、0.51、0.49、0.50和0.62，即处理T2、T3、T4的堆肥达完全腐熟标准。

2.5   不同菌剂对尾菜堆肥指标可塑性的影响

由表3可知，不同菌剂处理下堆肥的可塑性指数均高于CK，排在前3位的分别是处理T3、处理T4和处理T2，处理T5的可塑性指数最小。娃娃菜尾菜添加菌剂处理后，堆肥过程中的各项指标均发生明显变化，不同处理各指标的可塑性指数平均值表现为全氮 ＞ C/N ＞ 有机质 ＞ 含水率 ＞ pH，即菌剂处理对堆肥全氮的影响最大，C/N次之，对pH的影响最小。

3   讨论与结论

堆肥是否成功的判断标准为堆体颜色呈黑褐色或者黑色，无刺激性气味［12 ］。本研究中，堆肥结束时，添加豫启富有机物料腐熟剂、亨坤有机肥发酵剂、君德有机肥发酵剂各处理堆肥的颜色均表现为黑褐色，且无刺激性气味，说明添加以上3种发酵菌剂均可使堆肥达到完全腐熟的标准。温度是影响尾菜堆肥发酵的重要指标，添加菌剂可提高堆肥温度，加速堆肥物料的腐熟进程［13 ］。本试验表明，不同处理的堆肥温度呈先升高后降低，最后趋于稳定，各处理的高温持续时间表现为亨坤有机肥发酵剂＞ 君德有机肥发酵剂 ＞ 豫启富有机物料腐熟剂 ＞ 田当家有机物料腐熟剂 ＞ 益加益生物菌肥腐熟发酵剂 ＞ 对照不添加外源菌剂，说明添加菌剂可延长堆肥的高温持续时间，从而加速堆肥的腐熟化进程，这与董哲等［14 ］的研究一致。含水率和pH是影响堆肥进程的重要因素。本研究中，整个堆肥过程中pH呈先下降后升高的变化趋势，添加不同菌剂后pH峰值出现的时间存在差异，其中 添加田当家有机物料腐熟剂和亨坤有机肥发酵剂均在第14天出现峰值，而其他处理的峰值均在第21天。堆肥结束时，添加不同菌剂的各处理pH为7.15～7.44，这符合农业部生物有机肥料标准（NY 884 — 2012）规定的“有机物经腐发酵腐熟后pH应在5.5～8.5的范围”要求。含水率过低或过高都不利于堆肥的快速腐熟。周桐［15 ］研究表明，添加菌剂处理的堆肥含水量下降速度高于不加菌劑的处理，本研究也得到了相同的结果，且以添加亨坤有机肥发酵剂的处理的堆肥含水率降幅最大，可能是因为亨坤有机肥发酵剂含有链霉菌和高温放线菌等嗜热型微生物所致。

全氮是评价尾菜发酵产物质量的重要指标，而有机质是尾菜发酵产物的重要组成部分。本研究添加不同菌剂处理的尾菜全氮含量均呈先降低后升高的趋势，堆肥结束时以添加亨坤有机肥发酵剂的处理全氮含量最高，增幅最大，可能是亨坤有机肥发酵剂含有的圆褐固氮菌促进了堆肥过程中氮素的固定，减少NH3损失，提高了氮素利用效率［16 ］。整个发酵过程中，所有处理的有机质含量均呈下降趋势，与对照不添加外源菌剂相比，添加菌剂处理的尾菜堆肥有机质含量更低，而有机质降解率更高。C/N是评价堆肥是否腐熟和稳定的重要参考指标［17 ］。堆肥过程中所有处理的C/N均呈逐渐降低的趋势，与对照不添加外源菌剂相比，添加菌剂处理的尾菜堆肥C/N更低。堆肥结束时，所有添加菌剂的处理C/N均小于对照不添加外源菌剂，分别为18.44、15.39、14.41、14.89、18.67。当C/N值在15.0左右时，堆肥完全腐熟［8， 18］。本研究中，采用豫启富有机物料腐熟剂，亨坤有机肥发酵剂进行发酵的尾菜均达到了完全腐熟的标准，其他处理未完全腐熟。

尾菜发酵指标的可塑性是指在不同环境条件下，菌剂对尾菜发酵过程的调控能力和适应性。不同菌剂对尾菜发酵过程的可塑性不同，这取决于菌种的遗传特性和环境适应性。本研究中，添加亨坤有机肥发酵剂处理的可塑性指数最大，说明亨坤有机肥发酵剂具有较强的环境适应性，对娃娃菜尾菜的发酵效率较高。

本研究发现，不同菌剂发酵过程中以添加亨坤有机肥发酵剂的处理堆肥温度上升最快，处理后第4天达到56.1 ℃，第12天达到最高温度66.2 ℃。高温持续时间最长，达12 d。发酵效率较高。堆肥结束后，该处理堆肥的含水率最小，为29.5%，降幅达54.7%；全氮含量最高，为16.8 g/kg，增幅为98.4%；C/N最小，为14.78%，降幅为51.0%；有机质含量最低，为320 g/kg，降幅为51.9%；降解率最高，为51.8%；尾菜腐熟效果最佳。综合各项指标，亨坤有机肥發酵剂在改善娃娃菜尾菜堆肥酸碱度、加快堆肥腐熟进程、提高堆肥有效养分含量等方面的效果均最好，是本试验条件下最适于娃娃菜尾菜与羊粪混合发酵制备有机肥的微生物菌剂。

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收稿日期：2024 - 04 - 02

基金项目：甘肃省农业科学院重点研发计划（2022GAAS26）；国家自然科学基金（32060678）；甘肃省自然科学基金（22JR5RA761）。

作者简介：马彦霞（1982 —），女，甘肃定西人，副研究员，博士，主要从事蔬菜轻简化栽培与水肥高效利用研究工作。Email： mayx1982@126.com。